поискал немного информации по кулачковым самоблокам.
чтобы не забивать существующую ветку про раздатку решил вынести в отдельную тему.
собственно кулачков касается только конец поста.
Дифференциал.
При повороте автомобиля колеса, двигаясь по разным радиусам, проходят разный путь. Для непрерывной передачи усилий на колеса, вращающиеся с разными скоростями, в трансмиссию вводят дифференциал.
Коротко как работает дифференциал.
Для начала без учета трения в механизме.
Наиболее распостраненный вариант: конический дифференциал.
В нем между двумя коническими полуосевыми шестернями расположен конический сателлит. Усилие от корпуса дифференциала передается на ось сателлита.
Сателлит работает как равноплечий рычаг (как весы). Т.е. он в равновесии когда усилия, действующие на него со стороны полуосевых шестерен равны. Если возникает разница усилий – сателлит поворачивается. В зацепление входят следующие зубья, и так будет происходить пока усилия снова не выравняются. Т.к. трением пренебрегаем, то минимальная разница в усилиях вызовет вращение в дифференциале.
Если полуосевые шестерни имеют одинаковый диаметр, то равное усилие, переданное на них от сателлита, создаст равный момент на полуосях.
Если остановить корпус дифференциала и вращать одну из полуосей, то вторая будет вращаться с той же скоростью, но в обратном направлении.
Соотношение скоростей вращения полуосей при этом называют внутренним передаточным отношением. У симметричного дифференциала оно равно минус 1. Если же корпус дифференциала вращается, то скорости вращения полуосей относительно корпуса складываются со скоростью вращения корпуса (с учетом знаков). Т.е. замедление одной из полуосей вызовет такое же ускорение вращения другой полуоси.
Такой дифференциал называют симметричным.
Как было сказано выше, без учета трения этот дифференциал передает на полуоси равные моменты, при этом колеса могут вращаться с разными скоростями.
Несимметричный дифференциал.
Вся механика взаимодействия в нем такая же, но полуосевые шестерни имеют разный диаметр. А значит равное усилие от сателлита создаст неравные моменты на полуосях. На полуоси имеющий больший диаметр полуосевой шестерни будет больший момент. Соотношение моментов на полуосях будет постоянным независимо от их скоростей вращения.
Внутреннее передаточное число такого дифференциала не равно минус 1. Вращение, например, большей полуосевой шестерни при остановленном корпусе вызовет еще более быстрое вращение меньшей шестерни в обратную сторону.
Влияние на проходимость и устойчивость. Распределение тяги по полуосям.
С точки зрения проходимости дифференциал имеет существенный недостаток: когда одно из колес лишается хорошего сцепления с поверхностью (лед, или вывешивание колеса) и начинает пробуксовывать, то и на другое колесо невозможно передать больший момент. Минимальная разница сил сопротивления на полуосях вызовет вращение в дифференциале. Т.е. «слабое» колесо определяет усилие и на колесе с лучшим сцеплением. Оно будет таким же небольшим. А в сумме на мосту возможно реализовать удвоенный момент «слабого» колеса. В случае полного привода с симметричным межосевым дифференциалом, одно колесо определяет тягу всей машины, т.е. суммарная тяга в 4 раза больше тяги самого слабого по сцеплению колеса.
Для движения по хорошей дороге равенство моментов наоборот полезно. Нет разницы усилия по бортам автомобиля, а значит автомобиль движется устойчиво, не стремясь развернутся.
Но разница усилий на полуосях может быть вызвана не только разным покрытием. Это могут быть и внешние силы.
Например, движение в повороте заднеприводного автомобиля.
Повернутые передние колеса как бы толкают переднюю ось вбок. Для задней оси это означает что наружное колесо толкают вперед, а внутреннее назад. Если представить, что колеса нагружены тяговым усилием, то внутреннее колесо дополнительно нагружается (его «толкают» против его направления вращения), а внутреннее разгружается. Возникает разница усилий на полуосях, которая приводит к вращению в дифференциале.
Выше не учитывалось трение. Но оно существует всегда. Более того иногда его преднамеренно стремятся увеличить. Для того чтобы дифференциал начал вращаться необходимо чтобы разница моментов внешних сил на полуосях превысила трение в механизме. Это означает - чем выше трение, тем менее чувствителен механизм к разнице сцепления колес, что хорошо для проходимости. Но в повороте такой автомобиль будет стремиться ехать прямо. Потребуется большее усилие на передних колесах, чтобы заставить автомобиль двигаться по дуге. А при разном покрытии под бортами автомобиля, возникает разница усилий, стремящаяся развернуть автомобиль.
повышенное трение – плюс для проходимости, но, во многом минус для устойчивости и управляемости.
схемка распредения усилий при пробуксовке:
схемка распредения усилий при повороте:
Трение в дифференциале, в общем случае зависит от двух величин:
1.Трение от передаваемого момента.
Чем большим моментом нагружен дифференциал, тем большее трение возникает во всех точках контакта его деталей между собой.
2.Трение от преднатяга.
Иногда в дифференциал вводят специальные пружины, которые пожимают его детали. При попытке провернуть дифференциал это поджатие вызовет силу трения.
Как, с учетом трения, ведет себя дифференциал?
Пока разница внешних сил, приложенных к полуосям, не превысит трения в дифференциале, его внутренности вращаются как единое целое. Дифференциал заблокирован силами внутреннего трения.
Как только трение преодолено – начнется вращение. Отношение моментов на полуосях при этом (большего к меньшему) называют коэффициентом блокировки. Такое представление Кб применяют только для симметричного дифференциала (несимметричный даже без учета трения делит момент в неравной пропорции).
Процесс выглядит так: трение как бы тормозит детали движущиеся быстрее и ускоряет детали движущиеся медленнее. Момент на забегающем колесе уменьшается, а на отстающем на столько же растет.
Чаще дифференциалы делают без преднатяга. У них коэф. блокировки зависит от конструкции, и в первом приближении, постоянен.
Чем большее усилие на корпусе дифференциала, тем больше трение в нем, но отношение моментов на полуосях при провороте - постоянное.
Даже простой конический дифференциал имеет Кб=1.1…1.25
Дифференциалы повышенного трения – Кб=1.5…4. Иногда больше – 8…10…и до бесконечности. Но это редкий случай.
«Гражданские» дифференциалы чаще имеют Кб<3. Это компромисс между проходимостью, управляемость и долговечностью.
В зависимости от конструкции коэф. блокировки симметричного дифференциал может быть разным для режима тяги и торможения. Также он может отличаться в зависимости от того какая полуось забегает.
Что происходит в повороте:
Пока автомобиль движется прямолинейно под тягой и сцепление колес одинаково, то трение в дифференциале блокирует его. Дифференциал в распределении момента не участвует. При входе в поворот усилие перераспределяется с внешнего колеса на внутреннее, но колеса пока вращаются с одинаковой скоростью. Только когда разность моментов превысит силы трения в дифференциале, начнется вращение. А отношение моментов будет определяться Кб.
А если Кб разный в зависимости от забегающей полуоси?
Например кулачковый дифференциал ГАЗ-66 имеет Кб=2.1 при забегании левой полуоси и Кб=3.2 при забегании правой. Хотя кинематически дифференциал симметричен (при остановленном корпусе вращение одной полуоси приводит к вращению другой с той же скоростью в противоположную сторону). Т.е. в левом и правом повороте распределение моментов по колесам отличается по величине в полтора раза. Тем не менее существенного влияния на поведение автомобиля это не оказывает.
Значит можно при необходимости поставить и несимметричный дифференциал повышенного трения. Лишь бы разница в тяговых усилиях не слишком отличалась для разного направления поворота.
Существуют различные способы увеличить трение в дифференциале: использование косозубых передач, что приводит к большим осевым усилиям, червячных передач с низким кпд, применение конусных и дисковых элементов трения, кулачковых механизмов итд.
Кулачковый дифференциал.
В этом механизме роль полуосевых шестерен выполняют кулачковые шайбы.
Кулачки (зубья) расположены либо радиально либо по оси шайбы. Между шайбами расположены сухари. Сухари стоят в пазах корпуса и могут двигаться относительно корпуса только возвратно поступательно.
Усилие с корпуса дифференциала передается на сухарь, а тот в свою очередь, торцами передает усилие на кулачковые шайбы, т.е. как бы играет роль сателлита. Внутреннее передаточное число механизма зависит от числа и профиля зубьев на шайбах.
Если остановить корпус и вращать одну полуосевую шайбу, то профильный зуб (кулачок) шайбы толкает сухарь, а сухарь толкает зуб второй шайбы.
Трение кулачков о сухари, сухарей в пазах корпуса и кулачковых шайб о корпус препятствует вращению дифференциала. Механизмы с осевым перемещением сухарей обеспечивают более высокое трение – осевые силы на кулачковых шайбах прижимают их к корпусу дифференциала. В механизмах с радиальными сухарями радиальные усилия противоположно расположенных сухарей взаимно уравновешиваются.
Для плавной и непрерывной работы механизма необходимо соблюсти некоторые условия. Например, если сделать число зубьев на шайбах одинаковым, то дифференциал будет симметричным. т.е. один оборот одной шайбы приведет к одному обороту второй в противоположную сторону. Но тогда все сухари одновременно будут проходить вершины зубьев. В этот момент кинематическая связь между шайбами разрывается - мертвая точка. Чтобы исключить такое положение ставят два ряда сухарей и зубьев. Ряды смещены друг относительно друга на полшага зуба. Т.е. когда один ряд проходит положение мертвой точки, другой находится в середине хода. Так выполнен дифференциал ГАЗ-66 (и его прототип МАК).
фото взяты с уазбуки
Но однорядная конструкция проще и компактнее. Для непрерывной работы однорядный механизм делают с разным числом зубьев полуосевых шайб. Например приведенный на рисунке дифференциал ZF имеет 11 и 13 зубъев. Т.е. его кинематическое передаточное отношение 1.18.
На пошаговых рисунках (в конце ссылка на вебфайл.ру папка к6) показан механизм с 6ю и 7ю зубьями и 13ю сухарями. Видно что нагрузку в любой момент передают 6…7 сухарей, т.е. не менее половины от общего количества. Мертвую точку сухари проходят последовательно. Внутреннее передаточное отношение равно 1.17.
Можно ли сделать симметричный однорядный механизм с непрерывной работой?
Попался в сети такой дифференциал:
http://www.mycaterham.com/66828/117416.html
Как видно у него по 6 зубьев на кулачковых шайбах и 12 сухарей. Но сухари несимметричные, двух типов. Нарисовав подобную схему (в конце ссылка на вебфайл.ру папка к5), посмотрел как он будет работать: если сухари установить 2 через 2, то получается что непрерывность обеспечивается. Сухари одного типа проходят мертвую точку одновременно, но в этот момент усилие передается тремя сухарями другого типа, и наоборот. Т.е. минимально в передаче усилия участвуют 3 сухаря. ¼ от общего числа. В промежуточных положениях работают 6 сухарей-половина от общего числа.
С точки зрения простоты конструкции и нагрузочной способности механизм с разным числом зубьев предпочтительнее. Для межосевого дифференциала такой тип подходит лучше.
Насколько важна симметрия для межколесного? Оба типа применялись в качестве межколесных. Видимо незначительная кинематическая и силовая асимметрия не играет принципиальной роли.
приложения
когда разбирался с кинематикой кулачкового дифа, нарисовал последовательные положения сухарей для разных варантов. анимированный гиф сделать не вышло, но желающие могут "пролистывать" последовательно картинки и смотреть"мультик.
http://webfile.ru/4145647
папка к3 - движение одного сухаря между кулачковыми шайбами
папка к5 - механизм с 6 кулачками на шайбах и 12 сухарями. заштрихованные-сухари передающие момент.
папка к6 - механизм с 7 и 6 кулачками на шайбах и 13 кулачками. заштрихованные-сухари передающие момент.
чтобы не забивать существующую ветку про раздатку решил вынести в отдельную тему.
собственно кулачков касается только конец поста.
Дифференциал.
При повороте автомобиля колеса, двигаясь по разным радиусам, проходят разный путь. Для непрерывной передачи усилий на колеса, вращающиеся с разными скоростями, в трансмиссию вводят дифференциал.
Коротко как работает дифференциал.
Для начала без учета трения в механизме.
Наиболее распостраненный вариант: конический дифференциал.
В нем между двумя коническими полуосевыми шестернями расположен конический сателлит. Усилие от корпуса дифференциала передается на ось сателлита.
Сателлит работает как равноплечий рычаг (как весы). Т.е. он в равновесии когда усилия, действующие на него со стороны полуосевых шестерен равны. Если возникает разница усилий – сателлит поворачивается. В зацепление входят следующие зубья, и так будет происходить пока усилия снова не выравняются. Т.к. трением пренебрегаем, то минимальная разница в усилиях вызовет вращение в дифференциале.
Если полуосевые шестерни имеют одинаковый диаметр, то равное усилие, переданное на них от сателлита, создаст равный момент на полуосях.
Если остановить корпус дифференциала и вращать одну из полуосей, то вторая будет вращаться с той же скоростью, но в обратном направлении.
Соотношение скоростей вращения полуосей при этом называют внутренним передаточным отношением. У симметричного дифференциала оно равно минус 1. Если же корпус дифференциала вращается, то скорости вращения полуосей относительно корпуса складываются со скоростью вращения корпуса (с учетом знаков). Т.е. замедление одной из полуосей вызовет такое же ускорение вращения другой полуоси.
Такой дифференциал называют симметричным.
Как было сказано выше, без учета трения этот дифференциал передает на полуоси равные моменты, при этом колеса могут вращаться с разными скоростями.
Несимметричный дифференциал.
Вся механика взаимодействия в нем такая же, но полуосевые шестерни имеют разный диаметр. А значит равное усилие от сателлита создаст неравные моменты на полуосях. На полуоси имеющий больший диаметр полуосевой шестерни будет больший момент. Соотношение моментов на полуосях будет постоянным независимо от их скоростей вращения.
Внутреннее передаточное число такого дифференциала не равно минус 1. Вращение, например, большей полуосевой шестерни при остановленном корпусе вызовет еще более быстрое вращение меньшей шестерни в обратную сторону.
Влияние на проходимость и устойчивость. Распределение тяги по полуосям.
С точки зрения проходимости дифференциал имеет существенный недостаток: когда одно из колес лишается хорошего сцепления с поверхностью (лед, или вывешивание колеса) и начинает пробуксовывать, то и на другое колесо невозможно передать больший момент. Минимальная разница сил сопротивления на полуосях вызовет вращение в дифференциале. Т.е. «слабое» колесо определяет усилие и на колесе с лучшим сцеплением. Оно будет таким же небольшим. А в сумме на мосту возможно реализовать удвоенный момент «слабого» колеса. В случае полного привода с симметричным межосевым дифференциалом, одно колесо определяет тягу всей машины, т.е. суммарная тяга в 4 раза больше тяги самого слабого по сцеплению колеса.
Для движения по хорошей дороге равенство моментов наоборот полезно. Нет разницы усилия по бортам автомобиля, а значит автомобиль движется устойчиво, не стремясь развернутся.
Но разница усилий на полуосях может быть вызвана не только разным покрытием. Это могут быть и внешние силы.
Например, движение в повороте заднеприводного автомобиля.
Повернутые передние колеса как бы толкают переднюю ось вбок. Для задней оси это означает что наружное колесо толкают вперед, а внутреннее назад. Если представить, что колеса нагружены тяговым усилием, то внутреннее колесо дополнительно нагружается (его «толкают» против его направления вращения), а внутреннее разгружается. Возникает разница усилий на полуосях, которая приводит к вращению в дифференциале.
Выше не учитывалось трение. Но оно существует всегда. Более того иногда его преднамеренно стремятся увеличить. Для того чтобы дифференциал начал вращаться необходимо чтобы разница моментов внешних сил на полуосях превысила трение в механизме. Это означает - чем выше трение, тем менее чувствителен механизм к разнице сцепления колес, что хорошо для проходимости. Но в повороте такой автомобиль будет стремиться ехать прямо. Потребуется большее усилие на передних колесах, чтобы заставить автомобиль двигаться по дуге. А при разном покрытии под бортами автомобиля, возникает разница усилий, стремящаяся развернуть автомобиль.
повышенное трение – плюс для проходимости, но, во многом минус для устойчивости и управляемости.
схемка распредения усилий при пробуксовке:
схемка распредения усилий при повороте:
Трение в дифференциале, в общем случае зависит от двух величин:
1.Трение от передаваемого момента.
Чем большим моментом нагружен дифференциал, тем большее трение возникает во всех точках контакта его деталей между собой.
2.Трение от преднатяга.
Иногда в дифференциал вводят специальные пружины, которые пожимают его детали. При попытке провернуть дифференциал это поджатие вызовет силу трения.
Как, с учетом трения, ведет себя дифференциал?
Пока разница внешних сил, приложенных к полуосям, не превысит трения в дифференциале, его внутренности вращаются как единое целое. Дифференциал заблокирован силами внутреннего трения.
Как только трение преодолено – начнется вращение. Отношение моментов на полуосях при этом (большего к меньшему) называют коэффициентом блокировки. Такое представление Кб применяют только для симметричного дифференциала (несимметричный даже без учета трения делит момент в неравной пропорции).
Процесс выглядит так: трение как бы тормозит детали движущиеся быстрее и ускоряет детали движущиеся медленнее. Момент на забегающем колесе уменьшается, а на отстающем на столько же растет.
Чаще дифференциалы делают без преднатяга. У них коэф. блокировки зависит от конструкции, и в первом приближении, постоянен.
Чем большее усилие на корпусе дифференциала, тем больше трение в нем, но отношение моментов на полуосях при провороте - постоянное.
Даже простой конический дифференциал имеет Кб=1.1…1.25
Дифференциалы повышенного трения – Кб=1.5…4. Иногда больше – 8…10…и до бесконечности. Но это редкий случай.
«Гражданские» дифференциалы чаще имеют Кб<3. Это компромисс между проходимостью, управляемость и долговечностью.
В зависимости от конструкции коэф. блокировки симметричного дифференциал может быть разным для режима тяги и торможения. Также он может отличаться в зависимости от того какая полуось забегает.
Что происходит в повороте:
Пока автомобиль движется прямолинейно под тягой и сцепление колес одинаково, то трение в дифференциале блокирует его. Дифференциал в распределении момента не участвует. При входе в поворот усилие перераспределяется с внешнего колеса на внутреннее, но колеса пока вращаются с одинаковой скоростью. Только когда разность моментов превысит силы трения в дифференциале, начнется вращение. А отношение моментов будет определяться Кб.
А если Кб разный в зависимости от забегающей полуоси?
Например кулачковый дифференциал ГАЗ-66 имеет Кб=2.1 при забегании левой полуоси и Кб=3.2 при забегании правой. Хотя кинематически дифференциал симметричен (при остановленном корпусе вращение одной полуоси приводит к вращению другой с той же скоростью в противоположную сторону). Т.е. в левом и правом повороте распределение моментов по колесам отличается по величине в полтора раза. Тем не менее существенного влияния на поведение автомобиля это не оказывает.
Значит можно при необходимости поставить и несимметричный дифференциал повышенного трения. Лишь бы разница в тяговых усилиях не слишком отличалась для разного направления поворота.
Существуют различные способы увеличить трение в дифференциале: использование косозубых передач, что приводит к большим осевым усилиям, червячных передач с низким кпд, применение конусных и дисковых элементов трения, кулачковых механизмов итд.
Кулачковый дифференциал.
В этом механизме роль полуосевых шестерен выполняют кулачковые шайбы.
Кулачки (зубья) расположены либо радиально либо по оси шайбы. Между шайбами расположены сухари. Сухари стоят в пазах корпуса и могут двигаться относительно корпуса только возвратно поступательно.
Усилие с корпуса дифференциала передается на сухарь, а тот в свою очередь, торцами передает усилие на кулачковые шайбы, т.е. как бы играет роль сателлита. Внутреннее передаточное число механизма зависит от числа и профиля зубьев на шайбах.
Если остановить корпус и вращать одну полуосевую шайбу, то профильный зуб (кулачок) шайбы толкает сухарь, а сухарь толкает зуб второй шайбы.
Трение кулачков о сухари, сухарей в пазах корпуса и кулачковых шайб о корпус препятствует вращению дифференциала. Механизмы с осевым перемещением сухарей обеспечивают более высокое трение – осевые силы на кулачковых шайбах прижимают их к корпусу дифференциала. В механизмах с радиальными сухарями радиальные усилия противоположно расположенных сухарей взаимно уравновешиваются.
Для плавной и непрерывной работы механизма необходимо соблюсти некоторые условия. Например, если сделать число зубьев на шайбах одинаковым, то дифференциал будет симметричным. т.е. один оборот одной шайбы приведет к одному обороту второй в противоположную сторону. Но тогда все сухари одновременно будут проходить вершины зубьев. В этот момент кинематическая связь между шайбами разрывается - мертвая точка. Чтобы исключить такое положение ставят два ряда сухарей и зубьев. Ряды смещены друг относительно друга на полшага зуба. Т.е. когда один ряд проходит положение мертвой точки, другой находится в середине хода. Так выполнен дифференциал ГАЗ-66 (и его прототип МАК).
фото взяты с уазбуки
Но однорядная конструкция проще и компактнее. Для непрерывной работы однорядный механизм делают с разным числом зубьев полуосевых шайб. Например приведенный на рисунке дифференциал ZF имеет 11 и 13 зубъев. Т.е. его кинематическое передаточное отношение 1.18.
На пошаговых рисунках (в конце ссылка на вебфайл.ру папка к6) показан механизм с 6ю и 7ю зубьями и 13ю сухарями. Видно что нагрузку в любой момент передают 6…7 сухарей, т.е. не менее половины от общего количества. Мертвую точку сухари проходят последовательно. Внутреннее передаточное отношение равно 1.17.
Можно ли сделать симметричный однорядный механизм с непрерывной работой?
Попался в сети такой дифференциал:
http://www.mycaterham.com/66828/117416.html
Как видно у него по 6 зубьев на кулачковых шайбах и 12 сухарей. Но сухари несимметричные, двух типов. Нарисовав подобную схему (в конце ссылка на вебфайл.ру папка к5), посмотрел как он будет работать: если сухари установить 2 через 2, то получается что непрерывность обеспечивается. Сухари одного типа проходят мертвую точку одновременно, но в этот момент усилие передается тремя сухарями другого типа, и наоборот. Т.е. минимально в передаче усилия участвуют 3 сухаря. ¼ от общего числа. В промежуточных положениях работают 6 сухарей-половина от общего числа.
С точки зрения простоты конструкции и нагрузочной способности механизм с разным числом зубьев предпочтительнее. Для межосевого дифференциала такой тип подходит лучше.
Насколько важна симметрия для межколесного? Оба типа применялись в качестве межколесных. Видимо незначительная кинематическая и силовая асимметрия не играет принципиальной роли.
приложения
когда разбирался с кинематикой кулачкового дифа, нарисовал последовательные положения сухарей для разных варантов. анимированный гиф сделать не вышло, но желающие могут "пролистывать" последовательно картинки и смотреть"мультик
.http://webfile.ru/4145647
папка к3 - движение одного сухаря между кулачковыми шайбами
папка к5 - механизм с 6 кулачками на шайбах и 12 сухарями. заштрихованные-сухари передающие момент.
папка к6 - механизм с 7 и 6 кулачками на шайбах и 13 кулачками. заштрихованные-сухари передающие момент.
