Механизмы распределения мощности с односторонними муфтами (отключающие механизмы)

В конце 30-х годов в США начали применять различные отключающие механизмы, действующие по принципу односторонних муфт двустороннего действия. Современные модификации этих механизмов производятся во многих странах. Отключающие механизмы с односторонними муфтами при прямолинейном движении автомобиля способны передавать через полуоси максимально возможный по сцеплению колес крутящий момент, откуда предельное значение крутящего момента, передаваемого обоими колесами,

Сила тяги на каждом из ведущих колес дифференциала с односторонними муфтами может изменяться в пределах коэффициента сцепления с опорной поверхностью, т. е. от

Отключающий механизм с односторонними муфтами двустороннего действия обеспечивает автоматическое отключение полуоси, имеющей на повороте кинематическое опережение при хорошем сцеплении ведущих колес автомобиля с дорогой. В этом случае крутящий момент не распределяется, а целиком передается на отстающую полуось.

Отключающий механизм «Малтипул». Одним из первых отключающих механизмов такого типа был механизм с односторонними муфтами «Малтипул» (рис. 3.90). Ведущим звеном этого отключающего механизма является среднее кольцо 1, закрепленное болтами между правой 3 и левой 8 чашками механизма. Для передачи крутящего момента от корпуса отключающего механизма к полуосям служат зубья на торцовых поверхностях среднего кольца 1 которые входят в за-

Рис. 3.90. Отключающий механизм с односторонними муфтами «Малтипул» [6]

1 — среднее кольцо; 2 — полумуфта; 3 — правая чашка отключающего механизма: 4 — выходная шестерня: 5 — обойма: 6 — шарик; 7 — нажимная пружина; 8 — левая чашка отключающего механизма

цепление с зубьями на полумуфтах 2. Зубья выполнены с боковым зазором, обеспечивающим полумуфтам поворот на угол, необходимый для выхода из зацепления со средним ведущим кольцом. Кроме зубьев на специальных торцовых кольцах находятся зубчатые венцы с зубьями, оформленные в виде кулачков. Наклонные поверхности кулачковых зубьев контактируют со стальными шариками, размещенными по обеим сторонам среднего кольца. Посредством пружин 7 через шарики 6 ведомые полумуфты прижимаются к среднему кольцу.

При прямолинейном движении автомобиля отключающий механизм с односторонними муфтами вращается как одно целое, и крутящий момент передается от среднего кольца через ведомые полумуфты 2 и выходные шестерни 4 к полуосям. При повороте автомобиля, когда одно из ведущих колес начинает вращаться быстрее корпуса отключающего механизма и его среднего кольца, полумуфта опережает ведущее колесо и обегает его. Вращение полумуфты возможно вследствие действия сил, возникающих на наклонных поверхностях кулачковых зубьев в точках контакта с шариками центрального кольца, которое выводит полумуфты из зацепления со средним кольцом, освобождая тем самым колесо.

Отключающие механизмы «Малтипул» не получили распространения из-за повышенного износа кулачковых зубьев, контактирующих с шариками, и шумной работы.

Отключающий механизм «Ноу спин». Это автоматический блокирующий механизм, который получил широкое распространение в трансмиссиях большинства транспортных средств, эксплуатируемых в условиях бездорожья. Существуют два основных типа отключающих механизмов «Ноу спин»:

стандартный — для грузовых автомобилей;

тихоходный (Фирма «Детройт отомотив» (США) для всех новых моделей поставляет отключающие механизмы «Ноу спин» только тихоходного типа и постепенно сокращает производство механизмов стандартного типа. Наибольшее применение механизмы находят в грузовых автомобилях малой, средней и большой грузоподъемности, в экскаваторах, в строительных и сельскохозяйственных машинах, а также в транспортных средствах, используемых для вывоза древесины из леса. Современные механизмы «Ноу спин» обеспечивают передачу крутящего момента от 2,75 до 165 кН-м. В производстве находится 12 разных типоразмеров)

— для легковых автомобилей, некоторых грузовых автомобилей и транспортных средств, оборудованных планетарными передачами в ступицах колес.

Каждая модель «Ноу спин» конструируется специально для того типа моста, для которого механизм предназначен. Механизм «Ноу спин» выполняет две основные функции (рис. 3.91). Одной является компенсация разности путей, проходимых ведущими колесами, которая получается при движении на поворотах или по неровной дороге. Другая — предотвращение буксования колеса, когда одно из ведущих колес теряет сцепление с опорной поверхностью. Последняя функция выполняется благодаря тому, что механизм «Ноу спин» предотвращает увеличение частоты вращения одного колеса относительно другого.

Рис. 3.91. Размещение механизма «Ноу спин» в ведущем мосту автомобиля [32]:

1 и 13 — полумуфта; 2 и 14 — выходная шестерня; 3 — фланец ведущей шестерни; 4 — ведущая коническая шестерня; 5 — механизм «Ноу спин»; 6 — картер ведущего моста: 7 — корпус отключающего механизма; 8 — ведомая шестерня главной передачи; 9 — конический подшипник: 10 — полуось: 11 — выходная шестерня (часть механизма «Ноу спин»); 12 — картер главной передачи; 15 — крестовина; А— зубья крестовины, зацепляющиеся с зубьями полумуфты: Б — полумуфта и крестовина сблокированы и вращаются с одной и той же частотой; В — полумуфта отодвинута вышедшими из зацепления с зубьями крестовины кулачками и вращается с повышенной частотой

Когда автомобиль движется прямо вперед, зубья крестовины и кулачковые зубья полумуфт сцеплены и передают на задние колеса крутящий момент. Зубья крестовины и кулачковые зубья полумуфт расположены так, что ни одно из ведущих колес не может вращаться медленнее, чем ведомая шестерня главной передачи. Если на какое-то мгновение одно из ведущих колес потеряет сцепление при въезде на лед, снег или мягкую обочину дороги, то автомобиль будет продолжать движение с помощью противоположного колеса, сохранившего сцепление до того момента, когда оба колеса не восстановят сцепление.

В нормальных условиях, когда правое колесо переезжает препятствие или автомобиль поворачивает налево, правое колесо двигается быстрее и проходит больший путь, чем левое. В таких условиях механизм «Ноу спин» автоматически обеспечивает необходимую разницу в проходимых путях. Затем крестовина передает крутящий момент к левому колесу, так как зубья левой полумуфты остаются в зацеплении. По мере движения правого колеса правая полумуфта медленно сдвигается по выступу (наклону) центрального кольца и, вращаясь, перескакивает через столько зубьев, сколько необходимо для компенсации части пути, проходимого при преодолевании препятствия. Когда автомобиль вновь начнет двигаться прямолинейно

Рис. 3.92. Работа механизма «Ноу спин» (подвод всего крутящего момента к внутреннему колесу при полном сохранении дифференциального действия) [32]:

А — внутреннее колесо передает 100 % входного момента: Б — наружное колесо выходит из силовой цепи и вращается свободно

или по гладкой поверхности, отключенная полумуфта автоматически входит в зацепление.

Работа механизма «Ноу спин» при движении по закруглению наглядно представлена на рис. 3.92.

Описание конструкции механизма «Ноу спин» стандартного типа. На рис. 3.93 показаны элементы типового стандартного диф-

Рис. 3.93. Детали механизма «Ноу" спин» [32]:

1 — крестовина и центральное кулачковое кольцо в сборе; 2 — полумуфта: 3 — нажимная пружина: 4 — опорное кольцо нажимной пружины; 5 — выходная ступица

ференциала «Ноу спин». Детали других моделей механизмов стандартного типа могут несколько отличаться по внешнему виду (см. рис. 3.101), но принцип действия их тот же самый. Механизм состоит из крестовины и концентрично расположенного внутреннего центрального кольца, двух ведомых полумуфт 2 со стопорными кольцами, двух опорных колец 4 для установки нажимных спиральных пружин 3 и выходных ступиц 5.

Крестовина или центральный ведущий элемент (рис. 3.94) в большинстве моделей имеет радиально выступающие шипы, а на обеих торцовых поверхностях крестовины выполнены трапецеидальные зубья, предназначенные для взаимодействия с соответствующими зубьями полумуфт. Для различных типов и размеров дифференциалов применяется разное число зубьев (однако в большинстве моделей крестовина имеет четыре шипа, как показано на рис. 3.92).

Для некоторых мостов требуется применение механизма «Ноу спин» со специальным корпусом. В большинстве моделей центральный элемент, заменяющий традиционные шипы, устанавливается в корпусе

с помощью накатки или шлицев, нарезанных на внутреннем диаметре (см. рис. 3.93). Внутри крестовины находится цельное центральное кольцо, по контуру которого выполнена канавка для стопорного кольца (на рис. 3.95 —пружинное). Установленное в этой канавке стопорное кольцо удерживает центральное кольцо в отверстии крестовины, предотвращая осевое движение, не допуская взаимного относительного поворота обеих деталей на угол, определяемый размером выреза на наружном контуре центрального кольца и шпонок в отверстии (на внутреннем диаметре крестовины).

Центральное кольцо выполняется в виде короткого цилиндра с канавкой на наружной поверхности для стопорного кольца и кулачковыми зубьями на торцовых поверхностях. Кулачковые зубья по количеству соответствуют трапецеидальным зубьям крестовины и, имея наклонные поверхности с закругленными краями, позволяют отключать полумуфты. Две одинаковые полумуфты расположены по обеим сторонам крестовины и центрального кольца. Эти полумуфты оснащены венцами с радиально нарезанными трапецеидальными зубьями, которые зацепляются с зубьями крестовины и передают с их помощью крутящий момент.

Внутренние части трапецеидальных зубьев полумуфт зацепля-ются^с кулачковыми зубьями центрального кольца. В отверстии

Рис. 3.94. Крестовина и центральное кулачковое кольцо в механизме «Ноу спин» [32]:

1 — крестовина: 2 — трапецеидальные

зубья крестовины: 3 — центральное кулачковое кольцо; 4 — стопорное (пружинное) кольцо; 5 — выступы центрального кулачкового кольца; А — ограниченное вращение кулачкового кольца

каждой полумуфты нарезан шлиц, который зацепляется со шлицом выходной ступицы. Нажимные пружины опираются на наружные плоскости ведомых полумуфт и опорные кольца, благодаря чему достигается постоянство действия осевой силы наружу (на выходную ступицу) и внутрь (на полумуфты). Для установки винтовых пружин

Рис. 3.95. Центральное кулачковое кольцо в механизме «Ноу спин» [32]: 1 — центральное кулачковое кольцо; 2 — стопорное (пружинное кольцо)

Рис. 3.96. Детали механизма «Ноу спин» [29]:

а — с цельной (несварной) полумуфтой и с выступающими нажимными цилиндрическими пружинами; б — с цельной (несварной) полумуфтой и с выступающими коническими нажимными пружинами; в — с двойным сварным комплектом полумуфты и кулачкового кольца, а также с расположенными внутри нажимными пружинами: 1 — выходная ступица: 2 — опорное кольцо нажимной пружины; 3 — цилиндрическая нажимная пружина; 4 — полумуфта: 5 — стопорное (наружное) кольцо; 6 — крестовина; 7 — центральное кулачковое кольцо

с внутренней стороны полумуфт расположены два опорных кольца с фланцами. Кольца опираются на фланцы по внутреннему диаметру полумуфт. Винтовые пружины нажимают на внутренние края установочных опорных колец. Во внутренних отверстиях выходных ступиц выполнены шлицы для соединения с концами полуосей, причем наружные шлицы выходных ступиц взаимодействуют с внутренними шлицами ведомых полумуфт.

Варианты конструкции. На рис. 3.96 показаны разные варианты конструкции механизма «Ноу спин» стандартного типа. В конструкциях, показанных на рис. 3.96, каждая из полуосей имеет венец из кулачковых зубьев, размещенных внутри и концентрично трапецеидальным зубьям, причем кулачковые зубья полумуфты зацепляются с кулачковыми зубьями центрального кольца/

Работа отключающего механизма «Ноу спин» стандартного типа. Прямолинейное движение вперед (рис. 3.97). Когда автомобиль движется прямолинейно вперед, трапецеидальные зубья по обеим сторонам крестовины зацепляются с соответствующими зубьями полумуфты. Зацепление ведущих и ведомых трапецеидальных зубьев обеспечивается усилием двух пружин, которые нажимают на полумуфты по направлению к центру крестовины, а также в результате

принудительного блокирующего действия, производимого взаимодействием между собой подрезов на рабочих поверхностях трапецеидальных зубьев. В этих условиях обе полу муфты полностью сцепляются друг с другом, так что комплект работает как одно целое, и каждое заднее колесо вращается вперед с частотой ведомой шестерни главной передачи.

Прямолинейное движение назад. Когда автомобиль движется прямолинейно назад, обе ведомые муфты полностью зацепляются с крестовиной и центральным кольцом так же, как это описано для случая движения автомобиля вперед. Однако в этом случае крестовина вращается в противоположном направлении, и сила тяги действует на противоположные поверхности взаимодействующих трапецеидальных зубьев. В результате механизм работает как одно целое, причем каждое из ведущих колес вращается с частотой ведомой шестерни главной передачи.

Поворот направо, движение автомобиля вперед под действием крутящего момента двигателя (рис. 3.98). При выполнении поворота необходима такая дифференциация частоты вращения, чтобы наружное колесо могло проходить больший путь и, следовательно, вращаться быстрее, чем внутреннее колесо. Обычный дифференциал с коническими шестернями допускает более быстрое вращение наружного ве-

Рис. 3.97. Работа механизма «Ноу спин» при прямолинейном движении автомобиля вперед [32]:

1 и 9 — полумуфта, 2 и 8 — нажимная пружина; 3 и 7 — опорное кольцо нажимной пружины; 4 и 6 — выходная ступица, 5 — крестовина; А — трапецеидальные зубьп крестовины передают движение зубьям полумуфты: Б — оба элемента (полумуфта н крестовина) вращаются с одинаковой частотой

Рис. 3.98. Работа механизма «Ноу спин» при движении автомобиля вперед и повороте направо [32]:

1 и 8 — полумуфта: 2 и 7 — нажимная пружина; 3 и 6 — опорное кольцо нажимной пружины: 4 и 5 — выходная ступица; А — трепецеидальные зубья крестовины передают движение полумуфте: ¹ Б — полумуфта и крестовина сблокированы и вращаются с одинаковой частотой; В — полумуфта, отодвинутая от крестовины кулачками центрального кольца, вышла из зацепления с трапецеидальными^Ьубь-ями крестовины и вращается с повышенной частотой

дущего колеса, чем ведомой шестерни главной передачи и, в то же время, более медленное вращение внутреннего ведущего колеса относительно ведомой шестерни главной передачи. Дифференциал «Ноу спин» позволяет либо одному, либо другому колесу вращаться быстрее, чем ведомая шестерня главной передачи, но во время передачи крутящего момента, этот механизм ни одному из колес не позволяет вращаться медленнее, чем ведомая шестерня главной передачи.

Рассматривая поворот автомобиля направо при переднем ходе, видим, что правая ведомая полумуфта (вращающаяся медленнее) остается полностью зацепленной с трапецеидальными зубьями крестовины и соответствующими кулачковыми зубьями. Ведущие трапецеидальные зубья крестовины передают силу тяги ведомой полумуфте, которая, непрерывно вращаясь с частотой вращения ведомой шестерни главной передачи, передает крутящий момент правому (внутреннему) ведущему колесу, обеспечивая таким образом движение автомобиля. Левое (наружное) ведущее колесо проходит больший путь, чем правое (внутреннее), и вращается в результате контакта с поверхностью дороги, в связи с чем оно должно вращаться быстрее, чем ведомая шестерня главной передачи. Отсюда левая ведомая полумуфта также должна вращаться быстрее, чем крестовина. Другими словами, необходимо получить дифференцирование частоты вращения ведущих колес. Правый ряд кулачковых зубьев центрального кольца надежно зацепляется с зубьями правой полумуфты. Когда центральное кулачковое кольцо установлено так, что не может вращаться относительно крестовины, кулачковые зубья кольца с левой стороны служат в качестве поверхностей скольжения, по которым могут сдвигаться зубья левой полумуфты, что приводит к расцеплению полумуфты с зубьями крестовины. Кулачковые зубья центрального кольца достаточно высоки, чтобы произошло расцепление трапецеидальных зубьев ведомой полумуфты с зубьями крестовины и смещение ее на некоторое расстояние (рис. 3.99). Когда трапецеидальный зуб оказывается над вершиной кулачкового зуба, усилие пружины вновь полностью сцепляет зубья полумуфты с зубьями кулачка.

Такое зацепление и расцепление непрерывно осуществляется в процессе движения на повороте с частотой, прямо пропорциональной частоте вращения колеса, вращающегося быстрее. Когда автомобиль проходит поворот и начинает двигаться прямолинейно вперед,

Рис. 3.99. Общий вид механизма «Ноу спин» с вырезом четверти при движении автомобиля вперед с поворотом направо [32]:

1 — полумуфта; 2 — крестовина: 3 — кулачковое центральное кольцо; А — зубья полумуфты воспринимают движение крестовины: Б — крестовина и правая полумуфта вращаются с одинаковой частотой; В — полумуфта сдвинута кулачками центрального кольца: Г — левая полумуфта вышла из зацепления и вращается быстрее, чем крестовина

необходимость в дальнейшем дифференциальном действии отпадает. Обе полумуфты полностью зацепляются с трапецеидальными зубьями крестовины, и отключенный дифференциал работает так же, как при прямолинейном движении автомобиля.

Поворот направо, движение автомобиля вперед по инерции. В этой ситуации автомобиль движется вперед, но, так как он замедляет свое движение после разгона, направление крутящего момента, действующего на ведомую шестерню главной передачи, изменяется на противоположное. Противоположное направление действия крутящего момента определяется сопротивлением поверхности дороги, которое направлено против сил, создаваемых крутящим моментом двигателя.

При повороте направо левые (наружные) ведущие колеса вращаются с частотой ведомой шестерни главной передачи, поскольку левая ведомая полумуфта полностью зацеплена. В это же время правые (внутренние) колеса вращаются с меньшей частотой, чем ведомая шестерня главной передачи.

Симметричная конструкция механизма «Ноу спин» действует противоположно тому, что имеет место при повороте автомобиля налево при движении его под действием крутящего момента двигателя. Можно утверждать, что когда поворот начинается при подводе крутящего момента к ведущим колесам, а затем, до окончания поворота, продолжается движение по инерции, механизм «Ноу спин» работает непрерывно и автоматически приспосабливается к изменению направления крутящего момента на противоположное.

Поворот налево, движение автомобиля вперед под действием крутящего момента двигателя (рис. 3.100). При выполнении движущимся вперед транспортным средством поворота налево левое колесо находится на внутренней стороне поворота, а крутящий момент подводится к нему такой, что оно должно вращаться с частотой, равной частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Правое колесо двигается по дуге большого радиуса, находясь на внешней стороне поворота. Его ведомая полумуфта выведена из зацепления с зубьями крестовины, что позволяет вращаться ей с частотой, превышающей частоту вращения ведомой шестерни главной передачи. Работа ведо-

Рис. 3.100. Работа механизма «Ноу спин» при движении автомобиля вперед с поворотом налево [32]:

1 и 8 — полумуфта: 2 и 7 — нажимная пружина; 3 и 6 — опорное кольцо нажимной пружины; 4 и 5 — выходная ступица; А — трапецеидальные зубья крестовины передают движение полумуфте; Б — полу муфта и крестовина сблокированы и вращаются с одинаковой частотой; В — полум уфта, отодвинутая кулачками, вышла из зацепления с трапецеидальными зубьями крестовины и вращается с повышенной частотой

мой полумуфты (с правой стороны комплекта) в рассматриваемом случае показана на рис. 3.101.

Повороты направо и налево, движение назад (рис. 3.102). Работа дифференциала «Ноу спин» при движении автомобиля назад с одновременным поворотом аналогична [той, что имеет место при движении автомобиля вперед. Подобно'тому, как и при движении автомобиля вперед по инерции, направление действия момента изменяется, но симметричная конструкция механизма «Ноу спин» устроена так, что трапецеидальные кулачковые зубья автоматически меняют свои роли для обеспечения нормальной работы дифференциала при движении автомобиля назад (во время передачи крутящего момента к ведущим колесам) по инерции.

Движение по ухабистой дороге, содержащей волнообразные неровности. Когда автомобиль движется с умеренной скоростью по ухабистой дороге, со стороны механизма «Ноу спин» требуется постоянное дифференциальное действие. Иными словами, механизму необходимо повторять цикл разблокирования и блокирования в быстро меняющемся темпе, определяемом дорожными условиями. Если одно ведущее колесо попадает на мягкую или скользкую поверхность, то оба ведущих колеса блокируются и вращаются с частотой ведомой шестерни главной передачи. Таким образом, буксования колес, приводящего к чрезмерному износу шин, не происходит.

Если автомобиль, оборудованный обычным дифференциалом, движется в описанных выше до-

Рис. 3.101. Общий вид механизма «Ноу спин» с вырезом четверти при движении автомобиля вперед с поворотом налево [32]:

1 — кулачковое центральное кольцо: 2 — полумуфта: 3 — крестовина; А — зубья полумуфты получают движение от крестовины: Б — крестовина и полумуфты вращаются с одной и той же частотой; В — полумуфта выходит из зацепления и вращается быстрее, чем крестовина: Г'— кулачки центрального кольца служат в качестве выступов для выхода из зацепления с зубьями полумуфты

Рис. 3.102.*Работа механизма «Ноу спин» при движении автомобиля назад и повороте налево [32]:

1 — крестовина; 2 и 9 — полумуфта; 3 к 8 — нажимная пружина; 4 и 7 — опорное кольцо нажимной пружины: 5 и 6 — выходная ступица; А — трапецеидальные зубья крестовины передают движение полумуфте: Б — полумуфта и крестовина сблокированы и вращаются с одинаковой частотой: В — полумуфта, сдвинутая кулачками центрального кольца, выходит из зацепления с трапецеидальными зубьями крестовины и вращается с повышенной частотой рожных условиях, то наблюдается неравномерное (прерывистое) вращение ведущих колес относительно друг друга. Подобное происходит, когда колесо теряет сцепление с полотном ухабистой дороги. Когда колесо вновь соприкасается с опорной поверхностью, возникает сильная ударная нагрузка, которая передается на всю трансмиссию, вызывая резкую потерю частоты вращения этим колесом по отношению к частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.

При движении в аналогичных дорожных условиях в транспортном средстве, ведущий мост которого оборудован механизмом «Ноу спин», буксования колес, потерявших контакт с опорной поверхностью, не происходит. Следовательно, изнашивание при буксовании колеса, вращающегося быстрее, чем ведомая шестерня главной передачи, исключено. Когда одно из колес теряет контакт с опорной поверхностью и вновь его восстанавливает, его частота вращения равна частоте другого ведущего колеса, и никакой ударной нагрузки в трансмиссии автомобиля не возникает. Отсюда устраняется явление инерционности буксующего колеса, которое имеется в обычном дифференциале.

Одно колесо находится на льду, другое — на сухой поверхности. Когда автомобиль, оборудованный механизмом «Ноу спин», движется одним колесом по льду, а другим — по поверхности с хорошими сцепными качествами, колесо, находящееся на льду, не имеет сцепления; а другое колесо передает через точки наружной окружности всю силу тяги автомобиля и сообщает ему движение в пределах сцепных свойств опорной поверхности. Когда автомобиль движется прямолинейно или-криволинейно, оба колеса вращаются с частотой вращения ведомой шестерни главной передачи. Автомобиль с обычным дифференциалом в такой ситуации «спотыкался» бы, поскольку колесо, находящееся на льду, вращалось бы свободно, а колесо, опирающееся на твердую сухую поверхность, не вращалось бы совсем.

Описание конструкции механизма «Ноу спин» тихоходного типа.

Не отличаясь в основном, механизм «Ноу спин» тихоходного типа очень похож на механизм стандартного типа. Основное различие в их работе основано на том, что одна сторона в механизме тихоходного типа может опережать, а затем автоматически входить в полное зацепление. В механизме стандартного типа в течение цикла опережения ведомая полумуфта отодвигается от крестовины и возвращается в зацепление каждый раз после перехода очередного зуба, что является причиной появления легкого треска. Постоянное опережение в механизме тихоходного типа возможно благодаря применению в каждой из ведомых полумуфт дополнительных запорных колец.

На рис. 3.103 и 3.104 показаны элементы двух разновидностей механизмов «Ноу спин» тихоходного типа. Хотя между ними существуют определенные различия по внешнему виду элементов, принцип их работы остается одинаковым. Ниже рассмотрены только основные различия между элементами стандартного и тихоходного типов механизма.

Рис. 3.103. Детали механизма «Ноу спин» тихоходного типа с выступающими подвижными пружинами [32]:

1 — крестовина и центральное кулачковое кольцо в сборе; 2 — полумуфта с запорным кольцом; 3 — нажимная пружина: 4 — опорное кольцо нажимной пружины; 5 — выходная ступица

Комплект крестовины и центрального кольца. В крестовине имеется только один длинный зуб, радиально выступающий внутрь из стенки отверстия и предназначенный для предотвращения вращения центрального кольца с кулачковыми зубьями и запорного кольца (рис. 3.105). Центральное кулачковое кольцо имеет вырезы (канавки) для шлиц наружного контура. Одна канавка сделана узкой для взаимодействия с выступом крестовины, а три широких выемки (на рис. 3.105 показаны три)—для взаимодействия с продольно выступающими внутрь выступами запорного кольца.

Комплекты ведомых полумуфт и запорные кольца. На наружной поверхности зубьев каждой из ведомых полумуфт нарезана продольная канавка с небольшим подрезом в радиальном направлении. В этих канавках размещаются запорные кольца. Каждое из колец разрезано и имеет кромку, радиально выступающую наружу (которая входит в прорезь канавки полумуфты). Модель, показанная на рис. 3.106 и 3.107, имеет три продольных выступа, направленных внутрь механизма. При сборке двух комплектов полумуфт и запорных колец с комплектом крестовины и центрального кулачкового кольца прорези между концами каждого из запорных колец зацепляются с длинным выступом крестовины, а осевые выступы запорного кольца зацепляются с прорезями центрального кулачкового кольца.

Рис. 3.104. Детали механизма «Ноу спин» тихоходного типа с внутренними нажимными пружинами [32]. Обозначения см. на рис. 3.103.

Рис. 3.105. Крестовина и центральное кулачковое кольцо в дифференциале «Ноу спин» тихоходного типа [32]

Рис. 3.106. Полумуфта и стопорное кольцо (в свободном состоянии) в дифференциале «Ноу спин» тихоходного типа [32]

Выходные ступицы, опорные кольца пружин, пружины. Как по внешнему виду, так и по принципу действия эти элементы такие же, как и в механизме стандартного типа.

Конструктивные разновидности. На рис. 3.108 показаны различные конструктивные варианты механизма «Ноу спин» тихоходного типа производства фирмы «Детройт отомотив».

Работа отключающего механизма тихоходного типа. Прямолинейное движение вперед под действием крутящего момента двигателя. Когда автомобиль движется вперед по горизонтальной поверхности, трапецеидальные зубья обеих выходных полумуфт полностью зацепляются с трапецеидальными зубьями крестовины, а кулачковые зубья на полумуфтах полностью зацепляются с кулачковыми зубьями центрального кольца. Также, как и в механизма «Ноу спин» стандартного типа, полное зацепление обеспечивается двумя пружинами, установленными с каждой стороны комплекта. Пружины помогают также полно и быстро вновь зацепиться всем трапецеидальным зубьям, что требуется при нормальном цикле работы механизма «Ноу спин».

Когда крестовина под действием усилия от ведомой шестерни главной передачи вращается вперед, трапецеидальные зубья крестовины зацепляются с трапецеидальными зубьями полумуфт и удерживаются в блокированном положении в результате зацепления всех

Рис. 3.108. Детали механизма «Ноу спин» тихоходного типа (29]:

а — с двойной сварной полумуфтой в сборе с кулачковым кольцом, а также с внутренними нажимными пружинами: б — с цельной (несварной) полумуфтой и выступающими коническими нажимными пружинами; в — с цельной (несварной) полумуфтой и внутренними нажимными пружинами; г — с корпусом и болтами крепления, сварной полумуфтой в сборе с кулачковым кольцом, с внутренними нажимными пружинами и шлицевым центральным ведущим элементом: д — с корпусом и болтами, сварной полумуфтой в сборе с кулачковым кольцом, внутренними пружинами и центральным ведущим элементом с фланцем: 1 — выходная ступица; 2 — цилиндрическая нажимная пружина; 3 — опорное кольцо нажимной пружины: 4 — полумуфта и кулачковые кольца в сборе: 5 — центральное запорное кольцо; 6 — стопорное (пружинное) кольцо: 7 — крестовина; 8 — центральное кулачковое кольцо; 9 — коническая нажимная пружина; 10 — полумуфта в сборе с запорным кольцом; 11 — полумуфта: 12 — левая чашка; 13 — центральный ведущий элемент в сборе с центральным кулачковым кольцом; 14 — правая чашка: 15 — установочные винты; 16 — болты крепления чашек

подрезов на ведущих поверхностях трапецеидальных зубьев. Комплект вращается как одно целое, и каждая полуось может вращаться с частотой ведомой шестерни главной передачи.

Прямолинейное движение назад под действием крутящего момента двигателя. Подобная же ситуация складывается и при движении назад. Однако, когда крестовина изменяет свое направление вращения на противоположное, крутящий момент начинает действовать на противоположные стороны всех трапецеидальных зубьев.

Левый поворот. Рассмотрим случай, когда механизм «Ноу спин» тихоходного типа, установленный в главной передаче автомобиля, находится в положении, соответствующем блокировке. Пусть автомобиль поворачивает налево, двигаясь вперед. Подобно тому, как в механизме стандартного типа, кулачковые зубья центрального кольца прижимаются к кулачковым зубьям полумуфт. Когда возникает необходимость в том, чтобы правая ведомая полумуфта вместе с запорным кольцом стала вращаться быстрее, вследствие ускоренного вращения правого кольца, то ничто не препятствует ее смещению на высоту кулачковых зубьев центрального кольца. В это же время левая полумуфта, находящаяся в зацеплении с центральным кулачковым кольцом, жестко блокируется в результате сопротивления, оказываемого медленнее вращающимся левым колесом.

Когда правая часть начинает вращаться вперед, боковая сторона выреза правого запорного кольца зацепляется с выемкой крестовины, блокируя это кольцо относительно системы кулачков центрального кулачкового кольца. В результате выступы запорного кольца оказываются перед вырезами центрального кулачкового кольца. Это исключает поворот ведомой полумуфты и вхождение ее в зацепление до тех пор, пока она вращается быстрее, чем крестовина и центральное кулачковое кольцо. Когда ускоренное движение прекратится, и частоты вращения крестовины и опережающей ведомой полумуфты станут одинаковыми, произойдет изменение направления действия момента. Вследствие этого правое запорное кольцо повернется назад от выемки крестовины, а его выступы расположатся по осям вырезов центрального кулачкового кольца, что позволит правой полумуфте и запорному кольцу повернуться до полного зацепления с крестовиной и центральным кулачковым кольцом.

Общая оценка. Во время левого или правого поворота автомобиля, двигающегося вперед или назад, все механизмы «Ноу спин» допускают вращение обеих ведомых полумуфт с частотой, большей, чем у ведомой шестерни главной передачи. В случае передачи крутящего момента вращение ни одной из полумуфт не происходит медленнее ведомой шестерни. Другими словами, если произойдет потеря сцепления колесом какой-либо стороны, то колесо с другой стороны будет вращаться с частотой ведомой шестерни главной передачи, как описано выше, благодаря чему вся сила сцепления, имеющаяся на каждом из колес, будет использоваться для приведения в движение автомобиля.

К преимуществам отключающего механизма «Ноу спин» с односторонними муфтами относятся высокая надежность и стабильность

тяговых качеств (рис. 3.109), независимость от износа элементов, относительно невысокая трудоемкость изготовления и взаимозаменяемость с обычными коническими дифференциалами. Недостатком этого механизма является некоторое отрицательное влияние, оказываемое на управляемость автомобиля, особенно проявляющееся у высокоскоростных автомобилей, поэтому основные объекты применения этого механизма — грузовые автомобили, экскаваторы, строительные и сельскохозяйственные машины и т. п.

В приложении 1 даны данные, касающиеся применения дифференциала «Ноу спин» в транспортных средствах с различными колесными формулами. Кроме того, приведены сравнительные данные о влиянии механизма «Ноу спин» и обычного дифференциала на способность приводить автомобиль в движение.

Рис. 3.109. Тяговые качества обычного дифференциала и отключающего механизма «Ноу спин» [1]:

a - обычный дифференциал; б — отключающий механизм «Ноу спин»; 1 — мягкое основание; 2 — твердое основание

Советские модификации дифференциала «Ноу спин». На ЗИЛе, МАЗе и в НАМИ разработаны конструкции подобных отключающих механизмов с односторонними муфтами для автомобилей ЗИЛ-164, ЗИЛ-157, МАЗ-200, ЯАЗ-210, ГАЗ-51, ГАЗ-бЗ. Эти механизмы используют также в различных модификациях основных моделей указанных автомобилей с применением стандартных узлов и механизмов. На рис. 3.110—3.116 показаны общие виды и элементы различных отключающих механизмов, изготовляемых в СССР. Их конструкция подобна механизму «Ноу спин» и представляет собой его модификации.

Левая чашка 1 отключающего механизма с односторонними муфтами (см. рис. 3.110—3.113) отличается от аналогичного элемента обычного конического дифференциала только некоторыми внутренними размерами. Для отключающего механизма автомобиля МАЗ-502 оказалось возможным полностью сохранить корпус механизма. Ведущим элементом механизма является крестовина 3. При двухступенчатой главной передаче ведущего моста, чтобы сохранить без изменений ведомую цилиндрическую шестерню, крестовину 3 (рис. 3.110 и 3.112) соединяют с корпусом при помощи четырех шипов,

Рис. 3.110. Отключающий механизм с односторонними муфтами автомобиля ЗИЛ-164 [35]:

1 — левая чашка дифференциала: 2 — правая чашка дифференциала, 3 — крестовина; 4 — полумуфта; 5 — нажимная пружина; 6 — опорная шайба выходной ' ступицы; 7 — выходная ступица: 8 — запорное кольцо; 9 — центральное кулачковое кольцо; 10 — стопорное (пружинное) кольцо; И — отверстие для демонтажа центрального кольца

как в обычном дифференциале. В случае одноступенчатой главной передачи ведущего моста можно было использовать соединение крестовины 3 (рис.' 3.111) с корпусом при помощи сплошного фланца. Для передачи крутящего момента на обеих торцовых поверхностях крестовины нарезаны радиальные трапецеидальные зубья. Их количество определяется величиной передаваемой силы.

В отключающих механизмах автомобильного завода ЗИЛ трапецеидальные зубья имеют вид перевернутых трапеций, заглубленных в основание на 0,45 ± 0,03 мм. Такая конструкция была принята по результатам испытаний и позволяет исключить возможность самовыключения механизма при передаче силы тяги.

Один из трапецеидальных зубьев венца крестовины удлинен. В отключающем механизме автомобиля МАЗ-502 (рис. 3.114) такой удлиненный зуб образуется в результате установки в канавке, выполненной на поверхности отверстия крестовины, специальной шпонки, закрепляемой посредством штифта. В других конструкциях удлиненный зуб проектируют как одно целое с крестовиной.

Необходимым условием правильного положения зубьев обоих венцов является их точная соосность. Несоосность зубьев обычно составляет 0,03—0,05 мм. Ширина впадины между зубьями принимается такой, чтобы сохранялся боковой зазор, необходимый для свободного выхода трапецеидальных зубьев при отклю гении полумуфт.

Внутри крестовины установлено центральное кулачковое кольцо 9 (см. рис. 3.110—3.113), которое может свободно вращаться. В осевом направлении кольцо зафиксировано обычным разрезным стопорным кольцом 10. При сборке стопорное кольцо устанавливается в глубокую кольцевую канавку центрального кольца, а после установки последнего в крестовину стопорное кольцо, введенное на половину во внутреннюю канавку крестовины, разводится. В целях

Рис. 3.111. Отключающий механизм с односторонними муфтами автомобиля ^ ЗИЛ-157 [35]:

1 — левая чашка дифференциала: 2 — правая чашка дифференциала; 3 — крестовина; 4 — полумуфта; 5 — нажимная пружина; 6 — опорная шайба выходной ступицы: 7 — выходная ступица; 8 — запорное кольцо; 9 — центральное кулачковое кольцо; 10 — стопорное (пружинное) кольцо; 11 — отверстие для демонтажа

обеспечения разборки кольцо с помощью пяти специальных штифтов убирается в канавку центрального кольца через выполненные для этой цели радиальные отверстия в крестовине.

На обеих торцовых поверхностях центрального кольца нарезаны кулачковые зубья в виде плоскостей, наклоненных по отношению к вершине зуба. Число и расположение зубьев центрального кольца полностью совпадают по шагу и направлению осей с зубьями крестовины (рис. 3.115). Толщина зубьев и ширина впадины между зубьями центрального кольца отличаются на величину бокового зазора между зубьями в зацеплении. Боковой зазор составляет 0,5 мм

Рис. 3.112. Отключающий механизм с односторонними муфтами автомобиля МАЗ-502 ]35]:

/ — левая чашка дифференциала; 2 — правая чашка дифферен нала: 3 — крестовина; 4 — полумуфта;

5 — нажимная пружина;

6 — опорная шайба выходной ступицы: 7 — выходная ступица; 8 — запорное кольцо: 9 — кулачковое центральное кольцо: 10 — стопорное (пружинное) кольцо: 11 — отверстие для демонтажа центрального кулачкового кольца: 12 — опорное кольцо пружины; 13 — распорная втулка

Рис. 3.113. Отключающий механизм с односторонними муфтами автомобиля ГАЗ-51 [35]:

1 — левая чашка дифференциала: 2 — правая чашка дифференциала: 3 — крестовина; 4 — полумуфта; 5 — нажимная пружина: 6 — опорная шайба выходной ступицы; 7 — выходная ступица; 8 — запорное кольцо; 9 — центральное кулачковое кольцо; 10 — стопорное (пружинное) кольцо

в отключающих механизмах автомобильного завода ЗИЛ и 0,83 мм у автомобиля МАЗ-502. В отключающем механизме НАМИ боковой зазор отсутствует.

На наружной поверхности центрального кольца выфрезерована канавка для прохода удлиненного зуба при сборке и разборке центрального кольца. В отключающем механизме автомобильного завода МАЗ, содержащем сквозную шпонку для образования удлиненного зуба на всей длине крестовины, ширина канавки на центральном кольце значительно превышает ширину шпонки. Это сделано для того, чтобы центральное кольцо могло иметь угловое перемещение в необходимых пределах. Угловое отклонение центрального кольца в отключающих механизмах автомобильного' завода МАЗ составляет 5° 20'. В конструкциях отключающих механизмов автомобильного завода ЗИЛ и НАМИ поворот центрального кольца не ограничен.

Ведомые полумуфты 4 (см. рис. 3.110—3.113) имеют на внутренних торцовых поверхностях по два соосно расположенных ряда зубьев. Зубья наружного ряда входят в зацепление с зубьями крестовины. Наличие широких впадин между зубьями позволяет ,полу-

Рис. 3.114. Крестовина отключающего механизма с односторонними муфтами автомобиля МАЗ-502 [35]:

1 — шпонка в виде удлиненного зуба; 2 — штифт крепления

муфтам совершать некоторые угловые перемещения относительно крестовины. Кулачковые зубья внутреннего ряда образованы поверхностями, наклоненными под углом 20° к вершине зуба. На наружной цилиндрической поверхности внутреннего ряда кулачковых зубьев установлено запорное кольцо 8 (рис. 3.110—3.113), которое может перемещаться по окружности. В осевом" направлении кольцо фиксируется кромкой, входящей в специально выточенную в полумуфте канавку. Запорное кольцо разрезано и выполнено пружинящим. Его устанавливают с предварительным натягом по наружному диаметру венца кулачковых зубьев полумуфты. Предварительный натяг, приходящийся на 1 мм посадочного диаметра полумуфты, в существующих конструкциях составляет 0,03—0,05 мм. На внутреннем торце запорного кольца нарезаны кулачковые зубья. Профиль зубьев такой же, как и зубьев полумуфты, но зубья запорного кольца отличаются по толщине. В целях облегчения включения зубья запорного кольца выполнены на 1,2—1,3 мм тоньше. Для этого зубья запорного кольца заглублены на 0,2 мм от вершины зубьев полумуфты. Кольца разрезаны вдоль вершин двух соседних зубьев, как показано на рис. 3.116. Для ограничения поворота запорного кольца относительно крестовины в собранном отключающем механизме служит удлиненный зуб (или шпонка в отключающем механизме автомобиля МАЗ).

Рис. 3.116. Запорное кольцо полумуфты [35]

Ширину прорези запорного кольца определяют, считая что при повороте кольца до упора в удлиненный зуб зубья запорного кольца занимают среднее положение относительно неподвижных зубьев полумуфты (см. рис. 3.106). Зубья всех венцов полумуфты имеют одинаковый шаг, равный шагу зубьев крестовины и ее центрального кольца. При зацеплении трапецеидальных зубьев крестовины с по-

лумуфтами в конструкции предусмотрено одновременное зацепление зубьев центрального кольца с кулачковыми зубьями обоих венцов полумуфты.

Пружины (см. рис. 3.110—3.113) в собранном механизме прижимают полумуфты к крестовине с постоянной силой. При выключенных полумуфтах сила пружин растет, что обеспечивает четкость обратного включения полумуфт. Выходная ступица 7 связывает полумуфту с полуосью. Для соединения с полуосями служат внутренние шлицы выходной ступицы 7, а наружными шлицами выходная ступица связана с полумуфтой. Для соединения этих элементов выбрана посадка с зазором, которая обеспечивает осевое перемещение полумуфты по шлицам выходной ступицы, необходимое для выключения и включения, и не допускает нежелательного перекоса элементов. При сборке полумуфты должны устанавливаться на выходную ступицу легко от усилия руки.

При прямолинейном движении автомобиля обе ведомые полумуфты соединены между собой через центральное кольцо под действием пружин и могут свободно поворачиваться в пределах зазора между зубьями, который образуется в результате нефиксированного положения центрального кольца, и зазора в замке запорных колец. В связи с тем, что в отключающем механизме автомобильного завода МАЗ сквозная шпонка вместе с запорным кольцом ведомых полумуфт ограничивают перемещения центрального кольца, размер канавки, в которой происходит угловое перемещение, равен боковому зазору между трапецеидальными зубьями и составляет 5° 20'.

Дифференциал фирмы «Хай-торк». В этом механизме, изготовляемом в США, зубчатые колеса заменены на односторонние муфты двойного действия — по одной муфте для каждой полуоси (рис. 3.117). В каждой из таких муфт находятся ролики (комплекты роликов). Корпус механизма имеет обработанную беговую дорожку и взаимозаменяем с корпусом обычного дифференциала. Полуоси устанавливаются на шлицах в отверстиях муфт. Принцип действия механизма таков: когда автомобиль движется прямолинейно, обе Односторонние муфты приводят в движение полуоси. На повороте, если не учитывать передаваемый крутящий момент, более нагруженное наружное колесо и полуось вращаются быстрее, чем внутреннее колесо. Это колесо сильнее противодействует поперечным силам. Отсюда, устойчивость транспортного средства при движении на повороте будет выше, чем при использовании дифференциала обычной конструкции. После потери сцепления на скользкой поверхности колесо вращается с той же частотой, что и другое колесо, до тех пор, пока не прекратится буксование. Теоретически возможно, чтобы почти весь момент прикладывался к вращающемуся колесу, но это привело бы к его буксованию. Однако малая вероятность данного явления не исключает возможности того, что это когда-либо произойдет.

Хотя дифференциал без зубчатых колес, изготовляемый фирмой «Хай-торк» (США), обладает ценными свойствами, но он не является единственным решением проблемы. Дорожное транспортное средство двигается с многочисленными поворотами, обусловленными распо-

Рис. 3.117. Отключающий механизм с односторонними муфтами Двустороннего действия фирмы «Хай-торк» (США) [4]:

а — в разобранном виде; б — схема действия; 1 — "(левая и правая) полуоси; 2 — корпус: 3 — комплект роликов; 4 — ведущее звено; 5 — ведомая шестерня главной передачи; 6 — ведущая шестерня главной передачи; 7 — ведущий вал

ложением дороги и наличием других транспортных средств. Отсюда, подобно тому, как и при обычной конструкции дифференциала с приводом на два колеса, крутящий момент большую часть времени передается одним колесом. Указанная закономерность уменьшает срок службы шин, поэтому объединение обычного дифференциала и односторонней муфты обеспечит подведение мощности к обоим ведущим колесам даже при движении на повороте, благодаря чему можно наиболее эффективно использовать сцепление колес с дорогой.

Упомянутый дифференциал был с успехом опробован на гоночных автомобилях высокой проходимости, имеющих привод на большую часть колес. Было бы хорошо, если бы это устройство позволило отказаться от применения третьего дифференциала в автомобилях с приводом на четыре колеса.

Дифференциал «Позитрек». Модификация дифференциала «Хай-торк», изготавливается в настоящее время фирмой «Уорн индастриз».