Diferentialul

FAC. DE INGINERIE MECANICA

Cat. de Autovehicule Rutiere

PROIECTla Construcia i calculul automobilelor I

Tema: Diferential

Student: Cretu Valentin-Silviu Secia AR Anul III, grupa 1115Anul universitar 2013-2014Semestrul II

Cuprins:

21. Introducere

42. Clasificarea diferentialelor si tipuri constructive

123. Parti componente ale diferentialului si functionarea acestuia

154. Defectiuni, cauze si remedieri ale diferentialului

165. Repararea diferentialului si a puntii motoare

165.1 Repararea diferentialului si a puntii motoare

175.2 Intretinerea puntii motoare

186. Norme de tehnica securitatii muncii si de prevenire si stingere a incendiilor NTSM si PSI

197. Calculul diferentialului

197.1 Determinarea momentului motor de calcul

197.2 Stabilirea momentelor de calcul pe baza fluxului de putere

207.3 Calculul axului satelitilor

217.4 Verificarea danturii la incovoiere

217.5 Verificarea danturii la presiunea de contact

227.6 Calculul arborelui de iesire al diferentialului

24Bibliografie:

1. Introducere

Generalitati Destinatia diferentialului

La deplasarea automobilului in viraj, roatamotoare exterioara parcurge un spatiu mai mare decat roata motoare interioara virajului.

El permite ca rotile motoare ale aceleasi punti sa se roteasca cu viteze unghiulare diferite, dand astfel posibilitatea ca la deplasarea automobilului in viraje sa parcurga spatii de lungimi diferite.

Daca rotile motoare ar fi montate pe acelasi arbore deplasarea automobilului in conditiile mentionate nu este posibila fara alunecarea si patinarea rotilor ceea ce conduce la uzura rapida a anvelopelor, la cresterea consumului de combustibil si la manevrarea mai dificila a directiei.

Pentru eliminarea acestor dezavantaje, respective pentru a da posibilitate rotilor motoare sa se roteasca cu viteze unghiulare diferite, in functie de conditiile de deplasare ale automobilului, fiecare roata se va monta pe cate un arbore separate, legati prin intermediul diferentialului.

Fig. 1 Schema diferentialului

1- coroana diferentialului; 2- caseta satelitilor; 3- axa satelitilor; 4- satelitii; 5- pinioane planetare;6- axe planetare; 7- roti motoare; 8- pinion de atac

In transmisia automobilelor, diferentialul poate fi dispus intre rotile puntii motoare, precum si intre punti la automobile cu mai multe punti motoare in scopul inlaturarii circulatiei de puteri.Un diferenial compenseaz turaiile diferite ale roilor la nivelul osiilor antrenate. Turaiile diferite ale roilor apar n cazul n care, la rularea n viraj, roile unei axe parcurg distane diferite. Astfel, de exemplu roata din exteriorul virajului se rotete mai repede n comparaie cu cea din interior. Echilibrarea turaiei la nivelul axelor antrenate este realizat n majoritatea situaiilor de un diferenial cu angrenaj conic. Un diferenial de blocare previne rsucirea total liber a unei roi i transfer fora asupra roii cu o traciune superioar.

Conditiile impuse diferentialului

Sa distribuie momentul motor intre roti sau intre punti intr-un raport care sa asigure automobilelor cele mai bune calitati de exploatare;

Sa aiba dimensiuni de gabarit cat mai reduse.

Dimensiunile de gabarit ale diferentialului au o importanta deosebita, acesta fiind dispus in carterul puntii din spate sau in interiorul reductorului distribuitor.

Conditiile deosebit de severe in aceasta privinta sunt impuse diferentialelor montate intre roti, deoarece dimensiunile sunt in stransa legatura cu dimensiunile coroanei transmisiei principale care are dimensiunile de gabarit riguros limitate.

2. Clasificarea diferentialelor si tipuri constructive

Clasificarea diferentialelor

Diferentialele pot fi:

simple (figura 2.)

duble (figura 3.)

Fig. 2 Diferential simplu

Fig. 3 Diferential dublu

Diferentialele se clasifica dupa mai multe criterii:

Dupa tipul angrenajelor folosite diferentialele pot fi:

cu roti dintate conice;

cu roti dintate cilindrice.

Dupa principiul de functionare diferentialele pot fi:

simple;

blocabile;

autoblocabile.Dupa valoarea momentului transmis la rotile motoare:

diferentiale simetrice;

diferentiale asimetrice.

Dupa locul de dispunere a diferentialelor in transmisia automobilului pot fi:

diferentiale dispuse intre rotile aceleasi punti motoare;

diferentiale dispuse intre puntile automobilelor cu mai multe punti motoare.

Desen de ansamblu Transmisia Principala Diferential

Fig. 4 Transmisia principala - Diferentialul

1. Janta;

2. Butuc;

3. Coroana dintata;

4. Asezarea coroanei dintate;

5. Dop de umplere cu ulei;

6. Pinion planetara;

7. Satelitii;

8. Buson de golire a uleiului;

9. Butuc;

10. Tambur de frana;

11. Flansa de frana;

12. Corpul axului;

13. Contactor;

14. Piston de comanda;

15. Furca de comanda;

16. Nasul puntii;

17. Pinion de atac;

18. Flansa de cuplare;

19. Carterul puntii;

20. Inel filetat;

21. Ax de centrare;

22. Careter diferential;

23. Pinion satelit;

24. Coroana;

25. Pinion planetar;

26. Rulment conic;

27. Crabot de blocare a diferentialului;

28. Arbore;

Fig. 5 Puntea motoare spate

30. Garnitura de protectie;

31. Arbore cu came de frana;

32. Levier de actionare;

33. Capac.Diferentialul conic simetric

Cea mai larga raspandire in constructia automobilului o au diferentialele cu angrenaje conice si cu dinti drepti.

Daca cele doua pinioane planetare au acelasi diametru si acelasi numar de dinti diferentialul se numeste conic simetric. Diferentialul conic simetric se monteaza in majoritatea cazurilor intre cei doi semiarbori planetari.

Diferentialul conic asimetric

Se poate recunoaste dupa diametrele si numarul de dinti ai pinioanelor planetare.

In acest caz diametrele acestor pinioane difera intre ele, iar cuplul transmis carcasei se repartizeaza la cei doi semiarbori in mod proportional cu diametrele si numarul de dinti ai pinioanelor planetare.

Acest diferential se monteaza de obicei intre puntile motoare ale automobilelor cu mare capacitate de trecere, in scopul repartizarii cuplului transmis in mod proportional cu greutatea adecvata corespunzatoare fiecarei punti motoare.

Diferentialul cilindric

Diferentialul cilindric poate fi:

simetric

asimetric

Diferentialul simetric se recunoaste dupa pinioanele planetare cilindrice care sunt montate pe semiarbori si care in acest caz sunt egale cu diametrul si numarul de dinti.

Diferentialul cilindric asimetric are un pinion planetar mai mare in diametru decat celalalt pinion planetar de pe celalalt semiarbore.

Diferentialele cilindrice au dimensiuni mai mari in comparative cu cele conice ceea ce face ca utilizarea acestora sa fie limitata de capacitatea de trecere impusa constructiv motiv pentru care astazi nu se mai intalnesc la automobile.

Diferentialul blocabil

Pe parcurs cand una din rotile motoare ale aceleasi punti se gaseste pe un teren cu aderenta mai mica (noroi, zapada, gheata, polei, ulei) aceasta roata incepe sa patineze, iar cealalta potrivit principiului de functionare a diferentialului , desi are o aderenta mai mare, nu se mai roteste deoarece este retinuta de valoarea mare a fortei de aderenta. In aceasta situatie automobilul nu mai poate inainta si pentru a evita acest neajuns autocamioanele grele in special, sunt prevazute cu mecanism de blocare rigidizeaza cei doi semiarbori planetari asigurand rotirea cu aceeasi turatie a rotilor motoare.

Fig. 6 Diferential blocabil

Blocarea se mentine atat timp cat dureaza terenul cu aderenta foarte mica, apoi se procedeaza la deblocare.

Diferentialul autoblocabil

Diferentialul autoblocabil are acelasi rol ca cel blocabil avand o constructie mai complicata si realizand rigidizarea celor doi semiarbori planetari in mod automat.

Blocarea diferentialului autoblocabil se face tot automat scutind pe conducatorul auto de aceasta operatie in timpul conducerii (figura 7.).

Fig. 7 Diferential autoblocabil

Diferentialul TorsenDiferenialul Torsen este un diferenial intermediar cu autoblocare mecanic (diferenial), care regleaz, n funcie de necesiti, fora dintre axa fa i cea spate. Noiunea de Torsen este alctuit din termenii n limba englez torque (cuplul motor) i sensoring (sensibil). Diferenialul funcioneaz sensibil la cuplul motor. Sistemul reacioneaz la diferitele fore de torsiune ntre arborele de intrare i arborele de ieire (ax fa, respectiv spate). Astfel exist posibilitatea unei repartizri variabile a cuplului motor ntre axe. La diferenialul Torsen, cele dou roi conduse sunt legate ntre ele prin transmisie elicoidal. Acestea limiteaz turaiile ridicate ale diferenialului, asigurnd ns echilibrul necesar la parcurgerea virajelor.

Fig. 8 Diferentialul Torsen

Fig. 9 Utilizarea diferentialului Torsen pe Volkswagen Phaeton

La modelul Phaeton, setarea de baz a diferenialului Torsen este selectat astfel nct forele de propulsie s fie repartizate, n situaii normale, ntr-o pondere de 50:50 ntre axa fa i cea spate. n caz de derapare, diferenialul Torsen transmite direct i imediat pn la 20 de procente din puterea de antrenare ctre axa cu traciune mai bun (max. 70:30, respectiv 30:70). Efectul de blocare al diferenialului Torsen crete automat n funcie de sarcin, acesta funcioneaz sensibil la cuplul motor, spre deosebire de diferenialul vscos sensibil la turaii. Avantajul este reprezentat de lipsa pretensionrii la parcurgerea virajelor, avnd n vedere c sunt admise turaiile diferenialului impuse de autovehicul.

Fig. 10 Principiul de operare al diferentialului Torsen

Necesitatea diferentialelorIn trecut automobilele erau prevazute cu axe spate rigide. Acest fapt nu era lipsit de periculozitate la viteze mai mari deoarecere spatele masinii avea tendinta de a intra in derapaj, motivul fiind faptul ca cele doua roti din spate trebuiau sa descrie in curba doua traiectorii de lungimi diferite. Roata din exterior are nevoie pentru a parcurge exteriorul curbei de mai multe rotatii decat cea din interior. Cand ambele roti sunt prinse de o axa rigida, roata mai lenta tinde sa se roteasca la fel de repede ca cea mai rapida. Atunci se roteste in loc si numai are aderenta la suprafata de rulare.Pentru a impiedica acest fenomen inginerii au inventat diferentialul. Au intrerupt axa spate la mijloc si au inlocuit legatura rigida cu un angrenaj amanuntit studiat, de roti dintate: de indata ce pinioanele cilindrice cu dinti drepti fixate pe planetare, se rotesc cu viteza diferita, pinioanele conice compenseaza diferenta printr-o miscare de rotatie suplimentara. Acest mecanism de compensare poarta denumirea de diferential.Autovehiculele utilitare grele si masinile de teren sunt prevazute cu un dispozitiv de blocare a diferentialului. Pinioanele conice de compensare pot fi scoase din joc, axa transformandu-se din nou intr-un arbore rigid. Aceasta are sens pe drumuri accidentate cand o roata risca sa ramana intepenita. Gratie blocarii diferentialului, cele doua planetare se rotesc impreuna cu aceasi viteza pana ce profilul anvelopei musca din nou din nisip sau mocirla.3. Parti componente ale diferentialului si functionarea acestuiaParti componente ale diferentialului

Pe carcasa este fixata coroana transmisiei principale, iar in caseta crucea pe care sunt montati liberi satelitii. Satelitii in numar de 4 fac legatura cu pinioanele planetare montate pe arborii planetari . Miscarea de rotatie se transmite casetei diferentialului prin transmisia principala formata din pinionul de atac si coroana (figura 11.).

Saibele din otel moale sau bronz servesc la micsorarea frecarii dintre pinioanele planetare si caseta.

Fig. 11 Diferential

Fig. 12 Transmisie Principala Diferential

1 coroan;

2 satelii;

3 carcas diferenial;

4 semilagre;

5 sigurane;

6 rulmeni cu role conice;

7 pinioane planetare;

8 piulie de reglaj;

9 ax satelii;

10 pinion;

11 rulmeni cu role conice;

12 aibe de reglaj;

13 deflectoare de ulei;

14 arbore pinion;

15 aibe de reglaj;

16 rulmeni cu role conice;

17 deflectoare de ulei;

18 plan;

19 piuli;

20 carter.

Functionarea diferentialului

Cand autovehicolul se deplaseaza pe linie dreapta deoarece drumurile descrise de cele doua roti motoare sunt egale si vitezele unghiulare ale lor vor fi aceleasi. In acest caz pinioanele planetare vor avea viteze unghiulare egale cu ale coroanei iar satelitii sunt imobilizati (acestia raman in permanenta angrenati) executand o miscare de revolutie impreuna cu caseta diferentialului.

Fig. 13 Functionarea diferentialului

La deplasarea autovehicolului in viraj coroana transmisiei principale si caseta se vor roti cu aceeasi viteza unghiulara ca si in linie dreapta din cauza ca roata exterioara virajului va avea de parcurs un drum mai lung decat roata interioara virajului, inseamna ca vitezele unghiulare ale celor doua pinioane planetare vor trebui sa fie diferite. Acest lucru este posibil datorita existentei satelitilor.

Cand autovehicolul intra in viraj, roata din interiorul virajului impreuna cu pinionul planetar are o viteza unghiulara mai mica decat roata din exteriorul virajului impreuna cu pinionul planetar.

Pentru a realiza aceste diferente de viteze unghiulare intre cele doua pinioane planetare satelitii vor capata o miscare de rotatie in jurul axei lor proprii care va fi cu atat mai mare cu cat diferenta intre vitezele unghiulare ale pinioanelor planetare este mai mare.

Deci la deplasarea in curba a automobilului sau pe un drum cu neregularitati una din rotile motoare parcurge un drum mai scurt si de aceea se va roti mai incet . In acest caz satelitii pe langa miscarea de transport in jurul arborilor planetari vor primi si o miscare de rotatie in jurul axelor lor. Astfel diferentialul asigura posibiliatea ca rotile motoare sa parcurga, in acelasi interval de timp drumuri diferite.

In afara de aceasta diferentialul poate influenta si in rau functionarea automobilului, ceea ce se intampla la deplasarea automobilului pe drumuri alunecoase.

Daca una dintre rotile motoare intra pe o portiune alunecoasa aderenta acesteia cu drumul scade si incepe sa patineze. In acest caz, datorita proprietatii diferentialului la roata a doua care are o aderenta mai buna nu se poate transmite o forta de tractiune mult mai mare decat la roata care patineaza forta acesteia ramanand limitata la aderenta cu drumul a rotii care patineaza.

Daca forta de tractiune la roata care patineaza este egala cu zero, atunci roata a doua se opreste in timp ce prima se roteste cu o turatie de doua ori mai mare si automobilul nu se mai poate deplasa . Din aceasta cauza la automobilele special destinate exploatarii in conditii grele de lucru se folosesc diferentiale care se blocheaza.

4. Defectiuni, cauze si remedieri ale diferentialului Diferentialul poate prezenta urmatoarele defecte: Uzura excesiva sau deteriorarea danturii pinioanelor satelit sau pinioanelor planetare

defectul se datoreaza uzurii carcasei;

deplasarii indelungate pe teren greu;

blocarii sau reglarii incorecte a franelor rotilor din spate;

folosirii la rotile din spate a unor anvelope cu uzuri sau marimi diferite;

remedierea se face numai la atelierul de reparatii.

Griparea sau deteriorarea rulmentilor carcasei:

defectul se produce datorita cauzelor care au fost prezentate la griparea sau deteriorarea rulmentilor transmisiei principale.

Ruperea axului sau a crucii satelitilor:

defectul se datoreaza suprasolicitarilor organelor respective in conditii speciale de exploatare (trecerea prin terenuri grele). Arborii planetari pot prezenta defectiuni:

uzura excesiva a canelurilor;

ruperea arborilor planetari-defectul se produce datorita functionarii indelungate , supraincarcarii automobilului;

remedierea se face la atelierul de reparatii.Caseta diferentialului Defectele posibile ale casetei diferentialului sunt:

diametrul locasurilor pentru crucea satelitilor uzati se reconditioneaza prin alezare la cota de reparatie, folosindu-se o cruce majorata;

diametrul fusurilor pentru rulmenti uzati se reconditioneaza prin incarcare cu sudura, strunjire si rectificare la cota nominala;

filetul gaurilor de prindere a semicarcaselor uzate se reconditioneaza prin majorarea gaurilor si rectificare;

suprafata de sprijin a pinionului planetar uzata se reconditioneaza prin rectificare frontala iar la montaj se utilizeaza o saiba cu grosime majorata.Crucea satelitilor

Defectiuni posibile ale crucii satelitilaor

la crucea satelitilor se pot uza sau deteriora fusurile. Reconditionarea se poate realiza dupa cum urmeaza:

cromarea dura a fusurilor urmata de rectificarea la cota nominala sau cota treptei de reparatie.

5. Repararea diferentialului si a puntii motoare

5.1 Repararea diferentialului si a puntii motoare

Intrucat ungerea angrenajelor si acelor alte piese componente a cutiei de viteza-diferential se face prin balacire este necesar ca in permanenta sa existe in carterul cutiei de viteze-diferential o cantitate de doi litri de ulei.

Umplerea cu ulei se face prin orificiul de umplere situate pe partea dreapta a carterului care serveste la verificarea nivelului uleiului iar golirea se face prin orificiul situat in partea de jos a carterului.

Uleiul folosit trebuie sa fie de tipul T80-EP2 iarna, sau T90-EP2 vara.

Intretinerea puntii motoare este foarte simpla si consta numai in verificarea si completarea, uleiului care se face dupa 1500 km parcursi sau la 40 ore de functionare. Inlocuirea uleiului se face la fiecare 12000 de km parcursi. Nivelul corect al uleiului este atunci cand acesta curge foarte putin pe la busonul de umplere.

Demontarea diferentialului se face numai atunci cand apar jocuri sau se inlocuiesc piesele uzate.

In situatia in care apar jocuri care depasesc valorile admisibile se procedeaza la reglarea acestora.

Pentru reglarea jocului rulmentilor radiali-axiali ai pinionului de atac se procedeaza la scoaterea seibilor de reglaj. Cand jocul este mare, sau introducerea de saibe cand jocule este prea mic.

Reglarea jocului dintre pinionul de atac si coroana se face prin scoaterea sau adaugarea seibilor de reglaj, sau prin reglarea jocului rulmentilor arborelui intermediar.

5.2 Intretinerea puntii motoare

Intretinerea puntii motoare este foarte simpla si consta in verificare si completarea uleiului care se face dupa fiecare 1500 de km parcursi sau cu 40 de ore de functionare. Inlocuirea uleiului se face la fiecare 12000 de km parcursi, iar nivelul corect al uleiului in carter este atunci cand acesta curge foarte putin pe la busonul de umplere.

Demontarea diferentialului se face numai atunci cand apar jocuri sau se inlocuiesc piesele uzate.

In situatia in care apar jocuri care depasesc valorile admisibile se procedeaza la reglarea acestora.

Pentru reglarea jocului rulmentilor radiali-axiali ai pinionului de atac se procedeaza la scoaterea seibilor de reglaj. Cand jocul este mare, sau introducerea de saibe cand jocul este mic.

Reglarea jocului dintre pinionul de atac si coroana se face prin scoaterea sau adaugarea seibilor de reglaj.

Acest reglaj se mai poate realiza si de la capacele care preseaza rulmentii prin adaugarea sau indepartarea saibelor de reglaj.6. Norme de tehnica securitatii muncii si de prevenire si stingere a incendiilor NTSM si PSI

La operatiile de montare si de demontare a transmisiei principale si a diferentialului sau de inlocuire ale unor piese componente sau subansamble se vor utiliza numai scule calibrate, interzicandu-se folosirea sculelor deteriorate sau uzate.

Locul de munca sa prezinte un microclimat corespunzator, sa fie luminat, ventilat, lipsit de praf;

Sculele si dispozitivele sa fie omologate si in perfecta stare de intrebuintare;

Piesele cu masa mai mare cum sunt: ambreajul, cutia de viteze, puntea motoare, vor fi ridicate, manipulate si depozitate pe capre sau rafturi special amenajate cu ajutorul instalatiilor de ridicare in scopul reducerii efortului fizic si al inlaturarii pericolului eventualelor accidente, sau cu ajutorul carucioarelor.

7. Calculul diferentialului

7.1 Determinarea momentului motor de calcul (Nmm)

(Nmm)

Raportul de transmitere din angrenajul conic

Pentru calcule se adopt:cv=0,97...0,98 ( pentru priz direct)

cv=0,92...0,94 (pentru celelalte trepte)

c=0,990...0,995 (transmsie longitudinal)

0=0,92...0,94

Fig. 14 elementele de calcul ale diferentialului

7.2 Stabilirea momentelor de calcul pe baza fluxului de putereNumrul satelitlor

Coeficientul de blocare al diferentialului

Semiunghiul conului de divizare al satelitului

Inaltimea pinionului planetar

Inaltimea carcasei

Momentul de calcul pentru rotile dintate (MC)

(Nmm)

Momentul de calcul pentru imbinarea rotilor planetare cu arborii planetari

(Nmm)

7.3 Calculul axului satelitilor

Raza medie a pinionului planetar

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

Forta tangentiala care solicita dintii pinioanelor diferentialului

Efortul unitar de forfecare

Presiunea specifica dintre butucul satelitului si ax

Presiunea specifica dintre axul satelitilor si caseta diferentialului

Suprafata de contact dintre satelit si caseta diferentialului se calculeaza la strivire

7.4 Verificarea danturii la incovoiere

Efortul unitar la incovoiere

- coef. ce tine seama de concentrarile de eforturi ce au loc la baza dintelui

- coef. de concentrare a sarcinii pe lungimea dintelui

- coef. de incarcare dinamica

- coef. de forma

- pasul normal

- coef. de acoperire

- latimea danturii

7.5 Verificarea danturii la presiunea de contact

Calculul presiunii de contact

- lungimea generatoarei conului de divizare

- coeficientul de elasticitate

- raza de curbura redusa

Presiunea de contact este data de relatia:

7.6 Calculul arborelui de iesire al diferentialului

Calculul canelurii arborelui de iesire

Se alege canelura in evolventa cu urmatoarele dimensiuni

- diametrul exterior

- diametrul interior

- numarul de caneluri

- tesitura canelurii

- modulul canelurii

Arborele planetar este solicitat la torsiune de momentul:

Efortul unitar de torsiune

Momentul nominal de transmis

Raza medie a profilului canelat

Tensiunea admisibila la strivire a flancurilor canelurilor

Suprafata portanta necesara

Suprafata portanta a flancurilor canelurii pe unitatea de lungime a imbinarii

Lungimea minima necesara a imbinarii canelate

Se adopta

Momentul de torsiune transmisibil

Coeficientul de siguranta

Bibliografie:

Fril, Gh., Popa, V., M., 1990, Automobile Sofer Mecanic Auto, Editura Didactica si Pedagogica R.A Bucuresti; Fril, Gh., Popa, V., M., 1981,Constructii de automobile, Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti;

Automobile , Editura Didactica si Pedagogica R.A Bucuresti; 1998, Diagnosticare, Intretinere si Reparera , Editura tehnica Copyright; 1975, Automobile Roman cu motoare Diesel, Editura tehnica; Indrumator general Auto , Editura tehnica Bucuresti.PAGE 2