STUDIUL DIFERENTIALULUI

Mecanismul de directie cu diferentialeClasificare, scheme, funcţionare. Ca mecanisme de direcţie ale tractoarelor pe şenile se

pot utiliza diferenţialele simple sau duble (compuse), cu roţi conice, cilindrice şi cu şurub melc şi roată melcată. În prezent, mecanismul de direcţie cu diferenţial simplu (fig. 3.40) nu se mai utilizează la tractoare pe şenile, dar face parte din mecanismele de direcţie combinate, utilizate la vehicule pe şenile de mare viteză. Ca mecanism de direcţie simplu, diferenţialul simplu s-a utilizat la tractorul pe şenile StaubLunic. În figura 1 este reprezentată schema diferenţialului dublu cu roţi conice, care, în cazul folosirii ca mecanism de direcţie la tractoare pe şenile, are montat pe fiecare arbore planetar cate o frană f1 şi f2.Cutia diferenţialului este legată cinematic prin transmisia centrală cu cutia de viteze. De la diferenţial, puterea se transmite arborilor planetari 1 şi 2 la capetele cărora sunt montate roţile dinţate conducătoare ale transmisiilor finale, cu ajutorul cărora roţile motoare ale şenilelor sunt legate de arborii planetari. În cutia diferenţialului se montează crucea, pe fusurile căreia se rotesc liber roţile numite sateliţi.Sateliţii se află în angrenare permanentă cu roţile montate pe capetele interioare ale arborilor planetari, denumite roţi planetare.

Fig. 1 Schema mecanismului de directie cu diferential simplu

Diferenţialele duble (compuse) se deosebesc de cele simple prin prezenţa sateliţilor dubli: cei interiori (principali) se află în angrenare permanentă cu roţile planetare, iar cei exteriori (suplimentari) cu roţile tamburelor celor două frane. După construcţia lor, diferenţialele duble sunt: cu roţi conice (fig. 2 a); cu roţi cilindrice (fig.2 b) şi cu şurub melc şi roată melcată (fig. 2 c). În schemele respective s-au făcut următoarele notaţii: 1 – roţi planetare (centrale), care sunt montate fix pe capetele interioare ale celor doi arbori planetari; 2 – sateliţii principali, aflaţi în angrenare permanentă cu roţile planetare; 3 –sateliţii suplimentari, aflaţi în angrenare permanentă cu roţile franelor; 4 –roţile franelor, pe care se montează tamburele franelor.

Mecanismul de directie planetar cu o treaptaMecanismul de direcţie planetar cu o treaptă constă in două mecanisme planetare cu o

treaptă, fiecare acţionand cate o şenilă. Se utilizează două variante de asemenea mecanisme: cu roata centrală ca element conducător(fig. 3 a) şi cu coroana ca element conducător (fig. 3 b). Principalele elemente ale unui mecanism planetar, utilizat ca mecanism de direcţie la tractoarele pe şenile, sunt: roata centrală 7, sateliţii 2,coroana 3,  braţul portsatelit 4 şi două frane (f1,f′1 în partea dreaptă şi f2, f′2 în partea stangă).Funcţionarea celor două variante de mecanisme este identică. La mers în linie dreaptă, franele f1 şi f2 sunt libere, iar f′1 şi f′2 sunt stranse (pentru a se anula un grad de libertate). Pentru viraje cu raze mari, se slăbeşte una din franele f′1 sau f′2, în funcţie de sensul virajului. Astfel, întreaga putere a motorului se transmite şenilei înaintate. În cazul virajelor cu raze mici, odată cu slăbirea franei f′1 sau f′2 se strange frana f1, respectiv f2.Raza minimă de viraj este aceeaşi ca în cazul ambreiajelor de direcţie,adică Rmin=0,5B.

Fig. 3 Scheme de mecanisme de directie planetare cu o treapta

Mecanismul de directie planetar cu doua trepteÎn figura 4 este reprezentată schema unui mecanism de direcţie planetar cu două trepte.

Transmisia centrală acţionează arborele conducător al mecanismului, care,la randul său, transmite puterea primită fiecărei şenile prin intermediul mecanismului planetar cudouă trepte şi transmisiei finale.Fiecare mecanism planetar se compune din următoarele elemente principale: roata centrală 2,sateliţii dubli 2 – 3, montaţi pe braţul portsateliţi 5, coroana 4, un ambreiaj şi două frane.

[7]

Fig. 1 - Diferentialul1-platou port-sateliti;2-pinioane planetare;3-arborele rotii;4-transmisia finala;5-sateliti;6-pinion de atac.

Diferentialul are rolul de a asigura legatura cinematica dintre transmisia centrala si arborii planetari si sa permita diferentierea vitezei unghiulare a rotilor motrice cand tractorul (sau alt tip de autovehicul) se inscrie intr-un viraj. Diferentialul intervine si in situatia cand rotile motrice au aderenta diferita pe suprafata terenului pe care ruleaza.

Dupa valoarea momentului transmis celor doi arbori planetari, diferentialele pot fi: simetrice (cand momentul transmis celor doi arbori este egal) si asimetrice (cand momentul se transmite celor doi arbori inegal, intr-un anumit raport). Dupa caracteristicile constructive se intalnesc diferentiale: cu angrenaje conice, cu angrenaje cilindrice, cu angrenaje melcate si cu came. Dupa particularitatile functionale diferentialele pot fi: simple, facultativ blocate, autoblocabile.

La tractoarele agricole, cele mai folosite diferentiale sunt cele cu angrenaje conice, simple si facultativ blocate.

Diferentialul simplu cu angrenaje conice (fig.1) este format din caseta diferentialului solidarizata prin suruburi cu coroana transmisiei centrale. In interiorul casetei se gasesc doua sau patru pinioane satelite si doua pinioane planetare. Pinioanele planetare sunt permanent cuplate cu pinioanele satelite si solidarizate cu arborii planetari.In timpul deplasarii tractorului pinionul de atac, primind miscarea de la cutia de viteze, o

transmite coroanei si odata cu aceasta se roteste si caseta diferentialului. In functionarea diferentialului se disting doua situatii:• tractorul se deplaseaza in linie dreapta, rotile motrice au aceea§i aderenta cu suprafata solului si ca atare se rotesc cu aceea§i viteza unghiulara (ecu = 02);

• tractorul executa un viraj si ca atare vitezele lor unghiulare se diferentiaza

In primul caz, pinioanele sateliti se rotesc odata cu caseta diferentialului dar joaca rol de pene intre pinioanele planetare, astfel ca cei doi arbori planetari lucreaza ca un singur arbore, imprimand rotilor motrice aceea§i viteza unghiulara ( Q1 = Q2).

In cel de al doilea caz, satelitii se invart odata cu caseta diferentialului, dar in acelasi timp capata si o miscare de rotatie in jurul axei lor, miscare prin care diferentiaza viteza unghiulara a pinioanelor planetare, respectiv a rotilor motrice. La viraje, cu cat roata motrica din interioarul curbei se invarte mai incet decat caseta diferentialului, cu atat cea din exterior se invarte mai repede, astfel ca suma vitezelor

- Transmisia finala a) simpla; b) dubla.

unghiulare a rotilor planetare, pentru aceeasj viteza de deplasare a tractorului, este constants §i de doua ori mai mare decat viteza unghiulara a casetei diferentialului:coi + ю2 = 2 coc.

Blocarea diferentialului se poate obtine prin solidarizarea arborelui planetar cu caseta diferentialului prin comanda mecanica (fig. 2a) sau hidraulica (fig. 2b).

Fig. 52 - Schemele cinematice ale mecanismelor de blocare a diferentialului

1- carcasa diferentialului2- sateliti3- arbore planetar

_J. Ъ ^ .л 4-cuplaj actionat hidraulic5-pinioane planetare

h 6-pinion de atac.

a) b) 1.2.7. TransmisiafinalaTransmisia finala are rolul de a transmite mi§carea la rotile motrice §i de a asigura, in acela§i

timp, ultima demultiplicare a acestei mi§cari.Dupa caracteristicile constructive se intalnesc urmatoarele transmisii finale: roti dintate; cu

lant; planetare.Transmisiile finale cu roti dintate (fig.53) pot fi simple (a) §i duble (b). Cele simple sunt formate din doua roti dintate cilindrice (R1 §i R2) §i realizeaza o singura treapta de demultiplicare a miscarii, iar cele duble au in alcatuirea lor doua perechi de roti dintate (R1 §i R2, R3 §i R4) §i realizeaza doua trepte de demultiplicare.

R1 L I t I

IVr R2

a )

Fig.

2

b

La majoritatea tractoarelor, transmisiile finale sunt de tipul cu roţi dinţate cu arbori cu axe fixe. Cea mai largă utilizare au primit-o transmisiile finale simple cu angrenare exterioară, cu rapoarte de transmitere if = 4…7. Tipul transmisiei finale şi locul ei de plasare în raport cu roţile motoare sunt determinate de tipul şi destinaţia tractorului. La tractoarele universale pe roţi, transmisiile finale se aşază, de obicei, lângă diferenţial, chiar în carterul transmisiei (fig. 3).

Fig. 3. Schema punţii din spate cu transmisie finală plasată lângă diferenţial.

În acest caz, puntea din spate are o construcţie mai compactă şi este mai rigidă, însă are dezavantajul că se reduce considerabil lumina tractorului. În plus, arborii roţilor motoare au o lungime mare.

În cazurile în care trebuie să se asigure o lumină mare a tractoarelor, transmisiile finale se aşază lângă roţile motoare (fig. 4). asemenea construcţii au avantajul că permit scurtarea arborilor solicitaţi puternic (arborii roţilor motoare) şi eliberează spaţiul de sub tractor, însă prezintă dezavantajul cu au o construcţie mai puţin compactă şi mai puţin rigidă.

Fig. 4. Schema punţii din spate cu transmisie finală plasată lângă roata motoare: a – carterul punţii din spate; b – carterul transmisiei finale; c – îmbinare cu şuruburi.

Transmisiile finale, în ultimul caz, au carterele lor proprii, care se prind cu şuruburi de carterul punţii din spate. Această construcţie prezintă avantajul modificării luminii tractorului. Aceasta se realizează astfel: se desfac şuruburile îmbinării c şi se roteşte carterul b în raport cu a. Această soluţie constructivă se foloseşte la tractoarele de putere mică şi, uneori, mijlocie ( de exemplu, la familiile de tractoare U 445, U 533, U 643).

În cazul tractoarelor care necesită lumină foarte mare, se folosesc transmisii finale cu lanţ

6

sau combinate ca cea din figura 5. Această soluţie se foloseşte, de exemplu, la tractoarele U 445 HC, U 533 HC, U 643 HC (high-clearance), utilizate în pomicultură (HCP), legumicultură (HCL) sau în viticultură (HCV).

Fig. 5. Schema transmisiei finale combinate (cu lanţ şi angrenaj cu roţi dinţate).

În prezent, la tractoarele de putere mare, este pe cale de a se generaliza transmisiile finale planetare. Această variantă se extinde şi la tractoarele de putere mijlocie. În figura 4 este prezentată schema cinematică a unei asemenea transmisii. Aceasta are raportul de transmitere

if=ω1

ωH

=1+z3

z1

=4 . . .7,

unde z1 şi z3 sunt numerele de dinţi ai roţii planetare 1, respectiv ai coroanei 3.Transmisiile finale planetare au următoarele avantaje: construcţie compactă şi rigidă;

fiabilitate ridicată datorită faptului că momentul de torsiune este transmis prin mai multe perechi de dinţi (egal cu numărul sateliţilor). Ele prezintă însă dezavantajul că nu participă la realizarea luminii tractorului (arborele de intrare este coaxial cu cel de ieşire).

Fig. 6. Schema cinematică a transmisiei finale planetare pentru puntea din spate: 1 – roată planetară; 2 – satelit; 3 – coroană; H – braţ portsatelit.

În puntea din faţă a tractoarelor 44, cea mai largă utilizare o au transmisiile finale planetare. În figura 6 este reprezentată schema cinematică a unei asemenea transmisii. Elementul conducător este roata planetară 1, condus – braţul portsatelit H, de blocare (fix) – coroana 3.

7

Transmisia finală de acest tip are raportul de transmitere if=1+

z3

z1

=3 . .. 5.

Fig. 7. Schema cinematică a transmisiei finale planetare pentru punte faţă cu element de blocare coroana: 1 – roată planetară; 2 – satelit; 3 – coroană; H – braţ portsatelit.

O altă variantă de transmisie finală planetară este cea din figura 8 care, de fapt, este o transmisie pseudoplanetară, întrucât are braţul portsatelit fix.

Transmisia finală de acest tip are raportul de transmitere if=−

z3

z1

=3 . .. 5. Semnul minus are

semnificaţia schimbării sensului de rotaţie a elementului condus în raport cu cel conducător.

Fig. 8. Schema cinematică a transmisiei finale pseudoplanetare pentru punte faţă cu element de blocare braţul portsatelit: 1 – roată planetară; 2 – satelit; 3 – coroană; H – braţ portsatelit.

La unele tractoare, de exemplu, la tractoarele japoneze Kubota se utilizează transmisii finale în puntea din faţă neplanetare. Astfel, în figura 9 este reprezentată schema unei transmisii finale cu roţi dinţate cilindrice cu arbori ficşi. O asemenea schemă este utilizată şi la tractorul românesc de putere mică (20 CP) HART 200. Această variantă constructivă, spre deosebire de transmisia planetară, prezintă avantajul că participă la realizarea luminii tractorului.

8

Fig. 9. Schema cinematică a punţii din faţă cu transmisie finală cu angrenaje cilindrice.

Tot firma Kubota utilizează transmisii finale în puntea din faţă cu angrenaje conice (fig. 10). În această variantă constructivă, nu mai este necesar cuplajul homocinetic, ceea ce permite obţinerea unui unghi de bracare mărit.

Fig. 10. Schema cinematică a punţii din faţă cu transmisie finală cu angrenaje conice.

9