> Главная передача
Трансмиссия
Назначение и типы главных передач.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента и изменения его направления под прямым углом к продольной оси автомобиля. С этой целью главную передачу выполняют из конических шестерен. В зависимости от числа шестерен главные передачи разделяют на одинарные конические, состоящие из одной пары шестерен, и двойные, состоящие из пары конических и пары цилиндрических шестерен. Одинарные конические, в свою очередь, подразделяют на простые и гипоидные передачи.
1 - ведущая коническая шестерня, 2 – ведомая коническая шестерня,
3 - ведущая цилиндрическая шестерня, 4 - ведомая цилиндрическая шестерня.
Одинарные конические простые передачи (рис. а) применяют преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. В этих передачах ведущая коническая шестерня 1 соединена с карданной передачей, а ведомая 2 с коробкой дифференциала и через механизм дифференциала с полуосями. Для большинства автомобилей одинарные конические передачи имеют зубчатые колеса с гипоидным зацеплением (рис. 6). Гипоидные передачи по сравнению с простыми обладают рядом преимуществ: они имеют ось ведущего колеса, расположенную ниже оси ведомого, что позволяет опустить ниже карданную передачу, понизить пол кузова легкового автомобиля. Вследствие этого снижается центр тяжести и повышается устойчивость автомобиля. Кроме того, гипоидная передача имеет утолщенную форму основания зубьев шестерен, что существенно повышает их нагрузочную способность и износостойкость. Но это обстоятельство обусловливает применение для смазки шестерен специального масла (гипоидного), рассчитанного для работы в условиях передачи больших усилий, возникающих в контакте между зубьями шестерен.
Двойные главные передачи (рис. в) устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности для увеличения общего передаточного числа трансмиссии и повышения передаваемого крутящего момента. В этом случае передаточное число главной передачи подсчитывается как произведение передаточных чисел конической (1, 2) и цилиндрической (3, 4) пар.
Устройство главной передачи.
Двойная главная передача автомобиля ЗИЛ-130 является частью механизмов ведущего заднего моста, которые размещены в его балке 8. Ведущий вал главной передачи выполнен за одно целое с ведущей конической шестерней 1. Он установлен на конических роликовых подшипниках в стакане, закрепленном на картере 9 главной передачи. Здесь же в картере установлен на роликовых конических подшипниках промежуточный вал с ведущей цилиндрической шестерней 12. На фланце вала жестко закреплена ведомая коническая шестерня 2, находящаяся в зацеплении с шестерней 1. Ведомая цилиндрическая шестерня 5 соединена с левой 3 и правой 6 чашками дифференциала, образующими его коробку. В коробке установлены детали дифференциала: крестовина 4 с сателлитами 11 и полуосевыми шестернями 10.
Механизмы ведущего заднего моста
При работе главной передачи крутящий момент передается от карданной передачи на фланец ведущего вала и его шестерню 1, далее на ведомую коническую шестерню 2, промежуточный вал и его шестерню 12, ведомую цилиндрическую шестерню 5 и через детали дифференциала на полуоси 7, связанные со ступицами колес автомобиля.
Двойная разнесенная главная передача применяется на грузовых автомобилях большой грузоподъемности, когда передаточное число передачи io ≥ 11 и на автомобилях многоцелевого назначения для получения требуемого дорожного просвета.
Преимущества передачи:
Передаточное число передачи может достигать 20...30;
Меньшие размеры и масса межколесного дифференциала и диаметр полуосей;
Компактная центральная часть ведущего моста, что важно для получения низкого уровня пола и центра масс автомобиля, а также для обеспечения требуемого дорожного просвета;
Возможность корректирования передаточного числа главной передачи без изменения центральной части ведущего моста;
Бортовые и колесные редукторы несут лишь часть нагрузки, приходящейся на ведущий мост.
Недостатки передачи:
Высокая трудоемкость обслуживания;
Усложнение и удорожание конструкции по сравнению с двойной центральной главной передачей из-за большого количества деталей;
Увеличение неподрессоренных масс (особенно при независимой подвеске колес).
Чаще всего разнесенная главная передача состоит из центрального редуктора (конической или гипоидной передачи) и колесного (или бортового) редуктора. Такая схема находит применение как при жестком картере моста (при зависимой подвеске колес), так и в случае шарнирного ведущего моста, когда центральный редуктор размещен на кузове (или на раме) автомобиля и связан с колесными редукторами карданными передачами (при независимой подвеске колес).
Колесные редукторы, используемые в конструкциях автомобилей, могут быть с неподвижными осями валов или планетарными. Их основные схемы приведены на рис. 6.12. Наибольшее распространение получили редукторы, выполненные по схемам рис. 6.12, а, в, г. Редукторы, схематически показанные на рис. 6.12, а, б, в, ж, имеют неподвижные оси валов, а остальные – представляют собой планетарные механизмы. В редукторах (рис. 6.12, аиб) ведущая шестерня может располагаться ниже оси ведомой шестерни, что позволяет снизить уровень пола в кузове автомобиля.
Смазывание деталей колесных редукторов осуществляется разбрызгиванием масла, залитого в их картеры.
Определение параметров зубчатых колес колесных редукторов, выбор подшипников и расчет валов осуществляется по тем же методикам, что и для коробок передач. Применяемые материалы для изготовления зубчатых колес и валов также аналогичны.
При разработке ведущих мостов с колесными редукторами находит применение модульный принцип проектирования. Так, меняя зубчатые пары в планетарном колесном редукторе, можно изменять общее передаточное число главной передачи при постоянном передаточном числе в центральном редукторе, т.е. получать семейство ведущих мостов различных типоразмеров.
Дифференциалы
Дифференциал – это механизм трансмиссии, выполняющий функцию распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или мостами и позволяющий вращаться ведомым валам с одинаковыми или разными угловыми скоростями, кинематически связанными между собой.
Помимо общетехнических требований, предъявляемых ко всем механизмам трансмиссии, к дифференциалам предъявляется одно требование – они должны распределять крутящий момент между колесами или мостами в пропорции, обеспечивающей наилучшие эксплуатационные свойства автомобилю (максимальную силу тяги, устойчивость и управляемость).
Для увеличения силы тяги автомобиля необходимо распределять крутящий момент по колесам пропорционально нагрузке на колесо и коэффициенту сцепления. При различных значениях коэффициента сцепления под колесами правого и левого бортов силы тяги по бортам окажутся различными, в результате чего появится момент этих сил относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс автомобиля, ухудшающий его устойчивость и управляемость. Для обеспечения же хорошей устойчивости движения необходимо равенство сил тяги на колесах правого и левого бортов. При различных значениях коэффициента сцепления под колесами это приведет к ограничению сил тяги на всех колесах силой тяги на колесе, имеющем минимальные сцепные возможности, и, как следствие, к ухудшению тяговых свойств автомобиля. Отмеченное противоречие практически всегда разрешается в пользу повышения тяговых свойств автомобиля.
Необходимо отметить, что дифференциал не влияет на общее передаточное число трансмиссии автомобиля. Он обеспечивает качение ведущих колес без проскальзывания на поворотах и при движении по неровностям дороги.
Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.
Принцип работы
Общий вид гипоидной главной передачиПринцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и дифференциала, приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.
Основная характеристика этого редуктора — передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с вторичным валом коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.
Устройство и основные требования к главной передаче
Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с и, соответственно, с колесами машины.
Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 — ведущие колеса; 2 — полуось; 3 — ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:
- минимальный уровень шума и вибраций при работе;
- минимальный расход топлива;
- высокий КПД;
- обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
- технологичность;
- минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
- минимальная масса;
- высокая надежность;
- минимальная необходимость в обслуживании.
Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.
Классификация главных передач
По числу пар зацеплений
- Одинарная — имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
- Двойная — имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.
Одинарная и двойная главная передача По виду зубчатого соединения
- Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
- Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
- Гипоидная — самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
- Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.
Цилиндрическая главная передача По компоновке
- Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
- Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Коническая главная передача Преимущества и недостатки
Червячная главная передача Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
- Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
- Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
- Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
- Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15
Тема: «Назначение, устройство и принцип работы главной передачи и дифференциала»
Цель работы : изучение назначения, устройства и принципа работы главной передачи и дифференциала.
На большинстве современных автомобилей в состав трансмиссии включаются одна или несколько (по числу приводных осей) главных передач и соответствующее число межколесных дифференциалов. Кроме того, на автомобилях с несколькими приводными осями (ведущими мостами) могут быть установлены межосевые дифференциалы.
Главная передача на автомобиле выполняет две функции:
1) согласование частот вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес и обусловленное этим постоянное повышение крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса;
2) изменение направления вектора крутящего момента в соответствии с компоновочной схемой автомобиля (например, поворот вектора крутящего момента на 90° при продольном расположении двигателя).
Дифференциал – механизм трансмиссии автомобиля, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между валами и позволяющий им вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями.
Межколесный дифференциал служит для кинематического рассогласования колес одной оси при движении автомобиля на поворотах или по неровностям.
Межосевой дифференциал служит для кинематического рассогласования колес разных осей при движении автомобиля по неровностям или при изменении скорости движения, а также для постоянного распределения в определенном соотношении крутящего момента между мостами полноприводных автомобилей.
Главная передача
При движении автомобиля крутящий момент от коленвала двигателя передается коробке передач и затем, через главную передачу и дифференциал, на ведущие колеса. Главная передача позволяет увеличивать или уменьшать крутящий момент передаваемый колесам автомобиля и одновременно уменьшать и соответственно увеличивать скорость вращения колес.
Передаточное число в главной передаче подбирается таким образом, что максимальный крутящий момент и частота вращения ведущих колес находятся в наиболее оптимальных значениях для конкретного автомобиля. Кроме того, главная передача очень часто является объектом тюнинга автомобиля.
По сути, главная передача - это не что иное, как шестеренчатый понижающий редуктор, в котором ведущая шестерня связана с вторичным валом КПП, а ведомая – с колесами автомобиля. По типу зубчатого соединения главные передачи различаются на следующие разновидности :
· цилиндрическая – в большинстве случаев применяется на автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач и передним приводом;
· коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума;
· гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума;
· червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
Также стоит отметить, что автомобили с передним и задним приводом имеют различное расположение главной передачи. В переднеприводных автомобилях с поперечным расположением КПП и силового агрегата, цилиндрическая главная передача располагается непосредственно в картере КПП. В автомобилях с классическим задним приводом главная передача установлена в корпусе ведущего моста и соединена с коробкой передач посредством карданного вала. В функционал гипоидной передачи заднеприводного автомобиля также входит и разворот вращения на 90 градусов за счет конических шестерен. Несмотря на различные типы и расположение, предназначение главной передачи остается неизменным.
Схема работы главной передачи автомобиля
1 - фланец; 2 - вал ведущей шестерни; 3 - ведущая шестерня; 4 - ведомая шестерня; 5 - ведущие (задние) колеса; 6 - полуоси; 7 - картер главной передачи
Дифференциал
Дифференциал - это механизм, позволяющий (при необходимости) ведущим колесам автомобиля вращаться с разными скоростями. Для чего это нужно? При движении по прямой колеса проходят одинаковый путь, в повороте же внешнее колесо проходит путь больший, чем внутреннее колесо. Поэтому, чтобы «успеть» за автомобилем, внешнее колесо должно вращаться быстрее.
Устройство дифференциала несложное - корпус, ось сателлитов и два сателлита (шестерни). Корпус крепится к ведомой шестерне главной пары и вращается вместе с ней. Сателлиты входят в зацепление с шестернями полуосей, которые непосредственно вращают колеса.
В такой конструкции сателлиты передают больший крутящий момент на ту полуось, которая оказывает меньшее сопротивление вращению. То есть, с большей скоростью будет вращаться колесо, которое дифференциалу легче раскрутить. При движение по прямой колеса нагружены одинаково, дифференциал делит крутящий момент поровну, сателлиты не вращаются вокруг своей оси. В повороте внутреннее колесо нагружено больше, внешнее - разгружается. Поэтому сателлиты начинают вращаться вокруг оси, подкручивая менее нагруженное колесо, увеличивая тем самым скорость его вращения.
Но такая особенность дифференциала иногда приводит к весьма неприятным последствиям. Если, например, одно из колес попадет на скользкую поверхность, дифференциал будет вращать только его, полностью игнорируя колесо, имеющее нормальный контакт с дорогой. То есть, автомобиль будет «буксовать».
Для борьбы с этим явлением применяются блокировки дифференциала. Способов блокировок придумано множество - от простых механических до изощренных электронных.
Двойные главные передачи находят широкое применение на автомобилях средней и большой грузоподъемности, когда необходимое передаточное число не удается получить с помощью одинарной передачи. Одной из основных целей применения двойных главных передач является также необходимость разгрузить коническую пару и подшипники ведущего вала от больших окружных, радиальных и осевых сил. Зубчатые колеса двойной главной передачи могут передавать большой крутящий момент. Передаточное число конической пары обычно от 1,5 до 2,5. Следовательно, основная трансформация крутящего момента происходит в цилиндрической паре.
В отечественном автомобилестроении наиболее распространена центральная двойная главная передача , в которой обе пары зубчатых колес помещены в картер, находящийся в центральной части ведущего моста.
На рис. 14.9 показана главная передача автомобиля КамАЗ-4310. Первая пара зубчатых колес - коническая, вторая пара - цилиндрическая. Конические зубчатые колеса имеют спиральные зубья, цилиндрические - косозубые. Общее передаточное число передачи 7,22.
Рис. 14.9. Главная передача автомобиля КамАЗ-4310: 1 - картер главной передачи; 2 - пробка заливного отверстия; 3 - ведомое коническое зубчатое колесо; 4 - шпонка; 5 - ведущее цилиндрическое зубчатое колесо; 6 , 9, 16 - конические подшипники; 7 - стакан; 8 - крышка подшипника; 10 , 19, 24 - опорные шайбы; 11 - гайка; 12 - регулировочная шайба; 13 - регулировочная прокладка; 14 - прокладка; 15 - регулировочная гайка; 17 - чашка дифференциала; 18 - сателлит; 20 - крестовина; 21 - полуосевое зубчатое колесо; 22 - болт крепления дифференциала; 23 - ведомое цилиндрическое зубчатое колесо; 25 - втулка сателлита;
26 - цилиндрический подшипник
Ведущее коническое зубчатое колесо редуктора заднего моста установлено на шлицах ведущего вала. Ведомое коническое зубчатое колесо 3 установлено на вал ведущего цилиндрического зубчатого колеса на шпонке 4. Ведущее цилиндрическое зубчатое колесо 5 выполнено в одном блоке с валом. Ведомое цилиндрическое зубчатое колесо 23 болтами 22 прикреплено к чашкам //дифференциала. Вал ведущего цилиндрического зубчатого колеса установлен в двух конических роликовых подшипниках 6 и 9, расположенных в стакане 7, и одном цилиндрическом 26, установленном в картере.
Предварительный натяг подшипников конической пары зубчатых колес устанавливается путем подбора толщины регулировочных шайб 12, находящихся между внутренними обоймами подшипников.
Регулировка зацепления (пятна контакта) конических зубчатых колес производится подбором толщины пакетов регулировочных прокладок 13, которые устанавливаются под фланцы стаканов 7 конических подшипников. Регулировка положения ведомого цилиндрического зубчатого колеса относительно ведущего осуществляется регулировочными гайками 15, находящимися с двух сторон дифференциала. Для смазывания подшипников узлов в картере редуктора имеются маслосборники, из которых масло по каналам в стенках картера поступает к подшипникам.
Главные передачи среднего и заднего мостов обычно унифицируют. К переднему мосту картер главной передачи крепится фланцем, расположенным в вертикальной плоскости. Поэтому главные передачи переднего моста не взаимозаменяемы с главными передачами среднего и заднего мостов.
Размеры центрального редуктора главной передачи напрямую влияют на величину дорожного просвета, а следовательно, проходимость автомобиля по мягким грунтам. Кроме того, размеры главной передачи переднего ведущего моста определяют высоту расположения двигателя и компоновку автомобиля в целом. Поэтому с целью увеличения передаточного числа главной передачи при неизменных размерах центрального редуктора вторую ступень двойной передачи размещают в районе ведущих колес (рис. 14.10).
Двойную главную передачу, у которой вторая пара зубчатых колес находится в приводе к каждому из ведущих колес, называют разнесенной главной передачей. Она состоит из центральной конической 1 или гипоидной передачи и двух колесных планетарных редукторов 2 (рис. 14.10, а). Такие передачи позволяют разгрузить коническую передачу и карданную передачу от больших крутящих моментов и, следовательно, сделать эти узлы надежными, компактными и сравнительно малой массы. Крутящий момент увеличивается в основном в колесных редукторах (рис. 14.10, б), в состав которых входят солнечное зубчатое колесо 4, эпициклическое зубчатое колесо 8, три сателлита 5, вращающиеся на осях 6, закрепленных в водиле 7. Эпициклическое зубчатое колесо соединено со ступицей ведущего колеса автомобиля. Водило неподвижно закреплено на фланцах рукавов полуосей. От центральной конической передачи момент через полуоси передается на солнечные зубчатые колеса, которые вращают сателлиты, а те, в свою очередь, - эпициклические зубчатые колеса со ступицами.
Рис. 14.10. Разнесенная главная передача: а - принципиальная схема; б - планетарный колесный редуктор; / - центральная коническая передача; 2 - колесный редуктор; 3 - полуось; 4 - солнечное зубчатое колесо; 5 - сателлит; 6 - ось сателлита; 7 - водило; 8 - эпициклическое зубчатое колесо
На ряде зарубежных автомобилей большой грузоподъемности в планетарном колесном редукторе неподвижным является эпициклическое зубчатое колесо, а водило связано со ступицей колеса. Это позволяет получить несколько большее передаточное число при тех же габаритных размерах. Колесные редукторы могут представлять собой цилиндрическую пару зубчатых колес с внутренним зацеплением, как на автомобиле УАЗ-469Б, или конический редуктор по типу межколесного дифференциала, как на автомобилях марки «MAN».
К недостаткам разнесенной двойной главной передачи следует отнести сложность конструкции, большую трудоемкость технического обслуживания.