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.
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:
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.
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.
Принцип 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.
Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:
Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.
Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.
Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.
Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.
Схема коробки передач DSG
Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.
Эти передачи применяются на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, на полноприводных трехосных автомобилях и автобусах для увеличения передаточного числа трансмиссии, чтобы обеспечить передачу большого крутящего момента. КПД двойных главных передач находится в пределах 0,93…0,96 .
Двойные главные передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен с прямыми или косыми зубьями. Наличие цилиндрической пары шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен.
В центральной главной передаче (рисунок 2, г ) коническая и цилиндрическая пары шестерен размещены в одном картере в центре ведущего моста . Крутящий момент от конической пары через дифференциал подводится к ведущим колесам автомобиля.
В разнесенной главной передаче (рисунок 2, д ) коническая пара шестерен 5 находится в картере в центре ведущего моста, а цилиндрические шестерни 6 - в колесных редукторах. При этом цилиндрические шестерни соединяются полуосями 7 через дифференциал с конической парой шестерен. Крутящий момент от конической пары через дифференциал и полуоси 7 подводится к колесным редукторам.
Широкое применение в разнесенных главных передачах получили однорядные планетарные колесные редукторы . Такой редуктор состоит из прямозубых шестерен - солнечной 8, коронной 11 и трех сателлитов 9. Солнечная шестерня приводится во вращение через полуось 7 и находится в зацеплении с тремя сателлитами, свободно установленными на осях 10, жестко связанных с балкой моста . Сателлиты входят в зацепление с коронной шестерней 11, прикрепленной к ступице колеса. Крутящий момент от центральной конической пары шестерен 5 к ступицам ведущим колес передается через дифференциал полуоси 7, солнечные шестерни 8, сателлиты 9 и коронные шестерни 11.
При разделении главной передачи на две части уменьшаются нагрузки на полуоси и детали дифференциала, а также уменьшаются размеры картера и средней части ведущего моста . В результате увеличивается дорожный просвет и тем самым повышается проходимость автомобиля. Однако разнесенная главная передача более сложна, имеет большую металлоемкость, дорогостояща и трудоемка в обслуживании.
Одинарная и двойная главная передача
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
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.
Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
Главная передача предназначена для увеличения, подводимого к ней крутящего момента и передачи его через дифференциал и привода к ведущим колесам автомобиля по углом 90 градусов, а также обеспечения его максимальной скорости движения.
У переднеприводных автомобилей главная передача и дифференциал расположены в корпусе коробки передач. Двигатель у таких автомобилей расположен не вдоль, а поперек оси движения, значит, изначально крутящий момент от двигателя передается в плоскости вращения колес. Но, функция увеличения крутящего момента и распределения его по осям колес, остается неизменной и в этом случае.
Крутящий момент от коленчатого вала двигателя через сцепление, коробку передач и карданную передачу передается на пару косозубых шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении.
крутящий момент передача колеса
Рис. 2
Оба колеса будут вращаться с одинаковой угловой скоростью. Но ведь в этом случае поворот автомобиля невозможен, так как колеса должны пройти неодинаковое расстояние при этом маневре! Если взять игрушечную машинку, у которой задние колеса связаны между собой жесткой осью, и
немного покатать ее по полу, то паркет в вашем доме может заметно пострадать. При каждом повороте автомобильчика, одно из его колес обязательно будет проскальзывать, и оставлять за собой черный след. Давайте посмотрим на следы, оставленные на повороте мокрыми колесами любого реального автомобиля. Рассматривая эти следы заинтересованно, можно увидеть, что внешнее от центра поворота колесо проходит путь значительно больший, чем внутреннее. Если бы каждому колесу передавалось одинаковое количество оборотов, то поворот автомобиля, без черных следов на «паркете», был бы невозможен. Следовательно, настоящий автомобиль, в отличие от игрушечного, имеет некий механизм, позволяющий ему делать повороты без «черчения» резиной колес по асфальту. И этот механизм называется - дифференциалом.
Главная передача служит для преобразования вращающего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса. Для получения достаточного тягового усилия на ведущих колесах вращающий момент двигателя даже на высшей передаче необходимо увеличивать. Как правило, ось коленчатого вала двигателя расположена под углом 90° к осям ведущих колес.
Передаточное число главных передач изучаемых ТС обычно находится в пределах 6-10. Главную передачу устанавливают как можно ближе к ведущим колесам, чтобы уменьшить нагрузки на агрегаты трансмиссии, расположенные между двигателем и главной передачей.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили зубчатые главные передачи, которые в зависимости от числа дар шестерен, находящихся в зацеплении, подразделяются на одинарные (рис. а, б), имеющие одну пару шестерен, и двойные (рис. в, г), состоящие из двух пар шестерен.
Рис. Главные передачи:
а - одинарная коническая; б - одинарная гипоидная; в - двойная совмещенная; г - двойная разнесенная; 1 - ведущая коническая шестерня; 2 - ведомая коническая шестерня; 3 - ведущая цилиндрическая шестерня; 4 - ведомая цилиндрическая шестерня; с - смещение
Конические шестерни одинарных главных передач могут быть с прямыми или со спиральными зубьями. Применяются также одинарные главные передачи с гипоидным зацеплением, когда оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен не пересекаются в отличие от простой конической передачи. Смещение оси ведущей шестерни гипоидной передачи вверх позволяет увеличить дорожный просвет (клиренс) и проходимость машины, а смещение оси вниз позволяет снизить центр тяжести машины и повысить ее устойчивость.
У конических шестерен со спиральными зубьями прочность зубьев более высокая по сравнению с шестернями с прямыми зубьями. Кроме того, увеличение числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, делает работу шестерен более плавной и бесшумной, повышает их долговечность.
В главной передаче с гипоидным зацеплением зубья имеют специальный профиль, поэтому при одинаковых диаметрах ведомых шестерен и одном и том же передаточном числе диаметр ведущей шестерни гипоидной передачи больше, чем у простой конической, а это повышает прочность и долговечность гипоидной передачи, улучшает плавность зацепления ее шестерен и уменьшает шум при работе. Однако гипоидная передача более чувствительна к нарушению правильности зацепления и требует более точной регулировки. Кроме того, в гипоидной передаче при зацеплении происходит скольжение зубьев, сопровождающееся нагреванием. Следствием этого является разжижение и выдавливание смазки, приводящее к повышенному износу зубьев, для устранения которого необходимо использовать специальную смазку.
Двойные главные передачи обычно состоят из пары конических 2 и пары цилиндрических 3, 4 шестерен. На полноприводных колесных машинах применяются центральные главные передачи, когда обе пары шестерен располагаются в одном картере вместе с дифференциалом, и разнесенные главные передачи, когда коническая пара расположена в одном картере с дифференциалом, а цилиндрическая пара (колесная передача) - внутри ведущего колеса. Использование разнесенной главной передачи позволяет снизить нагрузки на детали дифференциала и полуоси, а также уменьшить размеры средней части ведущего моста, что способствует увеличению дорожного просвета и повышению проходимости машины.
У быстроходных гусеничных машин коническая пара главной передачи обычно располагается перед коробкой передач в одном с ней картере, а цилиндрическая пара (бортовая передача) - около ведущего колеса гусеничного движителя. На некоторых транспортных машинах применяются бортовые (колесные) передачи с двумя парами цилиндрических шестерен или планетарные передачи.
Материал из Энциклопедия журнала "За рулем"
Главная передача - механизм, часть трансмиссии автомобиля, передающий крутящий момент от коробки передач к ведущим колесам автомобиля. Главная передача может быть выполненной в виде отдельного агрегата - ведущего моста (заднеприводные автомобили классической компоновки), либо объединенной с двигателем, сцеплением и коробкой передач в единый силовой блок (заднемоторные и переднеприводные автомобили)
.
По способу передачи крутящего момента главные передачи подразделяются на зубчатые
(шестеренчатые) и цепные
. Цепные главные передачи в настоящее время используются только на мотоциклах и велосипедах.
Цепная главная передача состоит из двух звездочек - ведущей, насаженной на выходной вал коробки передач, и ведомой, объединенной со ступицей ведущего (заднего) колеса мотоцикла. Несколько сложней по устройству главная передача велосипеда с планетарной коробкой передач. Ведомая звездочка, приводимая в движение цепью, приводит во вращение шестерни планетарной коробки, встроенной в ступицу колеса и через нее - ведущее заднее колесо.
Иногда в мотоциклах классической компоновки в главной передаче вместо цепи используется зубчатый армированный ремень (например, в главной передаче мотоциклов «Харлей-Дэвидсон»). В этом случае обычно говорят о ременной передаче, как об отдельном типе главной передачи.
Ременная главная
передача широко используется в легких мотоциклах и в скутерах (мотороллерах) с бесступенчатым вариатором . В этом случае вариатор служит в качестве главной передачи, поскольку ведомый шкив ременного вариатора объединен со ступицей ведущего колеса мотоцикла.
По количеству пар зацепления главные передачи подразделяются на одинарные
и двойные
. Одинарные главные передачи устанавливаются на легковые автомобили и грузовики, содержат одну пару конических шестерен постоянного зацепления. Двойные главные передачи устанавливают на грузовики, автобусы и тяжелые транспортные машины специального назначения. В двойной главной передачи в постоянно зацеплении находятся две пары шестерен - конических и цилиндрических. Двойная передача способна передать больший крутящий момент, чем одинарная.
На трехосных грузовых автомобилях и многоосной транспортной технике применяются проходные главные передачи, в которых крутящий момент передается не только на среднюю ведущую ось, но и на последующую, также ведущую. В абсолютном большинстве легковых автомобилей и двухосных грузовых автомобилей, автобусов, в другой транспортной технике с одной ведущей осью применяются непроходные главные передачи.
Получившие наибольшее распространение одинарные главные передачи по типу зацепления подразделяются на:
В червячных передачах ведомое шестеренчатое колесо имеет однотипное устройство (всегда большого диаметра, который зависит от заложенного в конструкцию редуктора передаточного отношения, всегда выполняется с косыми зубьями). А червяк может иметь различную конструкцию.
По форме червяки разделяются на цилиндрические и глобоидные. По направлении линии витка - на левые и правые. По числу канавок резьбы - на однозаходные и многозаходные. По форме резьбовой канавки - на червяки с архимедовым профилем, с конволютным профилем и эвольвентным профилем.
Двойные главные передачи по типу зацепления подразделяются на
:
Помимо этого двойные главные передачи подразделяются по типу зацепления пар шестерен на :
В автомобилях зубчатые главные передачи выполнены в виде единого агрегата с дифференциалом - механизмом разделения крутящего момента между двумя колесами ведущей оси. В тяжелых мотоциклах с карданной передачей и приводом на заднее колесо дифференциал не применяется. В мотоциклах с боковой коляской и полным приводом (на заднее колесо мотоцикла и на колесо коляски) дифференциал выполнен в виде отдельного механизма. На подобные мотоциклы устанавливают две независимые главные передачи, связанные между собой дифференциалом.
Принцип работы гипоидной главной передачи
Крутящий момент передается от двигателя через сцепление , коробку передач и карданный вал на ось ведущей шестерни гипоидной главной передачи. Ось ведущей шестерни установлена соосно ведущему валу двигателя и ведомому валу КП. При вращении ведущая шестерня, имеющая меньший диаметр, чем ведомая шестерня, передает крутящий момент зубьям ведомой шестерни, приводя ее во вращение. Поскольку контакт поверхности зубьев увеличен за счет их особой формы - косой или криволинейной - передаваемый крутящий момент может достигать очень высоких значений. Однако, сложная форма зубьев приводит к тому, что на их поверхность воздействуют не только ударные нагрузки, но и силы трения (из-за проскальзывания зубьев относительно друг друга). Поэтому в гипоидных главных передачах используют специальное масло, обладающее высокими смазочными свойствами и обеспечивающее длительный срок службы шестеренчатой пары.
Принцип действия червячной главной передачи
В силу конструктивных особенностей, большого передаточного отношения (от 8 в рулевых механизмах, до 1000 в особо мощных лебедках) и низкого КПД червячная пара в автомобильных главных передачах (за редким исключением) не применяется. Наибольшее распространение она получила в лебедках.
Крутящий момент передается на червячное колесо через коробку отбора мощности, подключаемую к раздаточной коробке, установленной (как правило, встречаются и другие кинематические схемы) за коробкой передач автомобиля. Оси червяка и ведомой шестерни (ведомого колеса) располагаются под прямым углом (но встречается и иное расположение осей червячной пары). Червячное колесо входит в зацепление с ведомым косозубым (для обеспечения плотного контакта и увеличения поверхности зацепления) шестеренчатым колесом. Крутящий момент передается от винтовой канавки червяка на зубья ведомой шестерни. Частота вращения червяка намного выше, чем частота вращения ведомого колеса. За счет этого пропорционально увеличивается крутящий момент - чем больше передаточное отношение, тем большее усилие способна развить лебедка.
Червячная передача обладает рядом преимуществ перед главными передачами других типов. Она отличается высокой износостойкостью и не требует применения высококачественных смазочных материалов. Она способна передавать сверхвысокий крутящий момент. Отличается малошумностью и плавностью хода (из-за отсутствия ударных нагрузок на канавку червяка и поверхность зубьев ведомой шестерни). Наконец, червячная передача обладает свойством самоторможения - при прекращении передачи крутящего момента на червяк, вращение ведомого колеса автоматически прекращается.
К недостаткам червячной передачи относят склонность к нагреву из-за сил трения, к заеданию механизма при незначительном износе, повышенные требования к точности сборки червячной пары.
Червячная главная передача относится к редукторам необратимого действия. Если усилие передается от ведомого шестеренчатого колеса к ведущему червяку, то есть в обратном порядке, червяк вращаться не будет. Следовательно, червячная главная передача исключает движение автомобиля по инерции, накатом. Отсюда ее применение на тихоходной транспортной технике и машинах специального назначения. На лебедках для обеспечения свободного вращения барабана червячную пару снабжают муфтой свободного (обратного) хода, которая разобщает барабан и ведомое зубчатое колесо при его вращении в обратном направлении - разматывании троса лебедки.
