Трансмиссия в конструкции авто обеспечивает изменение и передачу вращения от силовой установки на ведущие колеса. Эта составная часть включает в себя ряд узлов, среди которых и главная передача автомобиля.
Основная задача этого элемента сводится к изменению крутящего момента перед подачей его на привод колес. То же делает и коробка передач, но у неё существует возможность изменения передаточных чисел за счет ввода в зацепление тех или иных шестерен. Несмотря на наличие в конструкции автомобиля КПП, на выходе из нее крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала – высокая. Если передать вращение напрямую на ведущие колеса, то возникшая нагрузка «задавит» двигатель. В общем, авто просто не сможет сдвинуться с места.
Главная передача автомобиля обеспечивает повышение крутящего момента и снижение скорости вращения. Но в отличие от КПП передаточное число у нее фиксированное.
Расположение главной передачи на примере обычной МКПП
Представляет собой эта передача на легковом авто обычный шестеренчатый одноступенчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из двух шестерен разного диаметра. Ведущая шестерня небольшая по размерам и связана она с выходным валом КПП, то есть вращение подается на нее. Ведомая же шестерня значительно больше по размерам и получаемое вращение она подает на приводные валы колес.
Передаточное число является соотношением количества зубьев шестерен редуктора. Для легковых авто этот параметр находится в диапазоне 3,5-4,5, а для грузовиков он достигает 5-7.
Чем больше передаточное число (больше количество зубьев ведомой шестерни относительно ведущей), тем выше крутящий момент, подаваемый на колеса. При этом тяговое усилие будет больше, но максимальная скорость ниже.
Передаточное число главное передачи подбирается исходя из эксплуатационных показателей силовой установки, а также других узлов трансмиссии.
Устройство главной передачи напрямую зависит от конструктивных особенностей самого автомобиля. Этот редуктор может быть, как отдельным узлом, установленным в своем картере (заднеприводные модели), так и входить в конструкцию КПП (авто с передним приводом).
Главная передача в заднеприводном автомобиле
Что касается некоторых полноприводных авто, то у них может использоваться разная компоновка. Если в таком автомобиле расположение силовой установки – поперечное, то главная передача передней оси входит в конструкцию КПП, а задней располагается в отдельном картере. У автомобиля с продольной компоновкой главные передачи на обоих осях отделены от КПП и раздаточной коробки.
В моделях с отделенной главной передачей, этот редуктор выполняет еще одну задачу – изменяет угол направления вращения на 90 град. То есть выходной вал КПП и приводные валы колес имеют перпендикулярное расположение.
Расположение главной передачи передней оси Audi
В переднеприводных моделях, где главная передача входит в конструкцию КПП, указанные валы имеют параллельное расположение, поскольку менять угол направления не нужно.
В ряде грузовых авто применяются двухступенчатые редукторы. Примечательно, что их конструкция может быть разной, но наибольшее распространение получила так называемая разнесенная компоновка, в которой используется один центральный редуктор и два колесных (бортовых). Такая конструкция позволяет существенно повысить крутящий момент, а соответственно и тяговое усилие на колесах.
Особенность работы редуктора сводится к тому, что он равномерно разделяет вращение на оба приводных вала. При прямолинейном движении такое условие является нормальным. Но при прохождении поворотов колеса одной оси проходят разное расстояние, поэтому необходимо изменение скорости вращения каждого из них. Это входит в задачу дифференциала, используемого в конструкции трансмиссии (он устанавливается на ведомой шестерне). В результате главная передача подает вращение на приводные валы не напрямую, а через дифференциал.
Основной характеристикой главных передач является тип шестерен и вид зацепления зубьев между ними. На авто используются такие типы редукторов:
Випы главных передач
Цилиндрические шестерни применяются в главных передачах переднеприводных авто. Отсутствие надобности в изменении направления вращения и позволяет использовать такой редуктор. Зубья на шестернях – косые или шевронные.
Передаточное число для таких редукторов находится в диапазоне 3,5-4,2. Большее передаточное число не используется, поскольку для этого необходимо повышать размеры шестеренок, что сопровождается увеличением шумности работы передачи.
Коническая, гипоидная и червячная передачи используются там, где необходимо не только изменение передаточного числа, а и изменение направления вращения.
Конические редукторы применяются обычно на грузовых авто. Их особенность сводится к тому, что оси шестеренок перекрещиваются, то есть находятся на одном уровне. В таких передачах используются зубья косой или криволинейной формы. На легковых авто этот тип редуктора не используется из-за значительных габаритных размеров и повышенной шумности.
На заднеприводных легковушках чаще всего применяется иной тип – гипоидный. Его особенность сводится к тому, что оси шестерен смещены. За счет расположения ведущей шестерни ниже относительно оси ведомой, удается уменьшить габариты редуктора. При этом этот тип передачи характеризуется повышенной устойчивостью к нагрузкам, а также плавностью и бесшумностью работы.
Червячные передачи – наименее распространенные и на авто практически не используются. Основная причина этого – сложность и дороговизна изготовления составных элементов.
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.
Выполнил студент группы №2307 Васильев С.В.
Лабораторная работа №5.
Главная передача.
Шестеренный механизм, повышающий передаточное число трансмиссии автомобиля, называется главной передачей .
Главная передача служит для постоянного увеличения крутящего момента двигателя, подводимого к ведущим колесам, и уменьшения скорости их вращения до необходимых значений.
Главная передача обеспечивает максимальную скорость движения автомобиля на высшей передаче и оптимальный расход топлива в соответствии с ее передаточным числом. Передаточное число главной передачи зависит от типа и назначения автомобиля, а также мощности и быстроходности двигателя. Величина передаточного числа главной передачи обычно составляет 6,5…9,0 у грузовых автомобилей и 3,5...5,5 у легковых автомобилей. На автомобилях применяются различные типы главных передач (рисунок 1 ).
Рисунок 1 - Типы главных передач
Одинарные главные передачи
Одинарные главные передачи состоят из одной пары шестерен.
Цилиндрическая главная передача применяется в переднеприводных легковых автомобилях при поперечном расположении двигателя и размещается в общем картере с коробкой передач и сцеплением. Ее передаточное число равно 3,5...4,2, а шестерни могут быть прямозубыми, косозубыми и шевронными. Цилиндрическая главная передача имеет высокий КПД - не менее 0,98 , но она уменьшает дорожный просвет у автомобиля и более шумная.
Коническая главная передача (рисунок 2, а ) применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен в конической главной передаче лежат в одной плоскости и пересекаются, а шестерни выполнены со спиральными зубьями. Передача имеет повышенную прочность зубьев шестерен, небольшие размеры и позволяет снизить центр тяжести автомобиля. КПД конической главной передачи со спиральным зубом0,97...0,98 . Передаточные числа конических главных передач 3,5...4,5 у легковых автомобилей и 5...7 у грузовых автомобилей и автобусов.
Рисунок 2 - Главные передачи
а, б, в - одинарные; г, д - двойные; е - редуктор; 1 - ведущая шестерня; 2 - ведомая шестерня; 3 - червяк; 4 - червячная передача; 5 - коническая шестерни; 6 - цилиндрические шестерни; 7 - полуось; 8 - солнечная шестерня; 9 - сателлит; 10 - ось; 11 - коронная шестерня; l - гипоидное смещение
Гипоидная главная передача (рисунок 2, б ) имеет широкое применение на легковых и грузовых автомобилях. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен гипоидной главной передачи в отличие от конической не лежат в одной плоскости и не пересекаются, а перекрещиваются. Передача может быть с верхним или нижним гипоидным смещением l. Гипоидная главная передача с верхним смещением используется на многоосных автомобилях, так как вал ведущей шестерни должен быть проходным, а на переднеприводных автомобилях - исходя из условий компоновки. Главная передача с нижним гипоидным смещением широко применяется на легковых автомобилях.
Передаточные числа гипоидных главных передач легковых автомобилей 3,5...4,5, а грузовых автомобилей и автобусов 5...7. Гипоидная главная передача по сравнению с другими более прочная и бесшумная, имеет высокую плавность зацепления, малогабаритная и ее можно применять на грузовых автомобилях вместо двойной главной передачи. Она имеет КПД , равный0,96...0,97 . При нижнем гипоидном смещении имеется возможность ниже расположить карданную передачу и снизить центр тяжести автомобиля, повысив его устойчивость. Однако гипоидная главная передача требует высокой точности изготовления, сборки и регулировки. Она также требует из-за повышенного скольжения зубьев шестерен применения специального гипоидного масла с сернистыми, свинцовыми, фосфорными и другими присадками, образующих на зубьях шестерен прочную масляную пленку.
Червячная главная передача (рисунок 2, в ) может быть с верхним или нижним расположением червяка 3 относительно червячной шестерни 4, имеет передаточное число 4...5 и в настоящее время используется редко. Ее применяют на некоторых многоосных многоприводных автомобилях. По сравнению с другими типами червячная главная передача меньше по размерам, более бесшумна, обеспечивает более плавное зацепление и минимальные динамические нагрузки. Однако передача имеет наименьший КПД (0,9...0,92 ) и по трудоемкости изготовления и применяемым материалам (оловянистая бронза) является самой дорогостоящей.
Двойные главные передачи
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 (рисунок 2, е ) 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.
Двойная центральная главная передача позволяет получить большое передаточное число при достаточно большом дорожном просвете под картером моста. Такая главная передача устанавливается, например, в ведущих мостах некоторых автомобилей.
Картер 18 главной передачи вместе с балкой 7 ведущего моста представляет собой жесткую конструкцию, что способствует обеспечению правильного зацепления шестерен.
Главная передача состоит из пары конических шестерен 13 и 14 со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен 11 и 12 с косыми зубьями. Такая форма зубьев способствует уменьшению шума при работе главной передачи, а тщательная обработка зубьев шестерен повышает КПД главной передачи. Ведущая коническая шестерня 14 выполнена как единое целое с ведущим валом главной передачи, установленным на двух роликовых конических подшипниках 16, корпус которых привернут болтами к фланцу картера главной передачи, и на одном роликовом цилиндрическом подшипнике 17. На указанном валу между внутренними кольцами подшипников 16 имеются шайбы для регулировки предварительного натяга подшипников.
Между фланцем корпуса подшипников 16 и картером 18 главной передачи установлены регулировочные прокладки для регулировки зацепления пары конических шестерен. Ведущая коническая шестерня 14 входит в зацепление с ведомой конической шестерней 13, напрессованной на шпонке на промежуточный вал, изготовленный заодно с ведущей цилиндрической шестерней 12. Этот вал установлен во внутренней перегородке картера на роликовом цилиндрическом подшипнике, а его наружный конец расположен на двухрядном роликовом коническом подшипнике, корпус которого вместе с крышкой прикреплен болтами к боковому фланцу картера главной передачи. Под фланцем корпуса установлены прокладки для регулировки зацепления конических шестерен, а для регулировки роликового конического подшипника между его внутренними кольцами поставлены регулировочные шайбы.
Рис. Схема механизма привода управляемого ведущего моста
Ведущая цилиндрическая шестерня 12 входит в зацепление с ведомой шестерней 11, скрепленной болтами с корпусом дифференциала 10, помещенного в гнездах картера главной передачи на роликовых конических подшипниках, для регулировки которых служат гайки со стопорным устройством.
В картере главной передачи имеются отверстия для заливки, контроля и слива масла, закрытые пробками. Уровень масла проверяется в процессе эксплуатации специальным щупом. В картере выполнены полости (карманы), в которые при вращении шестерен попадает масло, откуда оно поступает по каналам к подшипникам ведущей и ведомой конических шестерен, улучшая их смазывание. Картер главной передачи сообщается с атмосферой через сапун.
Главные передачи всех мостов автомобиля имеют одинаковое устройство, но картеры главных передач среднего и заднего мостов отличаются от переднего формой и расположением относительно балок своих мостов. Кроме того, ведущий вал среднего моста выполнен сквозным (проходным) для привода главной передачи заднего моста, поэтому оба конца этого вала уплотнены самоподжимными сальниками и на обоих концах на шлицах закреплены гайками фланцы карданных шарниров 15 карданных передач привода ведущих мостов.
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.
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.
