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 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 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:
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.
Одинарная и двойная главная передача 
Цилиндрическая главная передача Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Коническая главная передача 
Червячная главная передача Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
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.
Современные модели автомобилей имеют в своем арсенале, как правило, несколько двигателей – как бензиновых, так и дизельных. Двигатели различаются по мощности, величине крутящего момента, частоте вращения коленчатого вала. С разными двигателями применяются и разные коробки передач: механика , робот , вариатор и конечно автомат .
Адаптация коробки передач к конкретному двигателю и автомобилю осуществляется с помощью главной передачи, имеющей определенное передаточное число. В этом основное предназначение главной передачи автомобиля.
Конструктивно главная передача представляет собой зубчатый редуктор, который обеспечивает увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес автомобиля.
На преднеприводных автомобиля главная передача расположена вместе с дифференциалом в коробке передач. В автомобиле с задним приводом ведущих колес главная передача помещена в картер ведущего моста, где кроме нее находится и дифференциал. Положение главной передачи в автомобилях с полным приводом зависит от типа привода, поэтому может быть как в коробке передач, так и в ведущем мосту.
В зависимости от числа ступеней редуктора главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная главная передача состоит из ведущей и ведомой шестерен. Двойная главная передача состоит из двух пара шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях, где требуется увеличение передаточного числа. Конструктивно двойная главная передача может выполняться центральной или разделенной. Центральная главная передача компонуется в общем картере ведущего моста. В разделенной передаче ступени редуктора разнесены: одна располагается в едущем мосту, другая – в ступице ведущих колес.
Вид зубчатого соединения определяет следующие типы главной передачи: цилиндрическая, коническая, гипоидная, червячная.
Цилиндрическая главная передача применяется на переднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены поперечно. В передаче используются шестерни с косыми и шевронными зубьями. Передаточное число цилиндрической главной передачи находится в пределах 3,5-4,2. Дальнейшее увеличение передаточного числа приводит к увеличению габаритов и уровня шума.
В современных конструкциях механической коробки передач применяется несколько вторичных валов (два и даже три), на каждом из которых устанавливается своя ведущая шестерня главной передачи. Все ведущие шестерни имеют зацепление с одной ведомой шестерней. В таких коробках главная передача имеет несколько значений передаточных чисел. По такой же схеме устроена главная передача роботизированной коробки передач DSG .
На пререднеприводных автомобилях может производиться замена главной передачи, являющаяся составной частью тюнинга трансмиссии. Это приводит к улучшению разгонной динамики автомобиля и снижению нагрузки на сцепление и коробку передач.
Коническая, гипоидная и червячная главные передачи применяются на заднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены параллельно движению, а крутящий момент на ведущую ось необходимо передать под прямым углом.
Из всех типов главной передачи заднеприводных автомобилей самой востребованной является гипоидная главная передача , которую отличает меньшая нагрузка на зуб и низкий уровень шума. Вместе с тем, наличие смещения в зацеплении зубчатых колес приводит к повышению трения скольжения и, соответственно, снижению КПД. Передаточное число гипоидной главной передачи составляет: для легковых автомобилей 3,5-4,5, для грузовых автомобилей 5-7.
Коническая главная передача применяется там, где не важны габаритные размеры и не ограничен уровень шума. Червячная главная передача ввиду трудоемкости изготовления и дороговизне материалов в конструкции трансмиссии автомобиля практически не применяется.
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.
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:
