Каким бы ни был автомобиль, дорогие друзья, невероятно роскошным или спартанско-бюджетным, в его недрах всегда происходит единственный основной процесс – передача крутящего момента от двигателя к колёсам. В нём принимают участие различные узлы и агрегаты, каждый из которых несёт определённую долю ответственности за наше с вами комфортное и в меру быстрое передвижение по дорогам. А главная передача автомобиля это тот узел, благодаря которому крутятся колёса транспортного средства и мы обретаем незабываемое чувства полета, пусть даже на супер малой высоте.
Итак, главная передача автомобиля это узел, без которого потуги двигателя и коробки были бы пустой тратой энергии. Почему? Дело в том, что именно она отвечает за передачу крутящего момента от непосредственно ведущим колёсам.
Помимо этого, вращению, как правило, ещё нужно поменять направление – от продольного (по оси авто) на поперечный, чтобы добраться до колёс. И всё это выполняет, по сути, один шестерёночный механизм, известный так же, как зубчатый редуктор. В дополнение ко всему, передаточные числа шестерёнок подобраны таким образом, чтобы увеличивать крутящий момент мотора.
Назначение главной передачи автомобиля мы вроде бы выяснили, теперь неплохо бы отыскать её. Сделать это может оказаться непростой задачей, ведь расположение данного узла бывает разным и зависит от типа привода машины и фантазии инженеров-разработчиков.
К счастью, полёт мыслей тут ограничивается количеством осей. Так, к примеру, если мы имеем передний привод, то в этом случае искать главную передачу автомобиля стоит в КПП вместе с , в транспортных средствах с задними ведущими колёсами – прямо в заднем мосте. Если же , то тогда выбирают один из вышеперечисленных вариантов.
Как мы уже с Вами поняли, главная передача автомобиля это очень серьёзный узел. Понятное дело, что для столь ответственной задачи, которая возложена на него, необходимо надёжное и одновременно несложное инженерное решение, и тут для конструкторов открылись широкие просторы для действий. Давайте рассмотрим виды главных передач автомобилей. В зависимости от количества шестерней, этот узел бывает таким:
Первый тип представляет собой сочетание двух зубчатых деталей – ведущей и ведомой шестерней. Он наиболее распространён среди легковых автомобилей и небольшой грузовой техники. Двойные главные передачи имеют, как можно догадаться, несколько пар шестерёнок, и используются обычно там, где необходимо повышение передаточного числа, например, у автобусов и спецтехники.
Неполной была бы картина, без упоминания о видах используемых зубчатых соединений. Их немало, и различат такие:
Цилиндрическая главная передача автомобиля это наиболее популярная разновидность для компоновки с передним приводом, а также поперечно расположенным двигателем и коробкой. В ней используется, как можно понять из названия, цилиндрические косозубые, прямозубые или шевронные шестерёнки. Передаточное число таких узлов находится в пределах от 3,5 до 4,2 – больше не получается, так как непомерно увеличиваются габариты и шум от работы.
Не менее популярны, но, правда, у классической заднеприводной техники, так называемые гипоидные передачи. Их ключевой особенностью являются криволинейные зубья, благодаря чему удаётся передавать крутящий момент больших значений.
Помимо этого, шестерни в этом случае могут быть смещены относительно друг друга, что позволяет, к примеру, понизить уровень пола в машине. Главная передача автомобиля этой разновидности имеет передаточное число в пределах 3,5-4,5.
Что же касается конических и червячных механизмов, то они встречаются реже. Увидеть главную передачу автомобиля этих типов можно на различной технике с задними ведущими колёсами, но из-за своих конструктивных особенностей в настоящее время их используют всё меньше и меньше. К недостаткам первых относят большие размеры и шумность, а вторые требуют высокой точности в изготовлении, что тянет за собой лишние расходы.
Ну вот, уважаемые читатели нашего блога, мы с Вами и познакомились с назначением главной передачи автомобиля, узнали, каким может быть этот узел и где он находится. В следующей публикации мы рассмотрим другой, не менее важный агрегат машины. Какой? Подписывайтесь на нас и узнаете об этом в числе первых!
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
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.
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.
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.
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:
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.
