> 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.
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.
Назначение, конструктивные особенности
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.
Виды и их применяемость
Основной характеристикой главных передач является тип шестерен и вид зацепления зубьев между ними. На авто используются такие типы редукторов:
- Цилиндрический
- Конический
- Гипоидный
- Червячный
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.
Основные требования. Современные тенденции
Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:
- Надежность;
- Минимальная потребность в обслуживании;
- Высокие показатели КПД;
- Плавность и бесшумность;
- Минимально возможные габаритные размеры.
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.
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.
Классификация зубчатых главных передач
Двойная главная передача
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:
- 1. Червячные , в которых крутящий момент передается червяком на червячное колесо. Червячные передачи, в свою очередь, подразделяются на передачи с нижним и верхним расположением червяка. Червячные главные передачи иногда применяются в многоосных транспортных средствах с проходной главной передачей (или с несколькими проходными главными передачами) и в автомобильных вспомогательных лебедках.
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.
- 2. Цилиндрические главные передачи, в которых крутящий момент передается парой цилиндрических шестерен - косозубых, прямозубых или шевронных. Цилиндрические главные передачи устанавливаются в переднеприводные автомобили с поперечно расположенным двигателем.
- 3. Гипоидные (или спироидные) главные передачи, в которых крутящий момент передается парой шестерен с косыми или криволинейными зубьями. Пара шестерен гипоидной передачи либо соосна (встречается реже), либо оси шестерен смещены относительно друг друга - с нижним или верхним смещением. За счет сложной формы зубьев площадь зацепления увеличена, и шестеренчатая пара способна передавать больший крутящий момент, чем шестерни главной передачи других типов. Гипоидные передачи устанавливаются в легковые и грузовые автомобили классической (заднеприводной с передним расположением двигателя) и заднемоторной компоновок.
Двойные главные передачи по типу зацепления подразделяются на
:
- 1. Центральные одно и двухступенчатые . В двухступенчатых главных передачах предусмотрено переключение пар шестерен для изменения крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса. Такие главные передачи используются на гусеничной и тяжелой транспортной технике специального назначения.
- 2. Разнесенные главные передачи с колесными или бортовыми редукторами. Такие главные передачи устанавливают на легковые машины (джипы) и грузовые автомобили для увеличения дорожного просвета, на колесные транспортеры военного назначения.
Помимо этого двойные главные передачи подразделяются по типу зацепления пар шестерен на :
- 1. Коническо-цилиндрические.
- 2. Цилиндрическо-конические.
- 3. Коническо-планетарные.
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.
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 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.
Принцип работы главной передачи
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.
