Трансмиссия. Главная передача, дифференциал, привод на ведущие колеса

Главная передача

Назначение и типы главных передач. Требования к главной передаче

  Главная передача предназначена для постоянного увеличения крутящего момента, передаваемого через дифференциал и привод к ведущим колесам, и соответственно для уменьшения угловой скорости их вращения. Главная передача обеспечивает движение автомобиля с максимальной скоростью и оптимальный расход топлива. Передаточное отношение главной передачи зависит от типа автомобиля, мощности и оборотистости двигателя. На легковых автомобилях передаточное число главной передачи составляет 3,5…5,5, на грузовых автомобилях составляет 6,5…9,0.

     На автомобилях применяются главные передачи различных типов (рис. 5.1). Тип главной передачи определяется типом и назначением автомобиля, его компоновкой и в первую очередь расположением двигателя и ведущего моста.

Рис. 5.1. Типы главных передач

   

  Одинарные передачи применяются на легковых автомобилях и на грузовых малой и средней грузоподъемности. Такая передача состоит из одной пары шестерен: червячной, цилиндрической или конической.

   Червячные главные передачи (рис. 5.2, в) могут быть с верхним или с нижним расположением червяка 3 относительно колеса 4, имеют передаточное отношение 4…5 и в настоящее время применяются редко. Обеспечивают по сравнению с другими передачами меньшие габариты, более бесшумна, плавное зацепление и минимальные динамические нагрузки. Однако КПД такой передачи наименьший (0,9…0,92) и является дорогостоящей конструкцией по трудоемкости изготовления и стоимости материалов.

Рис. 5.2. Главные передачи автомобилей: а-коническая; б-гипоидная; в-червячная; г-двойная центральная; д-двойная разнесенная с бортовым редуктором; е-двойная разнесенная с колесным редуктором

  Цилиндрические передачи применяются на легковых автомобилях с поперечным расположением двигателя (рис. 5.3) и на грузовых автомобилях в двойных главных передачах (рис. 5.2,г,д,е). При этом в центральных главных передачах цилиндрические шестерни косозубые, в колесных редукторах они прямозубые. Передаточное число таких передач 3,5…4.2, КПД такой передачи не менее 0,98.

Рис. 5.3. Цилиндрическая главная передача легкового автомобиля

   Конические передачи (рис. 5.2,а), или передачи с пересекающимися осями шестерен, применяются на грузовых автомобилях в двойных главных передачах. Оси ведущей шестерни 1 и ведомой шестерни 2 лежат в одной плоскости и пересекаются. Такие шестерни изготавливаются со спиральным (круговым) зубом. Они менее шумны в работе, имеют высокий КПД 0,97…0,98. Передаточные отношения на легковых автомобилях составляют 3,5…4,5; у грузовых автомобилей – 5…7. 

    Гипоидная главная передача (рис. 5.2,б), или передача со скрещивающимися осями, широко применяется на легковых и грузовых автомобилях. Оси ведущей шестерни 1 и ведомой шестерни 2 не лежат в одной плоскости и не пересекаются, а перекрещиваются.                   Смещение оси ведущей щестерни может быть как вниз (у легковых автомобилей), так и верх (у грузовых автомобилей). Гипоидная передача с верхним расположением ведущей шестерни используется на многоосных автомобилях, что позволяет сделать мост проходным. Гипоидная передача по сравнению с другими конструкциями более прочна и бесшумна, имеет плавное зацепление, меньшие габариты при одинаковом передаточном отношении и передаваемом моменте. При нижнем расположении ведущей шестерни снижается центр массы автомобиля, уменьшается тоннель в днище кузова, ниже располагается карданная передача. Передаточные числа гипоидной главной передачи составляют у легковых автомобилей 3,5…4,5 и у грузовых автомобилей 5…7. Она имеет относительно высокий КПД – 0,96…0,97.

    Для гипоидной передачи характерным является наличие, наряду со скольжением в поперечном направлении (V₁), продольного скольжения (V_s) со скоростью

V_s = V₁ ,                                                                                                     (5.1)

где β_ω1 и β_ω2 – углы наклона спирали зуба ведущей и ведомой шестерен в среднем сечении;

V₁ – окружная скорость зубчатой передачи.

  Наличие продольного скольжения улучшает процесс приработки поверхностей зубчатых колес, что способствует бесшумной работе передачи. Однако наличие продольного скольжения ведет к увеличению потерь в передаче и снижению КПД. Гипоидная передача требует более точного изготовления, сборки и регулировки. Из-за повышенного и продольного скольжения в контакте гипоидной передачи требуется применение специального гипоидного масла с сернистыми и другими присадками, образующими на зубьях шестерен прочную масляную пленку.

  Двойные главные передачи применяют на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности. Применение двойных главных передач позволяет получить большое передаточное число при относительно небольших габаритах ведущего моста. Такие передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен с прямыми или косыми зубьями.

КПД двойных главных передач составляет 0,93…0,96.

Рис. 5.4. Схемы двойных центральных главных передач: а - оси шестерен лежат в одной плоскости; б, в, г – оси шестерен не лежат в одной плоскости

 

Рис. 5.5. Двойная центральная главная передача со смещением ведомой цилиндрической шестерни вниз: 1 – коническая зубчатая пара; 2 – цилиндрическая зубчатая пара

   В центральной двойной главной передаче (рис. 5.2, г) коническая зубчатая пара 5 и цилиндрическая пара 6 размещены в картере ведущего моста и от нее крутящий момент через дифференциал и полуоси передается к ведущим колесам. При колесной формуле 4×2 оси зубчатых пар лежат в одной горизонтальной плоскости  (рис. 5.4, а). На автомобилях с колесной формулой 6×4 ось ведомой цилиндрической шестерни может быть смещена вниз по отношению к осям остальных шестерен с тем, чтобы можно было сделать ведущий мост проходным (Рис. 5.4 в, г).

    В разнесенной главной передаче (рис. 5.2, г, д) коническая пара шестерен 5 находится в картере в центре ведущего моста, а цилиндрические шестерни 6 –в колесных редукторах. При этом соединение дифференциала с колесными редукторами производится через полуоси 7. В разнесенных главных передачах широкое применение получили однорядные планетарные колесные редукторы (рис. 5.2, д), состоящие из цилиндрических прямозубых зубчатых шестерен: солнечной 8, коронной 11 и сателлитов 9. Солнечная шестерня соединена с полуосью и находится в зацеплении с тремя сателлитами, сателлиты свободно вращаются на осях водила 10, жестко связанным с балкой моста. Сателлиты входят в зацепление с коронной шестерней, прикрепленной к ступице колеса. Крутящий момент от центральной конической пары шестерен 5 передается к дифференциалу, полуосям 7, солнечной шестерне 8, сателлитам 9, коронной шестерне 11 и к ступицам колес.

     При разделении главной передачи через дифференциал и полуоси передается крутящий момент меньшего значения, уменьшаются нагрузки на них и соответственно их размеры, уменьшаются размеры картера ведущего моста, увеличивается дорожный просвет автомобиля и тем самым улучшается проходимость. Однако, разнесенная главная передача более сложная по конструкции, имеет большую металлоемкость, дороже и трудоемкая в изготовлении.

Требования к главной передаче

  К главной передаче, наряду с общими требованиями, предъявляются следующие специальные требования:

• обеспечивать передаточное число, соответствующее оптимальным тяговым качествам и топливной экономичности;

• иметь минимальные габариты и обеспечивать необходимый дорожный просвет;

•  обеспечивать низкий уровень шума;

• обладать достаточной прочностью и жесткостью при минимальной массе.

Размеры главной передачи определяют значение дорожного просвета, что существенно сказывается на проходимости автомобиля. Кроме того, размеры главной передачи переднего ведущего моста определяют высоту расположения двигателя и влияют на компоновку автомобиля.

В конической и гипоидной передачах уменьшение габаритов может быть достигнуто за счет уменьшения числа зубьев ведущей и ведомой шестерен при данном значении модуля зацепления, определяемом прочностью конструкции. Однако минимальное значение числа зубьев ведущей шестерни не может быть менее пяти.

Из одинарных главных передач наименьший дорожный просвет обеспечивает цилиндрическая передача (рис.5.3), у которой ведомая шестерня располагается ниже ведущей.

Двойная центральная главная передача имеет относительно небольшие габариты и обеспечивает вполне приемлемый дорожный просвет. Однако лучшие характеристики по габаритам и дорожному просвету имеют разнесенные главные передачи (рис. 5.2, г, д; рис 5.4, рис 5.5).

Одной из основных характеристик, характеризующих совершенство конструкции  главной передачи  и ее состояние в процессе эксплуатации, является уровень шума, создаваемый при работе. Уровень шума главной передачи зависит от точности изготовления шестерен, точности регулирования контакта зубчатых поверхностей, жесткости всех деталей ведущего моста (картера, валов, подшипников) и способа установки шестерен и подшипников.

  Конструктивно жесткость картера главной передачи обеспечивается соответствующими толщиной стенок, конфигурацией, оребрением, креплением картера к балке моста. У грузовых автомобилей ведущий вал-шестерня устанавливается на подшипнике в специальном стакане и фланцем крепится к картеру главной передачи. Такая конструкция облегчает решение задачи регулирования зацепления и предварительного натяга подшипников. На некоторых автомобилях картер главной передачи изготавливается заодно с балкой ведущего моста. Однако такая балка моста должна быть разъемной.

  Шестерни главной передачи должны быть установлены таким образом, чтобы имело место минимальное их перемещение в направлении действия сил в зацеплении.

Ведущая шестерня может устанавливаться как консольно (рис. 5.6,а), так и на дополнительной опоре (рис. 5.6,б). При консольном расположении смещение ведущей шестерни 1 больше, чем такой же шестерни 1 при расположении в опоре. При консольном расположении шестерни конические подшипники устанавливают вершинами конусов вовнутрь и расстояние между подшипниками увеличивают (размер а). Подшипник, расположенный ближе к шестерне, делают большего размера. При расположении шестерни на дополнительной опоре подшипники сближают при их расположении на валу, при этом цилиндрический подшипник 4 воспринимает радиальную силу, а конические подшипники осевую силу.

  Жесткость подшипников ведущей шестерни в осевом направлении можно увеличить созданием предварительного натяга. Предварительным натягом устраняются зазоры и создается предварительное сжатие подшипников. Этот натяг создается при сборке главной передачи и служит не только для повышения их осевой жесткости, но и для разгрузки подшипников от значительных осевых сил, возникающих в коническом зацеплении шестерен. Соответствующий уровень предварительного натяга обеспечивается изменением расстояния между внутренними кольцами конических подшипников. Величина натяга определяется значением момента сопротивления повороту вала ведущей шестерни на подшипниках при отсутствии зацепления с ведомой шестерней. Для различного типа автомобилей значение предварительного натяга конических подшипников вала ведущей шестерни составляет 0,8…2,0Нм.

 

                                               а)                                         б)

Рис. 5.6. Варианты установки ведущего вала-шестерни конической главной передачи: а -консольное расположение шестерни; б – с дополнительной опорой; 1 – ведущая шестерня; 2, 3, 4, 5 – подшипники; а - расстояние между подшипниками; b,с – плечи приложения окружной силы

Ведомая шестерня 2 крепится к корпусу дифференциала 3 (рис.5.7), который в свою очередь устанавливается на конических подшипниках 1и 4, располагаемые вершинами конусов наружу. Такое расположение подшипников обеспечивает возможность регулирования натяга самих подшипников и зацепления конической зубчатой передачи. Величина предварительного натяга этих подшипников, примерно, такая же, как и подшипников ведущего вала-шестерни, и измеряется при отсутствии зацепления с ней. 

Рис. 5.7. Установка ведомой шестерни конической главной передачи: 1,4 – подшипники; 3 – ведомая шестерня; 3 – дифференциал.

Подшипник 1 на рис. 5.7 имеет большую нагрузку, чем подшипник 4, поскольку ведомая шестерня 2 располагается на меньшем расстоянии от него и на этот подшипник дополнительно действует осевая сила. Поэтому на грузовых автомобилях этот подшипник часто имеет больший размер, чем другой.

Действующая в коническом зацеплении осевая сила вызывает деформацию ведомой шестерни, ее прогиб и перекос, что нарушает точность контакта зубьев и повышает уровень шума. Для уменьшения величины деформации ведомой шестерни применяют специальные упоры, которые могут быть регулируемые или не регулируемые (рис. 5.8). Упор вступает в действие, когда смещение ведомой шестерни превысит допустимое значение. Поэтому в нерабочем состоянии зазор между упором и и торцевой поверхностью ведомой шестерни выбирают обычно 0,15…0,20мм.

                                                    а)                        б)

Рис. 5.8. Конструкция упоров ведомой конической шестерни главной передачи: а – не регулируемый упор; б – регулируемый упор; 1 – шестерня; 2 - пластина; 3 – штифт; 4 -наконечник; 5 – регулировочный болт

   Жесткость всех элементов главной передачи должна быть выбрана таким образом, чтобы смещения в конической передаче находились в допустимых пределах, которые указаны на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Допустимые значения смещений элементов конической главной передачи.

Расчет главной передачи