А они в свою очередь отличаются по величине крутящего момента, мощности, объему и частоте вращения коленчатого вала. Помимо двигателей в автомобиле может отличаться и коробка передач, которая в свою очередь может быть четырех типов:
А для того чтобы адаптировать коробку передач к определенному типу двигателя и к автомобилю, важную роль играет главная передача. Она имеет определенное передаточное число.
Главная передача автомобиля представляет собой механизм зубчатого или цепного типа легкового автомобиля, а также всех самоходных машин. Этот механизм предназначен для передачи крутящего момента непосредственно к ведущим колесам.
Главная передача с дифференциалом:
1 — полуоси; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая шестерня; 4 — шестерни полуосей; 5 — шестерни-сателлиты.
Главной задачей зубчатого редуктора является увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес. Если автомобиль переднеприводный, то данный механизм расположен в коробке передач непосредственно возле .
Если автомобиль имеет задние ведущие колеса, то местом расположения передачи служит картер ведущего моста. В этом же также находится и дифференциал. В случае полноприводного автомобиля главная передача расположена в зависимости от типа привода. В любом случае она будет расположена либо в коробке передач, либо в картере ведущего моста.
Главная передача может отличаться в зависимости от числа ступеней редуктора. Так различают: 1. Одинарная передача, состоящая из ведомой и ведущей шестерен. 2. Двойная передача имеет две пары шестерен. Такой тип встречается чаще всего в грузовых автомобилях, ведь им требуется увеличенное передаточное число.
В свою очередь, двойная главная передача автомобиля может быть центральной и раздельной. Первый тип расположен в картере моста ведущей пары колес, а передача второго типа разделена. Одна часть ступени редуктора находится в ступице ведущей пары колес, а вторая — в едущем мосту.
Главная передача может отличаться также по виду зубчатого соединения: 1 — цилиндрическая; 2 — гипоидная; 3 — червячная; 4 — каноническая.
Она встречается в автомобилях с передним приводом, у которых в поперечном положении находится двигатель и коробка передач. В этом случае используются шестерни, имеющие шевронные и косые зубья. Передаточное число такой передачи имеет пределы от 3,5 до 4,2.. Если это значение будет увеличиваться, то произойдет соответствующее увеличение уровня и частоты шума, а также габаритов.
Современные автомобили, имеющие коробку передач механического типа, могут содержать не один вторичный вал, а два или три. В этом случае каждый такой вал будет иметь свою ведущую шестерню. В свою очередь все шестерни будут зацеплены с одной ведомой. Такую же схему главной передачи имеет коробка передач DSG роботизированного типа.
На автомобилях с передним приводом возможна замена главной передачи. Такое изменение является тюнингом трансмиссии, позволяющим увеличивать динамику разгона авто и при этом снизить нагрузку, которая передается на коробку передач и .
Все остальные типы главной передачи встречаются в автомобилях, имеющих задний привод. Ведь в данной ситуации двигатель с коробкой передач находятся параллельно движению и поэтому крутящий момент передается на ведущую ось перпендикулярно.
Если говорить о главной передаче заднеприводных автомобилей, то самой популярной считается передача гипоидная. Она имеет самую низкую нагрузку на зуб, а также обеспечивает меньший уровень шума. При работе гипоидной передачи снижается КПД, так как имеющееся смещение в зацеплении зубчатых колес увеличивает трение скольжения.
У легкового автомобиля с гипоидной передачей передаточное число составляет 3,5-4,5, а у грузовых авто — от 5 до 7. Такая передача отличается от цилиндрической тем, что ось вала не пересекается с шестерней, поскольку с такой конструкцией имеется возможность опускать карданную передачу и снижать расположение кузова, что приведет к большей устойчивости самого автомобиля.
Если не важны габариты и уровень шума, то в этом случае применяется главная передача канонического типа. Червячная передача практически не встречается, поскольку ее изготовление требует больших финансовых и трудовых затрат.
Видео:
Для работы любых трущихся деталей и зубьев шестерен необходима смазка. Поэтому в зависимости от месторасположения главной передачи, в картер блока или заднего моста заливается масло. И его уровень важно контролировать, чтобы обеспечивать правильную работу соответствующих деталей автомобиля.
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.
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.
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.
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.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15
Тема: «Назначение, устройство и принцип работы главной передачи и дифференциала»
Цель работы : изучение назначения, устройства и принципа работы главной передачи и дифференциала.
На большинстве современных автомобилей в состав трансмиссии включаются одна или несколько (по числу приводных осей) главных передач и соответствующее число межколесных дифференциалов. Кроме того, на автомобилях с несколькими приводными осями (ведущими мостами) могут быть установлены межосевые дифференциалы.
Главная передача на автомобиле выполняет две функции:
1) согласование частот вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес и обусловленное этим постоянное повышение крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса;
2) изменение направления вектора крутящего момента в соответствии с компоновочной схемой автомобиля (например, поворот вектора крутящего момента на 90° при продольном расположении двигателя).
Дифференциал – механизм трансмиссии автомобиля, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между валами и позволяющий им вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями.
Межколесный дифференциал служит для кинематического рассогласования колес одной оси при движении автомобиля на поворотах или по неровностям.
Межосевой дифференциал служит для кинематического рассогласования колес разных осей при движении автомобиля по неровностям или при изменении скорости движения, а также для постоянного распределения в определенном соотношении крутящего момента между мостами полноприводных автомобилей.
Главная передача
При движении автомобиля крутящий момент от коленвала двигателя передается коробке передач и затем, через главную передачу и дифференциал, на ведущие колеса. Главная передача позволяет увеличивать или уменьшать крутящий момент передаваемый колесам автомобиля и одновременно уменьшать и соответственно увеличивать скорость вращения колес.
Передаточное число в главной передаче подбирается таким образом, что максимальный крутящий момент и частота вращения ведущих колес находятся в наиболее оптимальных значениях для конкретного автомобиля. Кроме того, главная передача очень часто является объектом тюнинга автомобиля.
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 :
· цилиндрическая – в большинстве случаев применяется на автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач и передним приводом;
· коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума;
· гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума;
· червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
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.
Схема работы главной передачи автомобиля
1 - фланец; 2 - вал ведущей шестерни; 3 - ведущая шестерня; 4 - ведомая шестерня; 5 - ведущие (задние) колеса; 6 - полуоси; 7 - картер главной передачи
Дифференциал
Дифференциал - это механизм, позволяющий (при необходимости) ведущим колесам автомобиля вращаться с разными скоростями. Для чего это нужно? При движении по прямой колеса проходят одинаковый путь, в повороте же внешнее колесо проходит путь больший, чем внутреннее колесо. Поэтому, чтобы «успеть» за автомобилем, внешнее колесо должно вращаться быстрее.
Устройство дифференциала несложное - корпус, ось сателлитов и два сателлита (шестерни). Корпус крепится к ведомой шестерне главной пары и вращается вместе с ней. Сателлиты входят в зацепление с шестернями полуосей, которые непосредственно вращают колеса.
В такой конструкции сателлиты передают больший крутящий момент на ту полуось, которая оказывает меньшее сопротивление вращению. То есть, с большей скоростью будет вращаться колесо, которое дифференциалу легче раскрутить. При движение по прямой колеса нагружены одинаково, дифференциал делит крутящий момент поровну, сателлиты не вращаются вокруг своей оси. В повороте внутреннее колесо нагружено больше, внешнее - разгружается. Поэтому сателлиты начинают вращаться вокруг оси, подкручивая менее нагруженное колесо, увеличивая тем самым скорость его вращения.
Но такая особенность дифференциала иногда приводит к весьма неприятным последствиям. Если, например, одно из колес попадет на скользкую поверхность, дифференциал будет вращать только его, полностью игнорируя колесо, имеющее нормальный контакт с дорогой. То есть, автомобиль будет «буксовать».
Для борьбы с этим явлением применяются блокировки дифференциала. Способов блокировок придумано множество - от простых механических до изощренных электронных.
