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.
Общие положения
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.
Двойная центральная главная передача позволяет получить большое передаточное число при достаточно большом дорожном просвете под картером моста. Такая главная передача устанавливается, например, в ведущих мостах некоторых автомобилей.
Картер 18 главной передачи вместе с балкой 7 ведущего моста представляет собой жесткую конструкцию, что способствует обеспечению правильного зацепления шестерен.
Главная передача состоит из пары конических шестерен 13 и 14 со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен 11 и 12 с косыми зубьями. Такая форма зубьев способствует уменьшению шума при работе главной передачи, а тщательная обработка зубьев шестерен повышает КПД главной передачи. Ведущая коническая шестерня 14 выполнена как единое целое с ведущим валом главной передачи, установленным на двух роликовых конических подшипниках 16, корпус которых привернут болтами к фланцу картера главной передачи, и на одном роликовом цилиндрическом подшипнике 17. На указанном валу между внутренними кольцами подшипников 16 имеются шайбы для регулировки предварительного натяга подшипников.
Между фланцем корпуса подшипников 16 и картером 18 главной передачи установлены регулировочные прокладки для регулировки зацепления пары конических шестерен. Ведущая коническая шестерня 14 входит в зацепление с ведомой конической шестерней 13, напрессованной на шпонке на промежуточный вал, изготовленный заодно с ведущей цилиндрической шестерней 12. Этот вал установлен во внутренней перегородке картера на роликовом цилиндрическом подшипнике, а его наружный конец расположен на двухрядном роликовом коническом подшипнике, корпус которого вместе с крышкой прикреплен болтами к боковому фланцу картера главной передачи. Под фланцем корпуса установлены прокладки для регулировки зацепления конических шестерен, а для регулировки роликового конического подшипника между его внутренними кольцами поставлены регулировочные шайбы.
Рис. Схема механизма привода управляемого ведущего моста
Ведущая цилиндрическая шестерня 12 входит в зацепление с ведомой шестерней 11, скрепленной болтами с корпусом дифференциала 10, помещенного в гнездах картера главной передачи на роликовых конических подшипниках, для регулировки которых служат гайки со стопорным устройством.
В картере главной передачи имеются отверстия для заливки, контроля и слива масла, закрытые пробками. Уровень масла проверяется в процессе эксплуатации специальным щупом. В картере выполнены полости (карманы), в которые при вращении шестерен попадает масло, откуда оно поступает по каналам к подшипникам ведущей и ведомой конических шестерен, улучшая их смазывание. Картер главной передачи сообщается с атмосферой через сапун.
Главные передачи всех мостов автомобиля имеют одинаковое устройство, но картеры главных передач среднего и заднего мостов отличаются от переднего формой и расположением относительно балок своих мостов. Кроме того, ведущий вал среднего моста выполнен сквозным (проходным) для привода главной передачи заднего моста, поэтому оба конца этого вала уплотнены самоподжимными сальниками и на обоих концах на шлицах закреплены гайками фланцы карданных шарниров 15 карданных передач привода ведущих мостов.
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
У заднеприводных автомобилей главная передача конструктивно объединена с ведущим мостом. Конструкция главной передачи заднеприводного автомобиля представлена на рис. 4.23.
Рис 4 23 Главная передача:
1 - картер редуктора заднего моста; 2 - фланец для соединения с карданным валом; 3 - ведущая вал шестерня; 4 - ведомая шестерня; 5 - сателлиты; 6 - коробка дифференциала; 7 - ось сателлитов;
8 - шестерни полуосей
Главная передача выполнена в виде конической пары: зубчатых шестерни и колеса. При этом у шестерни меньший размер и меньшее число зубьев. Она является ведущей, а зубчатое колесо - ведомым. Коническая передача позволила передать крутящий момент от двигателя к задним колесам под прямым углом, а сочетание
размеров и числа зубьев шестерен - снизить обороты, увеличив крутящий момент.
На автомобилях с передним приводом корпус главной передачи конструктивно объединен с корпусом коробки передач. В этом случае передача крутящего момента к колесам происходит через специальные валы. Автомобили с любой схемой привода оборудуют дифференциалом главной передачи, схема работы которого показана на рис. 4.24.
Необходимость использования дифференциала обусловлена тем, что при прохождении поворотов колесо, находящееся с наружной стороны поворота, проходитбольшее расстояние, чем колесо, движущееся с его внутренней стороны.
Дифференциал дает возможность ведущим колесам вращаться с разной угловой скоростью. Корпус дифференциала жестко связан с ведомым коническим колесом (большего размера). В корпусе дифференциала установлены две шестерни, которые с помощью полуосей (заднеприводная компоновка) или специальных валов (переднеприводная компоновка) связаны с ведущими колесами автомобиля. Между этими шестернями в постоянном зацеплении с ними расположены две или четыре шестерни-сателлита, оси которых жестко связаны с корпусом дифференциала.
При движении автомобиля по прямой корпус дифференциала вращается как единое целое с коническим колесом (ведомым, большего размера), шестерни-сателлиты не вращаются, ведущие колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. При движении автомобиля в повороте шестерни-сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, из-за чего левая и правая шестерни, связанные с ведущими колесами, могут вращаться с разными скоростями. Помимо положительного эффекта, в применении дифференциала в главной передаче есть и отрицательный. При попадании автомобиля левыми колесами на участок дороги с одним коэффициентом сцепления, а правыми - с другим, сильно отличающимся, дифференциал может сослужить недобрую службу. Вы, наверное, обращали внимание, как зимой автомобиль, попавший одним ведущим колесом на лед, никак не может сдвинуться с места, хотя второе ведущее колесо находится на чистом асфальте. И все это из-за дифференциала. Он автоматически перераспределяет весь крутящий момент к тому колесу, под которым меньше сопротивление. Автомобили, предназначенные для работы в таких тяжелых условиях, оборудуют специальными системами, позволяющими блокировать работу дифференциала. В этом случае на оба ведущих колеса подается одинаковый по величине крутящий момент.
Главная передача - механизм, часть трансмиссии автомобиля, передающий крутящий момент от коробки передач к ведущим колесам автомобиля.
Главной передачей называется шестеренный механизм, повышающий передаточное число трансмиссии автомобиля. Она служит для постоянного увеличения крутящего момента двигателя, подводимого к ведущим колесам, и уменьшения угловой скорости их вращения до необходимых значений.
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 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.
Одинарные главные передачи по типу зацепления подразделяются на:
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.
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.
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.
| Тип передачи | Преимущества | Недостатки | |
| Зубчатые передачи | Цилиндрические | 1.Компактность. 2.Возможность передавать большие мощности (до 1000 квт). 3.Наибольшие скорости вращения (до 30 м/с). 4.Постоянство передаточного отношения. 5.Наибольший ККД (0,98..0,99 в одной ступени). | 1. сложность передачи движения на значительные расстояния; 2. жесткость передачи; 3. шум во время работы; 4. необходимость в смазке. |
| Конические | |||
| Винтовые | Червячные | 1.большие передаточные отношения; 2.плавность и бесшумность работы; 3.высокая кинематическая точность; 4.самоторможение. | 1. низкий ККД; 2. износ, заедание; 3. использование дорогих материалов; 4. требования к высокой точности сборки. |
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.
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.
Одинарная главная передачи .
Одинарная главная передача состоит из пары находящихся в постонном зацеплении конических зубчатых колес, применяется преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Шестерня в ней соединена с карданной передачей, а колесо - с коробкой дифференциала и через дифференциал с полуосями. Одинарная главная передача может быть с обычными коническими и гипоидными зубчатыми колесами.
Червячные главные передачи отличаются небольшими размерами при больших передаточных числах и отсутствием шума при работе. Однако из-за меньшего кпд по сравнению с коническими или гипоидными передачами, необходимости применения дорогостоящих материалов и высокой стоимости производства червячные редукторы получили ограниченное распространение. А вот гипоидные передачи, отличающиеся от конических плавностью зацепления, напротив, стали более востребованы в автомобилестроении. Кстати, произошло это еще и потому, что на рынке значительно расширился ассортимент смазочных материалов, обеспечивающих повышенную прочность масляной пленки (это требуется для нейтрализации значительного скольжения в контакте зубьев).
Преимуществом гипоидной передачи является то, что ось ее шестерни расположена ниже оси ведомого колеса (оси заднего моста). Вследствие этого центр тяжести автомобиля ниже и лучше его устойчивость. Гипоидная передача имеет большие надежность, плавность и бесшумность, чем передача с обычными копи чески ми зубчатыми колесами со спиральными зубьями.
Одинарные передачи с коническими зубчатыми колесами со спиральными зубьями применяют на автомобилях семейств ЗАЗ и УАЗ, а гипоидные одинарные передачи - на автомобилях ГАЗ-3307, ГАЗ-3102 «Волга», семейства ВАЗ.
 |
Рис. 15.3. Главные передачи:
а - коническая; б -гипоидная; в -двойная; 1 и 2 - соответственно шестерня и колесо конические; 3 и 4 -соответственно шестерня и колесо цилиндрические
Наибольшее передаточное число, которое можно получить, применив одинарную зубчатую передачу, ограничивается диаметром ведомого зубчатого колеса. Для того чтобы передаточное число было больше 6,7, применяются главные двойные передачи . Они позволяют обеспечить практически любое передаточное число и создавать проходные передачи , предусмотренные конструкцией трансмиссии. Главные двойные передачи устанавливаются на автомобилях большой грузоподъемности, когда общее передаточное число трансмиссии должно быть значительным, так как передаются крутящие моменты большой величины. В главной двойной передаче крутящий момент увеличивается последовательно двумя парами зубчатых колес, одна из которых - коническая, а другая - цилиндрическая. Общее передаточное число двойной передачи равно произведению передаточных чисел составляющих пар.
Центральная главная двойная передача автомобилей ЗИЛ состоит из следующих элементов:
Ведущего конического зубчатого колеса, изготовленного как одно целое с валом, который получает крутящий момент от карданной передачи;
ведомого конического зубчатого колеса со спиральными зубьями, которое крепится к фланцу промежуточного вала заклепками;
промежуточного вала с косозубым цилиндрическим зубчатым колесом (ведущим), изготовленным как одно целое с валом;
ведомого цилиндрического косозубого колеса, которое крепится болтами к корпусу коробки дифференциала, состоящего из левой и правой чашек.
Опорами вала ведущего конического зубчатого колеса служат роликоподшипники, расположенные в стакане, прикрепленном болтами к картеру главной передачи. Опорами промежуточного вала ведущего цилиндрического зубчатого колеса являются конические роликоподшипники, которые размешены в боковых крышках картера главной передачи. Для регулировки подшипников предусмотрены регулировочные прокладки. Коробка дифференциала вращается на двух конических роликоподшипниках, закрытых крышками. Эти роликоподшипники регулируются специальными гайками.
Ведущий мост автомобиля ЗИЛ и главные двойные передачи ЗИЛ:
1 - фланец; 2 - манжета; 3, 15, 18 и 32 - крышки; 4 - шайба; 5 - уплотнительная прокладка; 6, 9, 14 и 24 и 31 - роликовые подшипники; 7 - стакан; 8 - регулировочные шайбы; 10 и 13 - регулировочные прокладки; 11 - коническое ведущее зубчатое колесо; 12 - коническое ведомое зубчатое колесо; 16 - цилиндрическое ведущее зубчатое колесо; 17- картер главной передачи; 19 и 29 - опорные шайбы; 20-правая чашка дифференциала; 21 - цилиндрическое ведомое зубчатое колесо; 22 - полуосевое зубчатое колесо; 23 - левая чашка дифференциала; 25 - регулировочная гайка; 26 - полуось; 27 - картер моста; 28 - сателлит; 30 - крестовина; 33 - распорная втулка.
