Назначение, устройство и работа карданных передач, главных передач, дифференциалов и полуосей

Инструкционные карты по разборке агрегатов автомобиля.

Детали агрегатов трансмиссии (ведущие мосты автомобилей ВАЗ 2106-70, ГАЗ-3110, редуктора главных передач автомобилей КАМАЗ, ЗИЛ, АЗЛК 2140, карданные передачи).

Схемы, плакаты.

Теоретическое обоснование

Карданные передачи применяются на трансмиссиях автомобилей для силовой связи механизмов, валы которых несоосные или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения. Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточные опоры. Карданные передачи применяют также для привода вспомогательных механизмов, например лебедки. В ряде случаев связь рулевого колеса с рулевым механизмом осуществляется при помощи карданной передачи.

Существуют конструкции легковых автомобилей, в которых связь коробки передач и главной передачи осуществляется торсионным валом, а карданные шарниры отсутствуют. Это возможно в автомобилях, где главная передача установлена в кузове (Вольво-600).

Для автомобилей, в которых реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами, карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее соединение, так как расстояние между шарнирами в процессе движения изменяется.

Это необходимо по той причине, что силовой агрегат автомобиля (двигатель, сцепление, коробка передач), установленный на упругих подушках, имеет некоторую свободу как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Рис. 1. Классификационная схема карданных шарниров

По этой причине корпус подшипника промежуточной опоры установлен в кронштейне с резиновым кольцом 1, а кронштейн установлен на поперечине рамы (рис. 2а).

Развитие конструкций карданных шарниров неравных угловых скоростей связано с непрерывным улучшением их эксплуатационных свойств: надежности и возможности передачи вращения при повышенном угле между валами, а также повышения КПД. Требование обеспечения высокого КПД карданного шарнира связано с необходимостью увеличения стойкости, а следовательно, и долговечности.

Рис. 2. Отпоры карданного вала:

А) промежуточная; б) жесткая

Применяемые в современных автомобилях карданные шарниры неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках удовлетворяют поставленным требованиям при условии, если шарнир имеет рациональную конструкцию, технология производства строго соблюдается, а игольчатые подшипники надежно смазываются.

Упругий полукарданный шарнир допускает передачу крутящего момента от одного вала к другому, расположенному под некоторым углом, благодаря деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое звено может быть резиновым (рис. 3 а), резинотканевым или резиновым, усиленным стальным тросом (рис. 3б). В последнем случае полукарданный шарнир может передавать значительный крутящий момент и под несколько большим углом, чем в первых двух случаях. Достоинствами полукар - данного шарнира являются: снижение динамических нагрузок в трансмиссии при резких изменениях частоты вращения (например, при резком включении сцепления); отсутствие необходимости обслуживания в процессе эксплуатации. Благодаря эластичности такой шарнир допускает небольшое осевое перемещение карданного вала. Упругий полукарданный шарнир должен центрироваться, иначе балансировка карданного вала может нарушиться.

а) б)

Рис. 3. Упругие звенья полукарданных шарниров: а) резиновое; б) резиновое с тросовым усилением

В качестве примера применения упругого карданного шарнира на рисунке 4 приведена карданная передача автомобиля ВАЗ-2106. Здесь упругий полукарданный шарнир установлен на переднем конце промежуточного карданного вала. Упругое шестигранное звено (резиновая муфта) имеет шесть отверстий, внутри которых привулканизированы металлические вкладыши. Резиновое звено перед установкой на болты фланцев предварительно стянуты по периферии металлическим хомутом, без чего отверстия в муфте не совпадут с болтами (после сборки хомут снимается). Таким образом, резиновое звено получает предварительное напряжение. Резина работает лучше на сжатие, чем на растяжение, поэтому данное мероприятие снижает напряжение растяжения при передаче через шарнир крутящего момента.

Карданный передача шарнир дифференциал

1 2

Рис. 4. Карданная передача упругими полукарданными шарнирами:

1 и 3 - фланцы; 2 - втулка; 4 - карданный вал; 5 - центрирующее кольцо

Главная передача, обеспечивающая постоянное увеличение крутящего момента и передачу его к ведущим колесам, выбирается из условий получения заданной максимально скорости автомобиля на высшей передаче в коробке передач и оптимальной топливной экономичности.

Цилиндрические главные передачи широко используются в переднеприводных автомобилях при поперечном расположении двигателя (ВАЗ - 2108, ЗАЗ-1102). Конические главные передачи со спиральным (круговым) зубом устанавливают в двойных главных передачах ЗИЛ-431410, КамАЗ, МАЗ, КрАЗ, Урал. Гипоидные главные передачи получают все более широкое распространение. В настоящее время их устанавливают почти на всех отечественных легковых автомобилях и на многих грузовых автомобилях (ГАЗ-3307, часть выпуска ЗИЛ-431410, ЗИЛ-133, ЗИЛ-433100).

Рис. 5. Классификационная схема главных передач

Центральные двойные главные передачи представляют собой сочетание конической или гипоидной пары с цилиндрической, которые объединены в общем картере. Их используют для грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В трехосных автомобилях двойная главная передача промежуточного моста имеет проходной ведущий вал для привода главной передачи заднего моста (автомобили КамАЗ, Урал).

Разнесенные двойные главные передачи состоят из центрального редуктора и колесной передачи (иногда бортовой) и применяются для грузовых автомобилей большой грузоподъемности (автомобили МАЗ, "Маги - рус"), а также для автомобилей высокой проходимости (автомобили УАЗ).

Цилиндрическая передача применяется при поперечном расположении двигателя в передне-приводных автомобилях, цилиндрическая главная передача размещается в общем картере с коробкой передач и сцеплением. Шестерня главной передачи закрепляется на ведомом валу коробки передач, а иногда выполняется за одно целое с этим валом и устанавливается консольно. При консольной установке шестерни главная передача и дифференциал могут быть несколько сдвинуты в сторону двигателя, тем самым уменьшается длина полуосей. С той же целью колесо закрепляется на картере дифференциала, обычно с левой по ходу автомобиля стороны.

В существующих конструкциях зубья цилиндрической передачи выполняются прямыми ("Форд Фиеста"), косым (ВАЗ-2108, "Фиат Уно"), шевронными (Хонда). Передаточное число цилиндрической пары обычно принимают 3,5...4,2. Так как число зубьев шестерни для обеспечения плавности зацепления должно быть не менее десяти, то при большем передаточном числе размеры зубчатого колеса увеличиваются, в результате чего снижается дорожный просвет и повышается уровень шума при работе главной передачи.

Коническая передача (рис. 6). Из всех типов конических главных передач наиболее распространена передача со спиральным, в большинстве случаев круговым зубом, выполненным по дуге окружности, диаметр которой определяется диаметром резцовой головки.

Коническая главная передача с круговым зубом впервые была применена в 1913 г. с целью уменьшения размеров, снижения высоты пола, а следовательно, центра масс легкового автомобиля и увеличения прочности зубьев главной передачи.

Размеры главной передачи с круговыми зубьями меньше, так как меньше диаметр шестерни. Число ее зубьев может быть доведено до z =5...6. Применяемый круговой зуб в этих передачах позволяет повысить число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, по сравнению с этим параметром прямозубых передач. Это обеспечивает снижение давления и динамических нагрузок на зуб, а также повышение износостойкости.

Для улучшения приработки зубьев число зубьев колеса и шестерни не кратно, поэтому передаточное число всех типов главных передач выражается не целым числом.

Зубья шестерни всегда имеют левое направление спирали, хотя при этом складываются осевые силы от угла конуса и от угла спирали зуба. Это делается для того, чтобы не было ввинчивания шестерни на передачах переднего хода, что может быть причиной ее заклинивания. В эксплуатации наблюдаются случаи заклинивания шестерни при заднем ходе, когда подшипники недостаточно затянуты.

Рис. 6. Схема конической главной передачи

При неправильной начальной установке зубчатых колес главной передачи или при неправильной регулировке возможна концентрация напряжений у краев зубьев, что является причиной повышения уровня шума и приводит к нагреванию, ускорению изнашивания и даже поломке зубьев. В конической главной передаче с круговым зубом для уменьшения влияния точности зацепления радиус кривизны зуба шестерни выполняется несколько меньшим радиуса кривизны зуба колеса (локальный контакт).

Гипоидная главная передача в отличие от конической передачи в гипоидной оси зубчатых колес не пересекается, а перекрашивается. Начальными поверхностями гипоидной пары являются поверхности гиперболоидов вращения (рис. 7 а). При этом ось шестерни получает смещение Е относительно оси колеса. Смещение может быть нижним, как на рисунке, и верхним. Шестерню смещают вверх на многоосных автомобилях для того, чтобы вал шестерни выполнить проходным. Во избежание заклинивания при движении на передачах переднего хода в гипоидной передаче при нижнем смещении, так же как и в конических, зубья шестерни имеют левое направление спирали, а при верхнем смещении - правое.

Рис. 7. Гипоидная главная передача:

А) поверхность гиперболоида вращения; Б) схема; в) конструкция (ГАЗ-3102); 1 - шестерня; 2 - шестерня; 3 - дифференциал

Передаточные числа одинарных конических и гипоидных передач обычно выбирают в пределах: для автомобилей 3,5...4,5 для грузовых автомобилей и автобусов 5.7.

Основными достоинствами, обеспечивающими широкое распространение гипоидной передачи, являются ее большая (по сравнению с конической) прочность и бесшумность. Повышение прочности гипоидной передачи обусловлено увеличением среднего диаметра шестерни.

При увеличении диаметра шестерни повышается прочность зуба, так как при этом больше шаг по нормали, а следовательно, и толщина зуба (примерно на 10...15 %). Чем больше угол спирали, тем длиннее зуб и больше число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, по сравнению с конической передачей (примерно в 1,5 раза). Все это обусловливает снижение усилия, действующего на зуб, и обеспечивает высокую плавность зацепления. Кроме того, гипоидные зубчатые колеса имеют в несколько раз большее сопротивление усталости по сравнению с коническими. Перечисленные достоинства позволяют выполнить гипоидную передачу малогабаритной, а также применять ее вместо двойной на грузовых автомобилях (ЗИЛ-133 Г, ЗИЛ-433100).

Наличие скольжения определяет весьма высокое сопротивление усталости гипоидной пары. Усталостное выкашивание (питтинг) конических пар наблюдается в зоне чистого качения, т. е. у полюса зацепления. В гипоидных парах чистое качение отсутствует, для них характерно скольжение при высоком давлении, в связи чем необходимо применять специальное гипоидное масло, наличие специальных присадок в котором препятствует разрушению масляной пленки.

Дифференциал - механизм трансмиссии, выполняющий функции распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или мостами (в некоторых автомобилях между бортами) и позволяющий ведомым валам вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями.

В настоящее время все автомобили имеют меж колесные дифференциалы. Межосевые дифференциалы применяются в много приводных автомобилях для предотвращения циркуляции мощности, дополнительно нагружающей трансмиссию и вызывающей ускоренное изнашивание шин. В качестве меж колесного дифференциала на большинстве автомобилей устанавливаются конические дифференциалы, реже цилиндрические.

Несимметричный дифференциал устанавливается в том случае, когда моменты между мостами распределяются не поровну, как, например, на автомобилях Урал-4320, где нагрузка на передний мост составляет примерно 40 % нагрузки на заднюю тележку. В качестве межосевых применяются дифференциалы как конические, так и цилиндрические планетарного типа.

Межбортовые дифференциалы используются в специальных много приводных автомобилях. Такие дифференциалы применяются при трансмиссиях, размещенных по бортам автомобиля: они распределяют моменты поровну между бортами. В таких трансмиссиях, кроме того, иногда устанавливаются по бортам межосевые дифференциалы.

Принудительную блокировку дифференциалов используют для повышения проходимости автомобиля. В некоторых конструкциях принудительно блокируется только межосевой дифференциал (КамАЗ-5320), а иногда принудительно блокируется как колесный, так и межосевой дифференциалы. Принудительная блокировка обычно осуществляется с места водителя электропневматическим приводом.

Рис. 8. Классификационная схема дифференциалов

Самоблокирующиеся меж колесные или межосевые дифференциалы устанавливают также для повышения проходимости как легковых, так и грузовых и специальных автомобилей.

Наименьшее распространение получили самоблокирующиеся пульсирующие дифференциалы из-за их малой эффективности.

Несколько большее распространение получили самоблокирующие дифференциалы свободного хода.

Наибольшее распространение получили дифференциалы повышенного трения различных конструкций. Они установлены на автомобилях ГАЗ-66 и на всех модификациях четырехосных автомобилей МАЗ. Некоторые конструкции дифференциалов повышенного трения используют для легковых автомобилей высокого класса.

Существенным недостатком симметричного дифференциала является снижение проходимости автомобиля, если одно его колесо попадает в условия малого сцепления с опорной поверхностью.

Симметричный дифференциал в большинстве случаев обеспечивает автомобилю хорошую устойчивость. В частности, на дорогах с низким коэффициентом сцепления движение автомобиля в этом случае устойчиво в результате равенства тангенциальных реакций, благодаря чему отсутствует поворачивающий момент, вызывающий занос.

При торможении автомобиля на дорогах с низким коэффициентом сцепления рекомендуется тормозить двигателем, так как тогда тормозной момент двигателя, увеличенный за счет передаточного числа трансмиссии, распределяется поровну между колесами, что предотвращает занос автомобиля.

Симметричные конические дифференциалы наиболее распространены (их часто называют простыми). Применяются они как на легковых, так и грузовых автомобилях, в качестве меж колесных, иногда и межосевых дифференциалов.

Рис. 9. Симметричный конический дифференциал

Механизм дифференциала включает корпус, сателлиты и ось сателлитов или крестовину, полуосевые шестерни. Число сателлитов в дифференциалах легковых автомобилей два, грузовых - четыре, редких конструкциях встречаются три сателлита. Дифференциалы с двумя сателлитами 2 (рис. 9а) имеют неразъемный корпус 1, что придает ему большую жесткость. Для сборки дифференциала корпус имеет окна. Дифференциалы с четырьмя сателлитами (рис. 9) имеют разъемный корпус, с разъемом по оси сателлитов. Обе части корпуса скрепляются болтами.

Для уменьшения трения трущиеся поверхности обычно разъединяются антифрикционными шайбами 4. Торцовые поверхности сателлитов, так же как внутренняя поверхность корпуса, в большинстве дифференциалов выполняются сферическими, что способствует центрированию сателлитов на осях и более точному зацеплению с полуосевыми шестернями 3. Регламентированные значения посадочных зазоров допускают возможность такого центрирования. Для обеспечения смазки сателлитов оси в месте посадки сателлитов должны иметь лыски или спиральные канавки, удерживающие масло. Сателлиты и полуосевые шестерни выполняются прямозубыми. Число зубьев сателлитов и полуосевых шестерен может быть четным и нечетным. Полуоси и зависимости от испытываемых полуосью нагрузок. Принято их условное деление: полуразгруженные (рис. 10а), на три четверти разгруженные (рис. 10б) и полностью разгруженные (рис. 10в).

Полуразгруженная полуось воспринимает все усилия и моменты, действующие от дороги.

В)

Рис. 10. Схемы полуосей:

А) полуразгруженная; б) на три четверти разгруженная; в) полностью разгруженная

На три четверти разгруженная полуось имеет внешнюю опору между ступицей и колесной балкой моста, поэтому изгибающие моменты воспринимают одновременно и полуось, и балка моста через подшипник. Полностью разгруженная полуось теоретически передает только крутящий момент от дифференциала к ведущим колесам, однако для нее возможны деформации изгиба, обусловленные деформацией балки моста, несоосностью ступицы колеса с полосной шестерней, перекосом и смещением шлицевых концов полуосей относительно фланца при наличии зазоров в шлицевом соединении.

Полуоси грузовых автомобилей выполняются полностью разгруженными, легковых автомобилей - полуразгруженными, легковых автомобилей высокого класса - разгруженной на три четверти. Эта принятая классификация весьма условная.

Вывод

В этой лабораторной работе изучил назначение, типы и классификацию карданных передач, главных передач, дифференциалов и полуосей и рассмотреть их принцип работы.

Назначение, устройство и работа карданных передач, главных передач, дифференциалов и полуосей

Похожие статьи