НОУ   Русская Техническая Школа  
 

Главная

+7(499)-262-3400; 628-5150

     
 

Профессия: Слесарь по ремонту автомобилей 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"

"ТРАНСМИССИЯ"


«ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА И ДИФФЕРЕНЦИАЛ»

 

ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА

Главная передача наряду с дифференциалом является частью устройства привода ведущих колёс. Главная передача и дифференциал размещаются в общем корпусе, именуемым редуктором (рис. reducer). Редуктор крепится к картеру - центральной части кожуха ведущего моста, также имеющего полуосевые рукава в которых располагаются приводы ведущих колёс - полуоси.

главная передача и дифференциал

Главная передача служит для передачи крутящего момента с вала на вал (например, с карданного  вала на полуось) под углом 90 градусов и увеличения крутящего момента в зависимости от передаточного числа шестерён главной передачи.
В главной передаче применяют шестерёнчатые передачи – одинарные и двойные.
В одинарной главной передаче (рис. sheave) вращение передаётся с малой конической шестерни (ведущей шестерни) на большую (ведомую шестерню). Зубья шестерён изготавливаются спиральной формы, что позволяет увеличить число зубьев одновременно находящихся в зацеплении, уменьшить, приходящиеся на них нагрузки, повысить плавность и бесшумность работы передачи.
Если оси ведущей и ведомой шестерён главной передачи взаимно пересекаются (см. рис. sheave), передачу называют – простой. Если ось ведущей шестерни смещена вниз относительно оси ведомой шестерни на определённую величину (величину гипоидного смещения), передачу называют гипоидной. Зубья шестерён гипоидной передачи имеет специальный профиль, позволяющий обеспечить зацепление шестерён с той или иной величиной гипоидного смещения. Гипоидная главная передача обладает большей плавностью хода и позволяет, при необходимости снизить центр тяжести автомобиля, расположив карданный вал ниже, чем при использовании простой передачи. При этом к гипоидной передаче предъявляются  большие требования к точности монтажа шестерён  (зацеплении зубьев) и к качеству смазки.
Так как в одинарной главной передаче требуемое передаточное отношение получается при малом числе зубьев у ведущей шестерни (6-7 зубьев) и, в силу этого, нагрузка на зубья достаточно существенная, передачу применяют на автомобилях малой и средней грузоподъёмности (небольшие грузовики и легковые автомобили).
В двойной главной передаче вращение передаётся через две пары шестерён: 1) малой конической и большой конической и, 2) малой цилиндрической и большой цилиндрической. Вращение передаётся по следующему пути: малая коническая шестерня – большая коническая шестерня – малая цилиндрическая шестерня – большая цилиндрическая шестерня.
Конические шестерни имеют зубья спиральной формы, а цилиндрические шестерни – прямозубые или косозубые. В силу особенностей конструкции в двойной главной передаче можно получить большее передаточное отношение при сравнительно небольших размерах передачи. Двойную передачу устанавливают на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъёмности.

главная передача простая гиппоидная двойная одинарная

На части большегрузных автомобилей применяют раздельную главную передачу, которая включает в себя центральную передачу и колёсные (бортовые) передачи.
Центральная передача, как правило, одинарная простая, состоит из двух конических шестерён – малой ведущей и большой ведомой, со спиральными зубьями.
Колёсные передачи – планетарные, располагаются с обеих сторон ведущего моста. Каждая колёсная передача имеет ведущую солнечную шестерню, сателлиты и ведомую корончатую шестерню. Солнечная шестерня соединена с концом ведущей полуоси. Сателлиты вращаются на подшипниках, установленных на осях, неподвижно закреплённых на фланце полуосевого рукава ведущего моста. Коронная шестерня соединена со ступицей ведущего колеса.
Применяют также колёсные передачи, у которых коронная шестерня закреплена неподвижно на полуосевом рукаве, а сателлиты установлены на осях, расположенных в корпусе водила, соединённого со ступицей колеса.
Применение колёсных планетарных передач, при значительных передаточных отношениях, позволяет уменьшить нагрузки на шестерни центральной передачи.

ДИФФЕРЕНЦИАЛ

При движении автомобиля на повороте и/или по неровностям дороги, его правые и левые колеса проходят путь разной длины. Поэтому, в целях обеспечения устойчивости автомобиля, колесо, проходящее больший путь должно вращаться с большей скоростью, нежели колесо, катящееся по меньшему пути. Чтобы обеспечить вращение ведущих колёс автомобиля с различной скоростью, каждое из них крепят на отдельном валу, а сами валы приводят во вращение посредством специального устройства – дифференциала.
Дифференциал – механизм, приводящий оси ведущих колёс в движение и позволяющий колесам ведущих осей вращаться с разными скоростями. Передача крутящего момента к дифференциалу от двигателя осуществляется через агрегаты трансмиссии (коробку передач, карданную передачу, главную передачу). Конструкции дифференциалов имеют отличия.
Широкое применение нашли дифференциалы трёх типов: шестерёнчатые, кулачковые и червячные.
Шестерёнчатые дифференциалы относятся к простым дифференциалам, а кулачковые, и червячные – к самоблокирующимся дифференциалам повышенного трения.
Дифференциалы, распределяющие крутящий момент между ведущими осями поровну, называются симметричными. Дифференциалы, распределяющие крутящий момент между ведущими осями не поровну, называются несимметричными.
Дифференциалы, которые устанавливаются между валами приводов ведущих колёс, называются межколёсными. Дифференциалы, которые устанавливаются между валами приводов ведущих мостов полноприводных автомобилей, называются межосевыми.

Симметричный шестерёнчатый дифференциал.

Конструкция симметричного шестерёнчатого дифференциала показана на рисунке reducer. Дифференциал имеет коробку (корпус) - 1, к которому болтами крепится ведомая шестерня главной передачи - 3. Внутри коробки размещаются конические шестерни приводных валов (полуосей) - 5 и сателлитовые шестерни - 4, свободно установленные на оси сателлитов - 6, запрессованной в корпус дифференциала. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с шестернями полуосей. Внутренние шлицевые концы полуосевых валов (приводов колёс) устанавливаются в шлицевые отверстия полуосевых шестерён.
При движении автомобиля вращение коленчатого вала двигателя через механизмы и агрегаты трансмиссии передаётся на главную передачу и от неё на коробку дифференциала. Вместе с коробкой вращается ось сателлитов и, находящиеся на ней, сателлитовые шестерни. Если автомобиль движется по ровной дороге прямо, оба ведущих колеса проходят равные пути. В этом случае сателлиты относительно своей оси не вращаются. Зубья сателлитов, находясь в постоянном зацеплении с зубьями полуосевых шестерён, как бы блокируют их и вращают вместе с собой с одинаковым числом оборотов. Число оборотов колёс в этом случае также одинаково и равно числу оборотов коробки дифференциала.*

*Наличие симметричного шестерёнчатого дифференциала в трансмиссии автомобиля обеспечивает определённую зависимость между числом оборотов колёс и коробки дифференциала, которая формулируется следующим образом: «Сумма чисел оборотов колёс всегда равна удвоенному числу оборотов коробки дифференциала». Из определения следует, что:
1. При уменьшении числа оборотов одного из колёс число оборотов другого колеса настолько же увеличивается;
2. При вывешенном ведущем мосте и неподвижной коробке дифференциала, если вращать одно из колёс, другое колесо будет вращаться в обратную сторону с тем же числом оборотов;
3. Во ВСЕХ условиях движения крутящий момент, передаваемый от главной передачи, распределяется поровну на оба ведущих колеса и тяговое усилие на каждом колесе составляет половину общего тягового усилия, развиваемого на обоих колёсах.

Когда автомобиль движется на повороте, внутреннее (расположенное ближе к центру поворота) колесо нагружается весом автомобиля, «притормаживает» и начинает вращаться медленнее (такое колесо называют отстающим). Соответственно, соединенная с ним полуосевая шестерня совершает меньше оборотов, чем корпус дифференциала и ось сателлитов. Это «вынуждает» сателлиты перекатываться через притормаживающую полуосевую шестерню, одновременно поворачиваясь вокруг своей оси и, тем самым, давая возможность второй, менее нагруженной шестерни привода наружного (забегающего) колеса, вращаться быстрее.
Когда одно из колес попадает на покрытие с низким коэффициентом сцепления (грязь, снег, лёд), колесо начинает буксовать. Тяговое усилие* на нём становится очень малым. При этом второе колесо, имеющее достаточное сцепление с дорогой, останавливается, так как вследствие свойства дифференциала распределять усилие между колёсами поровну, тяговое усилие на втором колесе также становится очень малым и недостаточным для движения автомобиля. Буксующее колесо вращается при этом с удвоенным числом оборотов, двигатель разгружается, число оборотов двигателя возрастает, а автомобиль не может сдвинуться с места.

*Сила тяги на колесе зависит от радиуса колеса и подводимого к нему крутящего момента. Крутящий момент к дифференциалу подводится от двигателя через агрегаты трансмиссии.
Крутящий момент является характеристикой вращательного движения. Его величина равна произведению силы на плечо действия (расстояние от точки приложения силы до оси вращения) и измеряется в Н х м (ньютон на метр). Например, если двигатель развивает крутящий момент 100 Нм, значит, на плече в 1 м сила будет составлять 100 Н. Сила тяги ограничивается силой сцепления с дорогой, то есть не может больше нее. Произведение силы тяги на радиус колеса дает тот крутящий момент, который дифференциал может передать на колеса.
Сила сцепления колеса с дорогой равна произведению весовой нагрузки на колесо (которую колесо передает на дорогу) на коэффициент сцепления. Когда сцепление с дорогой мало (на скользком покрытии) или колесо вывешено (т.е, отсутствует весовая нагрузка), крутящий момент и сила тяги на колесе очень малы или отсутствуют. Если «тяга» меньше сопротивления движению, автомобиль не сможет тронуться с места.

Для улучшения проходимости автомобиля применяют блокировку дифференциалов. В зависимости от степени блокирования блокировка дифференциала бывает полная или частичная.
Полная блокировка дифференциала предполагает жесткое соединение частей дифференциала, при котором крутящий момент может полностью передаваться на колесо с лучшим сцеплением.
Частичная блокировка дифференциала характеризуется ограниченной величиной передаваемого усилия между частями дифференциала и соответствующего ей увеличения крутящего момента на колесе с лучшим сцеплением.
Степень блокировки оценивают коэффициентом блокировки.*

*Коэффициент блокировки (Кb) – это отношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем. Его величина для симметричного дифференциала равна 1 (моменты на обоих колесах равны). Для дифференциалов повышенного трения Кb = 3..5.
Чем больше Кb, тем лучше проходимость автомобиля. Но, при большом коэффициенте блокировки ухудшаются управляемость и устойчивость транспортного средства при движении с крейсерской скоростью по асфальту. Это связано с тем, что крутящий момент на отстающем колесе в несколько раз может превышать момент на забегающем колесе, что приводит к «выталкиванию» автомобиля из поворота. Также возрастает износ шин, связанный с частичной пробуксовкой колёс, нагрузка на элементы привода и расход топлива, в том числе из-за снижения КПД.

Блокировка дифференциала применяется как на межколёсных, так и на межосевых дифференциалах. Блокировка переднего межколёсного дифференциала полноприводного автомобиля обычно не производится, чтобы не снижать управляемость. Для того чтобы заблокировать дифференциал необходимо выполнить одно из двух действий:
- соединить корпус дифференциала с одной из полуосей;
- ограничить вращение сателлитов.

Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения.

Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения применяются как на внедорожниках, так и на полноприводных автомобилях, предназначенных для эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием.
Различают два вида самоблокирующихся дифференциалов:
- дифференциалы, блокирующиеся от разности угловых скоростей колес;
- дифференциалы, блокирующиеся от разности крутящих моментов.

Кулачковый дифференциал (рисунок clicket) состоит из сепаратора - 3, сухарей - 6 и двух звёздочек – наружной - 5 и внутренней - 2.
Сепаратор - 3 соединён жёстко с коробкой - 7 дифференциала. В радиальных отверстиях сепаратора в два ряда в шахматном порядке свободно установлены стальные цилиндрики (сухари). От выпадения из отверстий и от проворачивания сухари удерживаются стопорными кольцами.
Сухари соприкасаются с волнистой поверхностью звёздочек. Ступица наружной звёздочки установлена в выточке коробки дифференциала, а ступица внутренней звёздочки лежит в выточках наружной звёздочки и сепаратора. В шлицевые отверстия звёздочек устанавливаются внутренние шлицевые концы приводных валов (полуоси) колёс.
Вращение коробки дифференциала передаётся на приводные валы через сепаратор, звёздочки и сухари, упирающиеся в выступы звёздочек. Если автомобиль движется по ровной дороге прямо и оба ведущих колеса проходят равные пути, то сухари не будут иметь радиальных перемещений и, упираясь в выступы звёздочек с одинаковой силой, вращают оба приводных вала с одинаковым числом оборотов.
Если одно из ведущих колёс начинает вращаться медленнее (например, при повороте автомобиля), сухари начинают скользить по волнистой поверхности звёздочки, замедлившей своё движение, позволяя тем самым второму колесу вращаться быстрее. Однако вследствие того, что проскальзывание деталей дифференциала относительно друг друга сопровождается повышенным трением, для проворачивания приводных валов требуется большее усилие. Больший крутящий момент передаётся также и на колесо, замедлившее своё вращение. На этом колесе увеличивается тяговое усилие, препятствующее его остановке, что способствует повышению проходимости автомобиля в условиях бездорожья.

К наиболее известным конструкциям самоблокирующихся дифференциалов повышенного трения червячного типа относятся дифференциал «Торсена» (от англ. Torque – крутящий момент и sensing – чувствительный) и дифференциала «Квайф» («Quaife»).

Дифференциал «Торсена»

состоит из корпуса, в котором размещаются шестерни приводных валов и сателлитов (пар сателлитов), свободно установленных на оси сателлитов. Дифференциал «Торсена» выпускается двух типов конструкций:
Тип 1. Сателлиты размещаются в корпусе дифференциала попарно, перпендикулярно его оси имеют два зубчатых венца – червячный (винтовой) и прямозубый. Винтовым зубчатым венцом сателлиты связаны с шестернями приводных валов, а прямозубым – попарно между собой;
Тип 2. Сателлиты размещаются в корпусе дифференциала попарно, параллельно его оси. Сателлиты соединены попарно между собой и с шестернями приводных валов винтовым соединением.

дифференциал Торсена

Принцип действия: Если одно из ведущих колёс начинает вращаться медленнее (например, при повороте автомобиля) полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, а он, в свою очередь, вращает второй сателлит (свою пару) и через него «подкручивает» шестерню приводного вала другого колеса, чем обеспечивается возможность вращения колёс с разной скоростью. Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колесах, осуществляют частичную блокировку дифференциала.
Применение комплектов сателлитов и шестерен с различным профилем червячного зацепления дает возможность изменять коэффициент блокировки.
На рисунке d_torsen показан дифференциал торсена в качестве междуосевого дифференциала полноприводного автомобиля.

Дифференциал «Квайф»

имеет корпус, в котором размещаются шестерни приводных валов и сателлиты. Сателлиты дифференциала расположены параллельно оси вращения корпуса в два ряда в закрытых с обоих концов отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов находится в зацеплении с правой полуосевой шестерней, а левый ряд – с левой. Сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно. Все зубчатые колеса имеет винтовые зубья.

дифференциал Квайф

При отставании одного из ведущих колёс автомобиля, связанная с ним шестерня начинает вращаться медленнее корпуса дифференциала и поворачивать, входящий с ней в зацепление, сателлит. Сателлит передает движение связанному с ним сателлиту из другого ряда, а тот, в свою очередь, на полуосевую шестерню. Таким образом, обеспечивается вращение ведущих колес автомобиля с различной угловой скоростью. Из-за разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие приводные шестерни торцами к корпусу дифференциала, а сателлиты – к корпусу дифференциала и вершинами зубьев к поверхности отверстий, в которых они расположены. Возникающие силы приводят к частичной блокировке дифференциала и увеличению силы тяги на отстающем колесе.
Величина коэффициента блокировки дифференциала «Квайф» зависит от угла наклона зубьев сателлитов и полуосевых шестерен. Устанавливая в корпус комплекты сателлитов и шестерен с различным углом наклона зубьев, можно изменять коэффициент блокировки, в зависимости от необходимости получения нужных характеристик автомобиля и условий его эксплуатации.

Фрикционный дифференциал.

Блокирование симметричных шестерёнчатых дифференциалов возможно осуществлять посредством фрикционных муфт, конструктивно объединённых с дифференциалом в единый узел. Такие дифференциалы получили название фрикционных дифференциалов. Устройство одного из таких механизмов представлено на рис. reductor_2.
Конструкция предусматривает наличие пакета фрикционных дисков, часть которых жестко связана с корпусом дифференциала, часть – с полуосевыми шестернями. Диски подпружинены (имеют преднатяг). При разных оборотах колес полуосевые шестерни дифференциала начинают вращаться быстрее или медленнее корпуса. Между фрикционными дисками корпуса и валов возникают силы трения, препятствующие свободному вращению шестерен, то есть осуществляющие частичную самоблокировку, благодаря чему на отстающем колесе увеличивается крутящий момент и сила тяги.
В целях оптимизации работы муфта может иметь электрический или гидравлический привод и электронную систему управления приводом. В зависимости от степени проскальзывания ведущих осей система управления, через привод, управляет усилием сжатия фрикционных дисков устройства, обеспечивая частичную или полную блокировку дифференциала и перераспределяя крутящий момент на ось колеса, имеющего лучшее сцепление с дорогой.

механизм блокировки дифференциала

Конструкции, не имеющие электронных систем управления, в которых фрикционы сжимаются давлением жидкости, создаваемым шестерёнчатым механическим насосом, получили название «героторный дифференциал» (от англ. Gear - шестерня). Насос в таких конструкциях начинает работать при наличии разности в скоростях вращения полуосевых шестерен и корпуса. Чем больше разница, тем выше производительность насоса и давление воздействия на диски муфты.

Дифференциалы с принудительной блокировкой.

Принудительная блокировка осуществляется водителем. Привод имеет в своём составе муфту (шестерёнчатую, фрикционную или иную), жестко соединяющую (блокирующую) корпус дифференциала и шестерню выходного вала. Привод муфты может быть непосредственным механическим или дистанционным - гидравлическим, пневматическим и электрическим.
В первом случае водитель воздействует на механизм блокирующей муфты непосредственно через рычаг управления муфтой. Во втором случае блокирововочную муфту приводит в действие исполнительный механизм (пневмо- или гидроцилиндр, соленоид), а включение этого механизма осуществляет водитель посредством кнопки управления.
Блокирование дифференциала осуществляется непосредственно перед преодолением трудного участка дороги. После преодоления такого участка блокировка должна быть отключена в целях предотвращения воздействия на трансмиссию избыточных нагрузок и ухудшения ходовых качеств автомобиля и его управляемости.

Вискомуфта (вязкостная муфта).

Муфта (рис. f_mufta) получила свое название от лат. viscosus, что означает – вязкий. Применяется в автомобилестроении в качестве бюджетной конструкции, обеспечивающей автоматическое подключение второй (как правило, задней) ведущей оси путём блокировки ведущего и ведомого вала, а также в качестве фрикционной автоматической муфты блокировки шестерёнчатого дифференциала.

вязкостная муфта

Основными элементами муфты являются:
Корпус, состоящий из двух частей (полуцилиндров), герметизированных друг относительно друга с помощью уплотнений. Каждая часть корпуса жёстко связана со своим валом (ведущим, ведомым, приводным);
Диски, часть (половина) которых соединена шлицами с корпусом муфты ведущего вала, другая – с корпусом муфты ведомого вала. Диски расположены в шахматном порядке и имеют каналы и отверстия, обеспечивающие циркуляцию силиконовой (кремнийорганической) жидкости, заполняющей корпус муфты на 80-90%. Жидкость обладает высокой вязкостью и свойством увеличиваться в объёме при нагревании.
Вискомуфта передает подводимый к ней крутящий момент за счет сил трения, возникающего в парах трения диск – диск и диск - жидкость.
Работа вязкостной муфты: Когда скорости валов одинаковы, корпуса муфты и связанные с ними диски вращаются с одинаковой скоростью без существенного проскальзывания и передача крутящего момента с одного вала на другой почти не осуществляется. Если одно из осей (колёс) в силу любых причин начинает вращаться медленнее диски муфты начинают проскальзывать, а жидкость, заполняющая корпус муфты, перемешивается, нагревается и увеличивается в объёме. Растущее, вследствие увеличения объёма, давление жидкости в муфте вызывает осевое перемещение дисков по шлицам их сжатие. Валы соединяются между собой, осуществляя передачу крутящего момента на заднюю ось. В случае, если муфта является частью дифференциала – осуществляется блокировка дифференциала.
Передаваемый муфтой момент зависит от характеристик муфты и от разности скоростей вращения ее валов.
На рисунке ниже показана схема трансмиссии автомобиля с подключением заднего моста посредством вискомуфты.

схема трансмиссии автомобиля с полным приводом

Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ "Русская Техническая Школа". Пройти обучение.

 
 
Rambler's Top100     Яндекс.Метрика