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.

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:

• робот;
• автомат;
• механика;
• вариатор.

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.

Где находится главная передача?

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.

Классификация

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.

Передача цилиндрического типа

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 .

Передача заднеприводных авто

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.

Трансмиссия в конструкции авто обеспечивает изменение и передачу вращения от силовой установки на ведущие колеса. Эта составная часть включает в себя ряд узлов, среди которых и главная передача автомобиля.

Назначение, конструктивные особенности

Основная задача этого элемента сводится к изменению крутящего момента перед подачей его на привод колес. То же делает и коробка передач, но у неё существует возможность изменения передаточных чисел за счет ввода в зацепление тех или иных шестерен. Несмотря на наличие в конструкции автомобиля КПП, на выходе из нее крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала – высокая. Если передать вращение напрямую на ведущие колеса, то возникшая нагрузка «задавит» двигатель. В общем, авто просто не сможет сдвинуться с места.

Главная передача автомобиля обеспечивает повышение крутящего момента и снижение скорости вращения. Но в отличие от КПП передаточное число у нее фиксированное.

Расположение главной передачи на примере обычной МКПП

Представляет собой эта передача на легковом авто обычный шестеренчатый одноступенчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из двух шестерен разного диаметра. Ведущая шестерня небольшая по размерам и связана она с выходным валом КПП, то есть вращение подается на нее. Ведомая же шестерня значительно больше по размерам и получаемое вращение она подает на приводные валы колес.

Передаточное число является соотношением количества зубьев шестерен редуктора. Для легковых авто этот параметр находится в диапазоне 3,5-4,5, а для грузовиков он достигает 5-7.

Чем больше передаточное число (больше количество зубьев ведомой шестерни относительно ведущей), тем выше крутящий момент, подаваемый на колеса. При этом тяговое усилие будет больше, но максимальная скорость ниже.

Передаточное число главное передачи подбирается исходя из эксплуатационных показателей силовой установки, а также других узлов трансмиссии.

Устройство главной передачи напрямую зависит от конструктивных особенностей самого автомобиля. Этот редуктор может быть, как отдельным узлом, установленным в своем картере (заднеприводные модели), так и входить в конструкцию КПП (авто с передним приводом).

Главная передача в заднеприводном автомобиле

Что касается некоторых полноприводных авто, то у них может использоваться разная компоновка. Если в таком автомобиле расположение силовой установки – поперечное, то главная передача передней оси входит в конструкцию КПП, а задней располагается в отдельном картере. У автомобиля с продольной компоновкой главные передачи на обоих осях отделены от КПП и раздаточной коробки.

В моделях с отделенной главной передачей, этот редуктор выполняет еще одну задачу – изменяет угол направления вращения на 90 град. То есть выходной вал КПП и приводные валы колес имеют перпендикулярное расположение.

Расположение главной передачи передней оси Audi

В переднеприводных моделях, где главная передача входит в конструкцию КПП, указанные валы имеют параллельное расположение, поскольку менять угол направления не нужно.

В ряде грузовых авто применяются двухступенчатые редукторы. Примечательно, что их конструкция может быть разной, но наибольшее распространение получила так называемая разнесенная компоновка, в которой используется один центральный редуктор и два колесных (бортовых). Такая конструкция позволяет существенно повысить крутящий момент, а соответственно и тяговое усилие на колесах.

Особенность работы редуктора сводится к тому, что он равномерно разделяет вращение на оба приводных вала. При прямолинейном движении такое условие является нормальным. Но при прохождении поворотов колеса одной оси проходят разное расстояние, поэтому необходимо изменение скорости вращения каждого из них. Это входит в задачу дифференциала, используемого в конструкции трансмиссии (он устанавливается на ведомой шестерне). В результате главная передача подает вращение на приводные валы не напрямую, а через дифференциал.

Виды и их применяемость

Основной характеристикой главных передач является тип шестерен и вид зацепления зубьев между ними. На авто используются такие типы редукторов:

1. Цилиндрический
2. Конический
3. Гипоидный
4. Червячный

Випы главных передач

Цилиндрические шестерни применяются в главных передачах переднеприводных авто. Отсутствие надобности в изменении направления вращения и позволяет использовать такой редуктор. Зубья на шестернях – косые или шевронные.

Передаточное число для таких редукторов находится в диапазоне 3,5-4,2. Большее передаточное число не используется, поскольку для этого необходимо повышать размеры шестеренок, что сопровождается увеличением шумности работы передачи.

Коническая, гипоидная и червячная передачи используются там, где необходимо не только изменение передаточного числа, а и изменение направления вращения.

Конические редукторы применяются обычно на грузовых авто. Их особенность сводится к тому, что оси шестеренок перекрещиваются, то есть находятся на одном уровне. В таких передачах используются зубья косой или криволинейной формы. На легковых авто этот тип редуктора не используется из-за значительных габаритных размеров и повышенной шумности.

На заднеприводных легковушках чаще всего применяется иной тип – гипоидный. Его особенность сводится к тому, что оси шестерен смещены. За счет расположения ведущей шестерни ниже относительно оси ведомой, удается уменьшить габариты редуктора. При этом этот тип передачи характеризуется повышенной устойчивостью к нагрузкам, а также плавностью и бесшумностью работы.

Червячные передачи – наименее распространенные и на авто практически не используются. Основная причина этого – сложность и дороговизна изготовления составных элементов.

Основные требования. Современные тенденции

Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:

• Надежность;
• Минимальная потребность в обслуживании;
• Высокие показатели КПД;
• Плавность и бесшумность;
• Минимально возможные габаритные размеры.

Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.

Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.

Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.

Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.

Схема коробки передач DSG

Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.

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.