Устройство и типы главных передач автомобиля: от дифференциала до полуосей

Главная передача в совокупности с дифференциалом и полуосями формирует ключевой узел трансмиссии, отвечающий за привод ведущих колес. Конструктивная схема данного узла напрямую зависит от типа направляющего устройства подвески, что наглядно проиллюстрировано на Рис. 100. В случае применения цельной балки моста (Рис. 100, а) картер главной передачи может жестко крепиться к балке или быть ее составной частью. В такой конструкции полуоси представляют собой валы, которые могут быть полностью или частично разгружены от действия поперечных сил.

Основное преимущество схемы с зависимой подвеской и цельной балкой заключается в ее конструктивной простоте и низкой стоимости производства. Однако существенным недостатком является наличие больших неподрессоренных масс, что приводит к возрастанию инерционных нагрузок на упругие элементы и амортизаторы. Для снижения неподрессоренных масс применяется схема, при которой картер главной передачи крепится к раме или кузову, а балка обеспечивает соосность колес (Рис. 100, б). В этом случае полуоси не воспринимают поперечные усилия и оснащаются двумя карданными шарнирами.

Для компенсации изменения расстояния между шарнирами при движении полуоси обязательно имеют скользящее шлицевое соединение. Наиболее совершенной с точки зрения плавности хода является схема с независимой подвеской, где картер закреплен на раме, а колеса движутся независимо друг от друга (Рис. 100, в). В зависимости от кинематики подвески полуоси могут либо не нести поперечной нагрузки (при параллельном ходе колес), либо воспринимать ее (при качании на рычагах), имея один шарнир в центре качания.

Кинематико-силовые узлы привода ведущих колесов должны соответствовать ряду строгих технических требований. Они обязаны обеспечивать передаточные числа, оптимальные для реализации тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля. Конструкция должна быть кинематически согласована с направляющим устройством подвески, а в случае управляемого моста — и с рулевым приводом. Низкий уровень шума и вибраций является критически важным потребительским свойством.

Дополнительные требования включают отсутствие колебаний угловой скорости в трансмиссии, что обеспечивается высокой точностью изготовления зубчатых пар. Конструкция должна обладать минимальными габаритными размерами для увеличения дорожного просвета и простоты компоновки. При этом необходимо соблюдение баланса между высокой прочностью, жесткостью и минимальной массой всех компонентов узла.

Главная передача как самостоятельный узел служит для постоянного повышения крутящего момента, поступающего от карданного вала, и передачи его на дифференциал. Классификация главных передач осуществляется по числу, типу и взаимному расположению зубчатых зацеплений. Основными типами являются: одинарные, двойные с центральными редукторами, двойные с разнесенными редукторами и двухступенчатые передачи, позволяющие изменять передаточное число.

Одинарная главная передача (Рис. 101) конструктивно выполняется на основе конических или гипоидных зубчатых колес. Диапазон передаточных чисел для таких передач обычно не превышает значения 7.0. Ключевыми преимуществами являются минимальные размеры и масса, относительно низкая стоимость и простота в обслуживании. Дальнейшее увеличение передаточного числа требует увеличения диаметра ведомого колеса, что негативно сказывается на дорожном просвете и усложняет технологию термообработки крупногабаритной детали.

Рис. 101. Одинарная гипоидная главная передача: 1 — шестерня; 2 — колесо; 3 — дифференциал; 4 — полуось; 5 и 6 — соответственно регулировочные кольцо и прокладки; 7 и 8 — каналы соответственно подвода масла к подшипникам и отвода масла от сальников; 9 — гипоидное смещение

Конические передачи со спиральным зубом отличаются технологичностью в изготовлении и обслуживании. Однако они имеют ряд существенных недостатков, таких как возникновение значительных осевых усилий в зацеплении, повышенная чувствительность к погрешностям монтажа и высокий уровень шума. Несовпадение вершин конусов шестерни и колеса резко ухудшает условия контакта зубьев, приводя к ускоренному износу и дальнейшему росту шумности. Для компенсации этих недостатков требуется повышать жесткость картера и опор валов.

Гипоидная главная передача (Рис. 102) является эволюционным развитием конической и отличается смещением осей ведущей и ведомой шестерни на величину Е, называемую гипоидным смещением. Это смещение, обычно составляющее 0.125–0.20 от диаметра ведомого колеса, приводит к разности углов наклона зубьев шестерни и колеса. Данная конструктивная особенность является источником главного преимущества гипоидной пары — ее компактности при равном передаточном числе.

Рис. 102. Расчетная схема гипоидной передачи

Благодаря смещению осей при неизменном диаметре шестерни диаметр ведомого колеса можно уменьшить, что повышает прочность передачи и улучшает условия для увеличения жесткости ведущего вала. Характерной чертой гипоидного зацепления является наличие значительного продольного скольжения, которое способствует бесшумной работе и качественной приработке зубьев. Однако это же скольжение увеличивает потери на трение и снижает КПД передачи, а также требует применения специальных гипоидных масел с противозадирными присадками.

Гипоидное смещение может быть нижним или верхним, что влияет на компоновку автомобиля. При нижнем смещении ось ведущей шестерни опускается, позволяя разместить ниже пол кузова и карданный вал. Осевые усилия в гипоидной передаче выше, чем в конической, что предъявляет повышенные требования к подшипникам. Несмотря на это, преимущества гипоидных передач обусловили их повсеместное применение на легковых и грузовых автомобилях.

К одинарным передачам относятся и червячные передачи, которые в современном автомобилестроении используются ограниченно. Их основная сфера применения — тяжелые многоприводные автомобили, автобусы и дорогостоящие легковые модели. Главными достоинствами червячной передачи являются исключительно низкий уровень шума, возможность получения больших передаточных чисел при малых габаритах и удобство компоновки в многоприводных трансмиссиях.

Недостатки червячных передач существенно ограничивают их распространение. По сравнению с зубчатыми передачами они имеют более низкий коэффициент полезного действия. Высокая стоимость обусловлена необходимостью использования дорогостоящих материалов для зубчатого венца, таких как оловянистая бронза, а также сложной финишной обработкой поверхности червяка, включающей шлифование и полирование. Эти факторы делают червячную передачу экономически нецелесообразной для массового автомобилестроения.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.