Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

3.7. Главные передачи, дифференциалы, раздаточные коробки и мосты

Главные передачи. Главная передача предназначена для постоянного увеличения крутящего момента двигателя и его передачи ведущим колесам. Передаточное число главной передачи (3,5...5) Должно .обеспечивать легковому автомобилю максимальную скорость- при включенной высшей, передаче. От его величины зависят не только тягово-скоростные свойства автомобиля, но и расход топлива.

К главной передаче предъявляют следующие требования: минимальные размеры по высоте, высокий КПД и низкий уровень шума при работе.

Главная передача легкового автомобиля образуется двумя шестернями (рис. 3.10): ведущей малого и ведомой большого диаметра. В зависимости от типа зубчатых колес и зацеплений главная передача может быть цилиндрической, конической и гипоидной. Цилиндрические главные передачи устанавливают на переднеприводных автомобилях в общем картере с коробкой передач, дифференциалом и сцеплением. Такие передачи наиболее просты в изготовлении, дешевы и не требуют применения специальных трансмиссионных масел. (Коробки передач и цилиндрические главные передачи   переднеприводных   автомобилей   смазываются   моторным   маслом.)

Чем больше передаточное число главной передачи, тем больше диаметр ведомой шестерни, что приводит к увеличению габаритов и повышению шума. Меньшими габаритами по сравнению с цилиндрическими обладают конические главные передачи. При небольших размерах и более прочных зубьях шестерен они позволяют передавать крутящий момент под углом 90° (рис. 3.10, а). (Конические главные передачи впервые были применены на автомобилях в 1913 г.)

Развитие конструкции конических главных передач привело к созданию так называемых гипоидных передач (рис. 3.10, б), которые появились на автомобилях  в   1925  г.   В  гипоидной  в  отличие  от  конической  передачи оси зубчатых колес не пересекаются, а перекрещиваются. Основными преимуществами гипоидной передачи по сравнению с конической являются большая прочность и бесшумность. Для смазки таких передач необходимо применять трансмиссионные гипоидные масла, содержащие присадки, препятствующие разрушению масляной пленки на зубьях шестерен. Особенностью гипоидной передачи является более низкое расположение оси ведущей шестерни, чем оси ведомой (.оси шестерен перекрещиваются) . Опускание оси карданной передачи увеличивает полезный объем кузова при классической компоновке автомобиля. В этом случае понижается и центр масс автомобиля, что повышает устойчивость движения.

Дифференциалы. На легковых автомобилях главная передача устанавливается в. одном картере с дифференциалом — устройством для распределения крутящего момента между ведущими колесами (рис. 3.11). Крутящий момент передается дифференциалу от ведомой шестерни 1 главной передачи. Коробка 6 дифференциала служит ступицей ведомой шестерни главной передачи. В коробке дифференциала жестко закреплена ось 7, на которой расположены конические шестерни-сателлиты 3. Они входят в зацепление с шестернями 4, закрепленными на полуосях 5. Полуоси передают крутящий момент непосредственно ведущим колесам. Дифференциал имеет одну ведущую часть — коробку — и две ведомые части — шестерни полуосей.

При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы и сателлиты не вращаются вокруг оси (рис. 3.11, поз. Б). Во время поворота или движения по неровностям дороги колеса проходят разный путь и сателлиты начинают вращаться вокруг оси (рис. 3.11, поз. В).

Существует простая формула, отражающая связь между частотами вращения ведущей и ведомыми частями дифференциала.

Формула показывает, что если при торможении одно из колес автомобиля неподвижно, то другое колесо вращается с удвоенной частотой. При такой связи между частотами вращения передача крутящего момента от ведущей части к ведомым происходит равномерно, Мо=М^-М2, где Мо — крутящий момент, подведенный к коробке; М\ и Мо — крутящие моменты, которые дифференциал передает на шестерни полуосей и, следовательно, на ведущие колеса. (Последняя формула не учитывает потери на трение при вращении сателлитов. В обычных дифференциалах эти потери невелики.) Изменения частот вращения ведомых частей дифференциала и распределение в нем крутящих моментов часто приводят к буксованию одного из ведущих колес и прекращению движения автомобиля. Если одно из ведущих колес попадает на скользкую поверхность дороги (мокрый асфальт, масляные пятна, гололед), сопротивление его вращению резко падает, значительно уменьшается и сцепление с дорогой, колесо не в состоянии иметь необходимую силу тяги.  При одинаковом распределении крутящих моментов на ведомые части "дифференциала такое колесо начнет быстрее вращаться и пробуксовывать. К другому ведущему колесу, имеющему достаточное сцепление с дорогой, будет подводиться такой же, крутящий момент, как и к буксующему колесу. Имея возможность образовать большую силу тяги, второе колесо не сможет этого сделать потому, что дифференциал передаст ему только половину крутящего момента от главной передачи. Если сопротивление движению автомобиля превысит силу тяги у второго (небуксующего) колеса, то машина не сможет двигаться. Резко возрастет частота вращения первого колеса, а второе колесо остановится. Попытка водителя повысить силу тяги на колесах за счет увеличения подачи топлива в двигатель приведет к увеличению частоты вращения одного из колес. Возникнет типичная картина буксования автомобиля, сопровождаемая ревом двигателя и полной неподвижностью машины. В такой ситуации проявляется существенный недостаток дифференциала, снижающий проходимость автомобиля как на скользких дорогах, так и на.дорогах, оказывающих большое сопротивление качению колес (песок, снег, распутица). У легковых автомобилей, предназначенных для эксплуатации в условиях бездорожья, приходится применять дифференциалы специальных конструкций.

Прекратить пробуксование одного из колес автомобиля можно, если остановить вращение сателлитов дифференциала — произвести его блокировку. Часто применяют принудительную остановку вращения сателлитов, когда полуоси привода колес соединяют с помощью муфты, сателлиты останавливают, колеса начинают вращаться с одинаковыми частотами, а сила тяги автомобиля повышается. Такие устройства называют дифференциалами с принудительной блокировкой.

Силу тяги на неподвижном колесе можно увеличить за счет сил трения, возникающих при вращении сателлитов и препятствующих увеличению частоты вращения буксующего колеса, а также повышающих крутящий момент на неподвижном колесе. При неограниченном возрастании сил трения сателлиты останавливаются, происходит блокировка дифференциала. (Дифференциалы с повышенным трением получили название самоблокирующихся.)

Пример самоблокирующегося дифференциала показан на рисунке 3.12. Трение в дифференциале создается двумя фрикционными муфтами / и 4. Дифференциал имеет крестовину, составленную из двух раздвигающихся половин 2 и 3. На концах крестовины расположены шипы со скосами. Шипы прижимаются к корпусу через специальные вырезы 5 с наклонными плоскостями. При работе дифференциала половины крестовин, скользя шипами по наклонным поверхностям вырезов 5 в корпусе, раздвигаются и воздействуют на фрикционные муфты. Чем больше момент, который передает дифференциал, тем больше сила трения во фрикционных муфтах, которая препятствует вращению сателлитов.

На рисунке 3.13 показана конструкция главной передачи и дифференциала переднеприводного автомобиля «ЗАЗ-1102» («Таврия»). Главная передача состоит из двух косозубых цилиндрических шестерен, имеет передаточное число, равное 3,875. Ведущая шестерня / выполнена как одно целое с ведомым валом коробки передач. Ведомая шестерня 13 укреплена на коробке дифференциала 12 восемью болтами 2 с пружинными шайбами 3. Сателлиты 10 установлены на оси 11, которая крепится штифтом 4. Коробка дифференциала вращается на двух шариковых подшипниках 5, установленных в картерах коробки передач и сцепления. Для совмещения ведущей и ведомой шестерен главной передачи и для устранения - осевого перемещения дифференциала между обоймами подшипников 5 и картерами 14 и 7 установлены регулировочные прокладки 6. На корпусе дифференциала находится ведущая шестерня 8 привода сцепления. Полуоси имеют шестерни 9.

Ведущие мосты и раздаточные коробки. На автомобилях с приводом на задние колеса («ВАЗ-2105», -2106» и -2107»), а также на полноприводных («ВАЗ-2121») главная передача и дифференциал располагаются в ведущем мосту (табл. VI цв. вкл.). Ведущий задний мост выполнен в виде балки 3 с центральной частью кольцевой формы. Балка моста сварена из двух штампованных частей. К средней части балки моста прикреплен картер с главной передачей и дифференциалом. По обоим концам балки 3 находятся тормозные механизмы с тормозными барабанами  /.  Внутренняя  полость

моста, залитая маслом, сообщается с окружающей средой через сапун — устройство, исключающее повышение давления внутри моста при нагреве масла во время работы главной передачи и дифференциала. Кроме того, сапун предотвращает попадание воды внутрь моста при преодолении автомобилем водных преград. В средней части моста расположено масло-сливное отверстие с резьбовой пробкой.

Главная (гипоидная) передача состоит из ведущей шестерни 10 с валом и ведомой шестерни 7, закрепленной на корпусе 12 дифференциала. Ось ведущей шестерни 10 ниже оси ведомой 7. Благодаря такому смещению уменьшается высота расположения карданной передачи и средней части пола кузова, вследствие чего повышается комфорт салона, снижается центр масс, улучшается устойчивость движения автомобиля. Вал ведущей шестерни установлен в двух конических подшипниках 9.  Дифференциал содержит два конических сателлита 6, корпус дифференциала 12 установлен на подшипниках 5. Внутри корпуса закреплена ось // сателлитов, находящихся в постоянном зацеплении с шестернями 8 полуосей.

Крутящий момент от коробки передач с помощью карданной передачи подводится к мосту, передается на вал ведущей шестерни 10 главной передачи и после ведомой шестерни 7 распределяется дифференциалом через шестерни 8 на полуоси 4. Полуоси, установленные в подшипниках 2, передают крутящий момент непосредственно на ведущие колеса.

На полноприводных автомобилях главная передача и дифференциал находятся как на заднем, так и на переднем ведущих мостах. Для одновременной передачи крутящего момента к ведущим колесам в трансмиссии таких автомобилей устанавливают дополнительные устройства — раздаточные коробки. Кроме основного назначения (распределения крутящего момента) , раздаточные коробки часто выполняют роль вспомогательной коробки передач.

Распределение и преобразование крутящего момента в раздаточных коробках осуществляется с помощью зубчатых передач. В коробках часто устанавливают дополнительные межосевые дифференциалы с принудительной блокировкой. Если обычные, межколесные дифференциалы позволяют колесам одной оси вращаться с разными угловыми скоростями, то межосевые дают возможность иметь разные скорости вращения колесам передней и задней осей. Наличие межосевого дифференциала уменьшает изнашивание шин полноприводного автомобиля. Межосевые дифференциалы выполняются аналогично межколесным и обладают теми же недостатками.

Рассмотрим устройство и работу раздаточной коробки (двухступенчатой, с принудительно блокируемым межосевым дифференциалом) на примере полноприводного автомобиля «ВАЗ-2121» («Нива») (см. табл. VII цв. вкл.). Две передачи, низшая (передаточное число 2,135) и высшая (передаточное число 1,2), позволяют удвоить общее число передач в трансмиссии. С таким набором передаточных чисел автомобиль можно успешно использовать в различных дорожных условиях.

Межосевой дифференциал постоянно передает крутящий момент ко всем ведущим колесам через шестерни 11 и 12 валов 10 и 16, что повышает устойчивость автомобиля. Для улучшения проходимости машины в условиях бездорожья используется принудительная блокировка дифференциала.

Высшая передача в раздаточной коробке включается при движении по дорогам с твердым покрытием, низшая — на крутых подъемах и по бездорожью.

Все механизмы раздаточной коробки (табл. VII цв. вкл.) расположены в. картере 5, отлитом из алюминиевого сплава. Крутящий момент от коробки передач подводится к ведущему валу 7, на котором свободно могут вращаться косозубые шестерни высшей 3 и низшей 6 передач. Эти шестерни имеют зубчатые венцы. Между шестернями 3 и 6 на валу неподвижно закреплена ступица муфты 4 переключения передач. При включении высшей передачи муфта 4 соединяется с зубчатым венцом шестерни 3, а при включении низшей передачи — с зубчатым венцом шестерни 6. Шестерни 3 и 6 находятся в постоянном зацеплении с промежуточным валом 8, который выполнен в виде блока шестерен, связанного с косозубой ведомой шестерней 13, прикрепленной к корпусу 9 дифференциала. На корпусе дифференциала на шлицах установлена подвижная муфта 14 блокировки дифференциала, имеющего два сателлита, связанных с шестернями валов 10 и 16 привода заднего и переднего мостов.

Вал 16 имеет зубчатый венец 15 для блокировки дифференциала. Во время блокировки подвижная муфта 14 соединяет вал 16 с корпусом 9 дифференциала, а сателлиты перестают вращаться.

Механизм переключения передач состоит из рычага 20, ползуна, вилки 21 и фиксатора 22. Механизм не имеет синхронизаторов. При включении передачи рычаг 20 перемещает с помощью ползуна муфту 4 переключения передач. Шариковый фиксатор 22 удерживает ползун во включенном состоянии. Механизм привода блокировки устроен аналогично и состоит из рычага 19, ползуна 18 и шарикового фиксатора 22.

Раздаточная коробка крепится к кузову автомобиля. Внутренняя полость коробки сообщается с атмосферой через сапун. Масло в раздаточную коробку заливается через отверстие с резьбовой пробкой

1. Общее устройство трансмиссии

2. Сцепление

3. Коробка передач

4. Раздаточная коробка

5. Карданная передача

6. Главная передача

7. Дифференциал и полуоси

8. Передний ведущий мост