Коническая главная передача

Коническая главная передача

 

Чтобы обеспечить передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса, автомобиль должен быть оснащен — помимо коробки пере­дач и раздаточной коробки — соответствующей главной передачей для непосредственного привода ведущих колес. Главная передача, в зависимости от типа автомобиля, может быть выполнена в виде отдельного узла или входить в качестве встроенного элемента в состав ве­дущего моста. Полноприводные автомобили имеют несколько главных передач, по числу ведущих мостов.

Основные функции главной передачи (рис. 1 «Конструкция главной передачи и дифференциала«):

  • Изменение на 90° направления передачи кру­тящего момента с карданного вала на ведущие колеса (в случае привода колес карданным валом);
  • Уменьшение частоты вращения приводного вала до требуемой частоты вращения ведущих колес;
  • Компенсация разницы частоты вращения веду­щих колес при прохождении поворотов.

 

Конструкция главной передачи и дифференциала

 

 

Типы конических передач

 

Обычная коническая главная передача

 

В данной типе главной передачи оси обоих шестерен — ведущей и ведомой — находятся на одном уровне (рис. 2).

 

 

 

Гипоидная зубчатая передача

 

В данном случае ось ведущей конической ше­стерни смещена вниз относительно оси ведомой шестерни («гипо» означает «вниз», рис. 2).

 

Преимущества гипоидной главной передачи

 

Несмотря на слабость зубьев, она способна передавать значительные усилия, так как по мере увеличения смещения увеличивается также диа­метр ведущей конической шестерни и, как след­ствие, поверхность зацепления между ведущей и ведомой шестернями. Благодаря этому можно при тех же нагрузках использовать меньшую по размеру ведомую шестерню, чем в обычной глав­ной передаче.

В отличие от обычной главной передачи между боковыми поверхностями зубьев двух шестерен имеет место трение скольжения, что гарантирует сравнительно низкий уровень шума. (Гипоидную передачу можно рассматривать как промежуточный вариант между обычной конической передачей и червячной передачей).

В случае продольного расположения двигателя в передней или задней части кузова вал привода главной передачи может (для повышения компактности агрегата) проходить через полый вал блока шестерен коробки передач, однако, для этого гипоидное смещение должно составлять более 40 мм.

Гипоидное смещение — это расстояние между осями ведущей и ведомой конических шестерен.

Высокое давление, возникающее на боковых поверхностях зубьев в результате трения скольжения, требует специальной, устойчивой к давлению смазки — масла для гипоидных передач.

На сегодняшний день используются преимущественно смазки, легированные соединениями фосфора и серы. При определенной температуре эти соединения вступают в химическую реакцию с металлическими поверхностями и образуют защитный слой, который препятствует прямому контакту с металлом. Так как масло для гипоидных передач оказывает вредное воздействие на некоторые уплотнительные материалы (полиакрилат), оно должно использоваться в строгом соответствии с заводскими предписаниями.

 

Типы зубчатых зацеплений в конических главных передачах

 

В конических главных передачах современных автомобилей используются, главным образом, зацепления со спиральными зубьями, так как прямозубое зацепление вызывает сильный шум. При этом различаются два типа зубчатых зацеплений:

  • Зацепление с паллоидными спиральными зубьями (типа Klingelnberg);
  • Зацепление с круговыми зубьями (типа Gleason).

 

Оба типа зубчатых зацеплений обладают аналогичными эксплуатационными свойствами.

 

 

Зацепление с паллоидными спиральными зу­бьями (типа Klingelnberg)

 

В данном случае речь идет, прежде всего, о за­цеплении со спиральными зубьями. Отличитель­ным признаком ведомой конической шестерни со спиральными зубьями является то, что зубья представляют собой часть дуги спирали, так как их кривизна на внутренней стороне шестерни больше, нем на внешней (рис. 3 «Ведомая коническая шестерня. Форма зубьев соответствует дуге спирали«). Вершины зубьев на внутренней и внешней сторонах ше­стерни имеют одинаковую ширину (рис. 4). При правильной регулировке пятно контакта рас­полагается по центру зуба и составляет примерно 50% от его поверхности (рис. 5).

 

Ведомая коническая шестерня. Форма зубьев соответствует дуге спирали

 

Зацепление с круговыми зубьями (типа Gleason)

 

В данном случае речь идет о зацеплении с кру­говыми зубьями, поскольку зубья ведомой кони­ческой шестерни представляют собой часть дуги окружности (рис. 6). Вершины зубьев посте­пенно становятся шире от внутренней стороны к внешней (рис. 7). Контактное пятно состав­ляет примерно 50% от поверхности зуба. Оно должно располагаться по центру, однако может быть смещено к наружному краю (но ни в коем случае не к внутреннему, на слабый конец зуба) (рис. 8).

 

 

Изменение направления вращения

 

Шестерня (1), приводимая в движение кардан­ным валом, расположена под углом 90° к ведо­мой конической шестерне (3). Благодаря этому крутящий момент передается в поперечном на­правлении (под углом 90°) через ведомую кони­ческую шестерню и полуоси на ведущие колеса (рис. 9 «Коническая зубчатая передача с гипоидным зубчатым зацеплением«).

 

Коническая зубчатая передача с гипоидным зубчатым зацеплением Расположение ведущей и ведомой шестерен главной передачи

Положение ведомой шестерни (слева или справа от ведущей шестерни, рис. 10 «Расположение ведущей и ведомой шестерен главной передачи«) в пол­ноприводных автомобилях зависит от конструк­ции раздаточной коробки (с двумя или тремя валами).

 

Уменьшение частоты вращения карданного вала

 

В функции конической зубчатой передачи входит также уменьшение частоты вращения вторично­го вала коробки передач до требуемой частоты вращения ведущих колес. При этом соотношение количества зубьев ведущей и ведомой шестерен обеспечивает необходимое передаточное отно­шение «на замедление» (понижение передаточ­ного отношения). Оно рассчитывается по следую­щей формуле:

i Achse = (nmax · rdyn)/(2.65 · iG · vmax)

К примеру, на автомобиле с:

  • Максимальной частотой вращения коленчато­го вала двигателя 6000 об/мин;
  • Максимальной скоростью движения 200 км/ч (на прямой передаче);
  • Размером шин 0,3 м.

 

Это дает передаточное отношение:

i Achse = (6000 · 0.3)/(2.65 · 1.0 · 200) ≈ 3.4

Это означает, что в данном случае требуемое соотношение количества зубьев ведущей и ведо­мой шестерен составляет 1:3,4 ( где, 2,65 — постоян­ная пересчета). Таким образом, ведущая шестерня могла бы иметь 10 зубьев, а ведомая шестерня — 34 зуба.

 

Функции межколесного дифференциала

 

Основная функция межколесного дифферен­циала заключается в компенсации разницы в частотах вращения ведущих колес, которая обусловлена постоянно изменяющимся состоя­нием дорожного покрытия, а также вынужденно возникает при прохождении поворотов. Тем са­мым предотвращается перекос полуосей и повы­шенный неравномерный износ шин.

Поэтому обе полуоси соединены друг с другом через дифференциал (называемый также «меж­колесным дифференциалом») таким образом, чтобы колеса могли беспрепятственно вращаться с различной частотой вращения в зависимости от собственной траектории движения.

Коническая передача и дифференциал с прямозубым зацеплениемНа рисунке 11 «Коническая передача и дифференциал с прямозубым зацеплением» показан пример главной пе­редачи с обычным коническим дифференциалом (с прямозубыми коническими шестернями). Кру­тящий момент от ведущей конической шестерни (1) с помощью ведомой конической шестерни (2) передается на корпус дифференциала (3), с него на сателлиты дифференциала (5), которые отве­чают за баланс крутящего момента между левой и правой сторонами ведущего моста.

При прямолинейном движении обе кониче­ские шестерни полуосей (6) вращаются с той же скоростью, что и ведомая шестерня (2) и корпус дифференциала (3). При этом сателлиты диффе­ренциала не вращаются вокруг своей оси и лишь передают крутящий момент в равных частях на обе полуоси (7).

При прохождении поворота колесо, располо­женное на его внешнем радиусе, преодолевает большее расстояние, чем колесо, расположенное на внутреннем радиусе поворота. Именно поэто­му оба колеса и, следовательно, обе конические шестерни полуосей должны иметь возможность вращаться с различной частотой. Такая возмож­ность обеспечивается за счет того, что сателлиты дифференциала начинают вращаться вокруг сво­ей оси и, тем самым, обкатываются по вращаю­щимся с различной частотой коническим шестер­ням полуосей.

При одинаковом сцеплении с грунтом колесо, расположенное на внутреннем радиусе поворота, вращается медленнее ровно настолько, насколь­ко быстрее вращается колесо, расположенное на внешнем радиусе.

Обычные дифференциалы имеют целый ряд недостатков. К примеру, если при трогании с ме­ста колесо находится на песке или льду, то его сцепление с поверхностью минимально или во­обще отсутствует, в результате чего колесо на­чинает прокручиваться. При этом из-за равнове­сия сил в коническом дифференциале на другое колесо также передается минимальное усилие тяги, в результате чего оно прокручивается или остается неподвижным. Такой эффект может возникать также во время движения, если на плохой дороге одно колесо вдруг теряет сцепле­ние с грунтом (отрывается) и поэтому начинает прокручиваться.

Когда колесо снова соприкасается с поверхно­стью, сцепление восстанавливается, в результате чего частота вращения колеса уменьшается, а крутящий момент, передающийся на него, резко увеличивается. Эти изменения в движении и рас­пределении сил, распространяемые через сател­литы дифференциала на другое колесо, могут стать причиной заноса автомобиля.

Чтобы избежать этого, многие современные ав­томобили оснащаются самоблокирующимися диф­ференциалами (дифференциалами с ограничени­ем проскальзывания). Различные конструктивные типы и функции самоблокирующегося дифферен­циала уже подробно описаны в статье «Полный привод на легковых автомобилях«.

 

Основные принципы подбора шестерен главной передачи

 

Цель подбора ведущей и ведомой шестерен глав­ной передачи состоит в том, чтобы при ремонте узла восстановить его работоспособное состоя­ние, определенное производителем. Необходимо иметь в виду следующее:

  • Ведущая и ведомая конические шестерни как запасные части всегда поставляются вместе и никогда по отдельности. Обе шестерни при изготовлении прикатываются друг к другу на специальном оборудовании для обеспечения максимальной плавности хода.
  • Чтобы исключить случайную подмену, обе ше­стерни снабжаются производителем одинако­вым парным номером.
  • Обозначения на ведущей и ведомой кониче­ских шестернях включают в себя тип зубчатого зацепления, количество зубьев шестерен и, так называемый, допуск на размер.

 

Пример обозначений на конических шестернях:

К 843, 312,25  (Klingelnberg):

  • 843 — Ведущая шестерня — 8 зубьев, ведомая шестерня — 43 зуба
  • 312 — Парный номер
  • 25 — Допуск в 1/100 мм на плюс от базового размера производителя. (Знак минуса перед числом означает минусовой до­пуск на размер.)

 

Измерение параметров пятна контакта конической главной передачи

 

Существует множество методов регулировки и измерения параметров конических зубчатых передач. Однако решающее значение для расче­та правильной нагрузки на зубья и, тем самым, максимально возможной плавности хода всегда имеет пятно контакта на зубьях ведомой шестер­ни, которое зависит от регулировки главной пере­дачи. Для измерения пятна контакта без разборки главной передачи следует сделать следующее:

  • Нанести шабровочную краску на обе стороны зубьев ведомой шестерни;
  • Провернуть ведущую шестерню несколько раз в обоих направлениях, а затем зафиксировать ве­домую шестерню, к примеру, с помощью дере­вянной колодки, как показано на рисунке 12.

 

Фиксация ведомой шестерни с помощью деревянной колодки

 

 

Образовавшийся при этом на зубьях отпечаток можно точно оценить, используя схему на рисун­ке В10.13, что позволит без труда сделать вывод о правильности регулировки конической главной передачи.

 

Основные принципы регулировки пятна контакта

 

Правильное пятно контакта (под нагрузкой или без нее) должно располагаться на передней или задней боковой поверхности зубьев ведомой ко­нической шестерни, примерно по центру (отно­сительно общей длины и высоты зуба) (см. рис. В10.13, сегменты А1 и В1).

 

Схема проверки пятна контакта на ведомой и Klingelnberg, конической шестерне (при зубчатом зацеплении Gleason)

 

При неправильном пятне контакта (рис. 13 «Схема проверки пятна контакта на ведомой и Klingelnberg, конической шестерне (при зубчатом зацеплении Gleason)«, сегменты 2-5) необходимо отрегулиро­вать ведущую и ведомую шестерни. Если пятно контакта соответствует:

  • Сегментам А2/В2 — требуется смещение веду­щей шестерни в направлении от оси ведомой ше­стерни и, возможно, корректировка зазора боко­вой поверхности зубьев путем смещения ведомой шестерни в направлении к оси ведущей шестерни;
  • Сегментам АЗ/ВЗ — требуется смещение ве­домой шестерни в направлении от оси ведущей шестерни и, возможно, корректировка зазора боковой поверхности зубьев путем смещения ведущей шестерни в направлении к оси ведомой шестерни;
  • Сегментам А4/В4 — требуется смещение ве­дущей шестерни в направлении к оси ведомой шестерни и, возможно, корректировка зазора боковой поверхности зубьев путем смещения ведомой шестерни по направлению от оси ведущей шестерни;
  • Сегментам А5/В5 — требуется смещение ве­домой шестерни в направлении к оси ведущей шестерни и, возможно, корректировка зазора боковой поверхности зубьев путем смещения ве­дущей шестерни в направлении от оси ведомой шестерни.

 

Пятна контакта сегментов А6/В6 указывают на неправильную регулировку предписанного зазора боковой поверхности зубьев (преимуще­ственно от 0,10 до 0,15 мм). Это можно изменить в первую очередь путем смещения ведомой кони­ческой шестерни, при этом пятно контакта долж­но сместиться в продольном направлении зубьев.

Для смещения ведущей и ведомой шесте­рен конической главной передачи необходимо изменить толщину регулировочных шайб, рас­положенных за соответствующими наружными кольцами конических роликоподшипников (рис. 14).

 

Измерение зазора боковой поверхности зу¬бьев шестерен

 

Зазор боковой поверхности зубьев проверяет­ся с помощью специального индикатора часово­го типа (рис. 15 «Измерение зазора боковой поверхности зу­бьев шестерен«). На легковых автомобилях зазор боковой поверхности составляет от 0,1 до 0,2 мм в зависимости от производителя, а у гру­зовых-от 0,15 до 0,30 мм.

 

Методы регулировки и измерения параметров конических главных передач

 

В связи с особенностями конструкции корпуса у большинства конических главных передач веду­щая шестерня устанавливается со смещением на заданную величину относительно центра опоры ведомой шестерни, а ведомая шестерня допуска­ет исключительно регулировку зазора боковой поверхности зубьев.

У меньшей части конструкций предусматрива­ется регулировка заданного размера смещения ведущей и ведомой шестерен, в результате ко­торой достигается требуемый зазор боковой по­верхности зубьев.

Необходимые измерительные приспособления (рис. 16 «Пример измерительного приспособления для регулировки ведущей конической шестерни«) и точные инструкции по регулировке можно запросить у производителя автомобиля.

 

Пример измерительного приспособления для регулировки ведущей конической шестерни

 

 

Метод шлифования CBN для конических шестерен

 

Современные методы расчета, такие, как «метод конечных элементов» (МКЭ), позволяют с высо­кой точностью рассчитать параметры зубчатого зацепления в конической главной передаче для обеспечения соответствия самым различным за­дачам и требованиям. На практике реализация этих требований возможна только при опреде­ленных условиях. Причина заключается в том, что при традиционном способе производства спиральных и гипоидных конических шестерен, когда они проходят предварительную и оконча­тельную обработку в мягком состоянии, в ре­зультате дополнительной тепловой обработки могут возникать отклонения в геометрии зубьев. Такого рода погрешности только отчасти мож­но устранить путем прикатки пары шестерен, поэтому конечное качество с точки зрения пятна контакта, плавности хода и нагрузочной способ­ности всегда зависит от этой прикатки. В связи с этим единственным способом обеспечения не­обходимого качества зубьев конических шесте­рен является окончательная обработка в твер­дом состоянии.

Разработанный компаниями Gleason и Zahnradfabrik Passau метод шлифования CBN (CBN — кубический борнитрид) позволяет недоро­го выполнять шлифование спиральных и гипоид­ных конических шестерен с дугообразной линией зубьев после твердой обработки.

В результате такой комплексной обработки удаляются следы обработки и вредного окис­ления на боковых поверхностях и в основании зубьев. Это ведет к значительному улучшению качества зубчатого зацепления, благодаря чему подбор пары из ведущей и ведомой шестерен яв­ляется необходимостью лишь условно.

Специальная форма шлифовального круга CBN с подачей охлаждающего масла (рис. 18) обеспечивает очень высокую производитель­ность шлифования без отрицательных воздей­ствий на структуру шестерен.

 

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *