Принцип работы и устройство гипоидной передачи

Методика выбора редуктора в зависимости от нагрузки

Методика выбора редуктора заключается в грамотном расчете основных параметров нагрузки и условий эксплуатации.

Технические характеристики описаны в каталогах, а выбор редуктора делается в несколько этапов:

• выбор редуктора по типу механической передачи
• определение габарита (типоразмера) редуктора
• определение консольных и осевых нагрузок на входной и выходной валы
• определение температурного режима редуктора

На первом этапе конструктор определяет тип редуктора исходя из заданных задач и конструктивных особенностей будущего изделия. На этом же этапе закладываются такие параметры как: передаточное отношение, количество ступеней, расположение входного и выходного валов в пространстве.

На втором этапе следует определить межосевое расстояние. Исходные данные на каждый тип редуктора можно найти в каталоге. Следует помнить, что межосевое расстояние влияет на способность передать момент от двигателя к нагрузке.

Консольные и осевые нагрузки определяются уравнениями, а потом сравниваются со значениями в каталоге. В случае превышения расчетных нагрузок, на какой либо вал, редуктор выбирается на типоразмер выше.

Температурный режим определяется во время работы редуктора. Температура не должна превышать + 80° гр. при длительной работе редуктора с действующей нагрузкой.

Классификация, основные параметры редукторов

В зависимости от типа зубчатой передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, волновые, планетарные, глобоидные и червячные. Широко применяются комбинированные редукторы, состоящие из нескольких совмещенных в одном корпусе типов передач (цилиндро-конические, цилиндро-червячные и т.д.).

Конструктивно редукторы могут передавать вращение между перекрещивающимися, пересекающимися и параллельными валами.
Так, например цилиндрические редукторы позволяют передать вращение между параллельными валами, конические — между пересекающимися, а червячные — между пересекающимися валами.

Общее передаточное число может достигать до нескольких десятков тысяч, и зависит от количества ступеней в редукторе. Широкое применение нашли редукторы, состоящие из одной, двух или трех ступеней, при чем они могут, как описывалось выше, совмещать разные типы зубчатых передач.

Ниже представлены наиболее популярные виды редукторов, серийно выпускаемые промышленностью.

Гипоидная шестерня

Ваз 2110 с хрустом включается задняя передача. Ваз 2112 при включении задней передачи происходит хруст так же и при

Такие гипоидные передачи применять не рекомендуется. Гипоидная шестерня с правым наклоном зуба увеличивается в размерах при смещении ее выше оси колеса и уменьшается при смещении ниже оси.  

На некоторых отечественных грузовых автомобилях ( ГАЗ-53А) и автобусах ( ПАЗ-672) одинарная главная передача имеет шестерни с гипоидным зацеплением. Гипоидная шестерня представляет собой усеченный гиперболоид вращения, на поверхности которого нарезаны зубья. Гипоидная передача отличается тем, что оси ведущей и ведомой шестерен не пересекаются между собой, а проходят на некотором расстоянии одна от другой, при этом угол наклона винтовой линии зубьев ведущей шестерни значительно больше, чем ведомой. Вследствие этого размер ведущей шестерни при том же размере ведомой шестерни ( по сравнению с другими передачами) значительно возрастает. Шестерни гипоидных передач имеют большую толщину и рабочую высоту зубьев, а при работе среднее число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, у них выше. Благодаря этому повышается срок службы гипоидных шестерен, а их работа протекает более плавно и бесшумно.  

Все штанги в точках вращения или снабжены сайлент-блоками, или коническими резиновыми втулками особой конструкции, которые находятся под действием осевого сжимающего усилия. Главная передача имеет гипоидные шестерни.  

Главная передача имеет гипоидные шестерни. Колеса с проволочными спицами закреплены на центральной втулке. Картеры ведущих мостов или полуразгруженные полуоси нужно рассчитывать на динамические нагрузки, возникающие при езде по неровной дороге. Опыты показали, что при наезде автомобиля, имеющего сплошные шины, на препятствие высотой 25 мм при скорости движения 25 км / час создается нагрузка на колесо, которая в 7 раз больше статического давления на грунт.  

Например, Таул упоминает, что в Англии гипоидные шестерни были впервые применены в 1929 г. для легковых автомобилей серийного производства и только с 1934 г. их стали применять и на других моделях. Великобритании, были снабжены гипоидными мостами и только в 41 модели были использованы конические косозубые шестерни.  

Поскольку в гипоидных передачах две металлические поверхности подвергаются действию скольжения и качения, то вопрос об их смазке приобрел еще более серьезное значение, чем в случае применения зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев. На практике скоро убедились в том, что смазывать гипоидные шестерни минеральным маслом без присадки, особенно в тяжелых эксплуатационных условиях, невозможно.  

Эти два вида трения могут иметь место одновременно, например в гипоидных шестернях.  

Положение контактного пятна.

Сборка цилиндрических пар шестерен не вызывает особых трудностей, поскольку эти сопряжения не регулируются. Значительно большей трудоемкости требует сборка главной передачи заднего моста со спирально-коническими или гипоидными шестернями и раскомплектованных конических шестерен.  

Масла специальные ( ГОСТ 4002 — 53 и 4003 — 53) содержат осернен-ные компоненты, вводимые с целью повышения прочности масляной пленки на рабочих поверхностях шестерен. Предназначаются эти масла для применения в автомобилях с сильно нагруженными механизмами трансмиссии. Для главных передач автомобилей с гипоидными шестернями применение каких-либо иных масел, кроме масла, специально выпускаемого для гипоидных передач ( ГОСТ 4003 — 53), не допускается, так как ведет к быстрому износу шестерен.  

Схемы и тяговые характеристики-трансмиссии с механической коробкой передач ( кривые / и 2 — соответственно тяговые усилия на 1 — й и 2 — й передачах.

Схема трансмиссии показана на рис. 36, а. От двигателя крутящий момент передается на сухое дисковое сцепление, которое через поводковый патрон вращает шестерню коробки передач. Передвижной блок шестерен коробки приводит в движение основной вал и позволяет двигаться погрузчику передним или задним ходом. При движении в обоих направлениях вращение передается валу, соединенному с гипоидной шестерней. Кривая тягового усилия в зависимости от скорости движения погрузчика показана на том же рисунке. Она подобна кривой крутящего момента в зависимости от режима работы двигателя. При режимах работы до точки / проскальзывание сцепления не позволяет увеличивать скорость движения.  

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.)

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• .

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают . Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих . Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство  и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

SAE

Во всем мире получила широкое распространение маркировка трансмиссионных смазок по индексу вязкости – SAE. Разработанный в Соединенных Штатах, стандарт SAE J306 разделяет смазочные жидкости для трансмиссий, в зависимости от вязкости при эксплуатации автотранспорта в условиях предельных температур: низких и высоких. По этой квалификации можно определить диапазон температур, в котором разрешается применять определенную смазку для механической КПП и ведущих мостов.

Рекомендации по вязкости трансмиссионных масел, которые могут применяться для МКПП и ведущих мостов автомобиля, указываются производителем в мануале пользователя. Основываясь на этих рекомендациях, владелец автомобиля выбирает трансмиссивную жидкость среди ассортимента смазочных жидкостей. Когда выбирается смазка, следует учитывать самую низкую и самую высокую температуру, при которой будет эксплуатироваться авто. Классификация SAE J306 учитывает индекс вязкости при предельных температурах.

Значение низкотемпературного предела вязкости соответствует температуре, при которой достигается динамическая вязкость по Брукфильду 150000 сантипуазов (сП). Для определения показателей проводились реальные испытания с агрегатами различных конструкций. При превышении этих значений подшипники шестерен на вале разрушались

Поэтому важно следовать рекомендациям производителей по низкотемпературному пределу применения

Значение высокотемпературного предела определяется по показаниям кинематической вязкости смазки при температуре 100 градусов. Этот показатель помогает приблизительно определить, какую нагрузку может выдержать защитная масляная пленка и насколько достаточно ее будет, чтобы защитить механизм коробки передач при значительных нагрузках и при высоких рабочих температурах.

По классификации SAE смазочные материалы делятся на 9 классов по аналогии с моторными маслами:

4 зимних, индекс вязкости которых содержит букву W (Winter): 70W, 75W, 80W, 85W;
5 летних, у которых отсутствует буквенное обозначение: 80, 85, 90, 140, 250.

Всесезонные масла маркируются с применением обеих маркировок, первая идет зимняя, вторая — летняя, например, SAE 75W-85, SAE 85W-90 и т.п.

Таблица классификации по SAE трансмиссионных смазок по индексу вязкости:

Класс вязкости	Max температура для вязкости 150 000 сП, градусов	Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов, мм2/с
не менее	не более
Зимние
70W	-55	4,1	—
75W	-40	4,1	—
80W	-26	7,0	—
85W	-12	11,0	—
Летние
80	—	7,0	11,0
85	—	11,0	13,5
90	—	13,5	24,0
140	—	24,0	41,0
250	—	41,0	—

Эксплуатация сезонных смазок экономически не выгодна, так как трансмиссионные жидкости имеют большой ресурс. Если использовать сезонные смазки, их приходится менять раньше, чем они выработали свой ресурс. Поэтому более популярны всесезонные.

Общие сведения

Главная передача с дифференциалом и
полуосями осуществляет привод к ведущим
колесам, принципиальная схема которого
зависит от типа направляющего устройства
подвески (рис. 1).

Рис.1. Привод к
ведущим колесам автомобиля:

а
– с жесткой балкой; б– с
подрессоренной главной передачей и
дополнительной жесткой осью; в
– с подрессоренной главной передачей
и независимой подвеской.

В случае цельной балки моста (рис. 1-а)
картер главной передачи может быть
укреплен непосредственно к балке или
являться ее составной частью, а полуоси
представляют собой валы, полностью или
частично разгруженные от поперечных
усилий со стороны колес. Такая схема
получила широкое распространение из-за
простоты и малой стоимости конструкции.
Однако в этой схеме отмечаются большие
неподрессоренные массы, что приводит
к повышенным инерционным нагрузкам на
упругие и амортизирующие узлы подвески.

Картер главной передачи может быть
укреплен на раме или основании несущего
кузова. Балка моста обеспечивает
параллельное и соосное расположение
колес (рис. 1-b). Полуоси
не испытывают действие поперечных
усилий и представляют собой валы с двумя
карданными шарнирами. Полуоси должны
иметь скользящее шлицевое соединение
для компенсации изменения расстояния
между шарнирами при относительных
перемещениях моста и рамы. В таких
конструкциях при сохранении зависимой
подвески снижается масса неподрессоренных
частей.

Картер главной передачи может быть
укреплен на раме, а колеса перемещаются
независимо одно от другого (рис. 1-c).
В зависимости от схемы подвески колесо
может перемещаться параллельно плоскости
симметрии автомобиля или качаться по
дуге относительно фиксированной оси,
пересекающейся с осью главной передачи.
В первом случае полуоси не испытывают
действия поперечных сил и представляют
собой валы с двумя карданными шарнирами,
а во втором — полуоси обычно несут
поперечную нагрузку и имеют один
карданный шарнир, центр которого
расположен на оси качания колеса.

Главная передача с дифференциалом и
полуосями должна удовлетворять следующимтребованиям:

• обеспечивать передаточные числа,
  соответствующие оптимальным тяговым
  качествам и топливной экономичности;

• осуществлять кинематическую
  согласованность с направляющим
  устройством подвески, а в случае
  управляемого ведущего моста — и с рулевым
  приводом;

• обеспечивать низкий уровень шума;

• не создавать колебаний угловой скорости
  в трансмиссии;

• иметь небольшие габаритные размеры
  для осуществления простой компоновки
  и обеспечения необходимого дорожного
  просвета;

• обладать достаточной прочностью и
  жесткостью при минимальной массе.

Устройство автомобилей

Как и следует из названия, одинарные (или одноступенчатые) главные передачи состоят из одной пары зубчатых колес (шестерен), которые могут быть цилиндрическими, коническими с прямыми или спиральными зубьями, а также гипоидными. Применение того или иного типа конических зубчатых колес диктуется особенностями компоновки автомобиля, возможностью упрощения конструкции агрегатов, снижения стоимости их изготовления и эксплуатации.

Цилиндрические главные передачи

Цилиндрические главные передачи широко используются в переднеприводных легковых автомобилях с поперечным расположением двигателя, например семейства ВАЗ-2108, -09, -10 и других.При этом обычно главная передача объединяется в одном корпусе (картере) с коробкой перемены передач, что позволяет существенно упростить и удешевить конструкцию трансмиссии.Пример конструктивного выполнения главной передачи автомобиля ВАЗ-2109 приведен на рис.3, где показана четырехступенчатая коробка передач, выполненная заодно с главной передачей.

Зубья цилиндрических зубчатых передач могут выполняться прямыми, косыми или шевронными.Передаточные числа в таких главных передачах могут варьировать в пределах от 3,5 до 4,5 с целью снижения шума и габаритных размеров.

Конические главные передачи

Такой тип главных передач применяется, когда необходимо изменить не только величину, но и направление передаваемого ведущим колесам крутящего момента.Конические главные передачи с прямыми или (чаще) спиральными зубьями наиболее просты по конструкции и технологичны в производстве, поэтому широко применяются на легковых автомобилях с приводом на задние колеса и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.

Поскольку оси ведущего и ведомого зубчатых колес в таких передачах лежат в одной плоскости и пересекаются, такие передачи называют соосными коническими передачами.К преимуществам соосных конических передач относится высокий КПД, технологичность производства, относительно невысокие требования к качеству смазочного материала и простота технического обслуживания.Тем не менее, у таких передач есть один существенный недостаток – их применение в конструкции автомобиля не позволяет снизить расположение центра масс и общую компоновку кузова автомобиля, что для многих легковых автомобилей и небольших грузовиков является актуальным вопросом.

Гипоидная главная передача

Гипоидная главная передача применяется на отечественных автомобилях ГАЗ-66-11, ЗИЛ-431410, ЗИЛ-133, марки «Волга» и многих других.Ось ведущего вала и ведущей шестерни в гипоидной передаче расположена ниже оси ведомой шестерни на величину «Е» (рис. 1, б), называемую гипоидным смещением.Такая конструкция главной передачи позволяет ниже расположить карданную передачу заднеприводного автомобиля и, тем самым, сделать ниже компоновку всего автомобиля.При этом улучшается такой важный эксплуатационный показатель автомобиля, как устойчивость к опрокидыванию, а также появляется возможность сделать ниже пол автомобиля, особенно в районе «карданного тоннеля», что повышает комфорт пассажиров заднего сиденья заднеприводного легкового автомобиля.

В гипоидных передачах зубья зубчатых колес имеют спиральную форму, благодаря чему достигается увеличение площади контакта зубьев, бесшумность их работы и прочностные показатели передачи.Однако при такой конструкции конической передачи существенно повышаются силы трения между поверхностями зубьев колес, в зоне контакта появляется эффект поперечного и продольного скольжения зубьев, из-за чего в гипоидных передачах приходится применять дополнительное упрочнение поверхностей зубьев зубчатых колес и специальные смазочные материалы для увеличения срока их службы.Скольжение зубьев приводит к снижению КПД передачи и даже возможности ее заедания (при превышении допустимой нагрузки), а применение относительно дорогостоящих смазок – к удорожанию технического обслуживания, что относится к недостаткам гипоидных передач.

Увеличение зоны контакта зубьев позволяет уменьшить размеры ведущего зубчатого колеса, поскольку при работе передачи нагрузка на каждый зуб уменьшается.Кроме того, как указывалось выше, применение гипоидных передач позволяет корректировать компоновку трансмиссии и общую компоновку автомобиля.

Устройство главной передачи в автомобиле

Главная передача автомобиля представляет собой шестеренчатый зубчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из ведущей и ведомой шестерен разного диаметра. Расположение главной передачи автомобиля зависит от конструктивных особенностей самого ТС:

Одинарная главная передача состоят из одной пары шестерен ведущей и ведомой. Применяется на легковых и грузовых автомобилях. Двойная главная передача состоит из двух пар шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности для увеличения крутящего момента или для увеличения клиренса на внедорожных автомобилях. КПД передачи 0,93-0,96.

Двойные передачи можно разделить на два вида:

При разделении главной передачи на две части снижаются нагрузки на полуоси и детали дифференциала. Еще уменьшаются размеры картера средней части ведущего моста, в результате увеличивается дорожный просвет и проходимость автомобиля. Однако разнесенная передача более дорогая и сложная в изготовлении, имеет большую металлоемкость, ее сложнее обслуживать.

Основные требования. Современные тенденции

Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:

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.