6.2.3. Назначение, устройство и принцип действия карданных передач.

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного механизма к другому под углом, изменяющимся во время движения автомобиля. Карданная передача в автомобиле ЗиЛ-131соединяет:

• коробку передач с раздаточной коробкой;

• раздаточную коробку с главной передачей среднего моста;

• главную передачу среднего моста с главной передачей заднего моста;

• полуосевые шестерни дифференциала с управляемыми ведущими колесами.

В общем случае карданная передача состоит из:

• карданных шарниров;

• карданных валов;

• промежуточной опоры;

• компенсирующего соединения.

Компенсирующее соединение обеспечивает изменение длины карданного вала, если при перемещении одного механизма относительно другого меняется расстояние между ними как, например, между раздаточной коробкой и средним ведущим мостом. Карданные шарниры обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под углом.

Различают карданные шарниры на:

• шарниры неравных угловых скоростей;

• шарниры равных угловых скоростей.

Шарниры неравных угловых скоростей делятся на:

• упругие;

• жесткие.

Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции бывают:

• шариковые с делительными канавками;

• шариковые с делительным рычажком;

• кулачковые;

• сдвоенные.

Упругие карданные шарниры передают момент между валами, оси которых пересекаются под углом 2-8^о или несколько большим, в результате упругой деформации соединительных элементов и выполняют функции дополнительного гасителя крутильных колебаний. Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает крутящий момент от одного вала к другому через подвижные соединения жестких деталей. На изучаемых автомобилях карданные валы с жесткими шарнирами по конструкции они существенных различий не имеют.

6.2.4. Назначение, устройство и принцип действия ведущих мостов.

Главная передача, дифференциал, полуоси в сборе с балкой моста составляют ведущий мост автомобиля.

На современных автомобилях применяют двигатели с большой частотой вращения коленчатого вала, развивающие большую мощность при относительно небольших размерах и массах, максимальный крутящий момент двигателей в несколько раз меньше, а частота вращения коленчатого вала в несколько раз больше, необходимого для ведущих колес при движении автомобиля.

Главная передача.

Главная передача служит для увеличения крутящего момента и уменьшения частоты вращения до необходимых ведущим колесам значений. В зависимости от числа зубчатых пар передачи делят на:

• одинарные;

• двойные.

В зависимости от формы зубьев одинарные передачи различают на:

• цилиндрические;

• конические;

• гипоидные;

• червячные.

Двойные главные передачи обычно состоят из пары конических и пары цилиндрических зубчатых колес, их делят на:

• центральные;

• разнесенные.

Колесные редукторы разнесенных главных передач соединены полуосями с парой конических зубчатых колес. При разделении главной передачи должна обеспечивать:

• реализацию достаточно большого передаточного числа при малых габаритах;

• малую массу;

• высокий и малоизменяющийся, при изменении нагрузок и скорости вращения КПД;

• высокую жесткость корпуса, опор, шестерен и валов, как одно из главных условий повышения долговечности и бесшумности передачи;

• малые размеры.

Дифференциал.

Требования, предъявляемые к дифференциалам:

• обеспечивать распределение крутящих моментов на ведущие колеса (мосты) в соответствии с их тяговыми возможностями по условиям сцепления с дорогой;

• иметь высокий КПД;

• обеспечивать хорошую управляемость и устойчивость автомобиля при движении по дорогам с неравномерным коэффициентом сцепления, на поворотах, по неровностям дороги;

• иметь малые габариты и массу; иметь высокую надежность и износостойкость при необходимых значениях коэффициента блокировки.

Дифференциал служит для распределения крутящего момента между ведущими колесами, которым он позволяет вращаться с неодинаковыми частотами при движении автомобиля на поворотах или по неровностям. При повороте автомобиля его внешние и внутренние колеса за один и тот же отрезок времени проходят разные пути. Колесо, катящееся по внутренней кривой, проходит меньший путь, чем колесо, катящееся по внешней кривой. Следовательно, чтобы не было проскальзывания колес относительно дороги, они должны вращаться с равными частотами. У неведущих колес это обеспечивается тем, что каждое из них вращается независимо от другого, они не соединены общим валом. К ведущим колесам нужно передать крутящий момент от главной передачи, но если соединить их общим валом, они будут проскальзывать относительно дороги при повороте. Поэтому связь ведущих колес должна быть дифференциальной, т.е. должна иметь две степени свободы. В этом случае каждое ведущее колесо независимо от другого будет проходить свой путь. Эти функции выполняет механизм с двумя степенями свободы получившей название “дифференциал”.

Дифференциал состоит из:

• корпуса;

• сателлитов;

• полуосевых шестерен.

Полуосевые шестерни соединены с ведущими колесами автомобиля. Дифференциал - планетарный механизм, у которого ведущим элементом является корпус (водило), а ведомыми элементами - равные по размерам полуосевые шестерни. В дифференциалах чаще всего устанавливают конические шестерни.

Дифференциалы различают:

по месту расположения на:

• межколесные (распределяющие крутящий момент между ведущими колесами);

• межосевые (распределяющие крутящий момент между главными передачами ведущих мостов).

по соотношению крутящих моментов на ведомых валах на:

• симметричные (моменты одинаковые);

• несимметричные.

по способу блокировки на:

• самоблокирующиеся (частично или полностью);

• с принудительной блокировкой.

по величине внутреннего трения на:

• обычные;

• повышенного трения.

по конструкции зубчатого зацепления на:

• шестеренчатые конические;

• шестеренчатые цилиндрические.

У симметричного межколесного дифференциала число зубьев левой и правой полуосевых шестерен равны, поэтому:

• сумма угловых скоростей левой и правой полуосевых шестерен (ведущих колес) равна удвоенной угловой скорости корпуса дифференциала, т.е;

• при любых соотношениях угловых скоростей левой и правой полуосевых шестерен их крутящие моменты равны (как и моменты левого и правого колес автомобиля, т.е.).

При прямолинейном движении по ровной поверхности левое и правое колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. С такой же угловой скоростью вращается корпус дифференциала, сателлиты не совершают относительного движения.

При повороте, например, налево в результате относительного вращения сателлитов правое колесо автомобиля должно вращаться быстрее корпуса дифференциала, а левое медленнее. Уменьшение угловой скорости левого колеса равно увеличению угловой скорости правого колеса. Чем меньше радиус поворота, тем больше разница в угловых скоростях левого и правого колес. Сумма угловых скоростей левого и правого колес неизменна - не изменяется и угловая скорость корпуса дифференциала, которая зависит при включенной одной из передач в коробке от угловой скорости коленчатого вала двигателя. Если одно из колес остановлено, другое вращается в два раза быстрее корпуса дифференциала. Это наблюдается в случае буксования одного из ведущих колес при неподвижном автомобиле.

Если при движении автомобиля резко остановить корпус дифференциала, например, стояночным тормозом трансмиссии, то ведущие колеса должны остановиться или вращаться в разном направлении и автомобиль может занести. Распределение крутящих моментов поровну между левым и правым колесами является благоприятным при движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и относительно малым сопротивлением, при этом обеспечивается хорошая устойчивость и управляемость автомобиля. Однако, если одно из двух ведущих колес, например, правое, при трогании с места находится на скользком участке дороги, то крутящий момент на нем уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом сцепления колес с дорогой. Такой же крутящий момент будет и на левом колесе, хотя оно и находится на поверхности с высоким коэффициентом сцепления.

Если суммарного момента будет недостаточно для движения, то автомобиль не тронется с места и левое колесо будет неподвижно, а правое будет буксовать - это недостаток.

Для устранения этого недостатка дифференциала применяют:

• принудительную блокировку;

• устанавливают самоблокирующиеся дифференциалы или дифференциалы повышенного трения.

В самоблокирующихся дифференциалах часть крутящего момента передается на колесо, вращающее с меньшей частотой (отстающее) если второе колесо попадает на участок дороги с недостаточными сцепными свойствами (забегающее). В этом случае большая часть момента подводится к отстающему колесу, находящемуся на участке дороги с лучшими сцепными свойствами, и тем самым повышается сила тяги и проходимость автомобиля. В дифференциалах повышенного трения, увеличение крутящего момента на отстающем колесе перераспределяется и становится больше на величину силы трения возникающего в дифференциале.

Кулачковый дифференциал повышенного трения состоит из:

• наружной звездочки;

• внутренней звездочки;

• чашки дифференциала;

• сепаратора;

• двадцати четырех сухарей;

• двух стопорных колец.

Наружная звездочка имеет на внутренней поверхности шесть равномерно расположенных кулачков и устанавливается свободно внутри чашки на шлицах полуоси.

Внутренняя звездочка имеет на внешней поверхности два ряда кулачков, по шесть в каждом, расположенных в шахматном порядке. Звездочка установлена внутри сепаратора, на шлицах второй полуоси.

Сепаратор, чашка дифференциала и ведомая шестерня между собой соединяются болтами. Сепаратор имеет два ряда отверстий, в которых устанавливаются сухари. От выпадения и проворачивания сухари удерживаются стопорными кольцами. В рабочем положении детали дифференциала устанавливаются таким образом, что сухари соприкасаются с кулачками наружной и внутренней звездочкой.

Действие дифференциала - при движении автомобиля по ровной, прямой дороге все детали дифференциала вращаются как одно целое.

Сухари относительно сепаратора не перемещаются. Крутящий момент от ведомой шестерни сепаратора передается на сухари, которые давят на кулачки звездочек и приводят их во вращение. Сила нормального давления сухарей на кулачки наружной и внутренней звездочек одинакова, но окружная сила вращающая звездочки, вследствии разного угла наклона профилей кулачков на звездочках разная. На внутренней звездочке, имеющей больший угол наклона кулачков, окружная сила больше, чем на наружной. Большая сила, приложенная на меньшем радиусе внутренней звездочки, дает такой же крутящий момент как и меньшая окружная сила, действующая на большем радиусе наружной звездочки. Таким образом крутящий момент при движении прямо распределяется между колесами поровну. При движении на повороте или по неровной дороге одно из колес вращается быстрее другого. Звездочка соединенная с отстающим колесом вращается медленнее; своими кулачками она толкает сухари в сторону второй звездочки, ускоряя ее вращение, это обеспечивает вращение колес с различными скоростями.

При скольжении сухарей по кулачкам на их поверхностях возникают силы трения. На звездочке, имеющей большую скорость, сила трения направлена против направления вращения, а на отстающей - в сторону вращения. В этом случае дифференциалом крутящий момент распределяется не поровну. На отстающей звездочке крутящий момент больше на величину момента от силы трения, на забегающей звездочке меньше на эту же величину. Из-за наличия сил трения происходит перераспределение момента между колесами. Это свойство дифференциала сказывается положительно при движении автомобиля по скользкой дороге. В случае буксования одного из колес на второе не буксирующее колесо, передается больший крутящий момент и автомобиль не теряет проходимости.

Главная передача и дифференциал автомобиля ЗиЛ-131.

Главная передача автомобиля ЗиЛ-131 двойная:

• одна пара - конические шестерни со спиральными зубьями;

• вторая пара - цилиндрические шестерни с косыми зубьями.

Главные передачи среднего и заднего мостов одинаковые по устройству и расположению. Картеры главных передач крепятся к балкам мостов горизонтальными фланцами.

Главная передача переднего моста крепится к балке вертикальным фланцем и по конструкции аналогична главной передаче среднего и заднего мостов.

Главная передача состоит из:

• картера с крышкой;

• первичного вала с конической шестерней и подшипниками;

• ведомого вала с конической и цилиндрической шестернями;

• ведомой цилиндрической шестерни.

Картер крепится к балке мостов болтами. Заливное отверстие у картеров среднего и заднего мостов находится сверху и закрывается пробкой. Сливное находится в картере моста, пробка дополнительного отверстия выполнена в картере главной передачи. У переднего моста контрольно-заливное отверстие находится в крышке, а сливное - в нижней части балки моста. Проверка уровня масла в картерах среднего и заднего мостов осуществляется специальным шупом, через отверстие одного из болтов крепления картера главной передачи. Вентиляция картера осуществляется через сапун.

Первичный вал вращается на двух конических и одном роликовом подшипниках. Между внутренними обоймами конических подшипников устанавливаются регулировочные шайбы. Передний конец уплотняется сальником и маслосгонной резьбой. Ведущая коническая шестерня установлена на шлицах вала. Ведомый вал вращается на двухрядном коническом и цилиндрическом роликовом подшипниках. На валу установлена ведомая коническая шестерня, связанная с валом через шпонку, а ведущая цилиндрическая шестерня выполнена заодно с валом. Ведомая цилиндрическая шестерня представляет собой зубчатый венец, который крепится к чашкам дифференциала. При работе главной передачи крутящий момент изменяется в обоих шестернях по величине, а в конической паре и по направлению.

Дифференциал - шестеренчатый, конический устанавливается в картере редуктора на двух подшипниках.

Дифференциалы всех трех мостов одинаковы и состоят из:

• двух чашек;

• крестовины;

• четырех сателлитов;

• двух полуосевых шестерен.

Чашки дифференциала и цилиндрическая ведомая шестерня соединяются между собой болтами и образуют корпус дифференциала.

Крестовина своими шипами устанавливается между чашками. Сателлиты вращаются на шипах крестовины на бронзовых втулках. Полуосевые шестерни установлены на внутренних шлицованных концах полуосей и находятся в постоянном зацеплении с сателлитами.

Полуоси - передают крутящий момент на колеса, фланцевые, полностью разгруженные, т.е. передают крутящий момент и не воспринимают других усилий. Внутренним концом полуось соединяется шлицами с одной из шестерен дифференциала, наружный конец имеет фланец, которым полуось при помощи шпилек и гаек крепится к ступице колеса. Вывод полуоси из балки моста уплотняется сальником.

Шарнир равных угловых скоростей - установлен в приводе на передние ведущие колеса и служит для передачи крутящего момента при изменяющихся углах поворота управляемых колес.

Состоит из:

• двух кулаков (ведущего и ведомого);

• четырех шариков;

• одного центрирующего шарика.

Кулаки изготовлены как одно целое с валами. В каждом кулаке выполнены четыре канавки (по две с каждой стороны). В канавки закладывают четыре шарика, пятый расположен между торцами кулаков и обеспечивает их центрирование. При вращении валов в любую сторону крутящий момент передается от одного кулака к другому только через два шарика. Каждый из четырех периферийных шариков лежит одновременно в канавках обоих кулаков, а его центр при этом располагается на пересечении осей канавок в точке, которая лежит в плоскости, проходящей через центр центрирующего шарика. В следствии этого при вращении валов и изменении угла между их осями шарики всегда устанавливаются в бессекторной плоскости.

Недостатками такого шарнира являются:

• необходимость точной фиксации;

• высокое давление на контактных поверхностях, что снижает долговечность и ограничивает их применение на автомобилях большой грузоподъемностью.

Главные передачи среднего и заднего мостов в основном унифицированы. Главная передача среднего моста отличается от главной передачи заднего моста:

• ведущим валом;

• ведущей конической шестерней;

упорной шайбой и фланцем ведущего вала, который аналогичен фланцу, установленному на шестерне привода задних мостов раздаточной коробки.