Лабораторна робота №6 Призначення, схема і принцип роботи фрикційного зчеплення карданної передачі Призначення головних передач і диференціалів. Конструкції головних головних передач і диференціалів.

Мета роботи: вивчити призначення, схему та принцип роботи фрикційного зчеплення карданної передачі; призначення та конструкцію головних передач і диференціалів.

Основні теоретичні відомості

Карданна передача

Ведучі мости автомобіля встановлюються на рамі або на кузові автомобіля за допомогою пружних елементів підвіски й під час руху змінюють своє положення відносно місць кріплення. Для передавання крутного моменту від коробки передач до ведучого моста застосовують карданні передачі. їх використовують також у приводі до передніх керованих і ведучих коліс.

Карданна передача до ведучого моста складається з карданного вала, шарнірів І проміжної опори. Карданні шарніри забезпечують передавання крутного моменту між валами, осі яких перетинаються під змінними кутами. В трансмісії автомобілів застосовують жорсткі карданні шарніри неоднакових і однакових кутових швидкостей.

Карданний шарнір неоднакових кутових швидкостей складається з жорстких деталей (рис. 6.1, а): ведучої 1 і веденої 4 вилок, хрестовини 2, на шипи якої насаджено голчасті підшипники 3. Крутний момент передається від вилки1 до вилки 4 через хрестовину 2. За такої конструкції й рівномірного обертання вилки ведучого вала кутова швидкість веденої вилки змінюватиметься двічі за кожен оберт: збільшуючись і зменшуючись. Тому такий шарнір називають шарніром неоднакових кутових швидкостей.

Щоб усунути нерівномірність обертання веденого вала в карданній передачі, як правило, застосовують два шарніри неоднакових кутових швидкостей, розташованих на кінцях карданного вала. Тоді нерівномірність обертання, що виникає в першому ведучому шарнірі, компенсується нерівномірністю обертання другого шарніра, й ведений вал передачі обертається рівномірно, з кутовою швидкістю ведучого вала. Така карданна передача називається подвійною. Одинар­ні передачі з одним жорстким карданним шарніром практично не застосовуються.

У приводі передніх керованих і ведучих коліс автомобілів підвищеної прохідності застосовують шарніри однакових кутових швидкостей двох типів: кулькові й кулачкові.

Кульковий карданний шарнір (рис. 6.1, б) складається з двох фасонних кулаків 5 з овальними канавками, куди закладаються ведучі кульки 7. Для центрування вилок використовують сферичні западини на їхніх внутрішніх торцях, в яких установлюється центрувальна кулька 6.

Під час передавання крутного моменту ведучі кульки розташовуються незалежно від кутових переміщень вилок у їхніх овальних канавках у площині, яка

поділяє кут між осями навпіл, у результаті обидві вилки обертаються з однаковими кутовими швидкостями.

Кулачковий карданний шарнір однакових кутових швидкостей (рис. 6.1, в) застосовують у приводі переднього колеса автомобіля «Урал-375». До конструкції шарніра включено зовнішню піввісь 8 колеса, яка входить шліцьовим кінцем у вилку 9 шарніра. Внутрішню піввісь виконано як одне ціле з вилкою 9 шарніра, а її зовнішній кінець стикується з шестірнею диференціала шліцьовим з'єднанням. У вилки 9 установлено кулаки 10, у пази яких закладено сталевий диск 11. Під час роботи шарніра півосі обертаються разом із вилками навколо кулаків у горизонтальній площині, а разом із кулаками — навколо диска у вертикальній площині. Таким чином забезпечується передавання крутного моменту на ведучі й керовані передні колеса.

Недолік розглянутого шарніра — підвищене тертя в місцях з'єднання диска й кулаків із вилками, внаслідок чого знижується коефіцієнт корисної дії й підвищуються нагрівання та спрацьовування шарніра під час роботи.

Карданна передача автомобіля ЗИЛ-130 (рис. 6.2) складається з проміжного / та основного 6 карданних валів, з'єднаних один з одним. Проміжний вал

спирається на проміжну опору 3, що складається з шарикопідшипника 11,

уставленого в гумове кільце 10 із металевим кронштейном 4. На передньому кінці проміжного вала приварено вилку карданного шарніра, а другий кінець його виконано у вигляді шліцьової втулки 2, в яку вставлено шліцьовий кінець вилки 9 карданного шарніра основного вала. Завдяки ковзному шліцьовому з'єднанню проміжного й основного карданних валів їхня загальна довжина може змінюватися в разі вертикальних переміщень ведучого моста на нерівностях дороги.

Карданні шарніри складаються з двох вилок 9, у вушка яких установлено хрестовину 8 із шипами й голчастими підшипниками 5.

Для зменшення тертя між шипами 1 (рис. 6.3) хрестовини і отворами у вилках З встановлюють голчастий підшипник 2. У відкритих (не розміщених у трубчастому корпусі) карданних передачах ці підшипники необхідно старанно захищати від бруду та вологи. Крім цього, усередині їх має зберігатись певна кількість мастила, що закладається під час збирання на весь термін експлуатації (у більшості сучасних конструкцій мащення під час експлуатації не передбачене). Для виконання цих вимог на шипах хрестовини встановлені захисні сальники підвищеної надійності . ²

Карданні вали виготовляють з тонкостінних труб, до кінців яких приварюють вилки карданних шарнірів. Сучасні карданні передачі частіш за все складаються з двох валів; проміжного -короткого і основного - більш довгого. Шліцьове з'єднання, що компенсую зміну довжини карданної передачі, на основних карданних валах як правило не вста­новлюють, оскільки воно суттєво знижує жорсткість і надійність валів.

У сучасних конструкціях шліцьове з'єднання розташоване у проміжній опорі карданної передачі. Така опора являє собою шариковий підшипник, встановлений усередині еластичного іумового кільця . Цей підшипник також необхідно надійно захищати від бруду та вологи.

Головна передача. На сучасних автомобілях застосовують швидкісні двигуни великої питомої потужності. Але крутний момент цих двигунів у кілька разів менший того моменту, котрий необхідно прикладати до ведучих коліс для надійногоподолання сил опору у найрізноманітніших дорожніх умовах. Головна пе­редача призначена для постійного збільшення крупного моменту, що підводиться до ведучих коліс з одночасним зменшенням їх частоти обертання у відповідності до швидкості руху автомобіля.

Передаточне число головної передачі залежить, з одного боку, від потужності і частоти обертання двигуна, а з другого - від маси і швидкості руху автомобіля, а також від його призначення. У вантажних автомобілів воно знаходиться, звичайно, у межах6,5...9,0; улегковихавтомобілів-3,5...5,5.

У залежності від кількості пар зубчастих коліс, що передають крутний момент, головні передачі поділяють на: одинарні, що мають одну пару коліс; подвійні, що складаються з двох пар коліс; деохступінчаст/, де є три пари зубчастих коліс, дві з яких створюють можливість зміни загального передаточного числа.

Крім того, головні передачі можуть

бути з черв'ячним зачепленням

(рис. 6.4 в).

Подвійні головні передачі (рис. 6.5) складаються з пари конічних і пари циліндричних зубчастих коліс, їх поділяють на і(ентральні (рис. 6.5 а) і рознесені (рис. 6.5 б). Ці останні частіш за все складаються з двох частин: центральноїодинарної конічної (гіпоїдної) передачі 2 і колісного редуктора У, зв'язаного із центральною частиною за допомогою півосей. Застосування подвійних рознесених передач дозволяє розвантажити центральну частину головної передачі і, крім того, збільшити на величину А дорожній просвіт (кліренс) Н, підвищуючи тим самим прохідність автомобіля.

У гіпоїдної головної передачі осі ведучого і веденого зубчастих коліс не перетинаються.

Частіш за все вісь ведучого колеса розташо- 4

вана нижче осі веденого на величину е (рис. 6.4

б). Це дозволяє дещо знизити кардану передачу 1 центр маси автомобіля, підвищивши його стійкість

Унаслідок великого кута спиралі довжина зуба ведучого колеса гіпоїдної передачі більше, ніж у конічної. При однакових діаметрах ведених коліс і передаточному числі передачі діаметр ведучого колеса гіпоідной передачі також більше, ніж у конічної передачі. Усе це підвищує міцність і довговічність гіпоідної передачі, порівняно з конічною, обумовлює плавність зачеплення її коліс і менший шум при роботі. Однак через підвищене ковзання зубів для змащення гіпоїдної передачі необхідно застосовувати спеціальну (гіпоїдну) оливу. Черв'ячні головні передачі відрізняються малими розмірами при великих передаточних числах і відсутністю шуму при роботі. Однак через менший ККД в порівнянні з конічними і гіпоідними передачами, зважаючи на необхідність застосування порівняно дорогих матеріалів для виготовлення деталей і більш високу вартість виробництва, черв'ячні головні передачі на автомобілях застосовують досить рідко.

Конічні головні передачі, як правило, мають зубчасті колеса з криволінійними - спіральними зубами. Ведуче колесо 10 (рис. 6.6 ) одинарної конічної головної передачі вантажного автомобіля виготовлене ж одне ціле з валом. Для зменшення прогину вал встановлений на трьох підшипниках -8, 9 і 11, розміщених по обидва боки колеса.

До фланця 7 ведучого вала приєднують карданну передачу. Конічні роликові підшипники 8 і 9 з кільцем 6 закріплені як у стакані 4, так і на ведучому валу, циліндричний роликовий

підшипник 11 - тільки на валу, а в картері 12 встановлений вільно. Необхідно зазначити, що довговічність головної передачі з конічними зубчастими колесами залежить від правильного зачеплення зубів. Будь-яке осьове переміщення ведучого 10 чи веденого 14 коліс різко погіршує умови роботи передачі, що супроводжується підвище­ним зношенням і шумом.

Для забезпечення на тривалий час правильного зачеплення коліс у конструкції головної передачі передбачають додаткові опори валів, збільшують жорсткість картера 13, а конічні підшипники встановлюють з попереднім натягом.

Ведене зубчасте колесо 14 приклепане до фланця корпуса 1 диференціала, який розташований на двох радіально-упорних роликових підшипниках 2 і 13. Для усунення перекосу веденого колеса 14 при передачі великих крутних моментів передбачено упор 3, що регулюється.

Диференціал. Диференціал призначений для розподілу крутного моменту по ведучим колесам (осям) автомобіля. Одночасно з цим він дає змогу обертатися ведучим колесам однієї осі з різною кутовою швидкістю, що необхідно забезпечити під час руху автомобіля на повороті і по нерівностях дороги.

На більшості автомобілів загального призначення переважно застосовують диференціали з конічними зубчастими колесами, їх встановлюють між колесами ведучих мостів і називають міжколісними. Крім того, диференціали іноді встановлюють між ведучими осями автомобіля. У цьому разі вони розподіляють крутний момент між головними передачами ведучих мостів. Такі диференціали називають міжосьовими.

Конічний диференціал складається з півосьових конічних зубчастих коліс 3 (рис. 6.7 ), сателітів 4 та корпусу, в якому вони розташовані (корпус умовно не показаний). Вісь 1, на якій вільно обертаються сателіти, жорстко закріплена в корпусі диференціалу, а сам корпус закріплений на веденому зубчастому колесі 2 головної передачі.

При обертанні ведучого 5 і ведено­го 2 зубчастих коліс головної передачі крутний момент передається через корпус на вісь 1 сателітів І далі через сателіти 4 на півосьові зубчасті колеса З, а з них - на півосі 6.

Під час руху автомобіля по прямій і рівній дорозі ведучі колеса зустрічають однаковий опір і обертаються з однаковою частотою (рис. 6.7 а). Сателіти при цьому навколо своєї осі не обертаються і на обидва колеса передаються однакові крутні моменти. Як тільки умови руху змінюються, наприклад, на повороті (рис. 6.8 ), ліва піввісь 3 починає обертатись повільніше, оскільки колесо, з яким вона зв'язана, рухається по дузі меншого радіусу к_в і проходить менший шлях, ніж зовнішнє, що рухається по дузі радіуса к_н. Сателіти 2 починають обертатись навколо своєї осі, обкочуючись по півосьовому

колесу (лівому), що сповільнюється, і збільшуючи на стільки же частоту обертання правої півосі 6.

При цьому сума кутових швидкостей правого і лівого зубчастих коліс диференціала (ведучих коліс автомобіля) дорівнює подвоєній кутовій швидкості корпуса диференціала:

(о_л + <о_п=2со_к

Із цього рівняння виходить, що при повній зупинці одного з коліс ведучої осі інше обертатиметься з подвійною кутовою швидкістю, ніж корпус диференціала Тобто:

При зупинці корпуса диференціала (наприклад, при гальмуванні трансмісії), при (0_Л=0;(0_П=2(0_К

ведучі колеса автомобіля почнуть обертатися в різних напрямках (за годинниковою стрілкою і проти неї), тобто

Водночас із зміною кутових швидкостей коліс, диференціал розподіляє крутний момент по ведучим колесам автомобіля. Якщо не враховувати внутрішнє тертя в диференціалі, то при будь-яких співвідношеннях між кутовими швидкостями ведучих

коліс крутні моменти, що підводяться до них, однакові: М_л — М_пр

Якщо шини ведучих коліс мають хороше зчеплення з поверхнею дороги, конічний диференціал забезпечує найкращу стійкість і керованість автомобіля. Але при низькому зчепленні шин з дорогою (наприклад, при голольоді) однаковість моментів на ведучих колесах негативно позначається на прохідності автомобіля.

У диференціалах з високим внутрішнім тертям момент внутрішнього тертя додається до колеса, яке обертається повільніше (має краще зчеплення з дорогою), і віднімається від колеса, що обертається швидше - буксує. Прохідність автомобіля з таким диференціалом підвищеного тертя буде кращою.

Підвищити прохідність автомобіля також можна, якщо передбачити блокування диференціала (примусове або автоматичне). При блокуванні весь крутний момент буде підведений до колеса, яке має краще зчеплення з дорогою. Диференціали з пристроями для блокування називають блокованими або самоблокованими.

Примусове блокування полягає в тому, що ведучий елемент (корпус) диференціала в момент умикання блокування жорстко з'єднується з півосьовою шестірнею. Для цього передбачено спеціальний дистанційний пристрій із зубчастою муфтою.

Самоблоківний диференціал підвищеного тертя (кулачковий), що застосовується на автомобілі ГАЗ-66 (рис. 6.9), складається з внутрішньої 5 і зовнішньої 6 зірочок, між кулачками яких закладено сухарі 3 сепаратора 2, 4. Сепаратор виконано як одне ціле з лівою чашкою диференціала й з'єднано з веденою шестірнею головної передачі. Права чашка (на рисунку не показано) вільно охоплює зовнішню зірочку й разом із лівою чашкою утворює корпус диференціала. Зірочки диференціала своїми внутрішніми шліцами з'єднуються з півосями 1.

Під час обертання веденої шестірні головної передачі й руху автомобіля по прямій сухарі з однаковою силою тиснуть на кулачки обох зірочок і змушують їх обертатися з однаковою швидкістю.

Якщо одне з коліс потрапляє на поверхню дороги з великим опором рухові, то зв'язана з ним зірочка починає обертатися з меншою частотою, ніж сепаратор. Сухарі, перебуваючи в сепараторі, з більшою силою тиснуть на кулачки зірочки, що сповільнюється, й прискорюють її обертання.

Отже, в місцях контакту сухарів із кулачками зірочок виникає підвищене тертя, що перешкоджає істотній зміні відносних швидкостей обох зірочок, і колеса обертаються з приблизно однаковими кутовими швидкостями. Через сили тертя сухарів по кулачках перерозподіляються моменти. На зірочці, що прискорюється, сили тертя спрямовані проти напряму обертання, на зірочці, що відстає, — в на­прямі обертання. Крутний момент на зірочці, що відстає, зростає, а на тій, що прискорюється, зменшується на момент сил тертя, й у результаті пробуксовування коліс не відбувається.

Привод до ведучих коліс. У ведучих мостах автомобілів крутний момент передається від диференціала до ведучих коліс за допомогою півосей. Залежно від способу встановлення півосей у картері моста вони можуть бути повністю або частково розвантаженими від згинальних моментів, що діють на піввісь.

Повністю розвантажені півосі застосовують на автомобілях середньої й великої вантажопідйомності, а також на автобусах. Такі півосі встановлюються вільно всередині моста, а маточина колеса спирається на балку моста через два підшипники (рис. 6.10, а).

Напіврозвантажені півосі спираються на підшипник, що розміщений усередині балки моста, а маточина колеса жорстко з'єднується з фланцем півосі (рис. 6.10, б). Тому така піввісь виявляється на­вантаженою крутним моментом і частково згинальним. Напіврозвантажені півосі

застосовують у механізмах

задніх ведучих мостів легкових _а — повністю розвантажених; б — напіврозвантажених автомобілів і вантажних автомобілів на їхній базі.

Колісні передачі застосовують на деяких великовантажних автомобілях для зниження навантаження в карданній передачі та механізмах ведучого моста. До таких передач належать прості шестеренчасті циліндричні передачі з внутрішніми зачепленнями або планетарні.

Індивідуальне завдання :

КАРДАННА ПЕРЕДАЧА АВТОМОБІЛЯ ВАЗ-2106

Крутний момент від вторинного валу коробки передач на механізми заднього моста передається карданною передачею, яка працює в умовах змінного кута передачі моменту, що змінюється унаслідок еластичної підвіски заднього моста. При цьому одночасно змінюється і відстань між нерухомо закріпленою коробкою передач і заднім мостом, що гойдається. Тому в карданній передачі є елементи, що укорочують або подовжуючі її, а також що ламаються на певний кут. Такими елементами є: шліцьове з'єднання еластичної муфти 3 і три карданні шарніри - два жорстких 7 і 9, один еластичний 3.

Карданна передача двухвальна з проміжною опорою 6, що значно зменшує її вібрацію і биття. Між собою і шестернею головної передачі карданні вали сполучені жорсткими карданними шарнірами 7 і 9, а з вторинним валом коробки передач - еластичним шарніром (муфтою) 3. Еластична муфта значно знижує шум і вібрації карданної передачі і допускає передачу моменту, що крутить, під кутом.. Еластична муфта розташована між двома фланцями 2 і 4, які сполучені з муфтою болтами 35. При цьому виступи вкладишів заходять в пази фланців, центруючи еластичну муфту на фланцях. На болти кріплення муфти навернені гайки

з нейлоновими вставками, що самоконтрять.