6 Лабораторная работа №5 «рабочие процессы и анализ конструкций главных передач»

Цель работы: Экспериментальное определение влияния предвари­тельного натяга подшипников на величину осевого перемещения ведущей шестерни главной передачи.

Основные положения

Главная передача - механизм трансмиссии автомобиля, преобра­зующий крутящий момент и расположенный перед ведущими колеса­ми автомобиля. Выбирается из условий получения заданной макси­мальной скорости автомобиля на высшей передаче в коробке передач и оптимальной топливной экономичности.

Главные передачи по числу, виду и расположению зубчатых ко­лес подразделяют на одинарные, двойные, конические, гипоидные, центральные двойные, разнесенные двойные, цилиндрические, чер­вячные, двухступенчатые. Полная ах классификация приведена в ли­тературе [1].

Одинарные главные передачи

Компактны имеют минимальные размеры и массу, невысокую стоимость, простоту в производстве и эксплуатации. Их применение ограничено величиной передаточного числа и несущей спо­собностью зубчатого зацепления: при передаче большого крутящего момента необходимо увеличивать модуль зуба, а, следовательно, и разме­ры зубчатых колес, что приводит к уменьшению дорожного просвета.

Одинарные конические главные передачи применяют на легко­вых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности (рис. 6.1 а). Более широкое распространение получила гипоидная главная передача (рис. 6.2 б), обладающая рядом преимуществ перед конической: повышенной несущей способностью по контактным напряжениям, большей плавностью работы и бесшумностью. Иногда применение такой передачи обусловлено наличием гипоидного сме­щения Е как фактора, расширяющего компоновочные возможности. Гипоидные передачи устанавливают на автомобили семейства ВАЗ, "Москвич", "Волга", ГАЗ-53 и др.

Абсолютное большинство зубчатых колес конических и гипоид­ных передач, устанавливаемых на автомобилях (около 95%), имеют круговую линию зубьев. Иногда используются эвольвентная или цик­лоидальная линии зубьев. Для устранения концентрации напряжений на поверхности зубьев, вызываемых деформированием сопрягаемых деталей, радиус кривизны выпуклой стороны зуба делают меньшим, чем радиус кривизны вогнутой стороны. В этом случае линейный кон­такт зубьев происходит не по всей длине зуба, а лишь на некотором участке по обе стороны от контактной точки, и действительная длина контактной линии увеличивается с ростом нагрузки.

Направление винтовой линии зуба конических зубчатых колес выбирают из определенного условия с тем, чтобы при эксплуатации осевое усилие шестерни было направлено от вершины конуса и отжи­мало шестерню от колеса, не давая ему защемляться. При вращении конической шестерни по часовой стрелке (движение автомобиля впе­ред) это условие выполняется в случае левого направления винтовой линии зуба. При движении автомобиля назад направление осевого усилия изменится, но величина его будет меньше.

В гипоидных передачах направление винтовой линии зуба зубчатых колес определяется направлением смешения оси шестерни. При смещении оси вниз направление винтовой линии зубьев шестер­ни должно быть левое, чтобы осевое усилие шестерни было направле­но от вершины конуса. При смещении оси вверх направление винто­вой линии зуба по тем же соображениям, должно быть правое. Сме­щение Е в гипоидных передачах легковых автомобилей не должно повышать 0,2 D_w - внешний делительный диаметр шестерни, а в гру­зовых автомобилях

0,125 D_w.

Одинарную цилиндрическую передачу используют на легковых автомобилях при поперечном расположении двигателя. Некоторые зарубежные фирмы применяют одинарную червячную главную пере­дачу. В этом случае можно получить главную передачу с передаточ­ным числом более 7,0. Однако более низкий по сравнению с кониче­ской и гипоидной передачами КПД червячной передачи, меньшая на­грузочная способность при тех же размерах и несколько большая сто-имость производства ограничивают область применения таких передач.

Двойные главные передачи

Центральная двойная главная передача обладает большей нагру­зочной способностью по сравнению с одинарной при тех же размерах колес и позволяет получить большие передаточные числа без уменьшения дорожного просвета под картером главной передачи.

Центральные главные передачи выполняют по следующим схе­мам: а) первая ступень коническая (гипоидная), вторая - цилиндриче­ская (рис. 6.1 г); б) первая ступень коническая (гипоидная, червячная), вторая ступень - планетарная (рис.6.1 д); в) первая ступень планетар­ная, вторая - коническая (гипоидная) (рис. 6.1 е).

В отечественном автомобилестроении наибольшее распростра­нение получили передачи по схеме, представленной на рис. 6.1 г. Эти передачи могут быть плоскими: все валы расположены в горизонтальной плоскости (ЗИЛ-130) (рис. 6.1 ж); "пистолетного" типа: расположены в двух неперпендикулярных плоскостях (КрАЗ-257Б) (рис. 6.1 з); Г-образными: валы расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - горизонтальной и вертикальной (Урал-375, ЗИЛ-131, КамАЗ-5320). Последний тип главной передачи позволяет получить наиболее компактный промежуточный проход­ной мост тележки трехосного автомобиля.

Рис 6.1. Схемы главных передач

одинарных (а, б, в); двойных (г, д. е, ж, з, и)

При "плоской" главной передаче сокращается расстояние между фланцами крепления карданного вала, что при небольшой базе автомо­биля может привести к большим углам наклона этого вала. В случае Г-образной главной передачи пара конических зубчатых колес размещена над балкой моста, вследствие чего необходимо увеличение высоты пола кузова и соответственно погрузочной высоты платформы.

С точки зрения нагруженности опор промежуточного вала пре­имущество имеет плоская схема, где радиальные усилия, действующие на промежуточный вал со стороны конического колеса и цилиндриче­ской шестерни, направлены в противоположные стороны и лежат в одной плоскости. Это обусловливает уменьшение результирующей этих усилий.

Условия смазывания опор вала, шестерни и промежуточного вала хуже в схемах "пистолетного" типа и Г-образной. В этих конструкциях обычно предусматривают либо принудительную подачу масла с по­мощью насоса, либо устанавливают специальные ловушки, масляные ка­налы со стеком масла к опорным подшипникам указанных валов.

Главная передача, выполненная по схеме, изображенной на рис. 6.1 г. может передавать больший крутящий момент. Обычно пере­даточное число конической пары составляет 1,5~2,7. Главная переда­ча, выполненная по схеме (рис. 6.1 д), обеспечивает лучшие условия компоновки по сравнению со схемами г) и ж). К недостаткам этого ти­па передач относятся повышенная трудоемкость их изготовления, а также несколько большие потери на перемещение масла в централь­ном редукторе. Главная передача, выполненная по схеме, изображен­ной на рис. 6.1 ж, обладает существенными преимуществами в отно­шении требуемой жесткости конструкции и простоты осуществления привода заднего моста тележки. Недостатком ее является несколько меньшая компактность конструкции.

Разнесенная двойная главная передача состоит из центрального редуктора с одинарной конической или гипоидной передачей и меж­колесным дифференциалом, за которым расположены два колесных редуктора.

Разнесенные главные передачи сложнее по конструкции, чем центральные, имеют большее число зубчатых колес и подшипников. Несмотря на это, они получили широкое распространение на автомо­билях средней и большой грузоподъемности, из-за ряда преимуществ, например, возможности уменьшения размеров межколёсного диффе­ренциала и диаметра полуосей вследствие малой степени редакции момента, подводимого к дифференциалу, получения компактной цен­тральной части ведущего моста и достаточно большого дорожного просвета под центральной частью балки ведущего моста, осуществле­ния изменения передаточного числа без изменения конструкции цен­трального редуктора и центральной части балки ведущего моста.

В практике конструирования привода ведущих колес редукторы разнесенной двойной главной передачи разделяют на бортовые, рас­положенные перед ведущими колесами или непосредственно за меж­колесным дифференциалом, и колесные, расположенные в ступице ведущего колеса или его тормозного барабана. Применяют следую­щие виды редукторов: с цилиндрической передачей внешнего зацеп­ления; с конической передачей внешнего зацепления; с цилиндриче­ской передачей внутреннего зацепления; с цилиндрической планетар­ной передачей; с заторможенными центральным или солнечным колесами; с конической планетарной передачей.

Наибольшее распространение получили передачи с многосателлитными планетарными и непланетарными цилиндрическими пере­дачами (МАЗ-5ООА, БелАЗ-540А) вследствие своей повышенной нагрузочной способности и компактности конструкции. Их примене­ние, однако, ограничено допустимой нагрузкой на ось не менее 60 кН. К конструкциям главных передач предъявляются следующие требования:

• минимальные размеры по высоте для обеспечения максимального дорожного просвета;

• возможно более низкий уровень шума;

• общие требования.

Получение возможно более высокого дорожного просвета реа­лизуется подбором соответствующей конструкции главной передачи, например, использованием гипоидной одинарной главной передачи c верхним смешением.

Низкий уровень шума главной передачи является одной из ее основных эксплуатационных характеристик, определяющих как кон­структивное и технологическое совершенство, так и состояние при эксплуатации. Технологически уровень шума снижается за счет точ­ности изготовления зубьев, высокой чистоты их поверхности, а также условий смазки. Точность зацепления зависит как от регулировочных, так и от конструктивных параметров - жесткости установки зубчатых колес и способа их установки.

Жесткость установки зубчатых колес во многом зависит от жест­кости самого картера главной передачи. Его жесткость обеспечивается конфигурацией и целесообразным оребрением. Зубчатые зацепления главной передачи устанавливаются с учетом соответствующих ограни­чений на смещение (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема допустимых смещений в главной передаче

Обеспечение допустимых смещений элементов главной переда­чи достигается рядом специальных конструктивных мероприятий:

• подбором соответствующих подшипников валов;

• использованием дополнительной опоры вала ведущей шестер­ни;

• созданием предварительного натяга подшипников вала веду­ щей шестерни;

• использованием упоров для конического колеса главной передачи;

- регулированием зацепления с помощью прокладок.

Уровень шума, а также обеспечение качественного уплотнения соединяемых элементов (выходных валов, крышек и т. д.), обеспечива­ется правильной организацией смазки элементов главной передачи.

Выход из строя главной передачи связан в первую очередь с из­носом зубьев - более 70%, усталостным выкрашиванием - более 20% и поломками - менее 5%.

Ресурс главных передач до капитального ремонта лежит в преде­лах 125…250 тыс. км пробега для легковых автомобилей и 200…500 тыс. км пробега для грузовых автомобилей.

Порядок выполнения работы

Используя плакаты, схемы, макеты и учебные экспонаты, прове­сти сравнительный анализ предложенных преподавателем конструк­ций главных передач, выделить основные их особенности. При прове­дении анализа выяснить, каким образом в данных конструкциях реа­лизованы предъявляемые к ним требования.

Используя лабораторную установку (рис. 6.3), определить коэф­фициент полезного действия главной передачи и передаточное число.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой главную передачу автомобиля, смонтированную на учебном столе, включающую часть кожуха заднего моста и барабан (тормозной), надетый на полуось.

Рис. 6.3.Схема лабораторной установки

На барабан намотан трос, к которому подвешен груз заданного веса. Суть выполнения задания по лабораторной работе в следующем: поворачивая с помощью динамометрического ключа хвостовик веду­щего вала главной передачи, приводят во вращение тормозной бара­бан, на который начинает наматываться трос с грузом. Зная массу гру­за и радиус барабана (плечо), можно достаточно легко определить мо­мент на выходе главной передачи. Момент на входе определяется с помощью динамометрического ключа. Соотношение этих моментов с учетом передаточного числа главной передачи (формула 2.1) и опре­деляет КПД передачи:

(6.1)

Порядок определения передаточного числа главной передачи аналогичен описанному в лабораторной работе. Угол поворота веду­щего вала главной передачи замеряется путем вращения его на один оборот при одновременном замере угла поворота полуоси. При этом следует учитывать, что вторая полуось не вращается (защемлена). От­ношение этих углов и позволяет определить передаточное число глав­ной передачи.

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать анализ предложенных преподавателем конструкций главных передач с указа­нием их отличий, преимуществ и недостатков, результаты измерений передаточных чисел, прямого и обратного КПД. Вместе с тем могут быть предложены и другие задания по теме данной лабораторной ра­боты.

Контрольные вопросы

1. Назначение главных передач и их классификация.

2. Требования к конструкциям главных передач; как они реализуются в тех или иных конструкциях.

3. Особенности конструкций одинарных и двойных главных передач.

4. Разнесенные главные передачи.

5. Основные характеристики главных передач.

6. Преднатяг подшипников, основные регулировки главной пе­редачи.