14.Раздаточные коробки. Классификация. Требования. Регулировки. Подробно: принцип работы рк с дифференциалом. (Например ваз-2121)

смотреть вопрос 13.

Дифференциал автомобиля, устройство принцип работы.

Дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с разными угловыми скоростями при совершении маневров. Дифференциал распределяет момент между ведущими колесами. Дифференциалы могут отличаться по типу конструкции, по расположению в трансмиссии, а так же по распределению момента.

Т ипы дифференциалов

Разность скоростей вращения ведущих колес возникает при прохождении поворотов, а также неровностей дороги, если при этом скорость вращения колес будет одинаковой, то повысится расход топлива, износ шин.

Дифференциалы могут различаться по способу установки, иметь различную конструкцию, а так же распределять крутящий момент от двигателя неравномерно, или наоборот равномерно. Рассмотрим различные типы конструкций дифференциалов, а также дадим краткое описание конструктивных особенностей, дифференциал может быть:

• межколесный – предназначен для распределения крутящего момента между колесами транспортного средства, устанавливается соответственно между колес.

• межосевой – предназначен для распределения крутящего момента между ведущими мостами транспортного средства. Механизм устанавливается либо в раздаточной коробке, либо между главными передачами многоприводных автомобилей.

• симметричный (рисунок 1 а, б) – распределяет крутящий момент между колесами или осями поровну, чаще всего применяется на автомобиле в качестве межколесного дифференциала, реже в качестве межосевого (когда есть необходимость распределить момент между ведущими мостами поровну). Передаточное число симметричного дифференциала равно 1, осевые шестерни 3 и 4 соответственно имеют равное количество зубьев и одинаковы в диаметре.

• несимметричный (рисунок 1 в, г) – распределяет крутящий момент между осями не поровну, его передаточное число не равно 1, диаметры неодинаковые, соответственно количество зубьев тоже. Чаще всего такие механизмы применяются в качестве межосевых, когда возникает необходимость неравномерного распределения крутящего момента, в соответствии с нагрузкой на ведущих мостах.

Рисунок 1. Схемы шестеренных дифференциалов.

а, б – симметричные;

в, г – несимметричные;

1.корпус;

2.сателлит;

3.шестерня;

4.шестерня.

Несимметричные дифференциалы применяются на легковых автомобилях, когда необходимо сделать акцент на одну из осей. Наиболее яркий пример полноприводые автомобили Jaguar, где на переднюю ось приходится только 30% крутящего момента, акцентируя характер заднеприводного автомобиля, что соответствует традициям и характеру марки. Возможно увеличение крутящего момента, предаваемого на переднюю ось автомобиля, по сравнению с моментом на передаваемым на заднюю ось, таким образом, подчеркивается переднеприводный характер автомобиля.

Устройство и принцип работы дифференциала

При прямолинейном движении по ровной дороге, ведущие колеса проходят одинаковый путь, т.е. их угловые скорости равны. При этом корпус дифференциала, сателлиты, и полуосевые шестерни вращаются как одно целое, получая крутящий момент от ведомой шестерни 5 (рисунок 2, б) главной передачи. Оба колеса при этом имеют одинаковые крутящие моменты, сателлиты 4 при этом, не вращаясь вокруг собственной оси, как бы заклинивают полуосевые шестерни.

Р исунок 2. .

а – устройство;

б – схема работы во время прямолинейного движения;

в - схема работы во время поворота;

корпус (чашка);

полуосевые шестерни;

крестовина;

сателлит;

ведомая шестерня главной передачи;

ведущий вал главной передачи;

полуоси.

При повороте (рисунок 2 в) внутреннее колесо проходит меньший путь, соответственно необходимо изменять его скорость. Скорость полуосевой шестерни 2 слева уменьшается, сателлиты, вращаясь вместе с корпусом, упираются зубьями в зубья полуосевой шестерни слева. Сателлиты при этом начинают вращаться вокруг своей оси, ускоряя вращение правой полуосевой шестерни, в результате чего ведущие колеса вращаются с разными скоростями, без проскальзываний и буксования. На колесе, крутящимся с большей скоростью, крутящий момент при этом ниже.

Во время работы дифференциала имеется один негативный момент: если одно ведущее колесо будет на твердом участке дороги, а второе на скользком или размокшем вращаться будет, то колесо которому легче, соответственно возникает ситуация когда невозможно тронуться с места. Для того чтобы исключить подобные ситуации применяют принудительную блокировку дифференциала, жестко соединяя полуосевые шестерни 2, с корпусом дифференциала, колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью. С заблокированным дифференциалом допускается движение на низкой скорости, в противном случае резко возрастает нагрузка на полуоси и ведущие колеса, а так же резко возрастает износ резины и увеличивается расход топлива. Для того чтобы исключить все вышеперечисленные негативные явления, многие дифференциалы при возрастании скорости разблокируются автоматически.

15.Карданные передачи. Классификация. Требования. Регулировки. Подробно: основные типы карданных передач. Схема и принцип работы резиновой муфты равных угловых скоростей.

1 0 — обойма сальника;

11 — кронштейн безопасности;

12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре;

13 — передний карданный вал;

14 — кронштейн промежуточной опоры;

15 — промежуточная опора;

16 — вилка переднего карданного вала;

17 — задний карданный вал;

18 — вилка заднего карданного вала;

19 — фланец ведущей шестерни главной передачи;

20 — гайка;

21 — болт крепления вилки

В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарни ров, промежуточных опор и соединительных устройств.

По компоновке карданные передачи классифицируются на закрытые и открытые.

Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту, и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион (упругий вал небольшого диаметра), при этом карданные шарниры отсутствуют.

К онструкция промежуточной опоры:

1 — вилка;

2 — упругая подушка;

3 — подшипник промежуточной опоры

Открытая передача не имеет трубы, и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной. Уменьшение длины вала повышает его критическую частоту вращения, которая должна как минимум в 1,5 раза превышать максимально возможную при эксплуатации. Конструкция карданной передачи с двумя валами требует применения промежуточной опоры одного из валов, подшипник которой для компенсации возможного осевого перемещения силового агрегата на раме или кузове установлен в эластичном кольце.

Карданные шарниры при всем многообразии конструкций и по кинематическим характеристикам и допустимым углам между валами могут быть классифицированы так, как это показано в таблице.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей был изобретен в XVI в. итальянским математиком Джироламо Кардано и первоначально нашел применение для подвешивания фонарей в экипажах. Позже английский ученый Роберт Гук дал математическое описание кинематики данного механизма.

Детали карданной передачи (а) и график зависимости угловых скоростей (б):

1 — шлицевая вилка;

2 — П-образная пластина;

3 — стопорная шайба;

4 — крестовина;

5 — вилка заднего карданного вала;

6 — задний карданный вал;

7 — фланец ведущей шестерни главной передачи;

8 — задний карданный шарнир;

9 — игольчатый подшипник;

10 — стопорное кольцо;

11 — болт; 12 — уплотнительное кольцо;

α — угол поворота ведущего вала;

β — угол поворота ведомого вала;

γ — угол между валами

А нализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла γ между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает. Для того чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. По этой причине минимальное количество шарниров должно быть равно 2. При этом в карданной передаче с двумя шарнирами необходимо соблюдение следующих компоновочных требований:

— ведущие вилки расположены под углом 90 ° одна относительно другой;

— углы между валами в обоих шарнирах γ1 и γ2 равны между собой;

• все валы лежат в одной плоскости.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей

Для карданных передач, имеющих число шарниров неравных угловых скоростей более трех, синхронность вращения валов соединенных агрегатов достигается определенным соотношением углов между валами всех шарниров, при этом соотношение зависит от числа шарниров. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок, в цилиндрические отверстия которых вставлены концы крестовины. Вилки жестко закреплены на валах. При вращении валов концы крестовины перемещаются относительно плоскости, перпендикулярной к оси вала.

Крестовина карданного шарнира должна строго центрироваться для исключения переменного дисбаланса карданного вала при его вращении. Центрирование достигается точной фиксацией обойм подшипников при помощи стопорных колец или крышек, которые прикрепляются к вилкам шарнира. Минимальный угол между валами должен быть не менее 2°, иначе цапфы крестовин деформируются иглами и шарнир быстро разрушается (явление бринеллирования). Развитие конструкций карданных шарниров неравных угловых скоростей шло по пути снижения потерь, связанных с вращениями концов крестовины в отверстиях вилок. В конструкциях первых шарниров концы крестовины устанавливались на подшипниках скольжения. С учетом того что в трансмиссии многоосных автомобилей число шарниров может превышать два десятка, применение в них подшипников скольжения может существенно снижать общий КПД трансмиссии. В карданных шарнирах современных автомобилей применяются только игольчатые подшипники качения. В прежних конструкциях применялась смазка, которую было необходимо периодически обновлять через специальную масленку. Карданные шарниры современных автомобилей обычно заправляются высококачественной пластичной смазкой, при сборке и в эксплуатации ее не заменяют.

1 6.Карданные передачи. Классификация. Требования. Регулировки. Подробно: принцип работы и конструкция карданной передачи с шарнирами неравных угловых скоростей. Крестовина.

Смотреть вопрос 15

17.Карданные передачи. Классификация. Требования. Регулировки. Подробно: принцип работы и конструкция карданной передачи с шарнирами равных угловых скоростей. ШРУСы различных конструкций.

У внедорожников и грузовиков повышенной проходимости ведущее и в то же время управляемое колесо должно не только передавать крутящий момент, но и поворачиваться. Следовательно, как и у переднеприводных автомобилей, между колесом и полуосью необходим шарнир. Обыкновенный карданный? Нет. И вот почему.

Шарниры равных угловых

скоростей на «Рено-Р4»:

наружный — сдвоенный

простой кардан,

внутренний — «Бендикс-Вейсс»

Любой карданный шарнир, установленный между ведущим элементом (полуосью) и ведомым (ступицей колеса), передает вращение циклически. При постоянной угловой скорости полуоси вращение колеса каждую четверть оборота то нарастает, то замедляется.

Такие пульсации приводят к возникновению периодически меняющихся инерционных нагрузок, которые резко увеличиваются при росте угла между ведущими и ведомыми элементами. Как следствие, в результате этих пульсирующих нагрузок ускоряется износ шарниров.

На автомобилях, где двигатель соединен с задним ведущим мостом валом с двумя карданными шарнирами, переменные нагрузки испытывает только этот карданный вал. Когда обе вилки вала лежат в одной плоскости, а углы ведущего вала с карданом и кардана с ведомым одинаковы, то к главной передаче пульсации, о которых шла речь, не передаются. К сожалению, при независимой подвеске колес добиться такого равенства углов не удается.

Представим себе автомобиль с передними ведущими колесами, подвешенными независимо одно от другого. Рычаги подвески практически никогда, вне зависимости от их конфигурации и конструкции, не обеспечивают упомянутого равенства углов, и на управляемое, перемещающееся в двух плоскостях колесо всегда будут передаваться пульсирующие нагрузки. Это означает, что необходимо специальное сочленение, которое скрадывало бы эти нежелательные пульсации.

Подобные сочленения называются шарнирами равных угловых скоростей (сокращенно — ШРУСами), а также синхронными или гомокинетическими шарнирами. Для машины с передними ведущими управляемыми колесами ШРУС — залог полноценного существования. Эти шарниры играют в конструкциях автомобилей такую же важную роль, как механизм перекоса винта в вертолете.

Полуоси переднеприводного

«Кадиллак-Севиль»

со ШРУСами на обоих концах.

Шарниры защищены

резиновыми чехлами

Простейшее решение — объединить два обычных карданных шарнира «спина к спине» так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущий вилкой другого. Частота вращения валов на входе и выходе такого сдвоенного шарнира будет одинаковой, если, во-первых, внутренние вилки разместить в одной плоскости, а, во-вторых, если входной и выходной валы шарнира станут образовывать угол, на биссектрисе которого окажется точка пересечения осей его вилок. Для этого между вилками размещают два делительных рычажка со сферическим соединением.

Такой сдвоенный шарнир первоначально казался идеальной конструкцией. ШРУС имел хорошую долговечность (60-70 тыс. км), работал при углах до 45 градусов, но... был довольно громоздким и на ранних моделях переднеприводных легковых машин 20-х годов («Альвис-ФА», «Корд-Л29», «Миллер-91») не оставлял в ступице переднего колеса места для тормоза. (Приходилось выносить тормоз к картеру главной передачи.)

Однако год от года ШРУС в виде сдвоенного карданного шарнира совершенствовался, становился более компактным и в 60-е годы встречался и на «Рено-Р4», и на «Пежо-204». Но чаще всего этот шарнир находил применение на тяжелых переднеприводных грузовиках, например, таких, как МАЗ-509.

Одними из первых в 1932 г. подошли к разработке теоретических основ ШРУСов французы Жан-Альбер Грегуар и М. д’Оранж. При этом Ж.-А. Грегуар разработал и запатентовал собственную конструкцию ШРУСа, применявшуюся уже с 1925 г. на автомобилях «Тракта», конструктором которых он сам и являлся. Кулачковые шарниры «Тракта» получили в 20-30-е годы широкое распространение и использовались на переднеприводных моделях фирмы «Ситроен», «Штевер», ДКВ, «Адлер». Все эти компании должны были платить изобретателю «королевские сборы» — по 5 немецких марок за каждый автомобиль, оснащенный «грегуаровскими» шарнирами. Это означает, что только «Адлер» в течении лишь одного года выплачивал французу сумму, равную стоимости 20 своих машин.

ШРУСы кулачкового типа:

вверху — «Тракта»,

внизу — более современный,

кулачково-дисковый

Шарнир «Тракта» состоял из простых по механической обработке деталей — кулачков, которые соприкасались по довольно большим поверхностям. Следовательно, удельное давление на эти детали было невелико, а износ — мал. Кроме того, ШРУС «Тракта» хорошо работал при больших углах (до 50 градусов).

Дальнейшая эволюция сочленения «Тракта» привела к созданию кулачково-дискового шарнира, который нашел применение на тяжелых внедорожных грузовиках с постоянным, неотключаемым приводом на все колеса. Постоянная работа такого ШРУСа не приводила к чрезмерно большому износу деталей конструкции, а при мощном моторе низкий КПД практически не ощущался. Кулачково-дисковые шарниры можно увидеть на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ.

Условия, которые поставил Грегуар, не устраивали, в частности, фирму ДКВ, изготовлявшую в середине 30-х годов по 30-40 тыс. малолитражек с передними ведущими колесами. Инженер фирмы Г. Юнг в 1931 г. разработал оригинальную разновидность сдвоенного шарнира. Этот ШРУС получился очень компактным и применялся на довоенных моделях ДКВ и «Ауди», а также на джипах «Хорьх» и закончил свою карьеру на машинах «Трабант» производства ГДР.

Недостатки сдвоенных шарниров и ШРУСов кулачкового типа были преодолены в 20-е годы, когда два изобретателя Карл Вейсс, а затем Альфред Рцеппа создали шариковые ШРУСы.

Сдвоенный шарнир Ганса Юнга

Шарнир Вейсса, придуманный и запатентованный в 1923 г., передает крутящий момент шариками. На внутренней поверхности вилок сделаны четыре канавки полукруглого сечения, которые лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Там, где канавки обеих вилок перекрещиваются, находится шарик. Средние линии канавок равноудалены от центра шарнира и при его вращении образуют две сферические поверхности, которые пересекаются по окружности. Эта окружность лежит в плоскости биссектрисы того угла, под которым располагаются вилки шарнира. Центры шариков всегда лежат в этой плоскости, чем и обеспечивается равномерность вращения. Чтобы исключить осевое смещение вилок, ведущее к изменению плоскости катания шариков, в ШРУС «Вейсс» введен центрирующий шарик, который иногда фиксируется штифтом.

Патент на столь «хитрую» конструкцию купила американская фирма «Бендикс», и в годы второй мировой войны «виллисы», «студебекеры», «доджи» комплектовались ШРУСами «Бендикс-Вейсс». Шарниры такого типа получили широкое распространение и в отечественном автомобилестроении (ГАЗ-69, УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗИЛ-131, БТР-70).

Сочленения «Бендикс-Вейсс» очень технологичны и дешевы в производстве, имеют высокий КПД и обеспечивают угол между вилками не более 35 градусов. Высокие контактные напряжения в зоне шарик-канавка (только два шарика передают крутящий момент в каждое мгновение) заметно сокращают срок службы этих ШРУСов (15-25 тыс. км).

Шариковые ШРУСы:

вверху — «Бендикс-Вейсс»,

внизу — «Рцеппа»

Другой изобретатель, Альфред Рцеппа, в 1927 и 1936 гг. оформил два патента на шариковый ШРУС, в котором крутящий момент передавался шестью шариками, которые работали по равнорасположенным канавкам полукруглого сечения. Специальный делительный рычажок, соединенный с охватывающим шарики сепаратором, постоянно выставляет его в биссекторной плоскости. Более долговечный (100-200 тыс. км) шарнир Рцеппа, который может работать при углах до 40 градусов, вдобавок и компактней, чем ШРУС «Бендикс-Вейсс». Неудивительно, что именно эта конструкция получила наибольшее распространение на современных переднеприводных автомобилях. Различные фирмы («Бирфильд», «Сэгиноу», ГКН, «Льобро») приобрели лицензии на производство «рцепповских» шарниров. Вторичную лицензию приобрел в 1975 г. и ВАЗ для производства «Нивы» и переднеприводных моделей.

Дальнейшее развитие идей А. Рцеппы представляют собой шарниры с тремя сферическими роликами («Льобро», «Трипод», «Уникардан»). Здесь удалось упростить конструкцию и отказаться от делительного рычажка. Канавки (с измененным сечением), теперь разместили не параллельно оси шарниров, а под углом к ней.

Сегодня мы можем с уверенностью говорить, что право на жизнь в трансмиссии легковых переднеприводных моделей завоевали шарниры «Рцеппа» и производные от них, а на мощных тяжелых переднеприводных автомобилях — кулачково-дисковые сочленения или сдвоенные карданы.