Тема 8. Головна передача, диференціал та привод
8.1. Головна передача
8.1.1. Призначення вимоги до конструкцій і класифікація головних передач
8.1.2. Одинарна головна передача
8.1.3. Подвійна головна передача
8.1.3.1. Центральна подвійна головна передача
8.1.3.2. Рознесена подвійна головна передача
8.1.3.3. Двоступеневі головні передачі.
8.1.4. Розрахунок основних параметрів головної передачі
8.1.4.1. Визначення міжосьової і конусної відстані.
8.1.4.2. Визначення модуля і геометричних параметрів зубчастих коліс
8.1.4.3. Визначення зусиль у зачепленні зубчастих коліс
8.1.4.4. Розрахунок зубчастих коліс на міцність.
8.1.4.5. Розрахунок валів головної передачі на міцність та жорсткість.
8.1.4.6. Вибір та розрахунок підшипників головної передачі
8.2. Диференціал
8.2.1. Призначення, вимоги до конструкцій і класифікація диференціалів
8.2.2. Кінематичні та силові зв’язки в диференціалах
8.2.3. Розрахунок шестеренчастого диференціалу
8.3. Привод ведучих коліс
8.3.1. Призначення, вимоги до конструкцій і класифікація приводу
8.3.2. Розрахунок півосей
8.3.3. Розрахунок підшипників
8.1. Головна передача
8.1.1. Призначення вимоги до конструкцій і класифікація головних передач
Головна передача призначена для постійного збільшення крутного моменту двигуна та передачі його через диференціал та півосі до ведучих коліс автомобіля. Передатне число головної передачі вибирається під час виконання тягового розрахунку з умови забезпечення заданої максимальної швидкості руху на вищій передачі й паливної економічності автомобіля.
До головної передачі можна сформулювати наступні вимоги:
- мати мінімальні розміри для забезпечення найбільшого дорожнього просвіту;
- мати найменший рівень шуму під час роботи;
- не створювати коливань кутової швидкості в трансмісії;
- мати достатню міцність і жорсткість при мінімальній масі з метою зменшення впливу на підвіску і покращення цим самим плавності ходу.
Головні передачі можна класифікувати за наступними ознаками:
1. За числом і взаємним розміщенням пар зубчастих коліс у зачепленні:
одинарні (одноступеневі);
двохступеневі;
центральні;
подвійні з центральним редуктором;
подвійні рознесені (з колісним або з бортовим редуктором).
2. За типом зубчастих пар:
черв’ячні, які за взаємним розміщенням зубчастих коліс поділяються на передачі з верхнім та нижнім розміщенням черв’яка;
циліндричні;
конічні;
гепоїдні, які за взаємним розміщенням зубчастих коліс поділяються на передачі з верхнім та нижнім гепоїдним зміщенням;
комбіновані.
3. За формою зубчастих коліс:
з прямим зубцем;
з круговим зубцем;
прямозубі;
косозубі;
шевронні.
8.1.2. Одинарна головна передача
Одинарна передача виконується циліндричною, конічною, гепоїдною, черв’яч-ною. Вона має малі габарити і масу, однак її передатне число, як правило (за винятком черв’ячної), не перевищує 7. Використовується одинарна передача в більшості легкових та вантажних автомобілях малої та середньої вантажності.
В
легкових автомобілях для збільшення
плавності зачеплення передачі і зменшення
її шумності число зубців ведучої шестерні
вибирають не менше дев’яти. У вантажних
автомобілях із застосуванням корекції
вдається нарізати на ведучій шестерні
п’ять зубців, що зменшує геометричні
розміри головної передачі.
В більшості випадків одинарна передача виконується з конічних чи гепоїдних зубчастих коліс, оскільки вони мають мінімальні розміри і масу, невисоку вартість, відносно прості в експлуатації.
а б
Рис. 8.1.1. Схема конічної (а) та гепоїдної (б) головної передачі.
Конічні головні передачі (рис. 8.1.1, а) із спіральним (круговим) зубцем прості у виготовленні й обслуговуванні. Середній кут нахилу зубців = 300...450. Основними недоліками передач є наявність значних осьових зусиль у зачепленні, велика чутливість до неточності зачеплень, підвищений рівень шуму під час роботи. При невеликій розбіжності вершин конусів передачі різко погіршуються умови її роботи, що супроводжується підвищенням зношення і рівня шуму.
Для
конічної передачі передатне число
визначається як
,
де r1,
r2
- радіуси відповідно ведучої шестерні
і веденого колеса, а к.к.д. дорівнює
= 0,97...0,98.
Гепоїдні передачі (рис. 8.1.1, б, рис. 8.1.2) відрізняються від конічних передач зі спіральним зубцем зсувом осей валів на величину Е. Тому кути нахилу зубців колеса 2 і шестірні bw1, різні. Ця різниця створює такі основні переваги гепоїдної передачі як компактність, безшумність у роботі, в результаті наявності поздовжнього ковзання зубців (цим гепоїдна передача схожа на черв’ячну) та зменшення вимог до точності складання передачі. К.к.д. гепоїдної передачі дорівнює = 0,96...0,97. Цим накладається обмеження на величину Е - гепоїдне зміщення, яке дорівнює
Е = (0,125...0,200)d2
де d2 - діаметр зубчастого колеса (рис. 8.2).
З рис. 8.1.2 видно, що нормальні сили Fн, що діють у зачепленні, рівні між собою, а дотичні сили зв'язані між собою співвідношенням
.
З урахуванням цього співвідношення передатне число гепоїдної передачі буде
(8.1.1)
Т
аким
чином, згідно формули (8.1.1) при незмінному
діаметрі шестірні 1 діаметр колеса 2
можна зменшити в k - разів, а саме k =
1,25...1,5 (менше значення відноситься до
вантажних автомобілів, що мають менше
гепоїдне зміщення, більше - до легкових
автомобілів).
Тому при однакових передатних числах гепоїдні передачі за інших рівних умов мають більш високу міцність порівняно з конічними передачами із спіральним зубцем. Збільшення діаметра шестірні створює сприятливі умови для підвищення жорсткості ведучого вала і його підшипникового вузла.
В існуючих конструкціях гепоїдних передач 1 = 450...500, 2 = 200...300.
Рис. 8.1.2. Розрахункова схема гепоїдної передачі
Гепоїдне зміщення буває верхнім і нижнім. При нижньому зміщенні шестірні 1 осьова сила в зачепленні повинна бути спрямована до великого конуса (рис. 8.1.2). Осьові зусилля, що діють на шестерню, трохи вищі, ніж осьові зусилля конічної передачі із спіральним зубцем.
Вісь ведучої шестерні гепоїдної передачі легкових автомобілів зміщують вниз відносно осі веденого колеса для зменшення висоти підлоги кузова і розмірів кожуха для карданного валу. Вісь ведучої шестерні 1 гепоїдної передачі вантажних автомобілів зміщують вверх відносно осі веденого колеса для покращення параметрів прохідності автомобіля.
Циліндрична одинарна передача використовується у передньоприводних автомобілях при поперечному розміщенні двигуна. Зубці такої передачі можуть бути прямими, косими і шевронними. Найвище значення к.к.д. такої передачі - 0,98.
Черв’ячні головні передачі найчастіше застосовуються на автобусах, рідше на багатовісних автомобілях і ще рідше на легкових і вантажних автомобілях масового виробництва. Широкому їх поширенню перешкоджають менший коефіцієнт корисної дії ( = 0,9...0,92), більша складність виготовлення і більша вартість, спричинена застосуванням таких дорогих і дефіцитних матеріалів як оловяниста бронза з якої виготовляють черв’ячні колеса. Однак черв’ячна передача має свої переваги, основними з яких є:
малі габарити і вага при великому передатному числі;
більш безшумна і плавна робота;
можливість спрощеного приводу до ведучих осей багатовісних автомобілів;
Передатні числа одинарних передач: циліндричної – 3,5...4,2; конічної та гепоїдної – до 7 (для легкових автомобілів – 3,5...4,5 вантажних автомобілів та автобусів – 5,0...7,0); черв’ячної може бути більше 7.