Современные тенденции развития конструкции главной передачи автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахский национальный технический университет им К.И.Сатпаева

СЕКЦИЯ

ИННОВАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ, ТРАНСПОРТЕ И ТЕХНИКЕ

УДК 629.113.(088.8)

Муратхан А.Р., Куанышев Г.И.

г. Алматы, Республика Казахстан

aisaraa93@mail.ru

современные тенденции развития конструкции главной передачи автомобиля

Аннотация

Проведен обзор и анализ конструкции современных автомобилей. На основе инновационных патентов были приведены наиболее эффективные технические решения.

Ключевые слова: автомобиль, трансмиссия, ведущий мост, главная передача, передаточное число, гипоидная передача.

Главная передача, является основным из узлов трансмиссии автомобиля, предназначена для выполнения двух функций. Первая из них определяется тем, что диапазон частот вращения вала автомобильного двигателя (от минимально устойчивой до частоты вращения, соответствующей максимальной мощности двигателя) составляет несколько тысяч оборотов в минуту, что в несколько раз больше, чем диапазон частот вращения ведущих колес. Поставив между двигателем и движителем некоторый редуктор, удается не только согласовать эти величины, но и соответственно повысить крутящий момент, подводимый к ведущим колесам, обеспечив требуемые тяговые и топливно-экономические показатели автомобиля.

Вторая функция главной передачи состоит в изменении направления вектора крутящего момента в соответствии с компоновочной схемой автомобиля. Так, если ось вала двигателя параллельна продольной оси автомобиля, то вектор момента необходимо повернуть на 90°[1].

Классификация главной передачи

По количеству ступеней преобразования передаточного числа главные передачи делятся на одинарные и двойные (рисунок 1) [ 2].

Рисунок 1 - Типы главных передач

Одинарные главные передачи состоят из одной пары шестерен.

Цилиндрическая главная передача применяется в переднеприводных легковых автомобилях при поперечном расположении двигателя и размещается в общем картере с коробкой передач и сцеплением, косозубыми и шевронными. Цилиндрическая главная передача имеет высокий КПД -- не менее 0,98, но она уменьшает дорожный просвет у автомобиля и более шумная.

Коническая главная передача (рисунок 2, а) [2] применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен в конической главной передаче лежат в одной плоскости и пересекаются, а шестерни выполнены со спиральными зубьями. Передача имеет повышенную прочность зубьев шестерен, небольшие размеры и позволяет снизить центр тяжести автомобиля. КПД конической главной передачи со спиральным зубом 0,97...0,98.

Рисунок 2 - Одинарные главные передачи: а, б, в -- одинарные; г, д -- двойные; е -- редуктор; 1 -- ведущая шестерня; 2 -- ведомая шестерня; 3 -- червяк; 4 -- червячная передача; 5 -- коническая шестерни; 6 -- цилиндрические шестерни; 7 -- полуось; 8 -- солнечная шестерня; 9 -- сателлит; 10 -- ось; 11 -- коронная шестерня; l - гипоидное смещение

Гипоидная главная передача (рисунок 2, б) имеет широкое применение на легковых и грузовых автомобилях. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен гипоидной главной передачи в отличие от конической не лежат в одной плоскости и не пересекаются, а перекрещиваются. Передача может быть с верхним или нижним гипоидным смещением l. Гипоидная главная передача с верхним смещением используется на многоосных автомобилях, так как вал ведущей шестерни должен быть проходным, а на переднеприводных автомобилях -- исходя из условий компоновки. Главная передача с нижним гипоидным смещением широко применяется на легковых автомобилях. Гипоидная главная передача по сравнению с другими более прочная и бесшумная, имеет высокую плавность зацепления, малогабаритная и ее можно применять на грузовых автомобилях вместо двойной главной передачи. Она имеет КПД, равный 0,96...0,97. При нижнем гипоидном смещении имеется возможность ниже расположить карданную передачу и снизить центр тяжести автомобиля, повысив его устойчивость. Однако гипоидная главная передача требует высокой точности изготовления, сборки и регулировки. Она также требует из-за повышенного скольжения зубьев шестерен применения специального гипоидного масла с сернистыми, свинцовыми, фосфорными и другими присадками, образующих на зубьях шестерен прочную масляную пленку.

Червячная главная передача (рисунок 2, в) может быть с верхним или нижним расположением червяка 3 относительно червячной шестерни 4, имеет передаточное число 4...5 и в настоящее время используется редко. Ее применяют на некоторых многоосных многоприводных автомобилях. По сравнению с другими типами червячная главная передача меньше по размерам, более бесшумна, обеспечивает более плавное зацепление и минимальные динамические нагрузки. Однако передача имеет наименьший КПД (0,9...0,92) и по трудоемкости изготовления и применяемым материалам (оловянистая бронза) является самой дорогостоящей.

Двойные главные передачи

Эти передачи применяются на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, на полноприводных трехосных автомобилях и автобусах для увеличения передаточного числа трансмиссии, чтобы обеспечить передачу большого крутящего момента. КПД двойных главных передач находится в пределах 0,93...0,96.

Двойные главные передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен с прямыми или косыми зубьями. Наличие цилиндрической пары шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен.

В центральной главной передаче (рисунок 2, г) коническая и цилиндрическая пары шестерен размещены в одном картере в центре ведущего моста. Крутящий момент от конической пары через дифференциал подводится к ведущим колесам автомобиля.

В разнесенной главной передаче (рисунок 2, д) коническая пара шестерен 5 находится в картере в центре ведущего моста, а цилиндрические шестерни 6 -- в колесных редукторах. При этом цилиндрические шестерни соединяются полуосями 7 через дифференциал с конической парой шестерен. Крутящий момент от конической пары через дифференциал и полуоси 7 подводится к колесным редукторам.

Задний мост является ведущим и состоит из одинарного центрального редуктора и двух колесных передач. Задний мост передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя через сцепление, коробку передач и карданный вал к ведущим колесам автомобиля и с помощью дифференциала позволяет ведущим колесам вращаться с разной угловой скоростью. Главная передача входит в конструкцию ведущего моста и является основным его узлом. Главная передача обеспечивает максимальную скорость движения автомобиля на высшей передаче и оптимальный расход топлива в соответствии с ее передаточным числом.

При проектировании автомобиля проводят тяговый расчет для установления необходимых параметров трансмиссии. К параметрам трансмиссии относятся передаточные числа главной передачи и коробки передач. Передаточное число главной передачи определяется по формуле:

U_o = 0.377, (1)

где n_{e max}- максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя;

U_b- передаточное число высшей передачи в коробке передач;

- радиус качения колеса;

- максимальная скорость проектируемого автомобиля.

Передаточные числа главных передач 3,5...4,5 у легковых автомобилей и у грузовых автомобилей и автобусов 5...7.

Проектирование главной передачи начинают с определения радиусов средней точки сопряжения ведущей и ведомой шестерен.

Радиус средней точки зуба ведущей шестерни:

R_o1= (2)

Радиус средней точки зуба ведомой шестерни:

R_o2= , (3)

автомобиль главный передача гидроблокировка

где - число зубьев ведущей шестерни;

- число зубьев ведомой шестерни;

L - длина образующей делительного конуса;

- длина зубьев ведущей шестерни;

- длина зубьев ведомой шестерни;

- угол наклона винтовой линии;

Самая простая конструкция главной передачи обычно бывает у легковых автомобилей с поперечным расположением силового агрегата. Это одинарная цилиндрическая передача, обычно (для уменьшения шума) с косозубыми шестернями.

На автомобилях с продольным расположением силового агрегата конструкция главной передачи получается более сложной. Везде, где это возможно, используются одинарные передачи, которые проще, легче, меньше по размерам и дешевле двойных главных передач.

Но из-за недопустимого возрастания вертикальных габаритов часто они не могут обеспечить большого передаточного числа, что ограничивает их применение на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

Рассмотрим главную передачу некоторых автомобилей.

Грузовой автомобиль ГАЗ-3302

Главная передача - гипоидная, ось ведущей шестерни смещена вниз относительно оси ведомой на 42 мм. Передаточное число главной передачи - 5, 125( на автомобилях с двигателями ЗМЗ-406 и ЗМЗ-402), или 4, 556(с двигателями УМЗ-4215).

Автомобиль КамАЗ 4310

Главные передачи этого автомобиля двойные, одна пара конических шестерен со спиральными зубьями, вторая пара - цилиндрические косозубые шестерни; общее передаточное число передачи 7,62. Устройство главных передач всех трех мостов одинаково, однако, в сборе главные передачи переднего, промежуточного и заднего мостов невзаимозаменяемые.

Автомобиль Mercedes-Benz

Передний ведущий мост автомобиля «Мерседес-Бенц» типа LA 1620/1920 с разнесенной двухступенчатой главной передачей (бортовая передача внешнего зацепления располагается возле ведущих колес, ведущая цилиндрическая шестерня находится на одном уровне с ведомой). Передаточное число главной передачи 5,22.

Легковой автомобиль Renault Logan

Главная передача выполнена в виде пары цилиндрических шестерен, подобранных по шуму. Крутящий момент передается от ведомой шестерни главной передачи на дифференциал и далее на приводы передних колес. Передаточное число равно 4,5.

Ниже приведены инновационные технические рещения, которые можно было бы использовать в конструкциях современных автомобилей

1) Главная передача

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Главная передача содержит зацепленные между собой две ведущие шестерни и два ведомых зубчатых колеса, дифференциал, планетарный механизм и две муфты. Одно ведомое зубчатое колесо соединено с эпициклическим колесом планетарного механизма для передачи вращения дифференциалу. Второе ведомое зубчатое колесо соединено трубчатым валом с солнечной шестерней планетарного механизма.

Одна муфта предназначена для выборочного соединения второй ведущей шестерни с картером или ведущим валом. Вторая муфта предназначена для временного соединения корпуса дифференциала с одним из ведомых зубчатых колес. Такое выполнение главной передачи позволяет расширить кинематические возможности передачи при малых габаритах и массе. 1 ил.

2) Главная передача

RU 2247038 МПК: B60K17/16

Авторы:

Корсаков Владимир Владимирович (BY)

Захарик Андрей Михайлович (BY) и др.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Главная передача содержит картер с масляным резервуаром, размещенную в нем ведомую коническую шестерню и ведущую коническую шестерню с передним и задним коническими подшипниками, наружные обоймы которых запрессованы в стакане подшипников, и маслосборный карман. Причем в картере и стакане подшипников выполнены отверстия для подвода и отвода масла. В стакане между подшипниками установлен маслоотражатель тарельчатой формы с отверстием в центральной части, при этом диаметр отверстия маслоотражателя меньше внутреннего диаметра наружной обоймы переднего подшипника. В результате повышается эффективность смазки подшипников ведущей шестерни главной передачи. 2 ил.

3) Двухскоростная главная передача моста

RU 2321504 МПК: B60K17/16

Авторы:

Захарик Александр Михайлович (BY)

Корсаков Владимир Владимирович (BY)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ведущим мостам транспортных средств. В двухскоростной главной передаче моста планетарная передача установлена в картере ведущей конической шестерни. Коронная шестерня (23) смонтирована на ступицу (24), выполненную заодно целое с полумуфтой (26) с возможностью вращения относительно ступицы (10) водила, и снабжена возможностью соединения посредством муфты (27) с полумуфтой (32), принадлежащей картеру (14).Ступица (10) водила постоянно связана соединительной муфтой (8) с ведомым валом и соосно расположена ведущему и ведомому валам. Соединительная муфта (8) снабжена наружными зубьями (9), контактирующими с зубьями муфты (27), соединяющей ведомый и ведущий валы со ступицей коронной шестерни. Ведущий вал (15) установлен на дополнительный подшипник (17), размещенный в расточке (18) ведомого вала (3). Ступица (24) коронной шестерни с полумуфтой (26) установлена на подшипник, опирающийся на ступицу водила. Это позволяет получить замедленные технологические скорости и повысить проходимость транспортного средства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

4) Механизм автоматической гидроблокировки дифферециала

RU 2376514 МПК: B60K17/16

Автор: Сеитов Мурат Кайлешевич

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механизмам блокировки дифференциала. Механизм автоматической гидроблокировки дифференциала состоит из гидронасоса с шестернями, двух клапанов, поддерживаемых в открытом состоянии пружинами, и промежуточных валов с промежуточными шестернями. Механизм гидроблокировки дифференциала находится в пространстве между сателлитами дифференциала и полуосевыми шестернями и заключен в картер.

Шестерни гидронасоса сблокированы с двумя промежуточными шестернями, которые находятся в зацеплении с другой парой промежуточных шестерен. Промежуточные шестерни сблокированы с сателлитами дифференциала. Картер заполнен рабочей жидкостью на большую часть своего объема и своими цапфами опирается на два подшипника, запрессованных в полуосевые шестерни. Решение направлено на повышение долговечности механизма и обеспечение блокировки дифференциала при возрастании разницы скоростей вращения колес. 1 ил.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что главная передача современных автомобилей используется в основном гипоидная передача. Который обеспечивает передачу больших передаточных моментов при минимальных размерах.

ЛИТЕРАТУРА

1 Конструкция автомобиля. Шасси/ Под общ. ред А.Л. Карунина - М.: МАМИ, 2000.;

2 http://www.carspec.info;

3 Гришкевич А. И. Автомобили. Конструкции и расчет. Минск: Выш. шк. 1985. 240 с;

4 www.ru-patent

5 www.findpatent

6 bank.patentov

LITERATURE

1 Construction of car. Undercarriage/under the general editing A.L.Karunin-M.^:MAMI,2000:

2 http://www.carspec.info;

3 Cars. Construction and calculation. Minsk: higher sch. A.I.Grishkevich. 1985.240 p.

4 www.ru-patent

5 www.findpatent

6 bank.patentov

М?ратхан А.Р. 4 курс студенті, Куанышев Г.И. т.?.к

Автомобильды? басты берілісіні? конструкциясыны? дамуыны? ?азіргі ?рдістері

Т?йіндеме. ?азіргі автомобиль конструкциясыны? анализын ?ткізіп, шолу ?ткізілді. Инновациялы? патенттерді? негізінде е? тиімді техникалы? шешімдер ?сынылды.

Т?йін с?здер: Авток?лік, трансмиссия, жетекші белдік, басты беріліс, гипоидты? беріліс.

Muratkhan A.R. student of 4 kurs, Kuanyshev G.I. k.t.sc.

Modern progress of construction of main transmission of car trends

Summary. A review and analysis of construction of modern cars are conducted. On the basis of innovative patents the most effective technical decisions over were brought.

Key words: car, transmission, leading bridge, main transmission, gear-ratio, hypoid transmission.

Размещено на Allbest.ru