Ведущий мост

ВВЕДЕНИЕ 

 

Во все времена и  у всех народов транспорт играл  важную роль. На современном этапе  значение его неизмеримо выросло. Сегодня  существование любого государства  немыслимо без мощного транспорта. В ХХ в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские преобразования во всех частях света и областях человеческой деятельности. Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов, урбанизация, научно-техническая революция, а также естественно-географические, экономические, политические, социальные и другие фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт мира получил невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в качественном отношениях.

Транспорт как особо динамичная система всегда был одним из первых потребителей достижений и открытий самых различных наук, включая  фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым заказчиком перед большой наукой и стимулировал ее собственное развитие. Трудно назвать область исследований, не имевшую отношения к транспорту. Особенное значение для его прогресса имели фундаментальные исследования в области таких наук, как математика, физика, механика, термодинамика, гидродинамика, оптика, химия, геология, астрономия, гидрология, биология и другие. В не меньшей степени транспорт нуждался и нуждается в результатах прикладных исследований, проводимых в области металлургии, машиностроения, электромеханики, строительной механики, телемеханики, автоматики, а в последнее время электроники и космонавтики.

Необходимость освоения возрастающих грузовых и пассажирских потоков, усложнение условий для сооружения транспортных линий в необжитых, трудных по топографии районах и крупных  городах. Стремления повысить скорость сообщений и частоту отправления  транспортных единиц, необходимость  улучшения комфорта и снижения себестоимости  перевозок - все это требует совершенствования  не только существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые  могли бы более полно удовлетворить  поставленным требованиям, чем традиционные виды транспорта. К настоящему моменту  разработано и реализовано в  виде постоянных или опытно-эксплуатационных установок несколько новых видов  транспортных средств и значительно  больше существует в виде проектов, патентов или просто идей.

 

1. Ведущий мост

 

Ведущим называют мост, механизмы  которого передают крутящий момент от коробки передач колесам. Он включает в себя корпус (картер), главную передачу, дифференциал и полуоси.

Главная передача — механизм трансмиссии, увеличивающий крутящий момент после коробки передач. В  автомобилях крутящий момент в главной  передаче передается под прямым углом.

Главная передача может быть одинарной, состоящей из одной пары шестерен, и двойной, состоящей из двух пар шестерен. Ведущие шестерни выполняют заодно с валом или  съемными. Ведомые шестерни в основном изготавливают в виде съемных венцов, прикрепляемых болтами или заклепками к корпусу дифференциала. В двойной главной передаче имеется одна пара конических и одна пара цилиндрических шестерен. Для обеспечения бесшумной работы конические шестерни выполнены со спиральными зубьями.

Во время движения автомобиля ведущий вал вместе с малой  конической шестерней приводит во вращение ведомую коническую шестерню, закрепленную на корпусе дифференциала.

Дифференциал — механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между полуосями  ведущих колес и позволяющий  им вращаться с различными скоростями. Он состоит из корпуса, крестовины, малых конических шестерен-сателлитов и полуосевых конических шестерен. На цилиндрические пальцы крестовины свободно посажены сателлиты, которые вместе с крестовиной закреплены в корпусе (коробке) дифференциала и находятся в постоянном зацеплении с шестернями правой и левой полуосей.

Когда автомобиль движется прямо и по ровной дороге, оба  ведущих колеса встречают одинаковое сопротивление качению. При этом ведомая шестерня главной передачи вращает вокруг своей оси корпус дифференциала с крестовиной  и сателлитами.

Сателлиты, находясь в зацеплении с правой и левой полуосевыми шестернями, зубьями приводят их во вращение с одинаковой частотой. В этом случае сателлиты вокруг собственной оси не вращаются.

На повороте колеса автомобиля проходят разную длину пути. Вращение внутреннего колеса замедляется, а  наружного убыстряется. Сателлиты, вращаясь вместе с корпусом, зубьями  упираются в зубья полуосевой шестерни, замедлившей вращение, и сообщают дополнительную скорость   другой   полуосевой   шестерне,   в результате чего наружное колесо, проходя больший путь, вращается быстрее.

На грузовых автомобилях  с тремя осями устанавливают  межосевой дифференциал. Для уменьшения нагрузки на заднюю ось применяют  два ведущих моста — средний  и задний. Межосевой дифференциал служит для равномерного распределения  крутящего момента между двумя  ведущими мостами и уменьшения износа шин. Он установлен в среднем (промежуточном) мосту в отдельном корпусе, прикрепленном  к корпусу главной передачи через  стакан подшипников ведущей конической шестерни. В корпусе расположены правая и левая чашки 2, конические шестерни привода среднего и заднего мостов, между которыми находится крестовина с посаженными на ней сателлитами на бронзовых втулках.

Здесь же расположен механизм блокировки дифференциала, состоящий  из муфты блокировки, вилки и диафрагменной  камеры.  Муфта помещена на внутренней зубчатой муфте, жестко соединенной  с конической шестерней привода  главной передачи среднего моста.

Механизм блокировки предназначен для принудительной блокировки дифференциала  при движении по скользким и размокшим  дорогам. При его включении ручкой крана управления, расположенной  в кабине под рулевой колонкой, воздух из пневматической системы поступает  уже в диафрагменную камеру.

Диафрагма прогибается, преодолевая  сопротивление пружины, и перемещает шток с вилкой и муфтой блокировки вперед. Последняя находит шлицами на зубчатый венец задней чашки дифференциала и блокирует его, жестко соединяя корпус дифференциала с конической шестерней. Блокировку следует применять при малой скорости движения автомобиля или перед началом   его движения.

При выключении механизма  блокировки воздух из-под диафрагмы  камеры 6 уходит в атмосферу, а пружина  диафрагмы перемещает шток, вилку  и муфту в первоначальное исходное положение.

Во время движения по сухим  дорогам с твердым покрытием  блокировать межосевой дифференциал не следует, так как это в результате приводит к повышенному износу шин  и перерасходу топлива.

Полуоси. Полуосевые шестерни шлицованными отверстиями насажены на полуоси. Другие концы полуосей соединены фланцами со ступицами ведущих колес.

На грузовых автомобилях  применяют полностью разгруженные полуоси. На такую полуось действует  только крутящий момент, а все остальные силы воспринимаются кожухом полуоси, так как ступица колеса установлена на подшипники, посаженные непосредственно на кожух.

 

2. Назначение и техническое описание

 

Какой мост на автомобиле ведущий  и какое его назначение?

На большинстве автомобилей  ведущим является задний мост. На некоторых  автомобилях (КамАЗ, ЗИЛ-133, Урал-377) устанавливают  два задних ведущих моста. На автомобилях  повышенной проходимости все мосты  ведущие. Передний мост в этом случае является ведущим и управляемым. Ведущий мост главной передачей  воспринимает крутящий момент от карданной  передачи, увеличивает его и через  дифференциал распределяет его по колесам. Кроме того, ведущий мост воспринимает часть общей массы автомобиля и передает ее на точки опоры (колеса).

Как устроен ведущий мост?

Ведущий мост состоит из картера, представляющего собой  стальную или чугунную пустотелую конструкцию, в которой монтируется главная  передача, дифференциал, полуоси. В  картер ввариваются или приклепываются стальные термически обработанные трубы  с площадками и резьбой для  установки подшипников, а также  регулировки и крепления ступиц колес. Внутри трубы проходит полуось, подводящий крутящий момент к колесу.

Какое назначение главной  передачи на автомобиле, какой она  бывает?

Главная передача – механизм трансмиссии автомобиля, преобразующий  крутящий момент и расположенный  перед ведущими колесами автомобиля, передает крутящий момент на полуоси  под прямым углом и повышает тяговые  усилия кроме того, что дает коробка передач и раздаточная коробка. Главная передача может быть шестеренной или червячной. Наибольшее распространение получили шестеренные передачи, которые могут быть одинарными центральными или гипоидными, а также двойными неразнесенными (ЗИЛ-130) и разнесенными (МАЗ-500А).

Как устроена и работает одинарная гипоидная главная  передача?

Одинарная главная передача с гипоидным зацеплением зубьев шестерен устанавливается на легковых автомобилях и грузовых автомобилях  средней и небольшой грузоподъемности (ГАЗ, УАЗ). Такая передача (рисунок 1, а) состоит из малой ведущей шестерни 1, изготовленной вместе с валом, находящейся в постоянном зацеплении с большой ведомой шестерней 2, жестко прикрепленной к чашкам дифференциала и через их подшипники опирающейся на картер моста. Вал ведущей шестерни соединяется с карданной передачей, ведомая шестерня через дифференциал – с полуосями 3. Она имеет в несколько раз больше зубьев, чем ведущая, что и обеспечивает повышение крутящего момента на ведущих колесах. Ось малой ведущей шестерни опущена ниже оси большой ведомой шестерни, что позволяет опустить центр тяжести автомобиля и тем самым повысить его устойчивость при движении на высоких скоростях. Гипоидные передачи бесшумны и долговечны в работе, у них большая толщина и длина зубьев, находящихся в одновременном зацеплении, что увеличивает срок службы. Однако между зубьями таких передач давление более высокое, чем у центральной передачи, поэтому для их смазки применяется специальная гипоидная смазка.

Рисунок 1 - Типы главных передач: 
а – одинарная; б – двойная; в – планетарная.

Какая одинарная главная  передача называется центральной?

Центральной одинарной главной  передачей называется передача, в  которой оси малой ведущей  и большой ведомой шестерен находятся  в одной плоскости, т. е. пересекаются.

Как определяется передаточное отношение одинарной главной  передачи?

Передаточное отношение  U_ГП одинарной главной передачи определяется как отношение количества зубьев ведомой шестерни Z_ВЕД к количеству зубьев ведущей шестерни

Как устроена и работает двойная главная передача?

В двойной главной передаче (рисунок 1, б) в передаче крутящего момента участвуют две пары шестерен: пара конических 4 и 5 и пара цилиндрических 6 и 7. Вал малой ведущей шестерни 4 соединен с карданной передачей. Большая ведомая шестерня 5 установлена на одном валу с малой цилиндрической 6, а большая ведомая цилиндрическая шестерня 7 через дифференциал соединена с полуосями. Крутящий момент передается от малой ведущей шестерни 4 к ведомой 5, где происходит первое снижение частоты вращения. Так как ведомая шестерня 5 смонтирована на одном валу с малой ведущей цилиндрической шестерней 6, то она уже становится ведущей и вращает большую ведомую цилиндрическую шестерню 7, производя повторное снижение частоты вращения. Общее передаточное отношение главной передачи равно произведению передаточных отношений пары конических Uк и пары цилиндрических Uц шестерен, т. е. U_ГП = U_К·U_Ц. Например, определим общее передаточное отношение главной передачи автомобиля ЗИЛ-130, у которого малая ведущая коническая шестерня имеет Z_КВ = 13, большая ведомая коническая Z_{К ВЕД} = 25, малая ведущая цилиндрическая шестерня Z_ЦВ = 14, большая ведомая цилиндрическая шестерня Z_{Ц ВЕД} = 47 зубьев, тогда:

U_ГП = U_К · U_Ц = 1,92 · 3,36 = 6,45.

Это значит, что частота  вращения шестерен уменьшится в 6,45 раза, а тяговые усилия на ведущих колесах  увеличатся во столько же раз. Поэтому  двойные главные передачи обычно применяют в тех случаях, когда  необходимо получить большое передаточное отношение при небольших размерах ведущего моста.

Как устроена и работает двойная разнесенная передача?

Двойная разнесенная передача (автомобиль МАЗ-500А) состоит из пары конических шестерен, устанавливаемых  в картере заднего моста и  планетарной передачи, устанавливаемой  в колесах (рисунок 1, в).

Планетарная передача имеет  ведущую солнечную шестерню 11, жестко соединенную с полуосью 10, цилиндрические сателлиты 9, смонтированные на роликовых  цилиндрических подшипниках на осях 8, которые неподвижно закреплены в чашках водила на фланце полуосевого рукава ведущего моста, и ведомую коронную шестерню 12, соединенную со ступицей колеса. При вращении полуоси солнечная шестерня 11 через сателлиты 9 передает крутящий момент на коронную шестерню и ступицу колеса. Общее передаточное отношение такой передачи определяется как произведение передаточных отношений конических шестерен и колесного редуктора.

Применение колесных планетарных  передач позволяет уменьшить  габариты главной передачи, увеличить  дорожный просвет (клиренс) и разгрузить шестерни, дифференциал и полуоси  от повышенных усилий, улучшая их работу. Кроме того, путем замены шестерен в колесных передачах проще изменить передаточное отношение ведущего моста  при создании модификаций автомобилей.

Как подразделяются дифференциалы?

По конструктивному исполнению дифференциалы могут быть шестеренными и кулачковыми. Шестеренные могут быть с коническими и цилиндрическими шестернями. По типу выключающего механизма дифференциалы могут быть без блокировки и блокирующиеся. Блокирующиеся дифференциалы бывают с принудительной блокировкой и самоблокировкой. В зависимости от места расположения дифференциалы подразделяются на межколесные и межосевые.

Как устроен и работает межколесный дифференциал?

Межколесный дифференциал (рисунок 2, а) состоит из разъемного корпуса 1, крестовины 3, сателлитов 4, полуосевых конических шестерен 2, соединенных с полуосями 6. К корпусу дифференциала крепится ведомая шестерня 5 главной передачи. Корпус вместе с шестерней вращается на роликовых конических подшипниках, смонтированных в картере ведущего моста. Шестерни-сателлиты 4 свободно вращаются на шипах крестовины, установленной между двумя половинами корпуса 1, и находятся в постоянном зацеплении с полуосевыми шестернями 2, которые свободно закреплены в корпусе 1 и могут вращаться независимо от него. Полуосевые шестерни своими шлицами установлены на полуосях и также могут вращаться независимо от корпуса. Наружные концы полуосей непосредственно опираются на подшипники, имеющиеся в картере ведущего моста, или через ступицы ведущих колес. От полуосей вращение передается на ведущие колеса автомобиля.