Главная передача и дифференциал

Главная передача и дифференциал заднеприводных автомобилей
Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента и передачи его на полуоси колес под углом 90 градусов (рис.1).

Рис. 1 Главная передача с дифференциалом
1 - полуоси; 2 - ведомая шестерня; 3 - ведущая шестерня; 4 - шестерни полуосей; 5 - шестерни-сателлиты

Главная передача состоит из:

· ведущей шестерни,

· ведомой шестерни.

Крутящий момент от коленчатого вала двигателя через сцепление, коробку передач и карданную передачу передается на пару косозубых шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении. На рисунке 1 оба колеса будут вращаться с одинаковой угловой скоростью. Но ведь в этом случае поворот автомобиля невозможен, так как колеса должны пройти неодинаковое расстояние при этом маневре! Если взять игрушечную машинку, у которой задние колеса связаны между собой жесткой осью, и немного покатать ее по полу, то паркет в вашем доме может заметно пострадать. При каждом повороте автомобильчика, одно из его колес обязательно будет проскальзывать, и оставлять за собой черный след. Давайте посмотрим на следы, оставленные на повороте мокрыми колесами любого реального автомобиля. Рассматривая эти следы заинтересованно, можно увидеть, что внешнее от центра поворота колесо проходит путь значительно больший, чем внутреннее. Если бы каждому колесу передавалось одинаковое количество оборотов, то поворот автомобиля, без черных следов на «паркете», был бы невозможен. Следовательно, настоящий автомобиль, в отличие от игрушечного, имеет некий механизм, позволяющий ему делать повороты без «черчения» резиной колес по асфальту. И этот механизм называется – дифференциалом.
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги. Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами как 50 на 50, так и в другой пропорции (например, 60 на 40). К сожалению, пропорция может быть и 100 на 0. Это означает, что одно из колес стоит на месте (в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу). Что поделаешь! Ничто не бывает абсолютно правильным и идеальным, зато данная конструкция позволяет автомобилю поворачивать без заноса, а водителю не менять каждый день напрочь изношенные шины.

Рис. 2 Схема работы главной передачи
1 - фланец; 2 - вал ведущей шестерни; 3 - ведущая шестерня; 4 - ведомая шестерня; 5 - ведущие (задние) колеса; 6 - полуоси; 7 - картер главной передачи

Конструктивно дифференциал выполнен в одном узле вместе с главной передачей (рис. 2) и состоит из:

· двух шестерен полуосей,

· двух шестерен сателлитов.

Главная передача и дифференциал переднеприводных автомобилей
В автомобиле с приводом на передние колеса, крутящий момент не уходит так далеко от двигателя, как в автомобиле с задним приводом. Все агрегаты трансмиссии сконцентрированы под капотом машины и объединены в один большой узел агрегатов. Механизм сцепления `зажат` в кожухе между двумя `монстрами` - двигателем и коробкой передач, которая, в свою очередь, содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля
I - двигатель; II - сцепление; III - коробка передач; IV - главная передача и дифференциал; V - правый и левый приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей; VI - ведущие (передние) колеса

Подробнее о ШРУС

1.Привод правого переднего колеса; 2. Коробка передач; 3. Привод левого переднего колеса; 4. Корпус наружного шарнира; 5. Стопорное кольцо обоймы шарнира; 6. 18.Обойма шарнира; 7. 19.Сепаратор шарнира; 8. 17.Шарик шарнира; 9. Наружный хомут чехла; 10. 15.Защитный чехол шарнира; 11. Упорное кольцо; 12. 14.Вал привода левого колеса; 13. Внутренний хомут чехла; 14. Фиксатор внутреннего шарнира; 15. 20.Стопорное кольцо обоймы внутреннего шарнира; 16. 21.Буфер вала; 17. 22.Корпус внутреннего шарнира; 18. 23.Стопорное кольцо полуосевой шестерни.

Переднеприводной автомобиль характеризуется прежде всего тем, что передние управляемые колеса одновременно являются ведущими. Для поворота ведущих колес на валах (полуосях) привода располагаются шаровые шарниры, которые должны допускать поворот колес без изменения скорости их вращения. Этому условию удовлетворяют карданы равных угловых скоростей (синхронные шаровые шарниры). Обычный карданный шарнир в этих условиях быстро выходит из строя, так как при отклонениях его ведущего и ведомого звеньев создается неравномерная по угловой скорости передача вращения на ведомое звено. Это вызывает перегрузку валов привода и быстрый износ карданного шарнира. У современных переднеприводных автомобилей для привода передних колес применяются полуоси с двумя синхронными шаровыми шарнирами: у ведущего колеса жесткого типа (с угловой степенью свободы), а у силового агрегата - универсального типа (с угловой и осевой степенью свободы). Применяемый на автомобиле привод передних колес компактен и надежен. Его долговечность при правильной эксплуатации автомобиля высокая. Это обеспечивается совершенством конструкции шарниров, подбором улучшенных материалов, точностью изготовления деталей, хорошей герметичностью шарниров и применением специальной смазки. Приводы правого 1 и левого 3 колес имеют одинаковую конструкцию и отличаются валами, который у привода левого колеса сплошной, а у правого - трубчатый, а также длиной. Последнее объясняется смещением коробки передач в левую сторону от оси автомобиля. Привод каждого колеса состоит из двух карданных шарниров равных угловых скоростей и вала. Наружный шарнир, соединенный со ступицей колеса, состоит из корпуса 13, сепаратора 6, внутренней обоймы 4 и шести шариков. В корпусе шарнира и в обойме выполнены радиусные дорожки качения, кривизна которых имеет меридианальное направление. В этих дорожках располагаются шарики, соединяющие между собой корпус 4 и внутреннюю обойму 6. Шарики помещены в окнах сепаратора 7 и удерживаются им в одной плоскости. Вследствие этого происходит центрация внутренней обоймы и корпуса шарнира. Рабочий угол поворота наружного шарнира до 42'. Внутренняя обойма насажена на шлицы вала 8 до упора в кольцо 11. Удерживается обойма на шлицах вала стопорным кольцом 5. Сепаратор имеет сферическую поверхность и окна под шарики. Он обеспечивает синхронность вращения соединяемых шарниром валов за счет установки шариков в бессекторной плоскости угла пересекающихся осей звеньев шарнира, то есть выполняет роль делителя. Вследствие этого, независимо от угла поворота шарнира. шарики всегда удерживаются в плоскости постоянной частоты вращения. Одновременно через сепаратор передается крутящий момент. Для герметизации полости шарнира применяется гофрированный резиновый чехол 10, который на корпусе шарнира и на валу 12 привода колеса крепится хомутами 9 и 13. Герметичность мест посадки чехла обеспечивается кольцевыми канавками на корпусе шарнира, в которые вдавливается чехол при затягивании хомута. С другой стороны канавки выполнены в самом чехле, они создают лабиринтное уплотнение. Осевое фиксирование чехла на валу достигается упорными буртиками на валу привода. Стягивающие хомуты выполнены из стальной ленты, на которой выштампованы три гнезда и один фиксирующий зуб. Два гнезда служат для стягивания хомута специальным приспособлением, в третье заходит фиксирующий зуб. На шлицевой наконечник корпуса шарнира насаживается ступица переднего колеса. Она крепится самоконтрящейся гайкой. Внутренний шарнир соединяется с полуосевой шестерней дифференциала. Он имеет незначительные конструктивные отличия по сравнению с наружным шарниром. Это прежде всего тем, что дорожки в корпусе шарнира и в обойме выполнены прямыми, а не радиусными, что позволяет деталям шарнира перемещаться в продольном направлении. Это необходимо для компенсации перемещений, вызванных колебаниями передней подвески и силового агрегата. Продольное перемещение обоймы в корпусе шарнира ограничивается с одной стороны проволочным фиксатором 16, с другой - пластмассовым буфером 18. Фиксатор установлен в канавку корпуса шарнира, а буфер в торец вала привода колеса. Хвостовик корпуса шарнира соединяется при помощи шлиц с полуосевой шестерней дифференциала. Полуосевая шестерня удерживается на шлицах вала стопорным кольцом 23. Защита деталей шарнира от воздействия влаги и грязи осуществляется таким же образом, как и у наружного шарнира. При сборке карданных шарниров в них закладывается специальная смазка ШРУС-4. При эксплуатации автомобиля замена смазки не производится, если чехлы обеспечивают герметичность шарниров. Приводы передних колес работают в наиболее тяжелых и неблагоприятных условиях, так как они расположены в зоне наибольшего воздействия влаги и грязи и передают крутящий момент на колеса под постоянно изменяющимися углами и нагрузками. Высокая точность изготовления деталей шарниров, применение высококачественных материалов и смазки обеспечивают надежную работу узла и в этих условиях, но только при сохранении герметичности шарниров. Поэтому необходимо периодически проверять состояние защитных чехлов и хомутов, чтобы своевременно обнаружить на них трещины, деформации или следы задевания о дорожное покрытие и принять меры по их замене. Этим самым предупреждается преждевременное изнашивание шарниров.

Амортизатор

сегодня - это конструктивный элемент подвески, отвечающий в равной степени как за комфортабельность езды, так и за безопасность. Если на "Жигулях" классической компоновки худо-бедно, но можно добраться до гаража даже при отсутствии амортизаторов, то с подвеской типа "Мак-Ферсон", устанавливаемой на переднеприводные модели, такой эксперимент невозможен в силу того, что стойка в данной конструкции подвески является связующим и направляющим элементом между колесами и кузовом автомобиля. (Отличие стойки от амортизатора состоит в том, что она воспринимает значительные боковые нагрузки, а потому имеет усиленный шток и корпус, а также соответствующие антифрикционные материалы в парах трения.) В силу этого контроль за техническим состоянием амортизаторов необходим в большей мере из соображений безопасности. Данное обстоятельство должно было бы заставлять нас более пристально относиться к состоянию этих деталей. Однако на деле все обстоит совсем по другому.

Отличительной особенностью амортизаторов от основной массы автомобильных деталей является то, что их работоспособность довольно сложно определить по внешнему виду и технически трудноосуществимо по "внутреннему". Если, к примеру, информацию о неисправностях в системе охлаждения или электрооборудовании можно получить с панели приборов, сигналом для замены шин служит износ протектора либо повреждения корда, видные при визуальном осмотре, то с амортизаторами ситуация гораздо сложнее. Их установка в плохо просматриваемом месте, равно как и условия работы, при которых амортизатор постоянно покрыт грязью, приводит к тому, что определить неисправность оного на автомобиле достаточно сложно. (Способы определения технического состояния амортизаторов путем раскачки стоящего автомобиля, а также контроль за его поведением во время движения достаточно субъективны и требуют определенной квалификации.) Да и сняв его с автомобиля из всех возможных дефектов можно выявить лишь негерметичность. Определение же соответствия основной характеристики амортизатора - зависимости развиваемых усилий от скорости перемещения штока- техническим требованиям предполагает наличие специальных стендов, которые существуют далеко не каждой станции техобслуживания. Это обстоятельство приводит к тому, что на наших дорогах довольно большая часть автолюбителей эксплуатирует свои авто с неисправными амортизаторами, даже не ведая об этом.

Амортизаторы конструктивно можно разделить на две группы - однотрубные и двухтрубные (двухтрубные могут быть как чисто гидравлические, так и в газонаполненном исполнении). Начало разработки двухтрубных амортизаторов ведет отсчет с 1938 г., однотрубные появились приблизительно на 10 лет позже.

Двухтрубные амортизаторы

Основное преимущество двухтрубных амортизаторов состоит в том, что они не предъявляют столь высоких требований к изготовлению, как их однотрубные "сородичи".

Схематично устройство двухтрубного амортизатора показано на рис.1

Двухтрубный амортизатор состоит из двух полостей - рабочей А и компенсационной В, разделенных донным клапаном 1. Компенсационная полость заполнена рабочей жидкостью примерно на половину, оставшаяся свободная часть служит для восприятия дополнительного объема жидкости, как вследствие расширения при нагреве, так и вытесняемой при вдвигании штока. Перемещение поршня 2, закрепленного на конце штока и позволяет создавать требуемые усилия отбоя и сжатия.

При ходе сжатия подвески поршень смещается вниз и часть жидкости перетекает из нижней части рабочей полости через клапан 3 в верхнюю часть. Другая часть жидкости выдавливается через клапан 4 в компенсационную полость В. За счет этого и возникают в основном усилия сопротивления при сжатии.

При ходе отбоя возникает повышенное давление между перемещающимся вверх поршнем и верхней частью цилиндра. При этом основное количество жидкости вытесняется через клапан 5, который и осуществляет усилие отбоя. Выдвигание штока приводит к нехватке жидкости в рабочей полости А, и недостающее количество подсасывается через клапан 6.

Одним из основных недостатков, присущих данной конструкции, является то, что жидкость в полости В подвержена вспениванию, а также кавитации в подпоршневой зоне полости А из-за разряжения, возникающего при работе клапана 6. Все это приводит к тому, что амортизатор как бы "не замечает" высокочастотных колебаний с малой амплитудой.

Этого "недуга" в некоторой мере лишены двухтрубные газонаполненные амортизаторы низкого давления. Основным их отличием является то, что верхняя часть компенсационной полости В заполнена азотом под давлением 3-6 атм. Подобные амортизаторы получили достаточно большее распространение, в том числе и у нас в России. Однако многие автолюбители, во многом благодаря умело проводимой рекламной кампании, устанавливают их на автомобиль в надежде улучшить такие характеристики , как плавность хода, управляемость и устойчивость. Хотелось бы этому аспекту уделить немного внимания. Да, газонаполненные двухтрубные амортизаторы (или как они называются в рекламе - газовые) имеют некоторые преимущества в сравнении с обычными, но они столь незаметны для простого водителя и оценить их сможет лишь профессионал, испытавший на своем веку не один десяток амортизаторов, что стоит подумать - а есть ли смысл вкладывать немалые деньги в "воздух", даже если он и закачан под большим давлением. Кстати, об этом же говорят и испытания ряда амортизаторов ведущих мировых производителей, результаты которых публиковались в журналах "Авто-ревю" и "За рулем". Абсолютными победителями всех тестов стали обычные гидравлические амортизаторы, без всякого газонаполнения. На последнем же месте в одном из испытаний неожиданно для всех оказались именитые однотрубные амортизаторы "Де Карбон", уступившие даже нашим родным СААЗовским стойкам. (А ведь это общеизвестно, что не уступающие по конструкции зарубежным аналогам отечественные амортизаторы губит только одно - качество изготовления).

Однотрубные амортизаторы

Наиболее авторитетным представителем, выпускающим однотрубные амортизаторы, является фирма "Де Карбон". Она первой начала производить подобные амортизаторы и по сей день остается самым стойким приверженцем этого направления, выпуская амортизаторы только данного типа, в том числе и для стойки "Мак-Ферсон" (в виде узла, у которого штоком является хромированный патрон амортизатора).

Отличие данного амортизатора (см. рис.2) от двухтрубного кроется в самом названии - он имеет один цилиндр, правда поделенный разделительным поршнем 1 на две части. Верхняя компенсационная камера В, воспринимающая, как и в случае с двухтрубным амортизатором, расширение жидкости при нагреве, а также вытесняемый штоком объем, заполнена газом под давлением, в нижней же камере А находится рабочая жидкость. При ходе отбоя жидкость устремляется через клапан отбоя 2 из нижней части рабочей полости в верхнюю. При этом давление газа в камере заставляет разделительный поршень 1 переместиться вниз, чтобы компенсировать уменьшение объема вследствие выдвигания штока. Когда совершается ход сжатия, то вступает в действие клапан сжатия 3, одновременно разделительный поршень перемещается вверх из-за дополнительного объема штока.

Преимущества однотрубных амортизаторов с газовым подпором жидкого столба (таково их полное "официальное" наименование, в "миру" же они обычно зовутся однотрубные газовые амортизаторы высокого давления) в следующем - хорошее охлаждение, отсутствие вспенивания жидкости и кавитации и, как следствие этого - хорошее гашение высокочастотных колебаний, а также возможность установки амортизатора в любом положении, в том числе и горизонтально, что иногда бывает необходимо из компоновочных соображений. Однако им присущи и недостатки, обусловленные высоким зарядным давлением и большей нагруженностью сальника штока. Для нормального обеспечения рабочих процессов однотрубные амортизаторы заряжаются давлением порядка 25 атм., а потому они имеют повышенное трение, что отрицательно сказывается на комфорте езды. По этой причине мы не рекомендовали бы установку в стойку передней подвески переднеприводных автомобилей патронов с подобными амортизаторами.

Следует также отметить, что при потере газа работоспособность однотрубного амортизатора полностью нарушается, хотя в то же время при потере газа в двухтрубном газонаполненном амортизаторе последний превращается в обычный гидравлический и может еще длительное время выполнять свои функции.

Область применения таких амортизаторов - это прежде всего гоночные и спортивные автомобили, а также преимущественно задняя подвеска дорогих и престижных легковых автомобилей, где возможно применение дополнительных мер по шумоизоляции.