Виды, устройство и принцип работы главной передачи

Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.

Принцип работы

Принцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и дифференциала, приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.

Основная характеристика этого редуктора – передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с вторичным валом коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.

Устройство и основные требования к главной передаче

Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.

Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 – ведущие колеса; 2 – полуось; 3 – ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:

• минимальный уровень шума и вибраций при работе;
• минимальный расход топлива;
• высокий КПД;
• обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
• технологичность;
• минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
• минимальная масса;
• высокая надежность;
• минимальная необходимость в обслуживании.

Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.

Классификация главных передач

По числу пар зацеплений

• Одинарная – имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
• Двойная – имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.

Одинарная и двойная главная передача

По виду зубчатого соединения

• Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
• Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
• Гипоидная – самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
• Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.

Цилиндрическая главная передача

По компоновке

• Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
• Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.

Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.

Коническая главная передача

Преимущества и недостатки

Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:

• Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
• Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
• Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
• Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.

Главная передача – это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.

Устройство главной передачи автомобиля

Трансмиссия в конструкции авто обеспечивает изменение и передачу вращения от силовой установки на ведущие колеса. Эта составная часть включает в себя ряд узлов, среди которых и главная передача автомобиля.

Назначение, конструктивные особенности

Основная задача этого элемента сводится к изменению крутящего момента перед подачей его на привод колес. То же делает и коробка передач, но у неё существует возможность изменения передаточных чисел за счет ввода в зацепление тех или иных шестерен. Несмотря на наличие в конструкции автомобиля КПП, на выходе из нее крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала – высокая. Если передать вращение напрямую на ведущие колеса, то возникшая нагрузка «задавит» двигатель. В общем, авто просто не сможет сдвинуться с места.

Главная передача автомобиля обеспечивает повышение крутящего момента и снижение скорости вращения. Но в отличие от КПП передаточное число у нее фиксированное.

Расположение главной передачи на примере обычной МКПП

Представляет собой эта передача на легковом авто обычный шестеренчатый одноступенчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из двух шестерен разного диаметра. Ведущая шестерня небольшая по размерам и связана она с выходным валом КПП, то есть вращение подается на нее. Ведомая же шестерня значительно больше по размерам и получаемое вращение она подает на приводные валы колес.

Передаточное число является соотношением количества зубьев шестерен редуктора. Для легковых авто этот параметр находится в диапазоне 3,5-4,5, а для грузовиков он достигает 5-7.

Чем больше передаточное число (больше количество зубьев ведомой шестерни относительно ведущей), тем выше крутящий момент, подаваемый на колеса. При этом тяговое усилие будет больше, но максимальная скорость ниже.

Передаточное число главное передачи подбирается исходя из эксплуатационных показателей силовой установки, а также других узлов трансмиссии.

Устройство главной передачи напрямую зависит от конструктивных особенностей самого автомобиля. Этот редуктор может быть, как отдельным узлом, установленным в своем картере (заднеприводные модели), так и входить в конструкцию КПП (авто с передним приводом).

Главная передача в заднеприводном автомобиле

Что касается некоторых полноприводных авто, то у них может использоваться разная компоновка. Если в таком автомобиле расположение силовой установки – поперечное, то главная передача передней оси входит в конструкцию КПП, а задней располагается в отдельном картере. У автомобиля с продольной компоновкой главные передачи на обоих осях отделены от КПП и раздаточной коробки.

В моделях с отделенной главной передачей, этот редуктор выполняет еще одну задачу – изменяет угол направления вращения на 90 град. То есть выходной вал КПП и приводные валы колес имеют перпендикулярное расположение.

Расположение главной передачи передней оси Audi

В переднеприводных моделях, где главная передача входит в конструкцию КПП, указанные валы имеют параллельное расположение, поскольку менять угол направления не нужно.

В ряде грузовых авто применяются двухступенчатые редукторы. Примечательно, что их конструкция может быть разной, но наибольшее распространение получила так называемая разнесенная компоновка, в которой используется один центральный редуктор и два колесных (бортовых). Такая конструкция позволяет существенно повысить крутящий момент, а соответственно и тяговое усилие на колесах.

Особенность работы редуктора сводится к тому, что он равномерно разделяет вращение на оба приводных вала. При прямолинейном движении такое условие является нормальным. Но при прохождении поворотов колеса одной оси проходят разное расстояние, поэтому необходимо изменение скорости вращения каждого из них. Это входит в задачу дифференциала, используемого в конструкции трансмиссии (он устанавливается на ведомой шестерне). В результате главная передача подает вращение на приводные валы не напрямую, а через дифференциал.

Виды и их применяемость

Основной характеристикой главных передач является тип шестерен и вид зацепления зубьев между ними. На авто используются такие типы редукторов:

1. Цилиндрический
2. Конический
3. Гипоидный
4. Червячный

Випы главных передач

Цилиндрические шестерни применяются в главных передачах переднеприводных авто. Отсутствие надобности в изменении направления вращения и позволяет использовать такой редуктор. Зубья на шестернях – косые или шевронные.

Передаточное число для таких редукторов находится в диапазоне 3,5-4,2. Большее передаточное число не используется, поскольку для этого необходимо повышать размеры шестеренок, что сопровождается увеличением шумности работы передачи.

Коническая, гипоидная и червячная передачи используются там, где необходимо не только изменение передаточного числа, а и изменение направления вращения.

Конические редукторы применяются обычно на грузовых авто. Их особенность сводится к тому, что оси шестеренок перекрещиваются, то есть находятся на одном уровне. В таких передачах используются зубья косой или криволинейной формы. На легковых авто этот тип редуктора не используется из-за значительных габаритных размеров и повышенной шумности.

На заднеприводных легковушках чаще всего применяется иной тип – гипоидный. Его особенность сводится к тому, что оси шестерен смещены. За счет расположения ведущей шестерни ниже относительно оси ведомой, удается уменьшить габариты редуктора. При этом этот тип передачи характеризуется повышенной устойчивостью к нагрузкам, а также плавностью и бесшумностью работы.

Червячные передачи – наименее распространенные и на авто практически не используются. Основная причина этого – сложность и дороговизна изготовления составных элементов.

Основные требования. Современные тенденции

Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:

• Надежность;
• Минимальная потребность в обслуживании;
• Высокие показатели КПД;
• Плавность и бесшумность;
• Минимально возможные габаритные размеры.

Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.

Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.

Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.

Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.

Схема коробки передач DSG

Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.

Что такое главная передача и дифференциал автомобиля

Что такое главная передача

Главная передача — трансмиссионный узел автомобиля, который преобразует, распределяет и передает крутящий момент на ведущие колеса. В зависимости от конструкции и передаточного числа главной пары, определяются конечные тягово-скоростные характеристики. Для чего нужен дифференциал, сателлиты, и другие детали редуктора — рассмотрим далее.

Принцип работы

Принцип работы дифференциала: во время движения автомобиля, работа двигателя преобразует крутящий момент, который накапливается на маховике, и через сцепление или гидротрансформатор передается на коробку передач, далее через карданный вал или косозубую шестерню (передний привод), в конечном итоге момент передается на главную пару и колеса. Главное характеристика ГП (главная пара) — передаточное число. Это понятие подразумевает соотношение числа зубьев главной шестерни к хвостовику или косозубой шестерни. Подробнее: если число зубьев ведущей шестерни составляет 9 зубьев, ведомой 41, то путем деления 41:9 получаем передаточное число 4.55, что для легкового авто дает преимущество на разгоне и тяговой характеристике, но негативно влияет на максимальную скорость. Для более мощных моторов приемлемое значение главной пары может варьироваться от 2.1 до 3.9.

Порядок работы дифференциала:

• крутящий момент поступает на ведущую шестерню, которая за счет зацепления зубьев передает его на ведомую шестерню;
• ведомая шестерня и чашка за счет вращения заставляют работать сателлиты;
• сателлиты в конечном итоге передают момент на полуоси;
• если дифференциал свободный, то при равномерной нагрузке на полуоси, момент будет распределяться 50:50, при этом сателлиты не работают, а вращаются вместе с шестерней, описывая его вращение;
• при повороте, где нагружается одно колесо, за счет конической передаче, одна полуось вращается быстрее, другая медленнее.

Устройство главной передачи

Главные детали ГП и устройство дифференциала:

• ведущая шестерня — принимает крутящий момент непосредственно от КПП или через кардан;
• ведомая шестерня — связывает ГП и сателлиты;
• водило — корпус для сателлитов;
• солнечные шестерни;
• сателлиты.

Классификация главных передач

В процессе развития автомобилестроения, дифференциалы постоянно модернизируются, повышается качество материалов, а также надежность узла.

По числу пар зацеплений

• одинарная (классическая) — узел состоит из ведущей и ведомой шестерни;

• двойная — используется две пары шестерен, где вторая пара расположена на ступицах ведущих колес. Подобная схема применяется только на грузовиках и автобусах для обеспечения повышенного передаточного числа.

По виду зубчатого соединения

• цилиндрическое — применяется на переднеприводных транспортных средствах с поперечным расположением мотора, применяется косозубые шестерни и шевронный тип зацепления;
• коническое — преимущественно для заднего привода, а также переднего моста полноприводного авто;
• гипоидное — часто применяется на легковых авто с задним приводом.

По компоновке

• в коробке передач (передний привод с поперечным расположением мотора), главная пара и дифференциал находится в корпусе КПП, зацепление косозубое или шевронное;
• в отдельном корпусе или чулке моста — применяется для заднеприводных и полноприводных автомобилях, где передача момента на редуктор передается посредством карданного вала.

Основные неисправности

• выход из строя подшипника дифференциала — в редукторах подшипники применяются для возможности вращения дифференциала. Это наиболее уязвимая деталь, которая работает в критических нагрузках (скорость, перепады температуры). При износе роликов или шариков, подшипник издает гул, громкость которого растет пропорциональности скорости движения авто. Пренебрежение своевременной замены подшипника грозит заклиниванию шестерен главной пары, впоследствии — к замене всего узла в сборе, включая сателлиты и полуоси;
• срабатывание зубов ГП и сателлитов. Трущиеся поверхности деталей подвержены износу, с каждой сотней тысяч км пробега зубья пары стираются, увеличивается зазор между ними, приводящий к повышенной вибрации и гулу. Для этого предусмотрена регулировка пятна контакта, за счет подкладывания дистанционных шайб;
• срезание зубьев ГП и сателлитов — происходит в том случае, если вы часто трогаетесь с пробуксовкой;
• слизывание шлицевой части на полуосях и сателлитах — естественный износ согласно пробегу авто;
• проворачивание втулки полуоси — приводит к тому, что автомобиль на любой передаче будет стоять на месте, а редуктор вращаться;
• течь масла — возможно последствием увеличения давления в картере дифференциала из-за забитого сапуна или вследствие нарушения герметичности крышки редуктора.

Как происходит обслуживание

Обслуживание редуктора производится редко, обычно все ограничивается заменой масла. На пробеге свыше 150 000 км возможно потребуется регулировка подшипника, а также пятна контакта между ведомой и ведущей шестерней. При замене масла крайне важно очистить полость от продуктов износа (мелкой стружки), а также грязи. Пользоваться промывками редуктора моста не обязательно, достаточно использовать 2 литра дизельного топлива, дать поработать узлу на небольших оборотах.

Советы, как продлить работоспособность ГП и дифференциала:

• своевременно меняйте масло, а если ваш стиль езды более спортивный, автомобиль терпит высокие нагрузки (езда на высокой скорости, перевозка грузов);
• при смене производителя масла или смены вязкости делайте промывку редуктора;
• при пробеге свыше 200 000 км рекомендуется воспользоваться присадками. Зачем нужна присадка — дисульфид молибдена, в составе присадки, позволяет снизить трение деталей, вследствие чего снижается температура, масло дольше сохраняет свои свойства. Помните, что при сильном износе главной пары использовать присадку не имеет смысла;
• избегайте трогание с пробуксовкой.