Мосты — назначение и типы
Мостами автомобиля называются металлические балки с колесами. Мосты служат для установки колес и поддерживания несущей системы автомобиля (рамы, кузова). На автомобилях применяются различные типы мостов (рисунок 1).
Ведущим называется мост с ведущими колесами, к которым подводится крутящий момент двигателя. На автомобилях ведущими мостами могут быть только передний, только средний и задний или одновременно все мосты. Наибольшее распространение получили задние ведущие мосты на автомобилях ограниченной проходимости с колесной формулой 4х2 и предназначенные для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием и сухих грунтовых дорогах.
Рисунок 1 — Типы мостов автомобилей, классифицированных по различным признакам
Управляемым называется мост с ведомыми управляемыми колесами, к которым не подводится крутящий момент двигателя. Управляемыми на большинстве автомобилей являются передние мосты.
Комбинированным называется мост с ведущими и управляемыми одновременно колесами. Комбинированные мосты применяются в качестве передних мостов в переднеприводных легковых автомобилях ограниченной проходимости, в полноприводных автомобилях повышенной проходимости и на автомобилях высокой проходимости, предназначенных для эксплуатации в тяжелых дорожных условиях.
Поддерживающим называется мост с ведомыми колесами, которые не являются ни ведущими, ни управляемыми. Наибольшее применение поддерживающие мосты получили на прицепах и полуприцепах. Они применяются также на многоосных грузовых автомобилях и в качестве задних мостов на переднеприводных легковых автомобилях.
Ведущие мосты автомобиля. Назначение и устройство
Ведущие мосты служат для передачи крутящего момента непосредственно к ведущим колесам автомобиля. Обычные автомобили (ГАЗ-51А, ЗИЛ-164А) имеют один или два (автомобиль КрАЗ-219) задних ведущих моста, автомобили повышенной проходимости (ГАЗ-69, ГАЗ-69А, ГАЗ-63) — передний ведущий мост и один или два (автомобили ЗИЛ-157К, ЗИЛ-157, ЗИЛ-151, Урал-375, КрАЗ-214) задних ведущих мостов.
Ведущие мосты состоят из главной передачи, дифференциала и полуосей, заключенных в общий кожух. Передний ведущий мост, имеющий не только ведущие, но и направляющие колеса, по своему устройству отличается от заднего ведущего моста тем, что полуоси у него составные; соединяются они через шарниры равной угловой скорости.
Главная передача предназначена для передачи крутящего момента под прямым углом от карданного вала к полуосям ведущих колес, а также для увеличения передаваемого крутящего момента.
Главные передачи разделяются на одинарные и двойные. Одинарная главная передача состоит из двух конических шестерен — ведущей (малой) 1 (рис. а) и ведомой (большой) 2. Шестерни главной передачи обычно изготовляются со спиральным зубом, что повышает прочность зубьев шестерен и обеспечивает более плавную и бесшумную их работу.
В одинарной передаче ведущая коническая шестерня имеет малое число зубьев, следовательно, нагрузка на ее зубья получается весьма значительной. Одинарная передача поэтому применяется в основном на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.
В двойной главной передаче крутящий момент передается через две пары шестерен: с ведущей, (малой) конической шестерни 1 (рис. б) на ведомую (большую) коническую шестерню 2 и далее с малой цилиндрической шестерни 3 на большую цилиндрическую шестерню 4. Конические шестерни обычно имеют спиральные зубья, цилиндрические — прямые или косые.
В двойной передаче большое передаточное число получается вследствие того, что в зацеплении находятся две пары шестерен. Это дает возможность увеличить число зубьев на малой конической шестерне и тем самым снизить нагрузку на ее зубья.
Кроме обычной конической передачи, у которой оси ведущей и ведомой шестерен взаимно пересекаются, на некоторых легковых автомобилях применяются гипоидные передачи (рис. в). В этих передачах ось ведущей шестерни смещена вниз относительно оси ведомой (на величину «С»). Это дает возможность несколько снизить расположение карданного вала и опустить кузов, т.е. снизить центр тяжести автомобиля, что важно для обеспечения устойчивости автомобиля при движении с большой скоростью. Обе шестерни в такой передаче имеют спиральные зубья. Гипоидные передачи отличаются большой плавностью и бесшумностью в работе.
Дифференциал обеспечивает ведущим колесам возможность вращения с различным числом оборотов. Это необходимо потому, что за одно и то же время колеса левой и правой полуосей проходят неодинаковые пути как на поворотах, так и при движении автомобиля по неровной дороге.
Рис. Главные передачи: а — одинарная; б — двойная; в — одинарная гипоидная; 1 — ведущая коническая шестерня; 2 — ведомая коническая шестерня; 3 — малая цилиндрическая шестерня; 4 — большая цилиндрическая шестерня
Работает дифференциал следующим образом. Между шестернями 2 и 5 полуосей размещены конические шестерни (сателлиты) 3, свободно вращающиеся на шипах 8 крестовины 4. При вращении ведомой шестерни 6 вместе с коробкой дифференциала, состоящей из двух половин 1 и 7, и крестовины 4 одновременно будут поворачиваться и сами сателлиты 3, а с ними полуоси колес. Вся система будет вращаться как одно целое. Это происходит до тех пор, пока обе шестерни полуосей оказывают сателлитам одинаковое сопротивление.
Рис. Дифференциал: 1 — левая половина коробки дифференциала; 2 — шестерня левой полуоси; 3 — сателлиты; 4 — крестовина; 5 — шестерня правой полуоси; 6 — ведомая шестерня главной передачи; 7 — правая половика коробки дифференциала; 8 — шипы крестовины
При повороте автомобиля, например, направо правое колесо 1 проходит меньший путь и скорость вращения его относительно левого колеса замедляется; соответственно возрастает и сопротивление прокручиванию правой полуоси. В этом случае сателлиты начинают перекатываться по шестерне правой полуоси и, вращаясь на шипах, увеличивают скорость вращения левого колеса, которое при правом повороте должно пройти больший путь, чем правое колесо. Число оборотов левого колеса при этом увеличивается настолько, насколько, уменьшается число оборотов правого колеса.
Рис. Схема перемещения колес при повороте автомобиля: 1 — правое колесо; 2 — левое колесо
При наличии дифференциала крутящий момент, передаваемый от главной передачи к полуосям, распределяется между полуосями поровну. Эта особенность дифференциала в некоторых случаях затрудняет движение автомобиля на скользкой дороге или по бездорожью. Так, при попадании одного из ведущих колес на скользкий участок дороги (грязь, лед) колесо при недостаточном сцеплении с дорогой начинает буксовать, а колесо при большем сцеплении с дорогой останавливается.
Для повышения проходимости па специальных автомобилях применяют блокировку дифференциала (принудительную или автоматическую), т.е. при помощи специальных устройств жестко соединяют между собой шестерни обеих полуосей. Будучи сблокированы, полуоси вращаются как одно целое, автомобиль движется без пробуксовки колес.
Полуоси служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. Ведущие мосты автомобилей повышенной проходимости и большинства грузовых автомобилей устроены так, что полуоси передают только крутящий момент и полностью разгружены от изгибающих усилий. Такие полуоси называются полностью разгруженными.
На легковых автомобилях, где нагрузка невелика, полуоси не только передают крутящий момент, но и воспринимают часть изгибающих нагрузок от веса автомобиля, тяговых и тормозных усилий, осевого усилия при заносе автомобиля и т.д.
Колеса переднего ведущего моста не только ведущие, но и направляющие, поэтому устройство переднего ведущего моста сложнее заднего, так как в него входят дополнительные механизмы, позволяющие передавать крутящий момент к направляющим колесам при изменении плоскости их вращения в момент поворота автомобиля.
Такими дополнительными механизмами являются шарниры равной угловой скорости, которые в отличие от обычных карданных шарниров обеспечивают равномерное вращение ведомого и ведущего валов с равной угловой скоростью при любом угле между этими валами. Шарниры равной угловой скорости применяются двух типов: шариковые (на автомобилях ГАЗ-69 и ГАЗ-69А, ГАЗ-63, ЗИЛ-157К, ЗИЛ-157 и ЗИЛ-151) и дисковые (на автомобилях Урал-375 и КрАЗ-214).
Шарнир равной угловой скорости шарикового типа состоит из двух вилок 1 и 3, пяти шариков, пальца 7 и стопорной шпильки 6.
Рис. Шарниры равной угловой скорости: а — шарикового типа; б — дискового типа; 1 — вилка полуоси колеса; 2 — отверстие для шпильки; 3 — вилка полуоси; 4 — фигурные канавки; 5 — центральный шарик; 6 — шпилька; 7 — палец; 8 — шарики; 9 — кулаки; 10 — диск
Одна вилка 3 шарнира соединена с полуосью моста, а другая вилка 1 — с полуосью колеса. Вилки центрируются шариком 5, который установлен на пальце 7. Палец крепится в отверстии 2 вилки 1 при помощи стопорной шпильки 6. Вилки имеют фигурные канавки 4, в которых устанавливаются четыре рабочих шарика 8. Через эти шарики и передается вращение от одной вилки шарнира к другой.
Особенностью такого шарнира является то, что при любом угле между валами боковые шарики в канавках вилок шарнира устанавливаются в плоскости, делящей этот угол пополам. Поэтому колесо вращается равномерно, не изменяя скорости вращения при изменении угла его поворота.
Шарнир равной угловой скорости дискового типа состоит из двух вилок 1 и 3, причем вилка 3 соединена с полуосью моста, а вилка 1 — с полуосью колеса. В каждой вилке размещается кулак 9, изготовленный в виде двухстороннего грибка, на круглой ножке которого имеется срез, чтобы заводить кулак в вилку. Со стороны среза в теле кулаков имеются углубления, в которые входит диск 10. Крутящий момент от вилки 3, соединенной с полуосью, через кулак и диск передается второму кулаку, от него — на вилку 1 полуоси колеса. При повороте колёса кулак вилки, соединенной с полуосью, как бы перекатывается по диску, не выходя из соединения с ним, а вилка поворачивается относительно своего кулака; при этом вращение с. одной вилки шарнира на другую передается равномерно. Главная передача, дифференциал, полуоси, ступицы колес, а в переднем мосту и шарниры равной угловой скорости составляют единый агрегат, называемый ведущим мостом автомобиля.
Для смазки механизмов заднего моста в его картер заливается трансмиссионное масло до уровня заливного отверстия. Сливается масло через отверстие в нижней части картера. Заливное и сливное отверстия закрываются пробками с конической резьбой.
Чтобы предотвратить повышение давления внутри картера при нагреве масла во время работы шестерен и тем самым устранить возможное выдавливание масла через сальники и уплотнения, на картере или на кожухе полуосей устанавливается сапун — дыхательный клапан, сообщающий полость картера с атмосферой.
Мосты колесных машин
Мостом колесного ТС называется агрегат, воспринимающий все виды усилий, действующих между колесным движителем и несущей системой. Мосты воспринимают вертикальные, продольные и поперечные усилия, а также моменты, возникающие при взаимодействии колес с дорогой, и передают эти усилия и моменты подвеске ТС. Важное требование, предъявляемое к мостам, — обеспечение прочности и долговечности при минимальной массе.
Рис. Схемы мостов:
а — переднего ведомого неразрезного с зависимой подвеской; б — переднего ведомого разрезного с независимой подвеской
Мосты с управляемыми колесами обеспечивают изменение направления движения ТС. В ведущих мостах размещают главную передачу, дифференциал и другие детали трансмиссии, которые передают мощность ведущим колесам. Мосты с управляемыми колесами должны обеспечивать стабилизации колес, легкость управления и хорошую маневренность машины. Стабилизация колес и отчасти легкость управления достигаются соответствующим выбором углов установки колес и шкворней, а хорошая маневренность имеет место тогда, когда конструкция моста позволяет получить максимально возможные углы поворота колес.
В общем случае мост колесной машины представляет собой совокупность несущих элементов. Это балки, шкворни, поворотные кулаки, подшипники и ступицы колес. Главная передача, дифференциал и полуоси относятся к трансмиссии ТС.
Ведущими называются мосты сколесами, имеющими привод от силовой установки, а ведомыми — с колесами, не имеющими привода. Управляемые мосты имеют колеса, которые могут под воздействием рулевого привода поворачиваться в вертикальной плоскости относительно моста, вследствие чего изменяется направление движения машины. У неуправляемых мостов колеса занимают постоянное положение по отношению к мосту.
Рис. Разъемный ведущий мост: 1 — картер главной передачи; 2 — трубчатые кожухи полуосей
На машинах управляемыми, как правило, являются передние мосты, однако на многоосных ТС управляемыми могут быть и задние мосты. В полноприводных машинах все мосты ведущие, в неполноприводных — только задние и промежуточные (средние).
В зависимости от типа применяемой подвески мосты подразделяют на неразрезные (рис. а) и разрезные (рис. б). Существуют три основных типа неразрезных ведущих мостов: разъемные, неразъемные и банджо.
Разъемный ведущий мост состоит из литого картера 1 главной передачи (стального или чугунного), имеющего разъем в вертикальной продольной плоскости, и трубчатых кожухов 2 полуосей, запрессованных в половинки картера главной передачи.
Рис. Неразъемный ведущий мост:
1 — картер главной передачи; 2 — трубчатые кожухи полуосей; 3 — крышка картера
Неразъемный ведущий мост состоит из целого литого картера 1 главной передачи (без разъема) и трубчатых кожухов 2 полуосей, запрессованных в этот картер. К кожухам привариваются рессорные площадки или кронштейны крепления реактивных штанг. Сборка главной передачи осуществляется со стороны задней части картера, закрываемого крышкой 3. 1 Мост банджо представляет собой ведущий мост, у которого картер 2 главной передачи является самостоятельным узлом, соединенным с цельной балкой ведущего моста крепежными деталями. Кожухи 1 полуосей мостов банджо, будучи составной частью цельной балки, имеют переменное сечение, увеличивающееся при приближении к месту установки картера главной передачи. В ведущих мостах с вертикальным банджо плоскость соединения картера главной передачи с балкой расположена вертикально или почти вертикально, а с горизонтальным банджо — горизонтально или под небольшим углом к горизонтали. На концах ведущих мостов на подшипниках качения устанавливают ступицы колес. Кроме того, на балках моста неподвижно закрепляют тормозные опорные диски.
Рис. Ведущие мосты с вертикальным (а) и горизонтальным (б) банджо:
1 — кожухи полуосей; 2 — картер главной передачи
В разъемных и неразъемных мостах картер главной передачи воспринимает одновременно нагрузки, действующие на балку моста и возникающие в главной передаче, т. е. картер работает как силовая деталь, входящая и в балку моста, и в главную передачу. В мостах банджо картер главной передачи воспринимает нагрузки, возникающие только в этой передаче, несколько повышая жесткость балки моста.
Управляемые мосты у неполноприводных колесных машин являются ведомыми, а у полноприводных — ведущими. Ведомые управляемые мосты на своих концах имеют поворотные устройства, состоящие из шкворней 8 и поворотных кулаков б. На осях поворотных кулаков на двух подшипниках 2 крепятся ступицы 1 колес. У ведущих мостов ось поворотного кулака выполняется пустотелой для обеспечения прохождения вала привода колеса. Шкворень является деталью, соединяющей балку моста 13 с поворотным кулаком. Шкворни изготавливают сплошными у ведомых мостов и разрезными у ведущих для прохода вала привода колеса. В проушине балки моста шкворень фиксируется неподвижно штифтом 12, а в поворотном кулаке устанавливается на подшипниках скольжения или качения. Усилие для поворота колеса передается на поворотный кулак от рычагов рулевых тяг. В управляемых мостах тормозные опорные диски крепятся к поворотному кулаку. Шкворень в балке моста устанавливается с наклоном в поперечной и продольной плоскостях машины для стабилизации управляемых колес.
Рис. Ведомый управляемый мост:
1 — ступица колеса; 2 — подшипники; 3 — регулировочная гайка; 4 — замочное кольцо; 5 — контргайка; 6 — поворотный кулак; 7 — замочная шайба; 8 — шкворень; 9 — тормозной барабан; 10 — втулка; 11 — прокладка; 12 — стопорный штифт; 13 — балка моста; 14, 15 — опорные шайбы
Для ступиц колес в настоящее время применяют в основном конические подшипники. Балка ведомого моста двутаврового сечения в средней части изогнута вниз для более низкой установки агрегатов (в частности, двигателя). К балке стремянками крепятся рессоры.