Головна передача і диференціал. Призначення, будова і типи

5.4.1 Призначення головної передачі

Основне призначення головної передачі в трансмісії — передача тяги двигуна до, так би мовити, «кінцевого споживача» — коліс. Головна передача розподіляє тягу під кутом 90° між правим і лівим колесом. Якщо автомобіль задньоприводний, то тяга від коробки передач через карданну передачу передається на головну передачу, а та в свою чергу перенаправляє потік потужності на колеса через піввісь (якщо задня підвіска залежна і має міст) або приводні вали із шарнірами рівних кутових швидкостей (про це йтиметься далі). Якщо автомобіль передньоприводний, то головна передача через шестерню пов’язана безпосередньо із коробкою передач, а тяга від двигуна передається через приводні вали із шарнірами рівних кутових швидкостей.

5.4.2 Нерозрізний міст

Є таке поняття, як нерозрізний міст. Чи означає воно те, що головна передача разом із диференціалом знаходиться в корпусі, до якого приєднані або відлиті разом із ним від самого початку два кожухи півосей? Півосі — це вали, що з’єднують диференціал головної передачі з колесами. Дана конструкція є частиною залежної підвіски автомобіля, оскільки жорстко пов’язує праве і ліве ведучі колеса. Піввісь жорстко пов’язує колесо і головну передачу, тобто при подоланні будь-якої перешкоди весь міст переміщається разом із колесами і всім вмістом. Прибираємо кожух піввісь, корпус головної передачі встановлюємо на кузов або підрамник, колеса з головною передачею з’єднуємо за допомогою приводних валів через шарніри рівних кутових швидкостей — і отримуємо розрізний міст і незалежну підвіску коліс. Все це докладніше описано нижче в розділі «Будова головної передачі».

5.4.3 Функція головної передачі

Примітка
Головна передача служить для зниження кількості обертів, що передаються від двигуна до коліс, і збільшення тягового зусилля. Вона забезпечує передачу обертання з карданного вала на півосі під кутом 90° при класичному компонуванні автомобіля (про яку докладно розповідається в главі 3). У головній передачі застосовують шестеренчасті передачі, одинарні або подвійні. Подвійні передачі так само можуть бути центральними або рознесеними.

5.4.4 Будова головної передачі

Примітка
Нижче наведено опис найпоширенішої на легкових автомобілях конструкції — одинарної головної конічної передачі.

Головна передача складається з двох шестерень, а точніше, ведучої шестерні і веденого колеса (показано на малюнку 5.33).

Малюнок 5.33 Головна передача заднього нерозрізного моста.

5.4.4.a Шестерня

Шестерня є ведучим елементом (до неї підводиться тяга від коробки передач і двигуна), а колесо — веденим (приймає тягу від шестерні і перенаправляє під кутом 90°).

Шестерні виготовляють у вигляді конуса зі спіральними зубами, завдяки чому підвищується міцність та збільшується кількість зубів, що одночасно знаходяться в зачепленні, і шестерні працюють більш плавно і безшумно.

5.4.4.b Гіпоїдна передача

Окрім конічної головної шестеренчастої передачі, у якій осі взаємно перетинаються, в легкових автомобілях застосовують гіпоїдну передачу (показана на малюнку 5.34). У цій передачі зуби мають спеціальний профіль і вісь ведучої шестерні зміщена вниз щодо центру веденого колеса на деяку відстань S. Це дає змогу розташувати карданний вал нижче і зменшити висоту випуклої верхньої частини тунелю для розміщення вала в підлозі кузова, внаслідок чого досягається більш зручне розміщення пасажирів. Крім того, є можливість дещо знизити центр ваги автомобіля і підвищити його стійкість при русі. Гіпоїдна передача має більшу плавність роботи, вищу міцність зубів і зносостійкість.

Примітка
Однак у гіпоїдної передачі є одна неприємна особливість: поріг заклинювання при зворотному ході. Розрахунки цієї передачі, звичайно, виключають таку можливість, але завжди варто пам’ятати, що цю головну передачу може заклинити при перевищенні розрахункових обертів (при обертанні у зворотний бік). Отже, будьте обережні з вибором швидкості руху заднім ходом.

Для гіпоїдної передачі необхідно застосовувати мастила спеціальних сортів через великий тиск між зубами при роботі та великі швидкості відносного ковзання між зубами. Крім того, потрібна більш висока точність монтажу передачі.

Малюнок 5.34 Елементи головної передачі. Конічна і гіпоїдна передачі.

5.4.5 Призначення диференціала

Диференціал дозволяє обертатися правому і лівому ведучим колесам із різною швидкістю при поворотах автомобіля і при русі по нерівностях дороги.

При русі автомобіля на повороті (як показано на малюнку 5.35) його внутрішнє ведуче колесо проходить менший шлях, ніж зовнішнє, і, аби забезпечити кочення без буксування, воно має обертатися повільніше, ніж зовнішнє колесо. Для того щоб колеса могли обертатися з різною кількістю обертів, їх приєднують через приводні вали до диференціала, який жорстко пов’язаний із веденим колесом головної передачі.

5.4.6 Принцип роботи диференціала

Диференціал складається з (дивіться малюнок 5.35) півосьових шестерень [1], сателітів [2], осі сателітів [3] (яка може бути хрестоподібною, якщо сателітів чотири) і корпусу диференціала [4]. Півосьові конічні шестерні закріплені на внутрішніх кінцях півосей [5], на зовнішніх кінцях яких кріпляться ведучі колеса. Сателіти, що представляють собою малі конічні шестерні, посаджені на осі вільно.

Малюнок 5.35 Схема роботи диференціала.

При русі автомобіля на повороті внутрішнє колесо проходить менший шлях і внаслідок зчеплення з дорогою починає обертатися повільніше. При цьому сателіти, обертаючись, починають перекочуватися по півосьовій шестерні внутрішнього колеса, що уповільнила своє обертання. Внаслідок цього сателіти починають обертатися біля своїх осей, збільшуючи число обертів другої шестерні півосі та зовнішнього колеса відповідно.

Примітка
При наявності диференціала між кількістю обертів коліс є певна залежність, при якій сума чисел обертів коліс завжди дорівнює подвоєному числу обертів коробки диференціала, тобто при зменшенні числа обертів одного з коліс число обертів іншого колеса на стільки ж збільшується. При нерухомій коробці диференціала, якщо обертається одне з коліс, інше колесо обертатиметься у зворотний бік.

5.4.7 Негативний вплив диференціала

Однак робота диференціала і позитивний результат досягаються тільки у разі сухої дороги. У певних умовах диференціал може негативно вплинути на рух автомобіля.

Так, при попаданні одного з коліс на слизьке місце (лід, бруд) колесо через недостатнє зчеплення з дорогою починає буксувати. При значному погіршенні зчеплення колеса, що буксує, з дорогою тягове зусилля на ньому стає украй низьким. При цьому друге колесо, що має достатнє зчеплення з дорогою, зупиняється, оскільки внаслідок властивості диференціала розподіляти зусилля (крутний момент) між колесами порівну тягове зусилля на другому колесі також стає украй малим і недостатнім для руху автомобіля. Колесо, що буксує, обертається при цьому з подвоєним числом обертів, і автомобіль повністю зупиняється.

5.4.8 Різновиди диференціалів

Диференціали можуть бути симетричними і несиметричними, а також вільними або з можливістю блокування.

Примітка
Залежно від місця установки диференціали можуть бути:
- міжколісними;
- міжосьовими;
- міжбортовими.

Примітка
Диференціал, що розподіляє тягу від двигуна порівну між колесами або між осями, називається симетричним. Якщо ж диференціал міжосьовий (ділить тягу від двигуна в повноприводному автомобілі між передньою і задньою віссю), він може бути несиметричним, тобто на одну з осей передавати менше тяги, ніж на іншу.

Якщо симетричний розподіл не завжди грає на руку керованості або прохідності автомобіля, отже, цю проблему необхідно вирішити.

Так з’явилися диференціали з блокуванням. Процес блокування може бути відданий на відкуп водієві з виведенням важеля керування у салон автомобіля або ж переданий у відання електроніки і може бути автоматичним повністю або ж із керуванням за допомогою контролерів в салоні автомобіля.

Також, як варіант, часто використовують диференціал підвищеного тертя, який при ускладнених дорожніх ситуаціях просто не дозволить усій тязі «піти» на колесо, яке втратило зчеплення з поверхнею.