Чем отличается гипоидные главные передачи от конических

23

Особенности гипоидной передачи или почему не стоит дергать машину задним ходом.

Большинство знает как выглядит главная передача (ГП) автомобиля, но не все знают особенности ее работы. Из-за этого часто возникают ошибки в управлении автомобилем и соответственно сокращение срока жизни его частей.
рассмотрим некоторые типы ГП.

а — коническая с прямозубым зацеплением; б — коническая с косозубым зацеплением; в — коническая с гипоидным зацеплением.
На большинстве современных автомобилей стоит гипоидная ГП. Она тише в работе и способна передать больший крутящий момент без разрушения. Но то, что оси шестерен не совпадают приводит к тому, что пятно контакта при работе смещается. Шестерни стараются раздвинуть себя. Смотрим на форму правильного пятна контакта.

I – стороны переднего хода;
II – стороны заднего хода;
нас интересует только правильная позиция — e.
Обратите внимание что пятно контакта при движении вперед почти посредине зуба, а назад смещено к его краю, причем к тому который тоньше (зуб снаружи бублика имеет большую толщину. чем внутри). Это особенности люфтов в гипоидной передаче.
Мало того при приложении нагрузки пятно контакта будет смещаться (помним что шестерни пытаються раздвинутся). Но при движении вперед пятно будет сдвигаться в сторону толстого края зуба, а в случае заднего еще дальше в сторону тонкого. Естественно толстая сторона зуба выдерживает намного большие нагрузки. Почему так сделали? Машина в основном движется вперед и не так часто задним ходом.
Все просто для одного редуктора, но у нас же внедорожник — тут их два.
Тут есть два варианта. Или у вас передний мост имеет такой же редуктор, как и задний, но перевернутый или у вас стоит реверсивная пара с обратным наклоном зубцов.
В случае перевернутого редуктора моста изначально пятно контакта ставиться с чуть другим смещением, но при нагрузке и движении вперед смещение пятна будет в сторону тонкого края зубца. Эти пренебрегают, поскольку в таком случае пара, обычно, такая же как задняя, тоесть более мощная, а на передний мост нагрузка почти всегда меньше.
В случае реверсивной пары все работает так же как и для заднего моста, в этом случае часто ставят меньшую пару.
Ну и теперь главное. зачем я писал этот опус.
Внедорожники часто выдергиваю друг друга, когда один из них застрял.
Даже при использовании динамической стропы, нагрузки на главных парах, превосходят заложенные конструктивно. Но при выдергивании передним ходом будет работать будут более толстые части зубцов, где запас прочности выше. При выдергивании задним — более тонкие. Соответственно сломать зуб на ГП намного проще. И даже если у вас передний редуктор моста перевернутого типа, который будет смещать пятно контакта в другую сторону, все равно стоит выдергивать машины ходом вперед. Почему? Тут тоже все не так уж сложно. Более нагруженным будет тот мост, который ближе к выдергиваемому автомобилю ( ну разве что вы его с горы стащить хотите ). Казалось бы в такой ситуации на авто с перевернутым редуктором все равно какой стороной дергать. Но не забываем что передний мост всегда конструктивно слабее. Шрусы или крестовины тоже порвать можно, да и полуоси передние обычно тоньше.
Вобщем, решать конечно вам, но я категорически советую выдергивать машины только ходом вперед.
и не забываем о простых правилах.
Стараемся использовать динамическую стропу.
Не дергаем под большим углом. Проушины под углом держат намного меньшую нагрузку.
Используем тросогаситель( можно просто куртку). Пробитое стекло или дверь самое безболезненное что может случится если стропа лопнет.
Если тянем авто больше по массе или сильно засевшие тормозим в конце разгона, иначе вас просто откинет назад.
Если есть возможность — не ленимся использовать лебедку, это дольше, но намного безопасней.

Главная передача

Шестеренный механизм, повышающий передаточное число трансмиссии автомобиля, называется главной передачей.

Главная передача служит для постоянного увеличения крутящего момента двигателя, подводимого к ведущим колесам, и уменьшения скорости их вращения до необходимых значений.

Главная передача обеспечивает максимальную скорость движения автомобиля на высшей передаче и оптимальный расход топлива в соответствии с ее передаточным числом. Передаточное число главной передачи зависит от типа и назначения автомобиля, а также мощности и быстроходности двигателя. Величина передаточного числа главной передачи обычно составляет 6,5…9,0 у грузовых автомобилей и 3,5. 5,5 у легковых автомобилей. На автомобилях применяются различные типы главных передач (рисунок 1).

Рисунок 1 — Типы главных передач

Одинарные главные передачи

Одинарные главные передачи состоят из одной пары шестерен.

Цилиндрическая главная передача применяется в переднеприводных легковых автомобилях при поперечном расположении двигателя и размещается в общем картере с коробкой передач и сцеплением (см. Двухвальные коробки передач ВАЗ и АЗЛК рисунок 2). Ее передаточное число равно 3,5. 4,2, а шестерни могут быть прямозубыми, косозубыми и шевронными. Цилиндрическая главная передача имеет высокий КПД — не менее 0,98, но она уменьшает дорожный просвет у автомобиля и более шумная.

Коническая главная передача (рисунок 2, а) применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен в конической главной передаче лежат в одной плоскости и пересекаются, а шестерни выполнены со спиральными зубьями. Передача имеет повышенную прочность зубьев шестерен, небольшие размеры и позволяет снизить центр тяжести автомобиля. КПД конической главной передачи со спиральным зубом 0,97. 0,98. Передаточные числа конических главных передач 3,5. 4,5 у легковых автомобилей и 5. 7 у грузовых автомобилей и автобусов.

Рисунок 2 — Главные передачи

а, б, в — одинарные; г, д — двойные; е — редуктор; 1 — ведущая шестерня; 2 — ведомая шестерня; 3 — червяк; 4 — червячная передача; 5 — коническая шестерни; 6 — цилиндрические шестерни; 7 — полуось; 8 — солнечная шестерня; 9 — сателлит; 10 — ось; 11 — коронная шестерня; l — гипоидное смещение

Гипоидная главная передача (рисунок 2, б) имеет широкое применение на легковых и грузовых автомобилях. Оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен гипоидной главной передачи в отличие от конической не лежат в одной плоскости и не пересекаются, а перекрещиваются. Передача может быть с верхним или нижним гипоидным смещением l. Гипоидная главная передача с верхним смещением используется на многоосных автомобилях, так как вал ведущей шестерни должен быть проходным, а на переднеприводных автомобилях — исходя из условий компоновки. Главная передача с нижним гипоидным смещением широко применяется на легковых автомобилях.

Передаточные числа гипоидных главных передач легковых автомобилей 3,5. 4,5, а грузовых автомобилей и автобусов 5. 7. Гипоидная главная передача по сравнению с другими более прочная и бесшумная, имеет высокую плавность зацепления, малогабаритная и ее можно применять на грузовых автомобилях вместо двойной главной передачи. Она имеет КПД, равный 0,96. 0,97. При нижнем гипоидном смещении имеется возможность ниже расположить карданную передачу и снизить центр тяжести автомобиля, повысив его устойчивость. Однако гипоидная главная передача требует высокой точности изготовления, сборки и регулировки. Она также требует из-за повышенного скольжения зубьев шестерен применения специального гипоидного масла с сернистыми, свинцовыми, фосфорными и другими присадками, образующих на зубьях шестерен прочную масляную пленку.

Червячная главная передача (рисунок 2, в) может быть с верхним или нижним расположением червяка 3 относительно червячной шестерни 4, имеет передаточное число 4. 5 и в настоящее время используется редко. Ее применяют на некоторых многоосных многоприводных автомобилях. По сравнению с другими типами червячная главная передача меньше по размерам, более бесшумна, обеспечивает более плавное зацепление и минимальные динамические нагрузки. Однако передача имеет наименьший КПД (0,9. 0,92) и по трудоемкости изготовления и применяемым материалам (оловянистая бронза) является самой дорогостоящей.

Двойные главные передачи

Эти передачи применяются на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, на полноприводных трехосных автомобилях и автобусах для увеличения передаточного числа трансмиссии, чтобы обеспечить передачу большого крутящего момента. КПД двойных главных передач находится в пределах 0,93. 0,96.

Двойные главные передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен с прямыми или косыми зубьями. Наличие цилиндрической пары шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен.

В центральной главной передаче (рисунок 2, г) коническая и цилиндрическая пары шестерен размещены в одном картере в центре ведущего моста. Крутящий момент от конической пары через дифференциал подводится к ведущим колесам автомобиля.

В разнесенной главной передаче (рисунок 2, д) коническая пара шестерен 5 находится в картере в центре ведущего моста, а цилиндрические шестерни 6 — в колесных редукторах. При этом цилиндрические шестерни соединяются полуосями 7 через дифференциал с конической парой шестерен. Крутящий момент от конической пары через дифференциал и полуоси 7 подводится к колесным редукторам.

Широкое применение в разнесенных главных передачах получили однорядные планетарные колесные редукторы. Такой редуктор (рисунок 2, е) состоит из прямозубых шестерен — солнечной 8, коронной 11 и трех сателлитов 9. Солнечная шестерня приводится во вращение через полуось 7 и находится в зацеплении с тремя сателлитами, свободно установленными на осях 10, жестко связанных с балкой моста. Сателлиты входят в зацепление с коронной шестерней 11, прикрепленной к ступице колеса. Крутящий момент от центральной конической пары шестерен 5 к ступицам ведущим колес передается через дифференциал полуоси 7, солнечные шестерни 8, сателлиты 9 и коронные шестерни 11.

При разделении главной передачи на две части уменьшаются нагрузки на полуоси и детали дифференциала, а также уменьшаются размеры картера и средней части ведущего моста. В результате увеличивается дорожный просвет и тем самым повышается проходимость автомобиля. Однако разнесенная главная передача более сложна, имеет большую металлоемкость, дорогостояща и трудоемка в обслуживании.

Ведущие мосты грузовиков

Применительно к автомобилю «мост» – это, прежде всего, несущая конструкция, объединяющая колеса одной оси, относящаяся к подвеске. «Ведущий мост» предполагает еще и передачу усилия к колесам. Именно этот аспект мы и рассмотрим, поскольку подвеске уже посвятили две статьи.

Для передачи крутящего момента к ведущим колесам несущая конструкция дополняется множеством устройств, которые могут выполняться в виде отдельных агрегатов (что более характерно для легковых машин), но чаще всего располагаются внутри балки. Они обеспечивают увеличение момента в соответствии с передаточным отношением главной передачи. Двух- и трехскоростные главные передачи предоставляют водителю возможность выбора передаточного отношения. К механизмам, передающим крутящий момент, относятся главная передача, дифференциал, полуоси и ступицы.

Одноступенчатая главная передача

Она может быть выполнена в виде спирально-конического, гипоидного, червячного или цилиндрического редуктора. В двухступенчатой передаче первую ступень обычно образуют с помощью конической или гипоидной передачи, а вторую – цилиндрической, шевронной или планетарной. При этом двухступенчатые передачи могут быть как одно-, так и двухскоростными.

Гипоидные передачи нашли широкое применение на грузовых автомобилях. Около 2/3 американских грузовиков, имеющих один ведущий мост, снабжены гипоидными передачами. Ford и GM оснащают гипоидной передачей грузовики всех типов, в том числе трехосные, магистральные тягачи, а также автомобили особо большой грузоподъемности.

Гипоидные передачи относятся к передачам со скрещивающимися осями. По свойствам они являются промежуточным звеном между коническими и червячными передачами. К характерным свойствам гипоидных передач относятся:

• менее шумная, чем у конических передач работа;
• КПД выше, чем у червячных передач, но ниже, чем у конических. Для получения высокого КПД гипоидной передачи не требуется добиваться особо высокой точности изготовления или малой шероховатости рабочих поверхностей. Для гипоидных шестерен применяют те же материалы, что и для конических, при этом стоимость обеих передач примерно одинаковая;
• при одинаковой прочности размеры гипоидной передачи значительно меньше, чем конической;
• допускает более низкое положение кузова и позволяет уменьшить высоту центра тяжести автомобиля, что особенно важно для туристических и междугородных автобусов;
• в многоосных автомобилях облегчает выполнение «проходного» моста для подвода крутящего момента к следующему ведущему мосту.

Специфика зацепления шестерен в гипоидной передаче предъявляет повышенные требования к смазке. Для гипоидных главных передач должны использоваться только специальные масла. Они отличаются от обычных тем, что благодаря специальным добавкам, содержащим серу, хлор или фосфор, обеспечивают высокую прочность масляной пленки, не разрушающейся даже в тех тяжелых условиях, которые возникают в гипоидном зацеплении, и тем самым зубья предохраняются от задира. Иные масла в эксплуатации использовать недопустимо.

Червячные главные передачи применяются в автобусах (ими снабжена треть австралийских автобусов) и многоосных грузовых автомобилях (американские Peterbilt, английские Atkinson, Seddon и др.). Червяк может находиться как над червячным колесом, так и под ним.

Червячные передачи обладают рядом достоинств:

• малые габариты и масса при большом передаточном числе (в грузовиках его диапазон составляет 8 – 12);
• малая шумность и высокая плавность работы, обусловленная продольным скольжением зубьев, вследствие чего динамические нагрузки, вызываемые погрешностями изготовления, в червячной передаче значительно меньше, чем в конической;
• возможность для опускания карданного вала при размещении червяка снизу. Это важно для автомобилей с низкой рамой и низкорасположенным полом;
• удобство и простота выполнения «проходного» промежуточного моста для привода к последующему ведущему мосту в многоосных автомобилях при использовании верхнего червяка.

Недостатками червячной передачи являются: сложность и высокая стоимость изготовления, меньший КПД. Современные червячные передачи по этому параметру приближаются к коническим редукторам, но для получения высокой эффективности зубчатый венец червячного колеса делают из высококачественной оловянистой бронзы (11 – 14% олова), используют передачи с большими углами высокой линии червяка, а обработка поверхности червяка должна быть весьма точной. Использование дорогих материалов, их дорогостоящая обработка и высокая стоимость нарезки самого червяка в производстве – причины, по которым применение червячных передач весьма ограничено.

Двухступенчатая главная передача

Когда величина передаточного числа обуславливает чрезмерные размеры ведомой шестерни в одноступенчатом редукторе, используют двухступенчатую главную передачу. Она позволяет получить большие передаточные числа, необходимые для создания значительной силы тяги на ведущих колесах. Последнее обстоятельство с каждым годом имеет все большее значение, так как способствует достижению лучшей динамики разгона автопоездов и повышению их средней скорости на трассе.

При распределении общего передаточного числа двухступенчатых передач по отдельным зубчатым парам руководствуются следующими положениями:

1 – передаточное число передачи, осуществляющей снабжение крутящим моментом непосредственно колес должно быть максимальным;

2 – передаточное число конической или гипоидной ступени должно быть по возможности малым. Исходя из этого, в грузовых автомобилях все чаще выполняют вторую ступень в виде планетарного ряда, размещенного в ступице колеса (разнесенная главная передача).

Двухступенчатые передачи по конструктивной схеме разделяют на две основные группы: передачи, расположенные в средней части моста (заключенные в одном картере) и разнесенные передачи (одноступенчатая главная передача располагается в картере моста и отдельно размещается связанный с ней привод колеса или колесный редуктор).

Колесные редукторы встречаются только на полноприводных грузовых автомобилях. Применение колесного редуктора приводит к увеличению числа деталей ведущего моста, но не увеличивает его массу. Это происходит потому, что основные части ведущего моста (главная передача, дифференциал, полуоси) воспринимают меньшие крутящие моменты, увеличиваемые в нужной мере лишь в колесных редукторах. Благодаря этому основные детали ведущего моста имеют меньшие размеры, а следовательно, меньшую массу, чем при получении идентичного крутящего момента с помощью одноступенчатой главной передачи.

Двухступенчатые разнесенные передачи бывают двух типов:

– одноступенчатая коническая или гипоидная передача в картере моста, соединенная с цилиндрической передачей наружного зацепления привода колес, которая может располагаться в отдельном картере между дифференциалом и ступицей колеса или даже в ступице колеса. Передача внутреннего зацепления обычно размещается в ступицах колес;

– одноступенчатая коническая или гипоидная главная передача, соединенная с планетарной передачей, расположенной в ступицах колес. Такая конструкция отличается рядом преимуществ: малые размеры конической или гипоидной передачи; планетарная передача размещена вне тормозов; соосное положение шестерен, передающих крутящий момент; разделение передаваемого момента между тремя или пятью сателлитами; высокий КПД и др.

С коробкой на мосту

А теперь о двухскоростных передачах в ведущих мостах. Их применение позволяет удвоить число передач трансмиссии без установки сложных многоступенчатых коробок передач, причем низшие передаточные числа могут быть получены путем включения второй ступени передачи, благодаря чему карданный вал и первая ступень не воспринимают увеличенного крутящего момента.

Двухскоростные передачи применяют на магистральных тягачах с одним ведущим мостом, созданных на базе обычных автомобилей. В этом случае двухскоростная передача позволит увеличить максимальное передаточное число трансмиссии (что необходимо в связи с увеличением полной массы грузовика) и число передач, так как разница между массами груженого и не груженого автомобиля (особенно в случае седельного тягача) весьма большая. В этом случае все остальные механизмы грузовика остаются неизменными.

Встречаются двухскоростные главные передачи, включающие цилиндрические шестерни внешнего зацепления, вращающиеся на поперечном валу, и кулачковую муфту, которая, перемещаясь по шлицам и входя в зацепление с зубчатыми венцами шестерни, жестко соединяют их с валом. При перемещении муфты влево включается большее передаточное число, а при перемещении вправо – меньшее. В главных передачах такого типа всегда работают две пары зубьев, в связи с чем потери в зацеплении такие же, как и в двухступенчатой главной передаче, однако потери на взбалтывание масла возрастают. Недостатком такой схемы является увеличение размеров и массы всего моста.

На некоторых грузовых автомобилях можно встретить ступенчатые планетарные главные передачи, преимущественно двухскоростные, а в последнее время и трехскоростные. Планетарные ряды способствуют повышению компактности узла, но при этом повышают его стоимость.

И в заключение

Многообразие типов задних мостов и главных передач помогают покупателю автомобиля лучше подобрать грузовик в соответствии с теми условиями, в которых машине предстоит работать. С другой стороны, жесткая конкуренция между автопроизводителями и борьба за каждого покупателя на рынке способствуют тому, что многообразие конструкций все больше возрастает.

Одноступенчатые главные передачи

В этой главе рассматриваются как одноступенчатые главные передачи, так и первые ступени двухступенчатых главных передач.

КОНИЧЕСКИЕ И ГИПОИДНЫЕ ГЛАВНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

В большинстве автотранспортных средств применяются одноступенчатые главные передачи, выполняемые в виде конической или гипоидной передачи.

Характеристика конической главной передачи и ее применение

Конические главные передачи широко используют в грузовых автомобилях и специальных транспортных средствах, а также в автобусах. В легковых автомобилях конические главные передачи в значительной степени вытеснены гипоидными главными передачами. Однако в легковых автомобилях некоторых типов (особенно в мало- и микролитражных автомобилях западноевропейских стран, Японии, СССР, ЧССР, Польши и других стран) применяют конические главные передачи.

Обычно используют конические главные передачи с углом между осями 90°, однако в некоторых автомобилях (особенно в автобусах с задним расположением двигателя) применяют конические передачи с углом между осями, не равным 90° (см. рис. 2.56)

Коническая передача может быть выполнена с помощью конических колес, имеющих линию зуба в виде окружности — типа «Гли-сои», дуг эвольвенты — типа «Клингельнберг», дуг элоиды — типа «Эрликон», дуг спирали—типа «ФИАТ-маммано». Направление зуба при разных типах зацепления показано на рис. 2.2. Наибольшее применение получила главная передача с круговыми зубьями типа Глисон.

Коническая передача с криволинейными зубьями позволяет выполнить требования по прочности и кинематике. Она может применяться в грузовых автомобилях, автобусах и в значительной части легковых автомобилей. К основным преимуществам конической передачи с криволинейными зубьями можно отнести возможность шлифования зубьев на высокопроизводительных станках и наличие

Рис. 2.2. Зубья конических колес:

а и б — с круговым направлением зуба соответственно для— с эволь-

вентным направлением зуба; г — со спиральным направлением зуба; 1 — эвольвента; 2 — логарифмическая спираль

локализованного пятна контакта, что делает зацепление менее чувствительным к неточностям взаимного положения колес.

Значительно реже применяют конические передачи с зацеплением по дуге эвольвенты, т. е. паллоидные передачи. Конические колеса с эвольвентными зубьями в изготовлении проще, чем конические колеса с круговыми зубьями, но имеют больше недостатков (невозможность шлифования зубьев и выбора угла наклона зуба, так как этот угол однозначно определяется числом зубьев, модулем, углом конуса и шириной зубчатого венца).

Основным недостатком конических передач с криволинейным зубом являются значительные осевые силы, изменяющие свое направление при изменении направления вращения шестерен.

Когда направления линии зуба и вращения совпадают, направление осевой силы может быть различным.

Если— угол профиля зуба

в нормальном сечении;— угол линии зуба по середине ширины венца;— угол делительного конуса шестерни, то осевая сила будет направлена к вершине конуса. Такое направление осевой силы нежелательно, так как при наличии зазора может произойти заклинивание зубьев.

Если направления зуба и вращения противоположны, то продольная сила направлена от вершины к основанию конуса. В этом случае возникновение осевого зазора не может привести к заклиниванию передачи. При движении автомобиля вперед ведущая шестерня главной передачи имеет правое направление вращения, поэтому направление линии зуба шестерни — левое.

При движении автомобиля назад направление линии зуба совпадает с направлением вращения, в связи с чем осевая сила получает нежелательное направление. Однако движение автомобиля задним ходом происходит в течение очень небольшого промежутка времени, и крутящий момент при этом в большинстве случаев невелик.

Правильно сконструированная коническая главная передача должна иметь максимально достижимую жесткость зубчатых колес и их опор в картере передачи, простую регулировку положения зубчатых колес, позволяющую добиться эффективного взаимодействия их, а также устранения в конических подшипниках (в случае их применения) осевых зазоров возникающих по мере износа подшипников.

В соответствии с инструкцией фирмы «Глисон уоркс», допустимая погрешность установки конических шестерен главной передачи с круговыми зубьями по отношению к расчетному положению этих шестерен, согласно инструкции фирмы «Глисон уоркс» показана на рис. 2.3.

Достижение такого уровня точности взаимного расположения зубчатых колес зависит не только от высокой точности обработки и высокой жесткости картера, но и от жесткости ведущего вала, жесткости ведомой шестерни, правильного выбора подшипников и их размещения. Подшипники должны быть расположены так, чтобы под действием окружной силы, возникающей в зацеплении и достигающей здесь большой величины, совокупные деформации системы были как можно меньше.

2.1.2. Характеристика гипоидной главной передачи и ее применение

В настоящее время гипоидные главные передачи применяются во всех американских легковых автомобилях, большей части западноевропейских легковых автомобилей среднего класса, а также в значительной части мало- и микролитражных автомобилей.

Рис. 2.3. Допустимые перемещения шестерен конической главной передачи по данным фирмы «Глисон уоркс» (США)

Гипоидные главные передачи нашли широкое применение и в грузовых автомобилях. Около 2 /₃ всех моделей американских грузовых автомобилей с одним ведущим мостом снабжаются гипоидной передачей. Некоторые автомобилестроительные фирмы, например «Додж», «Форд» и т. п., оснащают гипоидной передачей автомобили всех типов, в том числе автомобили с двумя и тремя ведущими мостами, колесные тягачи и автомобили большой грузоподъемности.

Гипоидные главные передачи широко применяются в английских грузовых автомобилях и автобусах «Бедфорд», западногерманских грузовых автомобилях «Мерседес-Бенц» и т. п. В СССР гипоидные передачи используют в легковых автомобилях «Москвич-412», ГАЗ-24 «Волга», ГАЭ-13 «Чайка» и ЗИЛ-111. Гипоидная передача устанавливается также в автомобиле «Фиат-125Р» (ПНР).

Гипоидные передачи относятся к передачам со скрещивающимися осями. Что касается их свойств, то они являются промежуточными по сравнению с коническими и червячными передачами. При правильном конструировании гипоидной передачи можно добиться оптимального совмещения качеств как червячных, так и конических передач.

Характерными свойствами гипоидных передач являются следующие [19*].

1. Менее шумная работа по сравнению с коническими передачами, однако более шумная по сравнению с червячными передачами.

2. КПД выше, чем у червячных передач, и несколько ниже, чем у конических. Для получения высокого КПД гипоидной передачи нет необходимости добиваться особо высокой точности изготовления или малой шероховатости рабочих поверхностей. Для гипоидных шестерен применяют те же материалы, что и для конических шестерен, а стоимость изготовления обеих передач приблизительно одинакова.

3. При одинаковой прочности размеры гипоидной передачи значительно меньше, чем конической. Правильно сконструированная гипоидная передача по размерам не уступает червячной передаче.

4. Возможность достижения более низкого положения кузова и вследствие этого уменьшения высоты центра тяжести автомобиля при обычном для автомобильных гипоидных передач положении ведущей шестерни (см. рис. 2.6, б и в). Кроме того, отпадает необходимость в выполнении туннеля карданного вала в полу кузова. Уменьшение высоты центра тяжести автомобиля повышает его устойчивость и позволяет (при достаточной мощности двигателя) повысить среднюю скорость движения. Это особенно важно для легковых автомобилей и автобусов.

5. Возможность более простого подвода привода к ведущим колесам в многоосных автомобилях (см. рис. 8.18—8.20).

Гипоидная главная передача, как и коническая, может быть выполнена с помощью гипоидных шестерен, имеющих линию зуба в виде дуг окружности — типа «Глисон», эвольвенты — типа «Клин-гельнберг», элоиды — типа Эрликон, спирали — типа «ФИАТ-

Рис. 2.4. Схема соприкосновения конусов в гипоидной передаче

маммано». Наибольшее применение находят гипоидные передачи с круговыми зубьями типа «Глисон».

Делительными поверхностями гипоидных передач являются конусы (рис. 2.4), соприкасающиеся в точке Р. Ось гипоидной шестерни смещена относительно оси колеса как показано на рис. 2.5; это смещение называют гипоидным. Направление гипоидного смещения можно определить, если при взгляде со стороны вершины ведомой шестерни ведущая шестерня находится справа от оси ведомой шестерни.

Гипоидные шестерни (рис. 2.6, а и б) имеют нижнее смещение, а на рис. 2.6, виг — верхнее смещение. Шестерни (рис. 2.6, а и б) имеют левое направление зуба, а на рис. 2.6, в я г — правое направление зуба.

Направление смещения, угол спирали зуба и направление спирали связаны между собой. С помощью уравнений (2.1) и (2.2) можно показать, что, если смещение положительно (шестерня с левой спиралью и нижним смещением или с правой спиралью и верхним смещением), размеры гипоидной шестерни будут больше, чем у со-‘ ответствующей конической шестерни, а если смещение отрицательно (шестерня левого вращения расположена выше центра колеса автомобиля, а правого вращения — ниже центра колеса), то гипоидная

Рис. 2.5. Гипоидное смещение шестерни: 1 — гипоидное смещение

Рис. 2.6. Положения гипоидной шестерни относительно оси ведомой шестерни и соответствующие им направления линии зуба

шестерня по размерам будет меньше соответствующей конической шестерни. Отрицательное смещение уменьшает коэффициент перекрытия и плавность, а также способствует увеличению шума, характерного для гипоидных передач, в связи с чем использование такой конструкции не рекомендуется. Обычно смещение ведущей шестерни не превышает 0,2 диаметра делительной окружности ведомой шестерни у легковых и 0,12 у грузовых автомобилей.

Если число зубьев шестерни невелико (как в главной передаче автомобиля), то следует учитывать малое значение торцового коэффициента перекрытия. Изменяя угол спирали, добиваются максимального перекрытия зуба без чрезмерного увеличения осевых сил, действующих на подшипники.

Фирма «Глисон уоркс» [5] рекомендует следующую формулу (как для конических шестерен, так и для гипоидных) для приближенного расчета угла спирали по середине зуба:

где— приближенный угол спирали по середине зуба, е — гипоидное смещение d₂ — диаметр делительной окружности ведомой шестерни, мм; z₂ — число зубьев ведомой шестерни;— число зубьев ведущей шестерни.

Зная величинуможно получить приближенное значение

угла спирали ведомой шестерни из зависимости

где в — приближенный угол гипоидного смещения, средний радиус ведомой шестерни, мм,

Из приведенных выше формул можно заметить, что угол спирали находится в прямой зависимости от величины и направления смещения. В случае конических колес с круговым зубом, для которых смещение равно нулю, угол спирали зуба ведомой шестерни равен углу спирали зуба ведущей шестерни.

В случае гипоидных шестерен увеличение смещения приводит к большой разнице между углами спирали ведущей и ведомой шестерен. Положительное смещение способствует тому, что угол спирали ведомой шестерни получается меньше, чем у ведущей, в то время как отрицательное смещение способствует тому, что угол спирали ведомой шестерни становится больше, чем у ведущей. Разница между углами спирали ведомой и ведущей шестерен обусловливает необходимость изменения размеров шестерни в целях сохранения одного нормального модуля для обоих элементов передачи.

В гипоидной передаче отношение делительных диаметров ведущей и ведомой шестеренДля конических

передач указанная зависимость принимает следующий вид: —

Отношениевсегда меньше единицы, поэтому

в гипоидных передачахЭто позволяет при неизмен

ном диаметре ведущей шестерни уменьшить диаметр ведомой шестерни или при неизменном диаметре ведомой шестерни увеличить диаметр ведущей шестерни. В первом случае уменьшаются размеры главной передачи, так как они определяются диаметром ведомой шестерни. Во втором случае повышаются срок службы и прочность главной передачи.

При нормальном значениигипоидного смещения е — (0,125— —0,2) d₂ коэффициентСледовательно, при неизмен-

Рис. 2.7. Схема действия нормальных сил между зубьями гипоидной передачи и эпюра скоростей по высоте зуба:

1 и 2 — соответственно коническая и гипоидная передачи

ном диаметре ведущей шестерни диаметр ведомой шестерни может быть уменьшен в 1,25—1,5 раза (низшее значение относится к грузовым автомобилям, имеющим меньшее гипоидное смещение, высшее — к легковым автомобилям). В случае неизменности диаметра ведомой шестерни во столько же раз увеличивается диаметр ведущей шестерни. , Увеличение диаметра ведущей шестерни вызывает (при прочих равных условиях) возрастание нормального модуля, а отсюда и толщины зуба (в среднем на 10—15 %). Одновременно при этом уменьшается сила, действующая на зубья шестерен: В соответствии с рис. 2.7 нормальная сила, действующая на зубья ведомой и ведущей шестерен гипоидной передачи,

Если сравнить гипоидную передачу с конической, то нормальная сила, действующая на зубья гипоидных шестерен, будет меньше, чем у конических шестерен, во столько раз, во сколько раз угол спирали ведомой шестерни гипоидной передачи меньше соответствующего угла ведомой шестерни конической передачи. Если принять, что угол спирали конической передачи равен 35°, а ведомой шестерни гипоидной передачи — 20°, то уменьшение нормальной силы составило бы приблизительно 12 %.

При большем угле спирали ведущей гипоидной шестерни возрастает число зубьев одновременно находящихся в зацеплении (приблизительно в 1,5 раза); увеличение диаметра ведущей гипоид ной шестерни позволяет применять подшипники большего диаметра. Это повышает жесткость опор шестерен и снижает вероятность

нарушения работы зацепления. Таким образом, сопротивление усталости гипоидных передач при одинаковых размерах ведомых шестерен значительно выше, чем конических.

Как уже упоминалось выше, гипоидная передача имеет точечный контакт начальных конусов. Однако вследствие упругих деформаций зубьев под нагрузкой контакт распространяется на некоторую плоскость, подобную локализованному пятну контакта конической передачи. В результате увеличения диаметра ведущей шестерни и большей плавности зацепления или степени перекрытия удельное давление на зубьях гипоидных шестерен получается даже несколько меньше, чем у конических, при одновременном сохранении всех положительных свойств локализованного пятна контакта.

Одним из свойств зацепления гипоидных шестерен является продольное скольжение, зубьев. Скорость скольжения может быть определена по формулегде v —

окружная скорость колеса. Распределение скольжения вдоль высоты зуба в конической и гипоидной передачах показано на рис. 2.7. Для гипоидной передачи приведена суммарная величина скольжения, полученного по геометрическим данным профильного (по длине контура) и продольного скольжения.

Наличие продольного скольжения улучшает некоторые эксплуатационные свойства гипоидных главных передач, не ухудшая других. При наличии продольного скольжения также не изменяется направление скольжения на делительном диаметре, что оказывается одной из основных причин малошумной работы гипоидной передачи.

Однако наличие продольного скольжения ухудшает условия смазки. Условия образования масляной пленки тем хуже, чем меньше угол между касательной, проведенной к рабочим поверхностям зуба, и направлением скольжения. В случае профильного и продольного скольжения этот угол всегда меньше 90°. В некоторых точках на делительном диаметре и вблизи него упомянутый угол может быть близок к нулю. При наличии больших удельных нагрузок (значительно больших, чем в червячной передаче) и значительной работы трения в этих точках возможно уничтожение масляной пленки. В гипоидных передачах обе шестерни выполнены из одинакового материала — стали, в связи с чем при уничтожении масляной пленки обычно происходит задир трущихся поверхностей и передача становится непригодной к работе.

Указанный недостаток гипоидных передач полностью устраняется, если применяется специальное, так называемое гипоидное, масло.

Гипоидные масла отличаются от обычных тем, что благодаря специальным добавкам (специальные химические вещества, содержащие серу, хлор или фосфор), обеспечивают высокую прочность масляной пленки [14], не разрушающейся даже в тех тяжелых условиях, которые создаются в точках контакта зубьев шестерен гипоидных передач, и тем самым зубья предохраняются от задира.

В ПНР для смазывания гипоидных передач применяют следующие три вида масел: Hipol 10 (зимняя марка), Hipol 15 (всесезонная

марка) и Hipol 30 (летняя марка), а также масла Hipol 15F N—А и Hipol FN — В для главной передачи заднего моста и коробки передач автомобиля «Фиат-125Р». Их получают путем консервациоyной переработки нефти. Масла содержат добавки, повышающие прочность масляной пленки и стойкость против вспенивания, кроме того, ингибиторы коррозии.

Применение гипоидных масел желательно не только для гипоидных передач, но и длят других зубчатых передач трансмиссий (коробки передач, раздаточные коробки, конические главные передачи и т. п.), так как в этом случае повышается срок службы передачи, а также удлиняется период работы без смены масла. Чтобы обеспечить достаточно интенсивное, смазывание гипоидной передачи, часто

Рис. 2.8. Конструктивная схема гипоидной главной передачи:

а — с двухопорной установкой венца ведущей шестерни (максимальное передаточное число ig— 7,2); б — с консольной установкой ведущей шестерни (максимальное передаточное число 8,16); 1 — обычная конструкция ( ‘ig = 5,83); 2 и 3 — конструкции для макси

мальных передаточных чисел соответственно 7,2 и 8,16

(главным образом в тяжелых грузовых автомобилях) применяют специальные масляные насосы.

Очевидно, что наличие продольного скольжения увеличивает работу трения. Однако вследствие повышения поверхностной прочности гипоидных шестерен за счет других рассмотренных выше факторов сопротивление износу зубчатых колес даже несколько выше, чем в конических передачах. Осевые силы, действующие на ведомую шестерню гипоидной передачи, несколько больше, чем в конической передаче. Что касается трудностей, связанных с обеспечением правильного зацепления, гипоидные передачи примерно равноценны коническим.

На рис. 2.8, а показана конструктивная схема гипоидпой передачи с двухопорной установкой зубчатого венца ведущей шестерни. Верхняя схема на рис. 2.8, а представляет собой обычную конструкцию с i_g = 5,83, а нижняя схема — конструкцию для предельного передаточного числа i_g = 7,2, с точки зрения минимального как диаметра шипа, так и размера заднего подшипника. В последней

конструкции фреза даже несколько подрезает внутреннюю опору или шип вала.

На рис. 2.8, б показана конструкция с консольным креплением зубчатого венца ведущей шестерни. Эта конструкция менее целесообразна с точки зрения жесткости, однако позволяет получить большее передаточное число (до 8,16).