Главная передача

Главная передача.

   Требование:

• Обеспечивать передаточные числа, соответствующие оптимальным тяговым качествам и топливной экономичности;
• Осуществлять кинематическую согласованность с направляющим устройством подвески;
• Обеспечивать низкий уровень шума;
• Не создавать колебаний угловой скорости в трансмиссии;
• Иметь небольшие габаритные размеры для осуществления простой компоновки и обеспечения необходимого дорожного просвета.
• Обладать достаточной прочностью и жесткостью при минимальной массе.

   Классификация.

   Главные передачи подразделяются на одинарные, двойные с центральным редуктором, двойные с разнесенным редуктором.

   Одинарные различаются по зацеплению: червячные, цилиндрические, конические и гипоидные.

   Применяемость.

   Червячные передачи применяются редко, на многоосных многоприводных автомобилях, из-за невозможности снизить уровень пола они ограниченно применяются на автобусах. Применялись на ГАЗ-3А, ЗИЗ-6.

   Цилиндрические  ГП широко используются в переднеприводных автомобилях при поперечном расположении двс (2108, ЗАЗ-1102).

   Конические  ГП с прямым зубом устанавливались в начале 30-х годов на автомобилях Ярославского завода. Конические ГП со спиральным зубом применяются главным образом на г/а МАЗ-4540, в двойных ГП – ЗиЛ431410, все модели КамАЗ, МАЗ, КрАЗ, УрАЛ), на л/а * ЗАЗ-968, ЛуАЗ, УАЗ.

   Гипоидные ГП все большее распространение, их устанавливают почти на всех отечественных л/х и многих г/а (ГАЗ-53А, ЗиЛ-133).

   Центральные двойные ГП представляют собой сочетание конической (гипоидной) пары с цилиндрической. Их используют для г/а средней и большой грузоподъемности и автобусов.

   Разнесенные двойные ГП состоят из центрального редуктора и конической передачи (иногда бортовой) и применяются для г/а большой грузоподъемности (МАЗ, УАЗ, ЛуАЗ).

   Анализ  и оценка конструкций.

   Одинарные передачи.

   Червячная передача с верхним расположением  червяка для многоосных автомобилей  обеспечивает легкую организацию передачи М_кр к последовательно расположенным ведущим мостам и обеспечивает благоприятные условия работы для карданной передачи. При нижнем расположением возможно снижение уровня пола, создание благоприятных условий смазки червячной пары, но условия работы карданной передачи ухудшаются.

    , где: Z₂ – число зубьев червячного колеса.

   Z₁ – число заходов червяка (4…5)

   b - угол подъема винтовой линии.

   D_w, d_w – начальные диаметры червячного колеса и червяка.

   Угол b выбирают из условия обеспечения обратимости червячной пары. 

   Червячная ГП имеют наименьшие размеры, бесшумны, обеспечивает большую плавность зацепления и минимальные динамические нагрузки.

   Недостатки. КПД=0,9…0,92 из-за скольжения зубьев, КПД  зависит от b, а также от скорости скольжения. КПД_max при b=45⁰.

   Трудоемки в изготовлении и применяемые  материалы (оловянистая бронза), следовательно  самые дорогостоящие. 

   Цилиндрические  ГП.    ,   КПД ³0,98

   Конические  ГП. ,          - число зубьев колеса.

    - число зубьев шестерни.

   КПД =0,97…0,98. Зубья шестерни всегда имеют  левое направление спирали, хотя при этом складываются осевые усилия от угла конуса и от угла спирали зуба. (для предотвращения ввинчивания шестерни на передачах переднего хода). 

   Гипоидные ГП. Зубья шестерни при нижнем расположении имеют левое направление спирали, при верхнем правое.

    ;                  

   К₂=1,2…1,5 (большее значение для л/а, меньшие для г/а)

   U_ГП=3,5…4,5 для л/а.

   U_ГП=5…7 для г/а.

   Преимущества: Большая прочность и бесшумность (по сравнению с конической), т.к. начальный диаметр шестерни в К₂ раз больше. Имеют большое сопротивление усталости.

   КПД =0,96…0,97       , где m=0,05…0,1.

   Недостатки. Необходимо применять специальное  гипоидное масло с присадками, препятствующими разрушению масляной пленки. 

   Двойные главные передачи.

   Центральная ГП. 
 
 
 
 
 

   а) применяется для г/а средней  и большой грузоподъемности и  автобусах. Имеет большие размеры, массу и стоимость, но дает возможность  получить при допустимом значении дорожного  просвета U₀ = 7¸12.

   б) более благоприятное условие  работы карданной передачи (КрАЗ-257).

   в) применение проходного вала упрощает привод к заднему ведущему мосту  и благоприятные условия работы карданной передачи (УрАЛ-4320, КрАЗ-6505, ЗиЛ-131).

   г) здесь ГП одинарная гипоидная, а U_{цил.пары}=1. Применяется для привода заднего и промежуточного мостов (ЗиЛ-133Г). 

   Разнесенная ГП с центральным редуктором (U=2…3) и двумя колесными или бортовыми редукторами. Применяется на автомобилях m_a³14 т, и автомобилях высокой проходимости (МАЗ-500).

   Преимущества. Увеличивается дорожный просвет. Снижается  М_кр, передаваемый дифференциалом и полуосями.

   Недостатки. Более сложная и металлоемкая.  

   Центральная двухступенчатая  ГП.

   Преимущества. Увеличивает диапазон передаточных чисел трансмиссии в 1,5…2 раза и удваивает число передач.

   Недостатки. Усложнение трансмиссии. Увеличение неподрессоречных масс. 

   Нагрузки  в ГП. Источником нагрузок на зубья колес, вал и подшипники являются силы, действующие в зацеплении.

                                        а) консольная установка.

                                        б) установка с дополнительной опорой.

                                        Силы в зацеплении конической пары.

                                        Шестерня.

                                        Окружная 

                                         ,

   где: r₀ – средний радиус основания начального конуса;

   l -  ширина шестерни,

   d - половина угла начального конуса.

                                        Осевая сила:

                                        

                                        Радиальная сила:

                                        

   где: «-» - при одноименных направлениях вращения и спирали.

   «+» - при разноименных.

   Колесо: Окружная Р₂=Р₁, Осевая сила Р_х2=Р_r1, Р_r2=P_x1 

   Силы  в зацеплении гипоидной  пары.

   Шестерня. Силы аналогичны, действующим в конической передачи и определяются также ( с учетом b₁ –шестерни).

   Колесо. Окружная сила

   Осевая  сила

   Радиальная  сила

   Реакции опор находят для определения нагрузок на подшипники и расчета напряжений на валах.

   Шестерня. При консольной установке и при установке с дополнительной опорой: 

   

     

   Надежность  и жесткость валов ГП, а также  срок службы подшипников определяется, исходя из реакций в опорах.

   Валы  ГП рассчитывают на прочность и жесткость  под действием минимально возможного крутящего момента. Жесткость должна обеспечивать нормальные условия зацепления и зависеть от их длины, момента инерции  и типа расположения подшипников.

   Срок  службы подшипников ГП определяется, исходя из реакций, действующих на опоры. Методика расчета подшипников ГП аналогично методике расчета подшипников  КПП.

   Расчетный момент определяется по эквивалентному нагрузочному режиму:

   

   где: Т_I, T_II – крутящие моменты на карданном валу при включении I, II … передач в КПП.

   m₂ – показатель степени кривой контактной выносливости (m₂=6,0 – для стальных колес),

   N_I, N_II – число при работе автомобиля на каждой передаче, как при расчете зубчатых колес КПП.

   

   где: Т_s – время пробега на передаче;

   n_p – расчетная частота вращения;

   К_пн – определяют исходя из средней скорости.

   Прочность зубчатых колес определяется по ГОСТ 21354-87 (для конических и гипоидных  зубчатых колес).

   В качестве материалов зубчатых колес применяют легированные стали 15 ХН3А, 20 ХН3А, 20 ХНМ, 30 ХГТ, 12 Х2Н4А, 18 ХГТ и т.д.

   Выход из строя ГП связан в первую очередь  с износом зубьев – 70 %, усталостным  выкрашиванием – 20 % и поломками  – 5 %. Ресурс ГП – 125…250 тыс. – л/а; 200…500 тыс. – г/а и автобусов.

   Считается, что преднатяг £30…35 % максимальной осевой нагрузки, не снижает долговечности подшипников, обеспечивая в тоже время точность зацепления конической пары. 

1 –  без преднатяга  

2 –  с преднатягом     .

L–долговечность без преднатяга.

L^*-долговечность с преднатягом 

Схемы установки зубчатых колес: 
 
 
 
 
 

Для  высокой жесткости b надо увеличить,  а уменьшить, с+d – уменьшить.