1 Аналіз конструктивних та функціональних особливостей вузла

1.1 Огляд конструктивних елементів вузла

Мости автомобіля служать для підтримки рами, кузова і передачі від них на колеса вертикальних навантажень, а також для передачі від коліс на раму штовхаючих, гальмівних і бічних зусиль.

На автомобілях найчастіше встановлюють два або три мости. Якщо автомобіль має два мости, то за ведучий, як звичайно, править задній міст, рідше передній. У двовісних автомобілів підвищеної прохідності ведучі обидва мости. Якщо на автомобілі три мости, ведучими є два задніх мости або всі три. Найпростішу конструкцію має задній ведучий міст автомобілів із колісною формулою 4x2.

2. Призначення, вимоги, класифікація та принципові схеми існуючих

елементів розроблюваної конструкції

Ведучий міст, як правило, об'єднує в одному агрегаті такі меха­нізми:

- головну передачу;

- диференціал;

- піввісі.

Зазначені механізми конструктивно розміщуються в спільному картері ведучого моста й призначені для передавання крутого моменту на колеса. Механізми моста збільшують передаваний момент і розподіляють його на колеса відповідно до умов контакту кожного колеса з дорогою. Під час передавання крутого моменту картер моста навантажується реактивним моментом, який намагається повернути його проти напряму обертання коліс. Від такого повороту міст утримується підвіскою або її напрямними елементами. Підвіска передає на картер моста також вертикальні, горизонтальній й бокові зусилля, що виникають під час руху автомобіля.

Ведучий міст представляє собою жорстку порожнисту балку, на кінцях якої на підшипниках встановлені ступиці ведучих коліс, а всередині розміщені головна передача, диференціал і піввісі. Залежно від конструкції балки ведучі мости бувають роз'ємні і нероз'ємні (цілісні), а за способом виготовлення балки - штамповано-зварні і литі.

Картер роз'ємного моста зображено на рисунку 1.1 зазвичай відливають з ковкого чавуну, і він складається з двох, з’єднаних між собою частин 2 і 3, що має роз'єм в продольній вертикальній площині. Обидві частини картера мають горловину, в якій запресовані і закріплені сталеві трубчасті кожухи напівосей 1. До них приварені опорні майданчики 4 рессор і фланці 5 для кріплення опорних дисків колісних гальмівних механізмів. Роз'ємні мости застосовуються на легкових автомобілях, вантажних автомобілях малої і середньої вантажопідйомності.

1 – кожух напівосей; 2,3 – картер моста;

4 – опорний майданчик рессор; 5 – флянець

Рисунок 1.1 – Роз’ємний ведучий мост

Картер нероз'ємного штамповано - зварного ведучого моста, який зображено на рисунку 1.2, виконується у вигляді цілісної балки 1 з розвиненою центральною частиною кільцевидної форми. Балка має трубчастий перетин і складається з двох штампованих сталевих половин, зварених в подовжній площині. Середня частина балки моста призначена для кріплення з одного боку картера головної передачі і диференціала, з іншої – для установки кришки. До балки моста приварені опорні чашки 2 пружин підвіски, фланці 3 для кріплення опорних дисків гальмівних механізмів і кронштейни 4, 5 кріплення деталей підвіски. Нероз'ємні штамповано-зварні ведучі мости знайшли розповсюдження на легкових автомобілях і вантажних автомобілях малої і середньої вантажопідйомності. Ці мости при необхідній міцності і жорсткості в порівнянні з литими нероз'ємними мостами мають меншу массу і меншу вартість виготовлення.

1 – цілісна балка; 2 – опорна чашка; 3 – флянець;

4,5 – Кронштейни кріплення деталей підвіски

Рисунок 1.2 – Нероз’ємний штамповано – зварний ведучий мост

Нероз'ємний литий ведучий міст (рис 1.3) виготовляють з ковкого чавуну або сталі. Балка 1 моста має прямокутний перетин. У напіввісьові рукави запресовуються труби 11 з легованої сталі, на кінцях яких встановлюють маточини коліс. Фланці 12 призначені для кріплення опорних дисків гальм. Нероз'ємні литі ведучі мости отримали застосування на вантажних автомобілях великої вантажопідйомності. Такі мости володіють високою жорсткістю і міцністю, але мають велику масу і габарити.

Нероз'ємні ведучі мости зручніші в обслуговуванні, чим роз'ємні мости, оскільки для доступу до головної передачі і диференціала не потрібно знімати міст з автомобіля.

1 – балка моста; 2 – труба; 3 – флянець

Рисунок 1.3 – Нероз’ємний литий ведучий мост

Головна передача автомобіля призначена для постійного збільшення крутного моменту й подачу його до ведучих коліс. Головна передача вибирається з умов отримання максимальної швидкості автомобіля на вищій передачі коробки передач і оптимальної паливної економічності.

Механізми переднього ведучого моста відрізняються від механізмів заднього ведучого моста складнішим приводом до коліс. На вантажних автомобілях півосі до кожного колеса роблять розрізними й з'єднують одним карданним шарніром однакових кутові швид­костей. На передньоприводних легкових автомобілях піввісь з'єд­нується з колесом і диференціалом двома кульковими шарнірами однакових кутових швидкостей. На автомобілях підвищеної прохід­ності для збільшення тягового зусилля в приводі до ведучого й керо­ваного коліс іноді роблять колісну передачу планетарного типу. Головну передачу й диференціал у передньому й задньому ведучих мостах виконують однаковими.

До головних передач висуваються наступні вимоги:

- мінімальні розміри по висоті для забезпечення максимально можливого дорожнього проміжку та для зниження рівня підлоги;

- високий ККД;

- значна жорсткість;

- плавність та безшумність роботи;

- забезпечення високих тягово-динамічних якостей та паливної економічності.

Класифікація головних передач:

1) одинарна:

а) черв'ячна:

- з верхнім черв'яком;

- з нижнім черв'яком;

б) циліндрична:

- прямозуба;

- косозуба;

- шеврона;

- конічна:

- прямозуба;

- зі спіральним (круговим) зубом;

в) гіпоїдна:

- з верхнім зміщенням;

- з нижнім зміщенням;

2) подвійна:

- центральна:

- одноступенева;

- двоступенева;

- рознесена:

- з колісним редуктором;

- з бортовим редуктором.

Черв'ячна головна передача (рис. 1.4) в теперішній час використовуються рідко. Їх використовують на деяких багатовісних багатопривідних автомобілях (ГАЗ-3А, ЗИС-6).

Рисунок 1.4 – Черв’ячна головна передача з верхнім розташуванням черв’яка

Циліндричні головні передачі широко застосовуються в передньопривідних автомобілях при поперечному розташуванні двигуна (ВАЗ-2108, ЗАЗ-1102).

Конічні головні передачі з прямим зубом на сучасних автомобілях не застосовуються. Вони використовувались на початку 30-х років на автомобілях Ярославського автозаводу.

Конічні головні передачі зі спіральним (круговим) зубом, що прийшли на зміну передачам з прямим зубом, в теперішній час використовуються головним чином на вантажних автомобілях (КАЗ-4540), конічні пари установлюються в подвійних головних передачах (ЗИЛ-431410, всі моделі КамАЗ, МАЗ, КрАЗ, "Урал"). Конічні головні передачі з шевронним зубом використовуються дуже рідко, що пояснюється високою вартістю їх виробництва.

Гіпоїдна головна передача (рис. 1.5) отримує все більш широке використання. В теперішній час їх установлюють майже на всіх вітчизняних та закордонних легкових автомобілях і на багатьох вантажних автомобілях (ГАЗ-53А, частина випуску ЗИЛ-431410, ЗИЛ-133, ЗИЛ-4331).

Рисунок 1.5 – Гіпоїдна головна передача

Центральні подвійні головні передачі представляють собою поєднання конічної або гіпоїдної пари з циліндричною, які об'єднані в спільному картері. Їх використовують для вантажних автомобілів середньої й високої вантажопідйомності та автобусів.

Рознесені подвійні головні передачі складаються з центрального редуктора і колісної передачі (іноді бортової) і використовується для вантажних автомобілів великої вантажопідйомності (автомобілі МАЗ, "Магирус"), а також для автомобілів високої прохідності (автомобілі ЛуАЗ, УАЗ).

Диференціал призначається для передавання крутного моменту від головної передачі до півосей і дає їм змогу обертатися з різною швидкістю під час повороту автомобіля й на нерівностях дороги.

На автомобілях застосовують шестеренчасті конічні диференціали, які складаються з півосьових шестерень, сателітів та корпусу, що об'єднує їх і кріпиться до веденої шестірні головної передачі.

Диференціали такого типу використовують як міжколісні (між колесами ведучих мостів). Вони різняться конструкцією корпусу й кількістю сателітів. Конічні диференціали використовують також і як міжосьові. В цьому разі вони розподіляють крутний момент між головними передачами ведучих мостів.

Під час руху автомобіля по прямій і рівній дорозі задні колеса зустрічають однаковий опір і обертаються з однаковою частотою. Сателіти навколо своєї осі не обертаються, й на обидва колеса передаються однакові крутні моменти. Як тільки умови руху змінюються, наприклад на повороті, ліва піввісь починає обертатися повільніше, оскільки колесо, з яким вона зв'язана, зустрічає великий опір. Сателіти починають обертатися навколо своєї осі, обкочуючись по півосьовій шестірні (лівій), що сповільнюється, й збільшуючи частоту обертання правої півосі. В результаті праве колесо прискорює своє обертання й проходить більший шлях по дузі зовнішнього радіуса.

Водночас зі зміною швидкостей півосьових шестерень змінюється крутний момент на колесах — на колесі, яке прискорюється, момент зменшується. Оскільки диференціал розподіляє моменти на колеса порівну, то в цьому разі на колесі, що сповільнюється, також зменшується момент. У результаті сумарний момент на колесах зменшується й тягові властивості автомобіля погіршуються. Це негативно впливає на прохідність автомобіля під час руху по бездоріжжю й на слизьких дорогах. Проте на дорогах із добрим зчепленням шестеренчастий конічний диференціал забезпечує кращі стійкість і керованість.

Для підвищення прохідності автомобіля під час руху по бездоріжжю застосовують диференціали з примусовим блокуванням або самоблоківні.

Примусове блокування полягає в тому, що ведучий елемент (корпус) диференціала в момент умикання блокування жорстко з'єднується з півосьовою шестірнею. Для цього передбачено спеціальний дистанційний пристрій із зубчастою муфтою.

Самоблоківний диференціал підвищеного тертя (кулачковий), що застосовується на автомобілі ГАЗ-66, складається з внутрішньої і зовнішньої зірочок, між кулачками яких закладено сухарі сепаратора. Сепаратор виконано як одне ціле з лівою чашкою диференціала й з'єднано з веденою шестірнею головної передачі. Права чашка вільно охоплює зовнішню зірочку й разом із лівою чашкою утворює корпус диференціала. Зірочки диференціала своїми внутрішніми шліцами з'єднуються з півосями.

Під час обертання веденої шестірні головної передачі й руху автомобіля по прямій сухарі з однаковою силою тиснуть на кулачки обох зірочок і змушують їх обертатися з однаковою швидкістю.

Якщо одне з коліс потрапляє на поверхню дороги з великим опором рухові, то зв'язана з ним зірочка починає обертатися з меншою частотою, ніж сепаратор. Сухарі, перебуваючи в сепараторі, з більшою силою тиснуть на кулачки зірочки, що сповільнюється, й прискорюють її обертання.

Отже, в місцях контакту сухарів із кулачками зірочок виникає підвищене тертя, що перешкоджає істотній зміні відносних швидкостей обох зірочок, і колеса обертаються з приблизно однаковими кутовими швидкостями. Через сили тертя сухарів по кулачках перерозподіляються моменти. На зірочці, що прискорюється, сили тертя спрямовані проти напряму обертання, на зірочці, що відстає, — в напрямі обертання. Крутний момент на зірочці, що відстає, зростає, а на тій, що прискорюється, зменшується на момент сил тертя, й у результаті пробуксовування коліс не відбувається.

Привод до ведучих коліс. У ведучих мостах автомобілів крутний момент передається від диференціала до ведучих коліс за допомогою півосей. Залежно від способу встановлення півосей у картері моста вони можуть бути повністю або частково розвантаженими від згинальних моментів, що діють на піввісь.

Повністю розвантажені півосі застосовують на автомобілях середньої й великої вантажопідйомності, а також на автобусах. Такі півосі встановлюються вільно всередині моста, а маточина колеса спирається на балку моста через два підшипники.

Напіврозвантажені півосі спираються на підшипник, що розміщений усередині балки моста, а маточина колеса жорстко з'єднується з фланцем півосі. Тому така піввісь виявляється навантаженою крутним моментом і частково згинальним. Напіврозвантажені півосі застосовують у механізмах задніх ведучих мостів легкових автомобілів і вантажних автомобілів на їхній базі.