Принцип работы и устройство гипоидной передачи

Устройство автомобилей

Как и следует из названия, одинарные (или одноступенчатые) главные передачи состоят из одной пары зубчатых колес (шестерен), которые могут быть цилиндрическими, коническими с прямыми или спиральными зубьями, а также гипоидными. Применение того или иного типа конических зубчатых колес диктуется особенностями компоновки автомобиля, возможностью упрощения конструкции агрегатов, снижения стоимости их изготовления и эксплуатации.

Цилиндрические главные передачи

Цилиндрические главные передачи широко используются в переднеприводных легковых автомобилях с поперечным расположением двигателя, например семейства ВАЗ-2108, -09, -10 и других.При этом обычно главная передача объединяется в одном корпусе (картере) с коробкой перемены передач, что позволяет существенно упростить и удешевить конструкцию трансмиссии.Пример конструктивного выполнения главной передачи автомобиля ВАЗ-2109 приведен на рис.3, где показана четырехступенчатая коробка передач, выполненная заодно с главной передачей.

Зубья цилиндрических зубчатых передач могут выполняться прямыми, косыми или шевронными.Передаточные числа в таких главных передачах могут варьировать в пределах от 3,5 до 4,5 с целью снижения шума и габаритных размеров.

Конические главные передачи

Такой тип главных передач применяется, когда необходимо изменить не только величину, но и направление передаваемого ведущим колесам крутящего момента.Конические главные передачи с прямыми или (чаще) спиральными зубьями наиболее просты по конструкции и технологичны в производстве, поэтому широко применяются на легковых автомобилях с приводом на задние колеса и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.

Поскольку оси ведущего и ведомого зубчатых колес в таких передачах лежат в одной плоскости и пересекаются, такие передачи называют соосными коническими передачами.К преимуществам соосных конических передач относится высокий КПД, технологичность производства, относительно невысокие требования к качеству смазочного материала и простота технического обслуживания.Тем не менее, у таких передач есть один существенный недостаток – их применение в конструкции автомобиля не позволяет снизить расположение центра масс и общую компоновку кузова автомобиля, что для многих легковых автомобилей и небольших грузовиков является актуальным вопросом.

Гипоидная главная передача

Гипоидная главная передача применяется на отечественных автомобилях ГАЗ-66-11, ЗИЛ-431410, ЗИЛ-133, марки «Волга» и многих других.Ось ведущего вала и ведущей шестерни в гипоидной передаче расположена ниже оси ведомой шестерни на величину «Е» (рис. 1, б), называемую гипоидным смещением.Такая конструкция главной передачи позволяет ниже расположить карданную передачу заднеприводного автомобиля и, тем самым, сделать ниже компоновку всего автомобиля.При этом улучшается такой важный эксплуатационный показатель автомобиля, как устойчивость к опрокидыванию, а также появляется возможность сделать ниже пол автомобиля, особенно в районе «карданного тоннеля», что повышает комфорт пассажиров заднего сиденья заднеприводного легкового автомобиля.

В гипоидных передачах зубья зубчатых колес имеют спиральную форму, благодаря чему достигается увеличение площади контакта зубьев, бесшумность их работы и прочностные показатели передачи.Однако при такой конструкции конической передачи существенно повышаются силы трения между поверхностями зубьев колес, в зоне контакта появляется эффект поперечного и продольного скольжения зубьев, из-за чего в гипоидных передачах приходится применять дополнительное упрочнение поверхностей зубьев зубчатых колес и специальные смазочные материалы для увеличения срока их службы.Скольжение зубьев приводит к снижению КПД передачи и даже возможности ее заедания (при превышении допустимой нагрузки), а применение относительно дорогостоящих смазок – к удорожанию технического обслуживания, что относится к недостаткам гипоидных передач.

Увеличение зоны контакта зубьев позволяет уменьшить размеры ведущего зубчатого колеса, поскольку при работе передачи нагрузка на каждый зуб уменьшается.Кроме того, как указывалось выше, применение гипоидных передач позволяет корректировать компоновку трансмиссии и общую компоновку автомобиля.

Как рассчитываются передаточные числа КПП

Алгоритм определения передаточного числа коробки:

• за базовую берём формулу К = Квм/Квщ, где Квм — число зубцов ведомой шестерни, Квщ — ведущей. Если, скажем, требуется определить ПЧ крутящего момента на колеса от трансмиссии, необходимо взять за исходные данные число зубцов шестерни дифференциала, которая будет ведомой, и количество зубцов шестерни вторичного вала КПП. Полученное значение называют ПЧ главной пары;
• итак, пускай на коробке, расположенной на вторичном валу, имеется 15 зубьев, на шестерне дифференциала – 53 зубца. Подставив эти значения в нашу формулу, получим значение ПЧ для этой пары, равное 3,5. Это означает, что вал дифференциала будет вращаться медленнее вторичного вала коробки в 3,5 раза;
• аналогичным образом рассчитываются ПЧ для каждой пары шестерен, присутствующих в трансмиссии. Чем ближе они будут находиться, тем плавнее будет осуществляться разгон авто, если передачи переключать последовательно друг за другом. По передаточным числам КПП можно произвести расчёт скорости вращения мотора, вернее, разницу скоростей между высшей и низшей передачами, разделив ПЧ первой передачи на ПЧ самой высокой;
• рост передаточного числа, приводит к более коростному разгону автомобиля, но придётся чаще переключаться. Чем меньше ПЧ, тем выше максимально достижимая скорость, но разгоняться придётся дольше.

В принципе такой способ расчёта применяется при разработке трансмиссии, но здесь многое зависит от точности подбора передаточных чисел – это влияет не только на максимальную скорость автомашины, но и её динамические характеристики.

Узнать ПЧ для конкретной модели авто можно просмотрев её технические характеристики в руководстве пользователя. Если таковые найти не удалось, посчитать отношение для каждых пар МКПП можно и самостоятельно.

Делается это следующим образом:

• машина загоняется на яму, все колёса, кроме одного ведущего, фиксируются противооткатными упорами;
• выставляем рычаг КП в нейтральное положение;
• мелом фиксируем текущее положение колеса, поставив метки на шине и полу (добиваясь их совмещения);
• аналогичную операцию выполняем с фланцем и корпусом редуктора;
• пуская помощник вращает колесо, а вы подсчитывайте, сколько оборотов сделает вал редуктора. Помощник добивается повторного совпадения меток, подсчитывая количество оборотов колеса;
• полученное значение делим пополам, а затем на количество оборотов, выполненных карданным валом. Результирующее значение и будет искомым передаточным числом.

Коническая гипоидная передача

Формы конусности зуба.

Конические и гипоидные передачи с постоянным радиальным зазором широко применяют в машиностроении. Зубья колеса нарезают двусторонними головками, обе стороны зуба обрабатывают одновременно, дно впадины имеет постоянную ширину. У сопряженной шестерни каждая сторона зуба нарезается отдельно односторонней резцовой головкой, ширина впадины зуба переменная.  

Обкатные конические и гипоидные передачи, а также шестерни полуобкатных передач с модулем менее 4 мм обычно нарезают двойным двусторонним способом за один цикл обкатки. Одинарный цикл обкатки характеризуется тем, что направление вращения зуборезной головки соответствует направлению линии зуба обрабатываемой шестерни или колеса. Качание люльки производится снизу вверх при нарезании зубьев шестерни или колеса с правым направлением линии зуба и сверху вниз при обработке шестерни или колеса с левым направлением линии зуба.  

Для конических и гипоидных передач допускается комбинирование степеней точности по нормам точности.  

Для конических и гипоидных передач с внешним диаметром колеса до 762 мм в качестве режущего инструмента применяют стандартные двусторонние и односторонние зуборезные головки, к резцам которых припаивают твердосплавные пластины. Эти зуборезные головки изготовляют с номинальным диаметром 640, 800 и 1000 мм.  

Для обкатных конических и гипоидных передач с модулем более 4 мм применяют двойной цикл обкатки. При этом первую часть обработки — черновое про-резание впадин у обкатных шестерен и колес с углом делительного конуса более 25 — — выполняют комбинированным методом, включающим врезание при установке зуборезной головки ниже точки начала обкатки и последующую обкатку. Если угол делительного конуса менее 25, то черновая обработка зубьев производится только обкаткой. Обкаткой производится также черновая часть цикла при нарезании зубьев шестерен полуобкатных передач.  

Схемы нарезания зубьев.

У высоконагруженных конических и гипоидных передач для предотвращения концентрации напряжений дно впадины зубьев целесообразно обрабатывать резцами чистовой головки. В этом случае черновое зубонарезание производят на меньшую глубину, чем чистовое.  

В конической гипоидной передаче ( рис. 26, а) вершины конусов колес не совпадают. Зубья колес могут быть косыми и криволинейными.  

В конической гипоидной передаче ( рис. 26, о) вершины конусов колес не совпадают. Зубья колес могут быть косыми и криволинейными.  

Преимущество конической передачи с продольной модификацией.

Большим преимуществом конических и гипоидных передач с круговыми зубьями является возможность изготовлять зубья с любой бочкообразностью путем незначительного изменения продольной кривизны сопряженных поверхностей зубьев простыми средствами, за счет регулирования образующих диаметров резцовой головки.  

В колесах конических и гипоидных передач пластическая деформация вязкого, а иногда твердого материала проявляется в результате ударного приложения нагрузки к зубьям одного или обоих сопряженных колес и имеет вид борозд, от которых металл течет через кромку зуба с образованием волнистого наплыва — заусенцев. На зубьях шестерен гипоидных передач и крайне редко на зубьях колес наблюдается пластическая деформация в виде ряби ( рис. П19) как при вязком материале, так и при цементованной поверхности. Предполагают, что рябь типа б вызвана циклически изменяющейся нагрузкрй на протяжении пребывания зуба в зацеплении. Существует мнение, что такая рябь способствует образованию устойчивой масляной пленки, вследствие чего увеличивается сопротивление изнашиванию при низких скоростях.  

При массовом производстве конических и гипоидных передач с ( р 2 5 рекомендуется применять полуобкатные передачи.  

Показатели плавности работы конических и гипоидных передач и колес 4 — 8 — й степеней точности выбираются в зависимости от граничных значений номинального коэффициента осевого перекрытия, приведенных выше, и степени точности по нормам контакта, а 9 — 12 степеней точности — независимо от во.  

Преимущества гипоидной передачи

Впервые в автомобилестроении гипоидную главную передачу применили инженеры американской фирмы Packard в 1926 г. Что это дало?

Первое, карданный вал опустился вниз на величину гипоидного смещения. Это позволило уменьшить высоту его туннеля в салоне и одновременно понизить центр тяжести машины, улучшив тем самым ее устойчивость.

Второе, крутящий момент гипоидная передача передает более плавно, чем косозубая, не говоря уже о прямозубой. И, наконец, гипоидная передача меньше шумит и может передавать больший крутящий момент, чем обычная. Как говорят инженеры, она имеет большую нагрузочную способность.

Все это, вместе взятое, увеличивает как комфорт автомобиля, так и его долговечность. Поэтому гипоидная главная передача – непременный атрибут автомобилей достаточно высокого класса, таких, например, как Лексус «Инфинити».

Что ещё следует знать

Что такое гипоидная передача в автомобиле в общих чертах мы рассказали. Остановимся ещё на некоторых аспектах её правильной эксплуатации. Во время движения транспортного средства с гипоидной главной передачей следует учитывать тот факт, что пятно зацепления зубьев шестерён при движении вперёд или назад различно.
При движении вперёд оно будет находиться в средней части зуба, а когда будет включен задний ход, пятно смещается назад к краю зуба. Кроме этого при возрастании нагрузки на шестерни, пятно контакта имеет возможность для смещения.

Это следует учитывать, особенно при движении задним ходом. Это сделано специально, так как транспортное средство в основном движется вперёд. Владельцам автомобилей, особенно внедорожников, у которых два ведущих моста и две главные передачи, следует знать. При поездках в экстремальных дорожных условиях, когда существует опасность застрять в разбитой колее, выдёргивать застрявший автомобиль нужно только передним ходом. В этом случае будет работать увеличенное пятно контакта, что позволит избежать поломки зубьев.

Обычно у всех внедорожников передние мосты изначально слабее задних. Опытные водители рекомендуют владельцам машин с гипоидными передачами следовать нескольким правилам при попадании в тяжёлые условия эксплуатации:

1. По возможности использовать динамические стропы.
2. Не ставить автомобиль под большим углом к вытаскиваемому.
3. Использовать при вытаскивании тросогаситель.

Для улучшения качества таких смазочных материалов проводят небольшую модификацию. В состав добавляются специальные присадки, благодаря которым гипоидная смазка получает отличные противозадирные характеристики.

Эти трансмиссионные жидкости относятся к категории GL-5. Их можно использовать в трансмиссии автомобилей, оборудованных ведущими мостами с гипоидными шестернями. Такие смазывающие смеси нашли широкое применение в редукторах вертолетов и карданах автомобилей.

Преимущества и недостатки гипойдных пар

Гипойдные пары имеют ряд преимуществ и некоторые недостатки.

Преимущества

• Обеспечивается линейный контакт зубьев шестерни и колеса, благодаря чему передачи обладают большой нагрузочной способностью.
• Сквозное прохождение вала шестерни под валом колеса позволяет шире применять двусторонние опоры для шестерни (вместо консольного закрепления), которые увеличивают жесткость и нагрузочную способность гипоидных передач.
• Нечувствительность к небольшим погрешностям монтажа.
• По сравнению с червячными передачами с небольшими передаточными числами (менее 12) гипоидные передачи, обладая той же или даже несколько повышенной нагрузочной способностью, позволяют избежать применения антифрикционных материалов.
• Благодаря наличию дополнительного продольного скольжения между зубьями, гипоидные передачи работают более плавно по сравнению с коническими (приближаются в этом отношении к червячным передачам), отличаются хорошей прирабатываемостью зубьев и меньшей шумностью.
• Возможность проектирования и изготовления для любого угла скрещивания осей шестерни и колеса.
• Благодаря тому, что в зацеплении находится несколько пар зубьев, передача может применяться в механизмах высокой точности.

Недостатки гипойдных пар

• Склонность к заеданию рабочих поверхностей зубьев, из-за чего приходится добиваться высокой их твердости (HRC > 40—50) и использовать противозадирные смазки (гипоидные масла).
• Трудность изготовления из-за сложной формы зубьев.
• Работа передачи при прямом и реверсивном вращении неодинакова вследствие асимметричности зацепления.

Гипоидная шестерня

Ваз 2110 с хрустом включается задняя передача. Ваз 2112 при включении задней передачи происходит хруст так же и при

Такие гипоидные передачи применять не рекомендуется. Гипоидная шестерня с правым наклоном зуба увеличивается в размерах при смещении ее выше оси колеса и уменьшается при смещении ниже оси.  

На некоторых отечественных грузовых автомобилях ( ГАЗ-53А) и автобусах ( ПАЗ-672) одинарная главная передача имеет шестерни с гипоидным зацеплением. Гипоидная шестерня представляет собой усеченный гиперболоид вращения, на поверхности которого нарезаны зубья. Гипоидная передача отличается тем, что оси ведущей и ведомой шестерен не пересекаются между собой, а проходят на некотором расстоянии одна от другой, при этом угол наклона винтовой линии зубьев ведущей шестерни значительно больше, чем ведомой. Вследствие этого размер ведущей шестерни при том же размере ведомой шестерни ( по сравнению с другими передачами) значительно возрастает. Шестерни гипоидных передач имеют большую толщину и рабочую высоту зубьев, а при работе среднее число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, у них выше. Благодаря этому повышается срок службы гипоидных шестерен, а их работа протекает более плавно и бесшумно.  

Все штанги в точках вращения или снабжены сайлент-блоками, или коническими резиновыми втулками особой конструкции, которые находятся под действием осевого сжимающего усилия. Главная передача имеет гипоидные шестерни.  

Главная передача имеет гипоидные шестерни. Колеса с проволочными спицами закреплены на центральной втулке. Картеры ведущих мостов или полуразгруженные полуоси нужно рассчитывать на динамические нагрузки, возникающие при езде по неровной дороге. Опыты показали, что при наезде автомобиля, имеющего сплошные шины, на препятствие высотой 25 мм при скорости движения 25 км / час создается нагрузка на колесо, которая в 7 раз больше статического давления на грунт.  

Например, Таул упоминает, что в Англии гипоидные шестерни были впервые применены в 1929 г. для легковых автомобилей серийного производства и только с 1934 г. их стали применять и на других моделях. Великобритании, были снабжены гипоидными мостами и только в 41 модели были использованы конические косозубые шестерни.  

Поскольку в гипоидных передачах две металлические поверхности подвергаются действию скольжения и качения, то вопрос об их смазке приобрел еще более серьезное значение, чем в случае применения зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев. На практике скоро убедились в том, что смазывать гипоидные шестерни минеральным маслом без присадки, особенно в тяжелых эксплуатационных условиях, невозможно.  

Эти два вида трения могут иметь место одновременно, например в гипоидных шестернях.  

Положение контактного пятна.

Сборка цилиндрических пар шестерен не вызывает особых трудностей, поскольку эти сопряжения не регулируются. Значительно большей трудоемкости требует сборка главной передачи заднего моста со спирально-коническими или гипоидными шестернями и раскомплектованных конических шестерен.  

Масла специальные ( ГОСТ 4002 — 53 и 4003 — 53) содержат осернен-ные компоненты, вводимые с целью повышения прочности масляной пленки на рабочих поверхностях шестерен. Предназначаются эти масла для применения в автомобилях с сильно нагруженными механизмами трансмиссии. Для главных передач автомобилей с гипоидными шестернями применение каких-либо иных масел, кроме масла, специально выпускаемого для гипоидных передач ( ГОСТ 4003 — 53), не допускается, так как ведет к быстрому износу шестерен.  

Схемы и тяговые характеристики-трансмиссии с механической коробкой передач ( кривые / и 2 — соответственно тяговые усилия на 1 — й и 2 — й передачах.

Схема трансмиссии показана на рис. 36, а. От двигателя крутящий момент передается на сухое дисковое сцепление, которое через поводковый патрон вращает шестерню коробки передач. Передвижной блок шестерен коробки приводит в движение основной вал и позволяет двигаться погрузчику передним или задним ходом. При движении в обоих направлениях вращение передается валу, соединенному с гипоидной шестерней. Кривая тягового усилия в зависимости от скорости движения погрузчика показана на том же рисунке. Она подобна кривой крутящего момента в зависимости от режима работы двигателя. При режимах работы до точки / проскальзывание сцепления не позволяет увеличивать скорость движения.  

Что еще нужно знать о зубообработке

В первой части материала мы рассказали о том, что такое зубообработка, какой она бывает и перечислили основные виды зубчатых колес. Далее опишем преимущества червячных и гипоидных передач, а также расскажем о том, что собой представляют зубчатые рейки.

Червячные передачи

Иначе – червячное колесо, или «червяк» (т.е. пара). Это разновидность механической передачи, используемой для редукторов или в коробках передач. Червячные передачи используются в приборостроении или же в машиностроении. Особенность: оси валов червячного колеса скрещены под углом 90 градусов.

Преимущества червячных колес:

• Высокий КПД;
• Не шумят, работают стабильно;
• Мягкие в ходу.

Такие колеса обычно изготавливают из стали, бронзы, либо чугуна. Данные материалы обрабатываются на современных станках. Состоят они из двух важных деталей: бронзовый венец и ступица. Взаимодействуют в процессе прессования венца на ступицу.

Существуют глобоидные и цилиндрические пары, у которых есть разные профили боковой поверхности (например – архимедовый, конволютный, эвольвентный). Также червячные колеса делятся по критерию учета заходов резьбы пары – однозаходные, либо многозаходные.

После того, как деталь уже обработана, нарезаются зубья и профиль, она шлифуется и проходит термическую обработку. Все эти процессы обеспечивают последующую прочность уже готовых изделий. Здесь представлены компании, которые занимаются изготовлением червячных передач.

Гипоидные передачи

Главное отличие гипоидной передачи от шестеренчатой заключается в наличии у первой криволинейных зубьев. Вспоминаем знания геометрии – название происходит от формы зубьев, напоминающих гиперболу.

Передача, как правило, применяется в узлах со скрещивающимися осями. У таких колес есть гипоидное смещение осей, оно рассчитывается предварительно по формулам. Это сложный процесс, специалисты по изготовлению гипоидных передач очень ценятся в производстве.

Гипоидные передачи отвечают за точность вращения в станках и других механизмах. Это нужно для бесперебойного функционирования автомобилей, ж/д вагонов, тракторов. Кстати, плюс использования гипоидных передач в автомобилестроении – низкие шумы и высокая стойкость к нагрузкам.

Подробно о преимуществах гипоидных передач:

• Способность выдерживать бОльшую нагрузку;
• Более плавная передача за счет скольжения зубьев в продольной плоскости;
• Высокая жесткость колес (т.к. шестерни имеют увеличенные габариты и смещенные оси).

Да, преимуществ множество, но без недостатков не обойтись. Среди них:

• Сложный процесс как проектирования, так и изготовления;
• Требуется высококачественное оборудование и профи своего дела (мы упоминали об этом ранее);
• Поверхность может заедать при недостаточной твердости.

Но мы можем решить эту проблему за Вас – в каталоге ПромМаркета есть перечень проверенных компаний, готовых изготовить гипоидные передачи качественно и со знанием дела.

Зубчатые рейки

Как правило используются для преобразования крутящего момента и угловой скорости

Кроме того, это важно при передаче вращательного движения, т.к. в механизмах широко используются именно зубчато-реечные передачи

Как они выглядят? По сути, это планка с зубцами, за которые цепляются «шестеренки» и за счет этого создается передача поступательного движения. Конструкция простая, как и характеристики. Зубчатые рейки имеют либо прямые/косые, либо кольцевые/шевронные формы.

Прямую форму лучше всего использовать, работая с низкими скоростями. Соответственно, косая форма будет актуальна в противоположном случае. Что касается конических передач (о которых на нашем сайте есть отдельный материал), в них применяются зубчатые рейки с кольцевыми зубцами. В более крупных с зубцами шевронными.

О характеристиках: расстояние между зубьями выражается в модульной, либо в метрической системе. Все зависит от того, под что подбираются сами рейки.

Следите за обновлениями на портале ПромМаркета, а также рекомендуем обратиться к каталогу предприятий, где мы уже собрали для Вас компании, которые ждут заказов на зубообработку.

21.11.2019

6 265

Назад к списку Следующая новость