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 пределах0,93…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
получилиоднорядные планетарные колесные редукторы . Такой редуктор состоит из прямозубых шестерен —солнечной 8,коронной 11 и трехсателлитов 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.
Общее обозначение
Значение передаточного отношения у кинематических схем рассчитывается по типовому математическому выражению. Результат выходит при проведении математической операции деления значения угловой скорости ведущего вала или шестерёнки, на подобной же параметр ведомого вала. Взамен данных значений применяют отношение их скоростей вращения.
Современные кинематические схемы выполнены с применением следующих механических соединений:
- с зубчатым зацеплением (в различных вариантах);
- червячных;
- фрикционных соединений;
- при помощи цепей;
- при помощи специализированных ремней;
- планетарных соединений.
Передача вращения основывается на 2-ух физических принципах: при помощи силы трения, с применением механизмов зацепления. В зависимости от решаемой задачи механизмы производятся с замедлением и ускорением. Первые называются редукторами, вторые — мультипликаторами. Две разновидности бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми, многоступенчатыми.
Пространственное расположение осей определяет такие варианты механизмов:
- параллельные (в них оба вала размещены параллельно относительно друг друга);
- пересекающиеся (зацепление выполняется при помощи пересекания);
- перекрещивающиеся механизмы (у них валы вступают в перекрестное зацепление).
Все типы механизмов бывают замедляющие и ускоряющие движение. Наиболее регулярное использование замедляющих конструкций поясняется более большой скоростью применяемых двигателей и необходимостью нарастить мощность выходного элемента кинематической схемы.
Таблица передаточных отношений считается сводным документом. В ней приведены значения ключевых технических специфик различных типов кинематических соединений.
В сводной таблице можно найти зависимость значения передаточного числа от допустимой мощности, которая передаётся определенным видом соединения.
Основные требования. Современные тенденции
Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:
- Надежность;
- Минимальная потребность в обслуживании;
- Высокие показатели КПД;
- Плавность и бесшумность;
- Минимально возможные габаритные размеры.
Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.
Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.
Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.
Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.
Схема коробки передач DSG
Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.
Основные параметры зубчатых цилиндрических передач
Стандарт распространяется на цилиндрические передачи внешнего зацепления для редукторов и ускорителей, в том числе и комбинированных (коническо-цилиндрических, цилиндро-червячных и др.), выполняемых в виде самостоятельных агрегатов. Стандарт не распространяется на передачи редукторов специального назначения и специальной конструкции Для встроенных передач стандарт является рекомендуемым
Межосевые расстояния
| 1 ряд | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | — | 160 | — | 200 | — | 250 | — | 315 | — | 400 |
| 2 ряд | — | — | — | — | — | — | 140 | — | 180 | — | 225 | — | 280 | — | 355 | — |
| 1 ряд | — | 500 | — | 630 | — | 800 | — | 1000 | — | 1250 | — | 1600 | — | 2000 | — | 2500 |
| 2 ряд | 450 | — | 560 | — | 710 | — | 900 | — | 1120 | — | 1400 | — | 1800 | — | 2240 | — |
1-й ряд следует предпочитать 2-му
Межосевые расстояния для двухступенчатых несоосных редукторов общего назначения
| Быстроходная ступень | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 140 | 160 | 180 | 200 | 225 | 250 | 280 | 315 |
| Тихоходная ступень | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 225 | 250 | 280 | 315 | 355 | 400 | 450 | 500 |
| Быстроходная ступень | 355 | 400 | 450 | 500 | 560 | 630 | 710 | 800 | 900 | 1000 | 1120 | 1250 | 1400 | 1600 |
| Тихоходная ступень | 560 | 630 | 710 | 800 | 900 | 1000 | 1120 | 1250 | 1400 | 1600 | 1800 | 2000 | 2240 | 2500 |
Коэффициент запаса прочности при работе зуба двумя сторонами
Например: зубья реверсивных передач или зубья сателлитов в планетарных передачах
| Материал колес и термо- обработка | Отливки стальные и чугунные без термо- обработки | Отливки стальные и чугунные с термо- обработкой | Поковки стальные нормали- зованные или улучшенные | Поковки и отливки стальные с поверх- ностной закалкой (сердцевина вязкая) | Стальные, нормали- зованные или улучшенные, а также с поверх- ностной закалкой | Стальные с объемной закалкой | Стальные, подверг- нутые цементации, азоти- рованию, циани- рованию и др. | Чугунные и пласт- массовые колеса |
| Коэфф. | 1,9 | 1,7 | 1,5 | 2,2 | 1,4 — 1,6 | 1,8 | 1,2 | 1 — 1,2 |
Межосевые расстояния для трехступенчатых несоосных редукторов общего назначения
| Быстроходная ступень | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 140 | 160 | 180 | 200 |
| Промежуточная ступень | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 225 | 250 | 280 | 315 |
| Тихоходная ступень | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 355 | 400 | 450 | 500 |
| Быстроходная ступень | 225 | 250 | 280 | 315 | 355 | 400 | 450 | 500 | 560 | 630 |
| Промежуточная ступень | 355 | 400 | 450 | 500 | 560 | 630 | 710 | 800 | 900 | 1000 |
| Тихоходная ступень | 560 | 630 | 710 | 800 | 900 | 1000 | 1120 | 1250 | 1400 | 1600 |
Номинальные передаточные числа
| 1 ряд | 1,0 | — | 1,25 | — | 1,6 | — | 2,0 | — | 2,5 | — | 3,15 | |
| 2 ряд | — | 1,12 | — | 1,4 | — | 1,8 | — | 2,24 | — | 2,8 | — | |
| 1 ряд | — | 4,0 | — | 5,0 | — | 6,3 | — | 8,0 | — | 10 | — | 12,5 |
| 2 ряд | 3,55 | — | 4,5 | — | 5,6 | — | 7,1 | — | 9,0 | — | 11,2 | — |
1-й ряд следует предпочитать 2-му Фактические значения передаточных чисел не должны отличаться от номинальных более чем на 2,5% при номинальном меньше 4,5 и на 4% при номинальном больше 4,5
Коэффициент ширины зубчатых колес (отношение ширины зубчатого колеса к межосевому расстоянию) должен соответствовать: 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,315; 0,400; 0,500; 0,630; 0,800; 1,0; 1,25
Численные значения ширины зубчатых колес округляются до ближайшего числа из ряда Ra20 по ГОСТу 6636.
При различной ширине сопряженных зубчатых колес значение коэффициента ширины зубчатых колес относится к более узкому из них.
Общий принцип работы КПП
Классическая механическая коробка представляет собой редуктор, состоящий из множества ступеней. Основная задача редуктора – увеличить или уменьшить на выходе скорость вращения вала с одновременным изменением крутящего момента, передаваемого от коленвала силового агрегата на пару ведущих колёс. В МКПП работой редуктора управляют вручную, используя рычаг переключения передач, устанавливаемый в салоне ТС.
Увеличивая обороты мотора, водитель разгоняет машину, но на каждой конкретной передаче существует максимальная скорость, выше которой авто ехать не сможет Проблема решается переходом на другую передачу с увеличенным передаточным числом, что позволяет снизить обороты при примерно том же крутящем моменте.
Но что такое передаточное число коробки, о котором мы упоминаем?
Под этим термином понимают вполне конкретную величину: соотношение количества зубьев, имеющихся на ведомой шестерне, к числу зубьев на одной из ведущих шестерен. То есть при переключении передач на шестерню с 30 зубьями при 60 зубьях на ведомой шестерне будем иметь передаточное число, равное двум (60:30).
Это значит, что передаточное число коробки передач говорит о том, насколько быстрее будет вращаться ведомый вал по сравнению со скоростью вращения коленвала.
Исходные данные и замеры
На практике перед инженерами часто встает задача определения модуля реально существующей шестерни для ее ремонта или замены. При этом случается и так, что конструкторской документации на эту деталь, как и на весь механизм, в который она входит, обнаружить не удается.
Самый простой метод — метод обкатки. Берут шестерню, для которой характеристики известны. Вставляют ее в зубья тестируемой детали и пробуют обкатать вокруг. Если пара вошла в зацепление — значит их шаг совпадает. Если нет — продолжают подбор. Для косозубой выбирают подходящую по шагу фрезу.
Такой эмпирический метод неплохо срабатывает для зубчатых колес малых размеров.
Для крупных, весящих десятки, а то и сотни килограмм, такой способ физически нереализуем.
Зубчатая передача
Передаточное отношение зубчатой передачи можно вычислять не только по соотношению зубьев ее колес, но также путем деления значения угловой скорости ведомого вала на угловую скорость ведущего вала, а также благодаря соотношению числа оборотов ведомого и ведущего валов.
Диапазон передаточного отношения может быть очень велик и достигать больших значений. При этом само по себе передаточное отношение зубчатой передачи характеризуется постоянством, так как зацепление не подвержено проскальзыванию. Коэффициент полезного действия такой передачи находится в пределах 0,97-0,98.
Зубчатые передачи передают вращение между валами, которые могут иметь параллельные, скрещивающиеся или перпендикулярные оси. Кроме того, такие передачи способны трансформировать (преобразовывать) поступательное движение во вращательное и наоборот (передчи «винт-гайка»).
Зацепление в зубчатых передачах может быть как внешним, так и внутренним. Колеса изготавливаются с прямыми, косыми или шевронными зубьями.
Зубчатые передачи способны передавать большие скорости вращения с постоянным передаточным отношением и имеют высокий КПД.
Передаточное отношение редуктора является одним из важнейших критериев в процессе его выбора
Вторым по важности показателем считается межосевое расстояние
Передаточное отношение ременной передачи
Ременной передачей называют два шкива, которые соединяет ремень, как это показано на рисунке. Возможно, что она была одним из первых способов, которые применял человек. Менялся материал, используемый для изготовления ремня, менялась его форма, но неизменным оставалось передаточное отношение, определяемое как частое от деления скорости ведущего вала, на скорость ведомого, или как результат деления числа оборотов этих валов (n1/n2 или ω1/ω2). Для ременной передачи оно может быть рассчитано с использованием диаметров (радиусов) шкивов. Передаточное число в таком случае также определяется как частное от деления оборотов.
Если при преобразовании энергии число оборотов понижается, то есть передаточное число больше 1, то передача будет понижающей, а само устройство носит название редуктора. Если результат меньше единицы, то устройство называется мультипликатором, хотя оно также выполняет функции редуктора, только понижающего. Передаточное отношение редуктора позволяет уменьшить число оборотов (угловую скорость), поступающих с ведущего вала на ведомый, увеличив при этом передаваемый момент.
Это свойство редуктора дает возможность добиваться инженерам при проектировании различных устройств изменения параметров передаваемой энергии, а передаточное отношение редуктора служит при этом мощным инструментом в решении поставленной задачи.
Несмотря на значительный возраст, для ременной передачи и сейчас находится работа на автомобиле, она используется как привод генератора, газораспределительного механизма, а также в некоторых других случаях.
Принцип работы
Основная характеристика этого редуктора — передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с вторичным валом коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.Принцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и дифференциала, приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.
https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4
Передаточное отношение зубчатой передачи
Значение передаточного числа зубчатой передачи совпадает передаточным отношением. Величина угловой скорости и момента силы изменяется пропорционально диаметру, и соответственно количеству зубьев, но имеет обратное значение.
При схематическом изображении величины силы и перемещения шестерню и колесо можно представить в виде рычага с опорой в точке контакта зубьев и сторонами, равными диаметрам сопрягаемых деталей. При смещении на 1 зубец их крайние точки проходят одинаковое расстояние. Но угол поворота и крутящий момент на каждой детали разный.
Например, шестерня с 10 зубьями проворачивается на 36°. Одновременно с ней деталь с 30 зубцами смещается на 12°. Угловая скорость детали с меньшим диаметром значительно больше, в 3 раза. Одновременно и путь, который проходит точка на наружном диаметре имеет обратно пропорциональное отношение. На шестерне перемещение наружного диаметра меньше. Момент силы увеличивается обратно пропорционально соотношению перемещения.
Крутящий момент увеличивается вместе с радиусом детали. Он прямо пропорционален размеру плеча воздействия – длине воображаемого рычага.
Передаточное отношение показывает, насколько изменился момент силы при передаче его через зубчатое зацепление. Цифровое значение совпадает с переданным числом оборотов.
Передаточное отношение редуктора вычисляется по формуле:
где U12 – передаточное отношение шестерни относительно колеса;
ω1 и ω2 – угловые скорости ведущего и ведомого элемента соединения;
Зубчатая передача имеет самый высокий КПД и наименьшую защиту от перегруза – ломается элемент приложения силы, приходится делать новую дорогостоящую деталь со сложной технологией изготовления.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Влияние передаточного на динамику машины
Правильно подобранное передаточное обеспечивает взаимосвязанную работу всех элементов автомобиля. При выборе передаточного числа необходимо руководствоваться характеристиками двигателя, но не стоит забывать и про колеса, точнее про их размер.
Изменяя передаточную величину крутящего момента может увеличиваться или уменьшаться. Это достигается изменением зубьев у каждой шестерни.
Зависимость числа и мощности следующая, чем выше число, тем мощней передача. Это говорит о том, что мотор автомобиля будет в разы быстрее выкручивать заветное количество оборотов. Высокое число обеспечивает быстрое ускорение.
Слишком малая передаточная цифра будет позволять разгонять максимальную скорость, но при этом динамика авто нарушается, поэтому не стоит слишком занижать ее.
Наиболее близкие передаточные числа обеспечивают плавный и быстрый разгон.
Для обычной повседневной езды достаточно количества оборотов в 2000-3000 тыс. Эти значения обычно высвечиваются на тахометре, и если вам все еще не хватает скорости, то нужно всего лишь переключиться на более высокую передачу.
Модернизация редукторов — стабильная тенденция
В модельном ряду производителей представлены стандартные и модернизированные решения. В усовершенствованных агрегатах сохраняются прежние габариты и размеры присоединений.
Основу модернизации составляют:
- Стандарты ISO.
- Блочно-модульные конструкции.
- Усовершенствованные механизмы защиты редукторов.
- Модификации зубчатых зацеплений.
- Модернизация корпусов редукторов, ориентированная на производство монолитных конструкций небольшого веса, характеризующихся высокой теплоотдачей.
- Применение технологии литья под давлением при производстве корпусов из алюминиевых сплавов.
- Использование синтетического масла для всего периода эксплуатации редуктора.
- Отсутствие необходимости в техническом обслуживании приводных механизмов в процессе их эксплуатации.
Непрерывный процесс модернизации способствует улучшению технических характеристик редукторов, расширению их функциональности и вариативности исполнений. Сегодня продукция крупных российских производителей не уступает по качеству иностранным аналогам.
Романов Сергей Анатольевич, руководитель отдела механики компании Техпривод
Как можно использовать передаточное число
Передаточным числом называется отношение делительных диаметров зубчатых колёс (ведомого и ведущего). В первую очередь этим критерием пользуются проектировщики трансмиссии при разработке автомобиля. Они выбирают оптимальные параметры в связке с силовым агрегатом, которые подойдут для серийного производства.
К сведению!
Некоторые модели, сошедшие с конвейера, могут иметь отличия в трансмиссии, направленные на изменение тягово-скоростных свойств авто.
Водители серийных транспортных средств также могут варьировать передаточное отношение. Если динамика авто неудовлетворительна, а высокая скорость не нужна, выполняют ревизию трансмиссии с заменой главной передачи или КПП. В этом случае добиваются увеличения крутящего момента на приводе колёс. Такая модернизация позволяет двигателю быстрее достигать оборотов, на которых происходит максимальная отдача мощности. Автомобиль станет более резво откликаться на нажатие акселератора, а динамика его значительно улучшится.
Передаточное число оказывает серьезное влияние на динамические показатели и характеристики транспортного средства. В рамках проектирования трансмиссии инженеры отдельно учитывают мощность мотора и целевое назначение автомобиля, а затем подбирают оптимальные параметры для всех передач. При модернизации учитывают целесообразность тех или иных доработок, а также режимы, в каких будет эксплуатироваться машина.
Передаточные числа КПП
Изменение числа оборотов на разных передачах: давайте представим себе две шестерни у одной будет 10 зубцов, а у второй 20. Так как вторая шестерен больше, она успеет сделать только один оборот, следовательно первая сделает два вращения. Таким образом у разных шестерен разная скорость оборотов за минуту.
Пусть у нас будет 4 шестерни:
- Первая, будет иметь 10 зубцов.
- Вторая, будет иметь 20 зубцов.
- Третья, будет иметь 10 зубцов.
- И четвертая будет также как и вторая – 20 зубцов.
Пусть, первичный вал и первая шестерня будут вращаться со скоростью, к примеру 4000 оборотов за минуту. Тогда вторая шестерня будет вращаться медленней, исходя из вышесказанного, то есть – 2000 оборотов за минуту. Третья шестерня будет тоже делать 2000 оборотов за минуту, так как она закреплена на одном валу со второй шестерней. Получается, что четвертая шестерня будет самой медленной – 1000 оборотов за минуту.
Высчитав обороты за минуту, можно узнать передаточное число. Передаточное число двух пар первой и второй будет 2. Общее передаточное число 4. Это получается, что вторичный вал будет вращаться меньше в 4 раза. Вторичный вал может находится в состоянии покоя, что будет обеспечивать нейтральную передачу. Этого можно достигнуть путем съема зацепенения с третьей и четвертой шестерни. В автомате нейтралка необходима для буксировки автомобиля, используется во время поломки. В механической коробке используется для работы автомобиля если он долго стоит на месте в заведенном состоянии. Так или иначе, эта передача необходима любому автомобилю, но на автомате вы можете ни разу и не включить ее, за все время пользования машиной.
Так как коробка обладает большим набором шестерен, зацепив разные пары мы можем изменять передаточные числа.
Когда передаточное число 1, это обычно так называемая – 4 передача. На ней все валы вращаются одинаково. На самых мощных передачах 1-ой и задней двигатель обычно не испытывает перегрузок, но скорость езды автомобиля очень низкая.
Первая передача включается сразу, как только водитель садится за руль. Первая передача позволяет завести машину и сдвинуть ее с места, далее скорость увеличивается до передачи, комфортной для езды водителю. Водитель может переключаться на слабые и на мощные передачи. Все переключения на слабые передачи происходят последовательно, на сильные передачи можно переключиться перепрыгнув передачу, но так делать нежелательно. Например, с третьей передачи, можно сразу переключиться на пятую, тем самым пропуская четвертую передачу.
Если вы обладатель КПП, то все передачи будут изменяться плавно. За это отвечает гидравлическое или механическое преобразование крутящего элемента.
Чаще всего по трассе ездят на высокой скорости на 4 и 5 передачах, это обусловлено не только экономией времени, но и экономией топлива.
Ни в коем случае нельзя быстро переключать передачи резкими движениями, так как это может навредить корректной работоспособности коробки. Передачи должны переключаться плавно, чтобы успели срабатывать синхронизаторы.
Влияние передаточного на динамику машины
Правильно подобранное передаточное обеспечивает взаимосвязанную работу всех элементов автомобиля. При выборе передаточного числа необходимо руководствоваться характеристиками двигателя, но не стоит забывать и про колеса, точнее про их размер.
Изменяя передаточную величину крутящего момента может увеличиваться или уменьшаться. Это достигается изменением зубьев у каждой шестерни.
Зависимость числа и мощности следующая, чем выше число, тем мощней передача. Это говорит о том, что мотор автомобиля будет в разы быстрее выкручивать заветное количество оборотов. Высокое число обеспечивает быстрое ускорение.
Слишком малая передаточная цифра будет позволять разгонять максимальную скорость, но при этом динамика авто нарушается, поэтому не стоит слишком занижать ее.
Наиболее близкие передаточные числа обеспечивают плавный и быстрый разгон.
Для обычной повседневной езды достаточно количества оборотов в 2000-3000 тыс. Эти значения обычно высвечиваются на тахометре, и если вам все еще не хватает скорости, то нужно всего лишь переключиться на более высокую передачу.
