Главная передача предназначена для передачи вращающего усилия с
продольного карданного вала на поперечные валы (полуоси), приводящие в
движение ведущие колеса автомобиля.
Кроме того, в главной передаче снижается скорость вращения полуосей и
соответственно увеличивается тяговое усилие на ведущих колесах.
Обычно главная передача состоит из пары конических шестерен: малой -
ведущей 2 (фиг. 129), соединенной с карданным валом /, и большой -
ведомой 4, соединенной с полуосями 3 задних колес 5. Малая шестерня
имеет в 4-5 раз меньшее число зубьев, чем большая шестерня, поэтому
число оборотов полуосей уменьшается в 4-5 раз и в то же число раз
увеличивается тяговое усилие на колесах. Отношение числа зубьев ведомой
шестерни к числу зубьев ведущей шестерни определяет передаточное число
главной передачи.
Фиг. 129. Главная передача автомобиля.
Ведомая шестерня главной передачи передает вращающее усилие полуосям
и колесам автомобиля через механизм дифференциала. При наличии этого
механизма ведущие колеса автомобиля могут вращаться одно независимо от
другого, с различной скоростью.
Если бы задняя ведущая ось была сделана в виде одного цельного вала, то
она могла бы сломаться при повороте автомобиля или на участке неровной
дороги. При движении автомобиля на повороте его ведущие колеса проходят
неодинаковый путь (фиг. 130;. При повороте направо правые колеса
автомобиля проходят меньший путь, чем левые колеса. Если бы задняя
ведущая ось была цельной, то на повороте правое колесо должно бы было
провернуться на месте - пробуксовать, а левое колесо - проскользнуть по
дороге.
Фиг. 130. Пути, проходимые ведущими колесами
автомобиля на повороте.
Если сцепление шин с дорогой достаточно хорошее, то в этом случае
могло бы произойти скручивание или поломка ведущей оси. Поэтому заднюю
ведущую ось нельзя делать цельной и необходима установка механизма,
обеспечивающего возможность вращения ведущих колес автомобиля с
различной скоростью.
Таким образом, в автомобиле применяются две отдельные полуоси, жестко
связанные с ведущими колесами и вращающиеся только вместе с ними. Колеса
закреплены на внешних концах полуосей, а внутренние концы полуосей
соединены между собой коническими шестернями, позволяющими полуосям
вращаться независимо одна от другой (фиг. 131).
Фиг. 131. Принцип работы и устройство
дифференциала: а - принцип действия дифференциала; б - принцип
устройства дифференциала; в - конструкция дифференциала.
Для пояснения устройства и принципа работы дифференциала проделаем
простой опыт. Положим на стол две зубчатые рейки / (фиг. 131, а) и 2,
которые можно передвигать одной тягой 4 только поочередно. Если к тяге 4
присоединить шарнирно стержень 3, а его, в свою очередь, поместить между
зубьями двух реек, то одной тягой можно будет двигать обе рейки, но
только до тех пор, пока сопротивление движению обеих реек одинаково.
Если одна из реек будет задержана (повысится сопротивление ее движению),
то стержень 3 выйдет из зацепления с рейками и продвигать их далее не
сможет. Заменим теперь стержень 3 на тяге 4 шестерней 5. В этом случае,
при одинаковом сопротивлении движению реек, они будут под действием
усилия тяги 4 двигаться вперед с одинаковой скоростью, равной скорости
движения тяги. При задержании одной из реек, допустим рейки 2, шестерня
не выйдет из зацепления с зубьями реек, хотя и будет провертываться в
петле тяги 4. При этом рейка 1 будет двигаться быстрее, чем движется
тяга 4, а при полной остановке рейки 2 скорость рейки 1 будет вдвое
больше скорости тяги 4. Принцип устройства и работы рассмотренного
механизма не изменится, если зубчатые рейки и цилиндрическую шестерню
заменить коническими ше стернями.
Поместим между двумя коническими шестернями 2 и 3 полуосей задних колес
(фиг. 131, б) шестерню 5, свободно вращающуюся на оси 4. Шестерню 5
называют сателлитом. Если взяться за ось 4 сателлита и начать продвигать
ее вокруг оси шестерен и полуосей /, то сцепленный с шестернями 2 и 3
сателлит 5 начнет вращать обе полуоси вместе с колесами. Для более
равномерной передачи вращающего усилия применяют не один, а два или
четыре сателлита, установленные один от другого па равном расстоянии по
окружности полуосевых шестерен.
Фиг. 132. Работа дифференциала в различных
условиях движения автомобиля: а - движение по прямой; б - буксование
одного колеса; в - движение на повороте.
Чтобы сателлиты могли вращать колеса автомобиля, нужно вращать оси
сателлитов в плоскости, перпендикулярной к полуосям. Это легко
осуществить, если соединить ось 4 сателлитов с ведомой шестерней главной
передачи (фиг. 131, в). Обычно ось сателлитов установлена в отверстиях
коробки, закрывающей механизм дифференциала и жестко скрепленной с
ведомой шестерней главной передачи.
Таким образом, карданный вал вращает ведущую шестерню 5 и сцепленную с
ней ведомую шестерню / главной передачи. Вместе с этой шестерней и
коробкой 7 дифференциала вращается ось 4 сателлитов и установленные на
ней сателлиты 3.
Сателлиты сцеплены с шестернями 6 и 8, установленными на шлицах полуосей
2. Поэтому вместе с сателлитами начинают вращаться шестерни полуосей и
ведущие колеса автомобиля. При этом, если сопротивление движению каждого
из колес одинаково, оба ведущих колеса автомобиля вращаются с одинаковой
скоростью, а весь механизм дифференциала вращается как одно целое (фиг.
132, а). При таком движении сателлиты не проворачиваются на своей оси, а
только приводят во вращение одновременно обе шестерни полуосей.
Что произойдет, если одно из колес придержать, т. е. увеличить
сопротивление движению, не прекращая вращения ведущей шестерни главной
передачи? Допустим, что ведомая шестерня главной передачи делает один
полный оборот в минуту. Если одно колесо остановлено, то второе в
результате работы сателлитов повернется за это же время на два оборота
(фиг. 132, б). Это произойдет потому, что сателлиты будут вынуждены
вращаться вокруг своей оси из-за остановившейся шестерни одной из
полуосей. При вращении сателлитов шестерня другой полуоси будет
вращаться быстрее шестерни главной передачи в 2 раза. Таким образом,
шестерня другой полуоси сделает не один, а два оборота (один оборот
вследствие вращения ведомой шестерни главной передачи и один оборот
благодаря вращению сателлитов вокруг своей оси). Такое явление можно
наблюдать при буксовании автомобиля. При этом колесо, находящееся на
твердом грунте, вообще не вращается, а колесо, находящееся на скользкой
или грязной дороге, вращается на месте (буксует). Буксующее колесо
вращается со скоростью, вдвое превышающей скорость вращения ведомой
шестерни главной передачи.
Фиг. 133. Устройство главной передачи и
дифференциала.
При эксплуатации автомобиля чаще встречаются случаи, когда одно
ведущее колесо вращается с уменьшенной скоростью, то другое с повышенной
скоростью (например, на повороте) по отношению к скорости вращения
ведомой шестерни главной передачи (фиг. 132, б). В этом случае снова
допустим, что ведомая шестерня главной передачи делает один оборот в
минуту. Пусть в то же время одно ведущее колесо сделает только половину
оборота, тогда противоположное ведущее колесо за это же время должно
сделать полтора оборота.
Дифференциал обеспечивает возможность вращения ведущих колес автомобиля
с различными скоростями одного по отношению к другому во всех случаях,
когда различны пути, проходимые колесами за одно и то же время. Колеса
проходят различные пути не только при повороте автомобиля, но и при
движении по неровной дороге и при разных радиусах качения колес
вследствие неодинакового давления воздуха в шинах или износа беговой
поверхности шин.
Устройство главной передачи и дифференциала автомобиля показано на фиг.
133. Главная передача заключена в картере 7, отлитом из ковкого чугуна.
Хвостовик ведущей шестерни 9, соединяемый с карданным валом, установлен
в шариковых или роликовых подшипниках качения 8, причем конические
регулирующиеся роликовые подшипники воспринимают осевые усилия,
возникающие при работе конических шестерен. Ведомая шестерня 4 главной
передачи выполнена в виде зубчатого венца, привернутого болтами или
приклепанного к коробке 10 дифференциала. Коробку 10 делают или цельной,
или разъемной, состоящей из двух частей (чашек), скрепляемых между собой
болтами. Коробка дифференциала установлена в картере 7 на конических
роликовых подшипниках 5. Иногда подшипники устанавливают в гнездах
картера заднего моста. Подшипники обычно имеют устройство для
регулировки, что необходимо для правильной установки зацепления зубьев
шестерен главной передачи.
В коробке дифференциала сделаны четыре отверстия (при разъемной коробке
- гнезда в ее чашках), в которые вставлена ось 1 сателлитов.
Сателлиты 2 надеты на ось 1 и входят в зацепление с шестернями 5
полуосей 6. Ступицы полуосевых шестерен вращаются в гладких подшипниках,
образованных отверстиями в цапфах коробки дифференциала. Механизм
главной передачи, дифференциал и полуоси заключены в общий картер
заднего моста. Внутри кожухов полуосей, на наружных концах, установлены
шариковые подшипники, в которых вращаются полуоси.
