Полуось

Виды трансмиссий автомобиля

Тип трансмиссионной системы зависит от источника энергии и способа передачи крутящего момента от ДВС к колесам транспорта. Автопроизводители выпускают транспорт с несколькими видами трансмиссий:

• механической;
• гидромеханической;
• электрической;
• гибридной.

Механическая

Наиболее распространенный вид передачи энергии, присутствует во всех автомобилях с механической коробкой переключения передач и блоком сцепления. Вращение коленвала передается через диски сцепления к коробке передач и другим трансмиссионным узлам.

Гидромеханическая

Набирает популярность благодаря широкому использованию АКПП в новых моделях авто. Механическое вращение трансформируется в движение жидкости (масла) в гидротрансформаторе — более совершенной замене сцепления. Передача крутящего момента через трансформатор — более плавная.

Электрическая

Используется в электрокарах и машинах с гибридными силовыми установками. В первом случае электроэнергия из аккумулятора приводит в действие электромотор, вращающий колеса. Автогибриды оснащены двумя типами силовых установок: двигателями внутреннего сгорания, электродвигателями, а также аккумуляторами. Часть моделей авто использует ДВС только после разгона до определенной скорости, до этого момента колеса крутит электроток. Некоторые решения позволяют постоянно передвигаться при помощи электродвигателей, используя бензиновый мотор невысокой мощности только для подзарядки аккумуляторов.

Рекомендации по замене внутренних ШРУСов

В системе АКПП также имеется ряд подшипников, из-за которых может из строя выйти вся коробка передач. К примеру, к таким жизненно важным элементам для автомобиля относится подвесной промежуточный подшипник приводного вала. Конечно, если сломается один подшипник, ни к чему серьезному это не приведет, но все-таки ездить с сильным гулом из-под капота не очень приятно.

Еще одна деталь, на которую стоит обратить внимание, это шарнирный комплект, приводной вал никак не сможет обойтись без данного элемента конструкции. Именно он обеспечивает равномерность передачи тяговых усилий, которые приходятся на ведущие колеса

Чаще всего, шарниры приводного вала дают сбой из-за негерметичного пыльника. Неисправность данной детали видно сразу, вы почувствуете, как неравномерно во время езды вес автомобиля распределяется на колеса. Конечно, в первую очередь необходимо проверить давление шин, а потом разбираться с АКПП.

Размеры деталей отличаются: внутренние ШРУСы выполнены более массивными по сравнению с наружными.

Существует два типа шарниров: обычный (с шариковыми подшипниками, которые двигаются по делительным канавкам) и трипоидный, в котором три ролика с полусферическими поверхностями вращаются на игольчатых подшипниках. По своему исполнению шарниры могут быть разборными и неразборными.

Для изготовления ШРУСов применяются высокопрочные сплавы, которые теоретически гарантируют длительный эксплуатационный ресурс узла и отсутствие неисправностей.

Как правило, для замены детали необходимо снять переднее колесо, отвинтить крепеж элементов подвески и снять соответствующий приводной вал в сборе с шарнирами равных угловых скоростей. Также эта операция требует предварительно слить трансмиссионное масло из КПП минимум на 1/3 часть от ее общего объема.

В некоторых случаях приходится сбивать шарниры с вала молотком, а иногда для удаления частей развалившегося ШРУСа с полуоси требуется применить фрезу или болгарку.

Для обладателей машин, на которых установлены ШРУСы разборной конструкции, существует альтернативный, более быстрый вариант: Необходимо раскрыть хомуты и сдвинуть пыльник внутреннего ШРУСа на полуось. Затем болты на внутреннем шарнире свинчиваются, в результате чего конструкция удерживается за счет посадки фланца.

Выворачивая передние колеса в крайние положения, можно добиться такой ситуации, при которой привод выпадет из КПП самостоятельно. После этого останется только заменить внутренний ШРУС, добавить смазку, установить новый пыльник и собрать конструкцию.

Главная передача, дифференциал, полуоси

Главная передача автомобиля предназначена для: 1) увеличения крутящего момента; 2) изменения направления крутящего момента под прямым углом к продольной оси автомобиля; 3) передачи крутящего момента от карданной передачи к ведущим колесам автомобиля.

Различают следующие виды карданных передач: 1) одинарные конические главные передачи, состоящие из одной пары шестерен; 2) двойные главные передачи, состоящие из пары конических и пары цилиндрических шестерен.

Одинарные конические главные передачи применяют, как правило, на легковых и грузовых автомобилях малой или средней грузоподъемности. Чаще всего применяют одинарные конические передачи с гипоидным зацеплением. В конструктивной схеме одинарной конической передачи ведущая ось располагается ниже ведомой, это позволяет опустить карданную передачу ниже и убрать из салона легкового автомобиля канал расположения карданной передачи. Кроме этого шестерни гипоидной передачи имеют утолщенную форму основания зубьев, благодаря чему существенно повышается их нагрузочная способность и износостойкость.

Ведущая малая коническая шестерня выполнена с ведущим валом и установлена на одном цилиндрическом и двух конических подшипниках. Ведомая большая коническая шестерня закрепляется на коробке дифференциала. Вместе с коробкой дифференциала большая коническая шестерня установлена в картере заднего моста на двух конических подшипниках. Для обеспечения плавной и бесшумной работы главной передачи применяют шестерни со спиральными зубьями.

Двойные главные передачи служат для повышения передаваемого крутящего момента. Их устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности. Дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главных передач к полуосям автомобиля. Он позволяет ведущим колесам автомобиля вращаться с разной частотой при прохождении поворота, либо на участке дороги с неровным покрытием, либо при различной степени сцепления колес с поверхностью дорожного покрытия (например, при пробуксовке, когда одно колесо автомобиля находится на твердом покрытии, а другое продолжает оставаться на рыхлом грунте).

На автомобилях применяют шестеренчатые конические дифференциалы, которые состоят из: 1) коробки дифференциалов; 2) полуосевых шестерен; 3) ведомой шестерни главной передачи; 4) сателлитов с крестовиной.

При движении автомобиля по ровной поверхности, сателлиты не вращаются относительно своих осей, они вращаются вместе с крестовиной. Зубья сателлитов удерживают обе полуосевые шестерни и вращают их с одинаковой скоростью. Когда одно из колес начинает испытывать большее сопротивление движению, сателлиты, вращаясь вместе с крестовиной, начинают вращаться вокруг своей оси по замедлившей движение полуосевой шестерне. Для повышения проходимости автомобиля по бездорожью применяют самоблокирующиеся дифференциалы либо дифференциалы с принудительной блокировкой. В момент включения блокировки ведущий элемент дифференциала (корпус) жестко соединяется с полуосевой шестерней зубчатой муфтой, такое соединение обеспечивает вращение колес с одинаковой угловой скоростью независимо от величины сцепления с дорожным покрытием.

Полуоси предназначены для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам автомобиля. Полуоси в зависимости от приходящейся на них изгибающей нагрузки могут быть полностью нагруженные и полуразгруженные. Полностью разгруженные полуоси устанавливаются свободно внутри моста, при этом ступица колеса жестко соединена с фланцем полуоси. Такие полуоси применяют в автобусах и на автомобилях большой и средней грузоподъемности. Полуразгруженные полуоси опираются на подшипник, который установлен внутри балки моста, при этом ступица колеса жестко соединена с фланцем полуоси. Такие полуоси применяют на легковых автомобилях, а также в задних ведущих мостах грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

Колесные передачи применяют для снижения нагрузок, приходящихся на механизмы ведущего моста. Колесные передачи устанавливают на некоторых моделях большегрузных автомобилей. В качестве таких передач применяют планетарные передачи. В планетарных передачах крутящий момент передается через сателлиты от центральной шестерни полуоси к коронной шестерне ступицы. Нагрузочная способность таких передач очень велика, поскольку крутящий момент распределяется на три потока через сателлиты и концентрируется на ступице колеса.

Разнесенные двухступенчатые передачи

В таких конструкциях в средней части моста расположена одноступенчатая главная передача, а дополнительная передача, называемая приводом колес, размещена за пределами средней части картера моста, чаще всего возле ведущих колес или внутри них.

Приводы колес встречаются только в автомобилях высокой проходимости, тяжелых грузовых автомобилях и автобусах. Применение колесных передач усложняет конструкцию ведущего моста, но упрощает получение больших передаточных чисел, так как они равны произведению передаточного числа главной передачи и колесной. Если ведущий мост снабжен колесной передачей, то в средней части моста устанавливается коническая или гипоидная главная передача.

Применение колесной передачи увеличивает число деталей ведущего моста, но не приводит к росту его массы. Это происходит потому, что основные части ведущего моста (главная передача, дифференциал и полуоси) воспринимают меньшие крутящие моменты, увеличиваемые в нужной мере лишь в колесных передачах. Благодаря этому основные детали ведущего моста могут быть выполнены меньших размеров, а следовательно, с меньшей массой, чем в случае создания идентичного крутящего момента на ведущих колесах посредством только одноступенчатой главной передачи.

Можно выделить следующие типы двухступенчатых разнесенных передач.

Рис. 2.79. Схема привода колес в ведущем мосту автомобиля:

а — наружного зацепления; б — внутреннего зацепления; 1 — полуось; 2 — ведущая шестерня бортовой передачи; 3 — ведомая шестерня бортовой передачи; 4 — ведущая коническая шестерня; 5 — ведомая коническая шестерня

Одноступенчатая коническая или гипоидная передача в средней части моста, соединенная с цилиндрической передачей привода колес наружного (рис. 2.79, а) или внутреннего (рис. 2.79, б) зацепления, передача наружного зацепления может быть расположена в отдельном картере между дифференциалом и ступицей колес или даже в ступицах «колес. Передача внутреннего зацепления обычно размещается в ступицах колес.

В отличие от ранее описанных конструкций крутящий момент увеличивается не в главной передаче, а в дополнительной цилиндрической передаче наружного зацепления, установленной возле ступиц колес или внутри них. В последнем случае возможно применение передачи внутреннего зацепления. Вследствие разделения общего передаточного числа средняя главная передача моста и полуоси могут быть выполнены меньшими. В результате этого даже при передаче больших крутящих моментов получается необходимый дорожный просвет и сокращается расстояние от фланца ведущей шестерни до середины моста.

Когда цилиндрическую передачу привода колес устанавливают в ступице колеса, ее обычно располагают внутри барабанных тормозов, для чего тормозной барабан должен быть достаточно большим. Остающееся пространство между тормозным барабаном и ободом при развиваемых в настоящее время тормозных усилиях может оказаться слишком малым. И в случае дальнейшего роста подводимого

крутящего момента было бы очень трудно передавать возникающие при этом относительно большие силы посредством одной пары шестерен цилиндрической передачи. В этом случае необходимо предусматривать возможность применения усиленных подшипников для зубчатых колес.

2. Одноступенчатая коническая или гипоидная главная передача, соединенная с планетарной передачей, расположенной в ступицах колес. В ведущем мосту с планетарными передачами в ступицах колес крутящий момент, подводимый к ведущему колесу автомобиля, непосредственно преобразуется в тяговую силу.

Рис. 2.80. Схемы конструкций планетарных передач, изображенных на рисунках: а — 2.94 — 2.101; 6 — 2.102 — 2.103;, в — 2.104—2.105; г — 2.1 Об — 2.108

Такая конструкция имеет следующие преимущества: малые размеры конической или гипоидной главной передачи; малое расстояние от середины моста до фланца ведущей шестерни главной передачи; планетарная передача располагается вне тормозов; со-осное положение шестерен, передающих крутящий момент; разделение передаваемого крутящего момента между несколькими (обычно три или пять) сателлитами; компактность; малые частота вращения и скольжение зубьев; высокий КПД и более равномерное распределение статических сил внутри главной передачи.

Существует много конструкций планетарных колесных передач, размещаемых в ведущих колесах, в которых используются различные кинематические схемы (рис. 2.80), причем у каждой из рассматриваемых конструкций имеется свое кинематическое передаточное число.

Причины поломки полуосей

В процессе эксплуатации транспортного средства полуось постоянно работает под довольно серьезными нагрузками, среди которых:

• изгибающий момент, который появляется из-за воздействия на автомобиль силы тяжести;
• касательная реакция, возникающая при начале движения и торможении автомобиля;
• боковая сила из-за заносов машины;
• боковые нагрузки, возникающие из-за воздействия сильного бокового ветра.

Полуоси испытывают практически экстремальные нагрузки при перемещении автомобиля по грунтовым дорогам, а также по разбитым шоссе.

Поломка полуоси приводит к полной или частичной потере управляемости автомобилем, поэтому правильный, тщательный и своевременный уход за ними имеет большое значение.

В процессе эксплуатации ведущего моста нужно периодически проверять состояние размещенных на полуосях подшипников. Их долговечной работы можно добиться, обеспечив полноценную защиту от проникновения грязи и жидкостей.

Устройство, принцип функционирования ПВ

Конструкция полуоси устроена таким образом, что максимальный коэффициент передачи крутящего момента обеспечивается вне зависимости от текущего положения колёс. Рассмотрим, из чего состоит полуось:

• наружного ШРУСа (шарнира, обеспечивающего сопряжение ступицы колеса с полуосью);
• внутреннего ШРУСа, передающего крутящий момент с дифференциала;
• собственно оси.

Физически вал оси представляет собой отрезок цельной трубы, к концам которой методом сварки присоединены переходники для монтажа шарниров угловых скоростей. Чтобы предотвратить прокручивание этих деталей, они имеют шлицевое соединение.

Вал дополнительно фиксируется на стыке с переходником стопорным кольцом, предотвращающим вероятность отсоединения оси от ШРУСа.

Именно такая двухшарнирная конструкция используется на большинстве переднеприводных автомобилей, при этом оба шарнира выполняют несколько различающиеся задачи. Внутренние гасят вибрации при вертикальных перемещениях колёс (наездах на неровности дорожного полотна), внешние шарниры ответственны за перемещения колёсных дисков при изменении направления движения ТС, то есть при поворотах.

Колёсная ступица крепится к ПВ посредством фланца – такой способ считается наиболее надёжным и потому получил повсеместное распространение. Изнутри крепление с полуосевой шестерней осуществляется с помощью шлицов. Существуют также бесфланцевые ПВ, у которых и на внешней стороне вала расположены шлицы, на которые крепится фланец ступицы или колёсного диска (такая конструкция применяется, в частности, в грузовиках КрАЗ/МАЗ).

Колёсный диск крепится к фланцу вала гайками, на концевую часть полуоси напрессовывают шарикоподшипник. Резиновые сальники препятствуют вытеканию смазки из внутренней полости подшипника. Сам приводной вал монтируется на подшипнике с помощью стального наконечника, имеющего специальную выточку. Сам наконечник намертво приварен к кожуху ПВ. Фиксация подшипника осуществляется стопорным кольцом, которое напрессовывается на вал. Между зажимным кольцом и шарикоподшипником имеется пружинное кольцо, задача которого – повысить надёжность фиксации подшипника.

Крепление подшипника в выточке осуществляется посредством пластины, смонтированной на фланце с помощью болтового соединения. Здесь же крепится тормозной щит, а также маслоотражатель. Чтобы подшипник не стучал, под внешнее кольцо устанавливают пружинную прокладку.

Мы разобрались, что такое полуось автомобиля, только в общих чертах, поскольку конкретная реализация зависит от типа приводного вала.

Преимущества переднеприводных автомобилей

Говоря о моделях с передним приводом, прежде всего следует отметить тот факт, что на сегодняшний день свыше 70% всех автопроизводителей специализируются именно на выпуске моделей с переднеприводным типом трансмиссии. Это не случайно: переднеприводные модели в производстве обходятся существенно дешевле, чем заднеприводные или полноприводные авто

Более того, такая конструкция содержит меньше элементов, а чем меньше конструктивных узлов в механизме, тем проще технологический процесс его сборки и тем выше его надёжность при эксплуатации.Если же говорить о достоинствах переднеприводных автомобилей с точки зрения не производителя, а потребителя, здесь прежде всего обращают на себя внимание следующие моменты:

1. Модели машин с передним приводом, как правило, отличаются компактностью и лёгкостью. Это делает данную конструкцию очень привлекательной для малолитражных решений, которые сейчас так востребованы в городских условиях.
2. Отсутствие карданного вала в переднеприводной конструкции существенно увеличивает размер салона по сравнению с автомобилем тех же габаритов, но с заднеприводной трансмиссией.
3. Ведущие передние колёса существенно облегчают процесс парковки. Это особенно актуально в зимний период, когда маневренность автомобиля на малых площадях может быть затруднённой.
4. Движется автомобиль с передним приводом, как правило, более устойчиво. Это обусловлено тем , что двигатель и коробка передач в таких моделях размещается перпендикулярно вектору движения, при езде создавая так называемый «эффект гироскопа», стабилизирующий и нивелирующий колебания вне вектора движения.
5. Передние колёса несут основную нагрузку от веса двигателя и коробки передач. Это делает автомобиль с передним приводом более проходимым, чем машину с задним приводом и аналогичными прочими характеристиками.
6. Экономичность заднеприводной конструкции обусловлена тем, что при совершении поворота ведущие колёса совпадают по направлению с направлением движения, а не расположены по касательной, как это происходит в автомобиле с заднеприводным типом трансмиссии.
7. Процесс торможения на переднеприводной машине более быстрый и резкий. В некоторый случаях это может стать существенным моментом обеспечения безопасности движения.

Все перечисленные выше моменты действительно делают переднеприводной автомобиль очень привлекательным, ведь он решает целый ряд проблем, которые сопровождают машину в условиях густонаселённого города с напряжённым автомобильным трафиком:

• дефицит парковочных площадей;
• необходимость экономии топлива;
• вопрос соотношения устойчивости и маневренности;
• вопрос безопасности движения.

Устройство и принцип работы полуоси в авто

Устройство полуоси таково, что эффект передачи мощности будет максимальным при любом положении колёс. Данная конструкция состоит из трех частей: наружного шарнира равных угловых скоростей (ШРУС); вала; внутреннего ШРУСа. Вал — это, грубо говоря, отрезок трубы определённой длины, к которому приварены переходники для установки ШРУС. Чтобы эти элементы не прокручивались, они оснащены специальными шлицами.

На конце переходника вал фиксируют стопорным кольцом, иначе вал при движении может выскочить из ШРУС. У легковых автомобилей привод переднего ведущего колеса выполняется наружными и внутренними шарнирами равных угловых скоростей, соединенными полуосью. Использование двух шарниров в приводе вызвано устройством независимой подвески передних колес. Внутренние шарниры отвечают за перемещение колёс при вертикальных ходах подвески, а наружные — за повороты колёс относительно вертикальной оси, что является необходимостью при изменении

Основные виды полуосей

Зависимо от конструкции полуось может быть полностью или частично разгруженной от действующих на нее изгибающих моментов.

Разгруженная полуось более характерна для транспортных средств с большой грузоподъемностью, в том числе автобусов. Такая полуось на чертеже будет выглядеть свободно установленной внутри моста деталью, а опираться на балку моста будет ступица колеса с помощью двух подшипников. В данной конструкции полуось передает исключительно крутящий момент, поскольку всю силу изгибающего воздействия на себя принимают подшипники.

Виды полуосей

Полузагруженная полуось в подавляющем большинстве случаев установлена на легковых и легкогрузовых автомобилях. Устройство полуоси данного вида отличается тем, что в ней подшипник стоит между самой полуосью и ее кожухом, причем полуось крепится непосредственно к ступице колеса. По этой причине на плече периодически возникают изгибающие моменты, которые воздействуют на полуоси в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На переднеприводных автомобилях для передачи крутного момента от КПП к колесам устанавливаются полуоси несколько иной конструкции. Состоит такой приводной вал из оси, внутреннего и наружного ШРУСов.

Устройство приводного вала переднеприводного автомобиля.

Задний привод и его особенности

Задний привод принято считать классическим, поскольку изначально авто выпускались именно с ним. Особенность авто с такой контракцией заключается в раздельности функций колес обеих осей. Передний мост в таких машинах является только управляемым, задний же приводит авто в движение.

Чтобы обеспечить передачу крутящего момент на колеса, у заднеприводных авто используется достаточно сложная конструкция трансмиссии, включающая в себя КПП, вал с карданными шарнирами, а главная передача входит в устройство заднего ведущего моста. Такая конструкция присуща для авто, у которых компоновка – переднемоторная (она является самой распространенной).

Но в свое время выпускались машины с заднемоторной компоновкой. У них конструкция трансмиссии была проще, поскольку расстояние от КПП к колесам ведущей оси было минимальное. Сейчас такая компоновка встречается крайне редко.

Достоинства

К положительным качествам заднеприводных автомобилей относятся:

• Более разновременное распределение нагрузки между осями. Двигатель, установленный спереди, значительно нагружает переднюю ось, в то время, как на заднюю воздействует только вес кузова. Но при начале движение происходит смещение веса назад, благодаря чему происходит распределение нагрузки – передняя ось разгружается, а задняя – нагружается. При этом обеспечивается лучшее сцепление колес задней оси, что обеспечивает хорошую динамику набора скорости;
• Сниженная вибрация рулевого управления. Поскольку передняя ось предназначена только для управления авто, то на рулевой механизм воздействуют исключительно вибрации, получаемые колесами от дорожного полотна;
• Большой угол поворота колес. Здесь тоже сказывается устройство передней оси. Отсутствие дополнительных элементов в конструкции позволяет поворачивать колеса на больший угол, что обеспечивает лучшую маневренность в условиях ограниченного пространства (припарковаться легче);
• Уменьшенная передача вибрации на кузов. В заднеприводных авто силовая установка располагается продольно, поэтому распределение веса на передок более оптимально. Дополнительно использование эластических виброгасящих креплений мотора обеспечивает минимальную передачу вибраций от него на кузов;
• Предсказуемость заноса и легкость выхода из него. Стоит отметить, что это несколько спорное достоинство. Дело в том, что заднеприводный автомобиль в большей степени подвержен уходу в занос, а если бы из него еще и выйти было трудно, популярность этого вида привода была значительно ниже.

Из всех перечисленных достоинств сейчас больше всего у заднеприводных авто ценятся высокая динамика набора скорости и минимальная передача вибрации на кузов. Любители дрифтинга такие авто любят за легкость ввода в занос с возможностью полного его контроля.

Недостатки

Но и недостатки у этого типа привода немалые:

• Сложность конструкции трансмиссии за счет наличия дополнительных элементов. Это в свою очередь сказывается на объеме работ по техническому обслуживанию;
• Увеличенная металлоемкость конструкции, из-за чего стоимость авто с таким приводом выше;
• Ухудшенная управляемость в сложных дорожных условиях. Повышенная вероятность ухода в занос и несколько разгруженный передок при движении (за счет перераспределения массы) значительно осложняют управляемость машины на гололеде;
• Меньше полезного пространства в салоне. Для размещения карданного вала используется достаточно высокий центральный тоннель в днище кузова;
• Меньшая проходимость. При движении по бездорожью передние колеса, особенно повернутые в сторону даже на небольшой угол, создают сопротивление движению. Дополнительно у заднеприводных авто из-за массивной конструкции заднего моста снижен клиренс.

Интересно, что у авто с заднемоторной компоновкой проблем с проходимостью нет. Большая загруженность задней части из-за установленного мотора обеспечивает отличное сцепление ведущих колес с дорогой, поэтому такое авто запросто преодолевает среднее бездорожье. Единственное, управлению авто в таких условиях практически не поддается (передние колеса просто скользят по поверхности, как лыжи).