Принцип работы и устройство гипоидной передачи

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

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

• 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.

Популярные гипоидные масла

Производителей, выпускающих качественные материалы, на рынке достаточно. Но есть масла, которые лучше не применять. Объективно оценить продукцию сложно, так как назначение и характеристики у каждой жидкости разные. Например, продукт идеально подходит к одной группе автомобилей, но совершенно не соответствует требованиям других машин.

Эксперты и автовладельцы выделяют следующие продукты:

ZIC G-F Top

– трансмиссионное масло корейского производства. Рекомендуется к применению для снижения уровня шума КПП и дополнительной защиты ее элементов от задиров. Материал отлично работает в тяжелых условиях эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур.

Liqui Moly Hypoid Getriebeoil

– масло, разработанное специально для гипоидных передач. Отличается отличной текучестью и хорошими эксплуатационными характеристиками. Сохраняет стабильность и не теряет своих свойств при низких температурах вплоть до -40 °С. Надежно защищает узлы от износа, коррозии и увеличивает их срок службы.

Total Transmission Syn FE

– достаточно популярное трансмиссионное масло. Уровень защиты от задиров равен 58,8 единицам, что является достаточно неплохим показателем, к которому стремятся многие производители. Обладает малой текучестью при низких температурах, поэтому не подходит для использования в холодном климате. По уровню защиты от механического износа уступает нижеследующим материалам.

Mobil Mobilube

– трансмиссионное масло, которое хорошо зарекомендовало себя в гипоидных передачах. Обладает высокими вязкостными характеристиками и отличается хорошей термостабильностью, т.е. не теряет своих свойств при изменении температуры. Имеет длительный срок службы, обеспечивает надежную защиту от окисления и термических разрушительных процессов. Относится к группе API GL-4/GL-5.

Castrol Syntrans Transaxle

– очень популярное трансмиссионное масло, которое неизменно занимает лидирующие позиции различных рейтингов. Отличается высокой текучестью при низких температурах, препятствует образованию задиров, имеет доступную стоимость. Коэффициент износа составляет 59,4.

Motul Gear 300

– наиболее популярное масло для гипоидных передач. Обладает самым высоким показателем защиты от задиров – 60,1 единица. Жидкость образует прочную защитную пленку, которая обеспечивает минимальный коэффициент трения между поверхностями. Показатель износа составляет 0,75 мм. Единственный недостаток масла – слабая текучесть при отрицательных температурах.

Изменение направления вращения

Шестерня (1), приводимая в движение кардан­ным валом, расположена под углом 90° к ведо­мой конической шестерне (3). Благодаря этому крутящий момент передается в поперечном на­правлении (под углом 90°) через ведомую кони­ческую шестерню и полуоси на ведущие колеса (рис. 9 «Коническая зубчатая передача с гипоидным зубчатым зацеплением«).

Пример HTML-страницы

Положение ведомой шестерни (слева или справа от ведущей шестерни, рис. 10 «Расположение ведущей и ведомой шестерен главной передачи«) в пол­ноприводных автомобилях зависит от конструк­ции раздаточной коробки (с двумя или тремя валами).

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.

Основные геометрические параметры

Построение кинематической схемы, технические характеристики, способы обработки отдельных деталей этих механизмов задаются геометрической формой отдельных элементов. Основными геометрическими параметрами, которые рассчитываются при проектировании являются:

• углы делительных конусов (каждого колеса или шестерёнки);
• диаметры всех элементов (обоих валов, ведущих и ведомых шестерён);
• внешний окружной модуль шестерни;
• расстояние от вершины конуса до его образующей (называется делительное расстояние);
• расстояние между осей;
• радиальный зазор применяемых подшипников;
• делительный диаметр (он определяет величину зуба шестерёнки);
• диаметр углублений и верхней части зубьев.

Для удобства проведения расчетов и понимания механизма зацепления вводят три вида торцовых сечений. Это сечения во внешней, внутренней и средней части каждого зуба.

Уменьшение толщины зубьев по направлению к вершине приводит к созданию надежного зацепления во время движения. Угол наклона по направлению к вершине определяет параметры, задаваемые при обработке.

Под линией зубьев понимают пересечение двух прямых. Одна образована боковой поверхностью зуба, вторая является краем делительной конической поверхности.

Для улучшения эксплуатационных характеристик — повышения износостойкости, сопротивления при контакте, уменьшение заедания и лучшей передачи коническим зубчатым колёсам энергии вращения используют метод выравнивания коэффициентов удельного скольжения.

С этой целью колесо и шестерню стараются изготовить с одинаковыми параметрами смещения, но с разными знаками. Например, для шестерни задают параметр со знаком плюс, а для колеса со знаком минус.

Основные геометрические соотношения задаются на этапе разработки всего механизма конической передачи качество передачи. Геометрические параметры рассчитываются на основании известных соотношений.

Что такое гипоидная передача в автомобиле и ее особенности

Итак, различные передачи делятся по типу используемых шестерней. Передачи бывают коническими, цилиндрическими, гипоидными и т.д. Давайте рассмотрим гипоидную передачу более подробно.

Затем, благодаря ряду очевидных преимуществ, гипоидная передача появилась на грузовых машинах и других типах техники. Гипоидной передачей стали заменять двойную передачу.

Основным отличием гипоидной передачи от других типов передач является то, что оси валов в обязательном порядке нужно сместить в соответствии со строгими математическими расчетами. Еще гипоидную передачу можно использовать только в узлах, где оси зубчаток будут скрещены

Важно понимать, что если проигнорировать первое и второе правило, произойдет заклинивание передачи

Применение

Гипоидные передачи используются:

• управлять ведущими мостами автомобилей, тракторов, железнодорожных вагонов и локомотивов;
• в динамо-приводах железнодорожных вагонов от колесных осей. В этом случае гипоидная трансмиссия ускоряется (передаточное число составляет от 1 / 2,5 до 1/4 при передаваемой мощности 25-25 кВт);
• для точной передачи вращения в механизмах, машинах и станках, например, в зубофрезерных станках, поскольку они имеют большое количество зубьев, находящихся в зацеплении одновременно;
• в строительстве инструментов.

В легковых автомобилях широкое распространение гипоидных передач объясняется не только их большей грузоподъемностью и более плавной работой, чем конические, но и тем, что из-за гипоидного смещения оси шестерни относительно колеса возможно опустить кузов и таким образом уменьшить положение центра тяжести автомобиля в целом.

Гипоидная передача редуктора

По сути дела, с помощью редуктора в автомобиле происходят все изменения передаваемого от двигателя к колесам усилия. Та же самая КПП – это редуктор, в котором благодаря соединению различных пар шестеренок, имеющих разное количество зубьев, величина усилия изменяется по-разному. Другим элементом, где происходит изменение момента по направлению и величине, необходимо считать гипоидную главную передачу (ГП).

Просто в порядке напоминания – ГП предназначена для смены направления распространения крутящего момента (с осевого на перпендикулярное) на автомобиле, а также изменения его величины. Она может быть выполнена на шестернях любого типа, но в современных машинах обычно используется гипоидная передача, которая входит в состав редуктора заднего моста . Почему для него применяется именно такая передача? Это обусловлено присущими ей особенностями, среди которых необходимо отметить:

1. меньшие габариты при тех же характеристиках по отношению к другим типам шестеренок, которые могут использоваться в конструкции такого редуктора;
2. уменьшенная нагрузка, прикладываемая к одному зубу, что обеспечивает надежную работу шестерен, а также позволяет им передавать большую нагрузку и служить при этом более длительное время;
3. меньший уровень шума благодаря тому, что одновременно несколько зубьев находятся в зацеплении;
4. возможность понижения центра масс автомобиля из-за того, что ГП выполняется со смещением.

Однако стоит отметить и недостатки, которые возможны у редуктора, в котором используется гипоидная передача. К ним стоит отнести повышенную вероятность заедания, возникающую из-за скольжения вдоль линии контакта. Для уменьшения этого, при изготовлении, гипоидные шестерни проходят специальную обработку. Водителям во избежание подобных неприятностей стоит применять только специальные сорта масла — трансмиссионные .

Использование в ГП гипоидных шестерней, в современном легковом автомобиле, стало общепринятой практикой. Отказ от шестерней любого другого типа, при построении подобного узла, обусловлен теми преимуществами, которые обеспечивает применение подобных шестерней.

Немногие автомобилисты знают, что такое гипоидное масло и для чего оно вообще предназначено? Этот смазочный материал предназначен преимущественно для трансмиссионных узлов, но также его применяют в механизмах рулевого управления.

При производстве этих смазок компании добавляют в базовый нефтепродукт многие присадки, обеспечивающие хорошие противозадирные свойства. Подобные трансмиссионные жидкости относятся к категории GL-5 и подходят для трансмиссий многих современных транспортных средств, в мостах которых находятся гипоидные шестерни. Этот смазочный продукт активно применяется для смазывания редукторов и карданов, и не только в автомобилях, но даже в вертолетах.

Принцип работы

Суть функционирования ГП несложная: если машина движется, то крутящий момент от мотора передаётся КПП, а затем при помощи передачи и самоблока — валам привода машины. В результате ГП напрямую меняет крутящий момент, передающийся колёсам автомобиля, поэтому при помощи её меняется и динамика вращения колёс.

Главной особенностью является передаточное число. Параметр показывает соотношение числа зубьев ведомой шестерёнки к ведущей. Если оно выше, то машина набирает максимальную скорость очень быстро. Однако уменьшается индекс наибольшей скорости.

Снижение передаточного числа повышает наибольшую динамику, авто набирает скорость медленнее. Для отдельной модели передаточное число выбирается, учитывая технические характеристики мотора, коробки передач, габаритов колёс, системы тормозов и др.

Цилиндрические зубчатые передачи

Под цилиндрическими зубчатыми колёсами понимают шестерни, объёмный контур которых выполнен в виде цилиндра, где все точки вершин зубьев также повторяют цилиндр. Такие зубчатые элементы различаются по форме зубьев и подразделяются на следующие типы:

• Прямозубые шестерни
• Косозубые цилиндрические шестерни
• Шевронные зубчатые колёса

Прямозубые цилиндрические

Данный вид зубчатых передач самый распространённый в составе механизмов в виду своей относительной простоты и дешевизны в изготовлении. Цилиндрические прямозубые шестерни выполнены на одном диаметре по всей своей рабочей ширине.

Редуктор в составе с прямозубыми цилиндрическими шестернями

Такие зубчатые колёса широко применяются в составе простейших редукторов в том числе и коробках передач тракторов и автомобилей, где смена передаточного числа осуществляется вхождением в зацепление скользящих зубчатых цилиндрических блоков по валам редуктора. С помощью цилиндрических шестерен вращение может передаваться только между параллельно расположенными валами. Данные шестерни отличаются шумностью работы на высоких скоростях вращения. Положительным моментом в работе цилиндрических прямозубых шестерён является отсутствие осевых нагрузок.

Цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями

Прямозубые цилиндрические шестерни изготавливаются как с внешним зубом, по наружному диаметру, так и с внутренним венцом зубьев. Если обычные шестерни с внешними зубьями используются в конструкциях для передачи вращения между параллельно расположенными валами, то шестерни с внутренним зубом могут быть использованы для преобразования вращения в составе планетарных механизмов как коронные шестерни (эпициклы), а также в виде части соединительных зубчатых муфт.

Цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями в составе планетарного механизма

Косозубые цилиндрические

Передача вращения с помощью косозубых цилиндрических шестерён осуществляется только между параллельно размещёнными валами. В отличии от прямозубых цилиндрических шестерён, в работе редукторов, такие зубчатые колёса характеризуются как шестерни постоянного зацепления, в виду невозможности вхождения в зацепление пар при осевом совмещении. Шестерни представляют собой колёса с зубьями, нарезанными под углом. В состав рабочей пары таких колёс входят шестерни с правым и левым наклоном нарезки зубьев.

Косозубая цилиндрическая передача

Косозубые шестерни отличаются тихой работой на высоких скоростях вращения, но учитывая форму взаимодействующих зубьев, и характер зацепления зубчатых пар в механизме возникают осевые нагрузки. Для минимизации негативного влияния возникающих осевых усилий в конструкцию опор вращения валов включают упорные подшипники. В виду одновременного контакта двух зубьев с сопряжённой шестерней косозубые колеса хорошо себя зарекомендовали в работе на высоких нагрузках.

Редуктор с косозубыми цилиндрическими шестернями

Двойные косозубые шестерни в составе усиленного редуктора

Часто в конструкциях высоконагруженных узлов используют двойные косозубые шестерни, выполненные в виде блока с двумя дорожками косых зубьев разного направления. В таком случае возникающие осевые нагрузки в отдельной дорожке косых зубьев гасятся друг другом обеспечивая высокие характеристики передачи.

Косозубая цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями в составе планетарного механизма

Как и в прямозубом исполнении существуют цилиндрические косозубые шестерни с внутренней нарезкой используемые в составе планетарных редукторов.

Шевронные

Шестерни с косозубой формой зубьев в форме так называемой «ёлочки» называют шевронными. По сути шевронное зубчатое колесо является спаркой косозубых цилиндрических шестерён с зеркальной разноименной нарезкой зубьев.

Шевронное зубчатое колесо

Такие зубчатые колёса применяются в высоконагруженных ответственных механизмах: генерирующих турбин, горнодобывающего оборудования, в судостроении. Шевронные передачи отличаются компактностью, хорошей плавностью хода. Учитывая форму V-образного зуба в виде двух встречных косых зубьев, возникающие осевые нагрузки, созданные обеими зубчатыми сторонами шестерни, гасятся друг другом. Это обеспечивает дополнительную устойчивость к нагрузкам и высокие скоростные характеристики шевронной зубчатой передачи.

Шевронная передача

Недостатком таких зубчатых колёс является и высокая стоимость в виду технологичной сложности в изготовлении.

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».

Недостатки

Давайте рассмотрим недостатки использования такой передачи в редукторе. К минусам использования такой шестерни можно записать, во-первых, ее дороговизну. Причина здесь в том, что изготовить ее не так просто. Однако, гипоидную шестерню уже активно внедряют даже в бюджетных авто из Поднебесной. Так что насчет дороговизны еще спорный вопрос. Еще из минусов — высокая вероятность заедания шестеренок. Это возможно из-за скольжения вдоль линии контакта.

Причина заедания, конечно, лечится. Водителям рекомендуют использовать только трансмиссионные масла, которые как бы обволакивают шестерни специальной пленкой и не допускают заедания. К заеданию может привести неправильная регулировка и низкое качество «расходников». Интересно, что этот недостаток такого типа передачи превратили в достоинство разработчики полноприводных авто и успешно его используют.

Плюс ко всему гипоидная передача славится тем, что быстро приходит в негодность. Вкупе с относительной дороговизной это может часто становится решающим фактором для изготовителей авто. И гипоидному редуктору они предпочитают более дешевые варианты.

И все же, если вам посчастливилось стать обладателем авто с гипоидной передачей, знайте, что приобрели надежную «лошадку». При грамотном уходе и периодическом контроле она будет трудится вам на радость.

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

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