Приводной вал – как скорость автомобиля зависит от его работы?

Первый переднеприводный автомобиль и современные представители

В таком авто крутящий момент, который создается движком, передается на передние колеса, другими словами, они являются ведущими.

На сегодняшний день практически каждый производитель имеет в своем списке авто с таким устройством: это Mercedes, Audi, Renault, Skoda, Citroen, Volkswagen, Peugeot, Toyota, в общем, этот перечень можно продолжать очень долго. И все эти автомобили нам хорошо знакомы и ежедневно встречаются на улицах города.

Первый переднеприводный автомобиль был создан еще в 1897 году братьями Грэф. Данный эффект достигался за счет самых обыкновенных карданных шарниров, которые располагались на каждой оси. Это был первый пробный вариант, далее свое развитие такой тип привода обрел уже в 1920 году в США при сборке гоночных автомобилей.

Как рассчитать передаточное число

Шестерня и колесо имеют разное количество зубов с одинаковым модулем и пропорциональный размер диаметров. Передаточное число показывает, сколько оборотов совершит ведущая деталь, чтобы провернуть ведомую на полный круг. Зубчатые передачи имеют жесткое соединение. Передающееся количество оборотов в них не меняется. Это негативно сказывается на работе узла в условиях перегрузок и запыленности. Зубец не может проскользнуть, как ремень по шкиву и ломается.

Расчет без учета сопротивления

В расчете передаточного числа шестерен используют количество зубьев на каждой детали или их радиусы.

u₁₂ = ± Z₂/Z₁ и u₂₁ = ± Z₁/Z₂,

Где u₁₂ – передаточное число шестерни и колеса;

Z₂ и Z₁ – соответственно количество зубьев ведомого колеса и ведущей шестерни.

Знак «+» ставится, если направление вращения не меняется. Это относится к планетарным редукторам и зубчатым передачам с нарезкой зубцов по внутреннему диаметру колеса. При наличии паразиток – промежуточных деталей, располагающихся между ведущей шестерней и зубчатым венцом, направление вращения изменяется, как и при наружном соединении. В этих случаях в формуле ставится «–».

При наружном соединении двух деталей посредством расположенной между ними паразитки, передаточное число вычисляется как соотношение количества зубьев колеса и шестерни со знаком «+». Паразитка в расчетах не участвует, только меняет направление, и соответственно знак перед формулой.

Обычно положительным считается направление движения по часовой стрелке. Знак играет большую роль при расчетах многоступенчатых редукторов. Определяется передаточное число каждой передачи отдельно по порядку расположения их в кинематической цепи. Знак сразу показывает направление вращения выходного вала и рабочего узла, без дополнительного составления схем.

Вычисление передаточного числа редуктора с несколькими зацеплениями – многоступенчатого, определяется как произведение передаточных чисел и вычисляется по формуле:

u₁₆ = u₁₂×u₂₃×u₄₅×u₅₆ = z₂/z₁×z₃/z₂×z₅/z₄×z₆/z₅ = z₃/z₁×z₆/z₄

Зубчатое зацепление жесткое. Детали не могут проскальзывать относительно друг друга, как в ременной передаче и менять соотношение количества вращений. Поэтому на выходе обороты не изменяются, не зависят от перегруза. Верным получается расчет скорости угловой и количества оборотов.

КПД зубчатой передачи

Для реального расчета передаточного отношения, следует учитывать дополнительные факторы. Формула действительна для угловой скорости, что касается момента силы и мощности, то они в реальном редукторе значительно меньше. Их величину уменьшает сопротивление передаточных моментов:

• трение соприкасаемых поверхностей;
• изгиб и скручивание деталей под воздействием силы и сопротивление деформации;
• потери на шпонках и шлицах;
• трение в подшипниках.

Для каждого вида соединения, подшипника и узла имеются свои корректирующие коэффициенты. Они включаются в формулу. Конструктора не делают расчеты по изгибу каждой шпонки и подшипника. В справочнике имеются все необходимые коэффициенты. При необходимости их можно рассчитать. Формулы простотой не отличаются. В них используются элементы высшей математики. В основе расчетов способность и свойства хромоникелевых сталей, их пластичность, сопротивление на растяжение, изгиб, излом и другие параметры, включая размеры детали.

Что касается подшипников, то в техническом справочнике, по которому их выбирают, указаны все данные для расчета их рабочего состояния.

При расчете мощности, основным из показателей зубчатых зацепления является пятно контакта, оно указывается в процентах и его размер имеет большое значение. Идеальную форму и касание по всей эвольвенте могут иметь только нарисованные зубья. На практике они изготавливаются с погрешностью в несколько сотых долей мм. Во время работы узла под нагрузкой на эвольвенте появляются пятна в местах воздействия деталей друг на друга. Чем больше площадь на поверхности зуба они занимают, тем лучше передается усилие при вращении.

Все коэффициенты объединяются вместе, и в результате получается значение КПД редуктора. Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Он определяется соотношением мощности на входном и выходном валах. Чем больше зацеплений, соединений и подшипников, тем меньше КПД.

Диагностика и ремонт рольставней

Необходимо периодически осматривать рольставни, а при выявлении даже небольших неисправностей их надо сразу устранять. Даже самая мелкая неполадка, которая вовремя не была исправлена, может привести к серьёзным проблемам и большим затратам как времени, так и средств.

Как можно распознать неисправность

Признаки неисправности рольставней будут следующими:

• при ручном открывании или закрывании надо прилагать большие усилия;
• полотно движется рывками;
• заклинивает рольставни в определённом положении;
• в закрытом положении полотна виден его перекос или повреждение;
• электропривод не работает или неправильно распознаёт команды;
• во время работы электрического или механического привода появились посторонние звуки.

Основные неисправности рольставней и способы их устранения

Хотя устройство рольставней и несложное, но это механизм и каждый его элемент имеет определённый срок службы. Если правильно эксплуатировать такое устройство и периодически проводить его осмотры, а делать это надо 1–2 раза в год, то служить оно будет долго и надёжно

При выполнении осмотра рольставней надо в первую очередь обращать внимание на состояние наиболее быстро изнашиваемых деталей (ролики и уплотнители). При выявлении их видимого износа проводится замена деталей на новые

Серьёзные поломки рольставней обычно связаны с неправильной их эксплуатацией, когда устройство используется с повышенной нагрузкой. При появлении посторонних звуков во время работы рольставней их эксплуатацию надо сразу же остановить, определить неисправность и устранить её.

Неисправности могут возникнуть и вследствие воздействия природных факторов (замерзание механизма, попадание в него воды и т. д.).

Из-за намерзания льда и попадания воды внутрь короба рольставни могут выйти из строя

Для того чтобы самостоятельно провести ремонт рольставней, могут понадобиться такие инструменты:

• электродрель;
• шуруповёрт;
• отвёртки;
• молоток;
• плоскогубцы;
• заклёпочный пистолет;
• напильник;
• набор ключей;
• паяльник;
• мультиметр;
• лестница.

Для ремонта и монтажа рольставней понадобятся обычные слесарные инструменты

Замена подшипника

Если вышел из строя подшипник, то его замена выполняется в таком порядке:

1. Покупают подшипник соответствующего размера.

Надо приобрести подшипник соответствующего размера

Полотно опускают в крайнее нижнее положение

Снимают защитную крышку с короба и вынимают вал

Деформация полотна, короба или направляющих

Из-за неправильной эксплуатации может произойти деформация некоторых элементов рольставней, что приведёт к их неправильной работе или полной поломке.

Рассмотрим способы устранения проблем с разными элементами:

1. Деформация полотна. Такая неисправность обычно возникает при попадании в зону движения полотна посторонних предметов, снега или льда. В результате контакта с ними ламели гнутся. Для устранения неисправности можно разобрать рольставни и заменить повреждённые элементы. Если поломано несколько ламелей, то может понадобиться полная замена полотна. Продолжение эксплуатации рольставней с деформированным полотном может привести к повреждению привода замка или боковых заглушек.

При деформации нескольких ламелей проводится их замена

Деформация короба обычно происходит из-за падения на него льда

Поломка боковой уплотнительной вставки

Свидетельством того, что боковая уплотнительная вставка вышла из строя, будет появление шума во время движения полотна, а также видимые потёртости этого элемента.

Устройство трансмиссии переднеприводного типа

В автомобиле с передним приводом главное отличие заключается в дифференциале, который находится в коробке передач вместе с главной передачей. С его помощью происходит передача, изменение и распределение крутящего момента, а также обеспечение вращения колёс с различными угловыми скоростями.

Крутящий момент передаётся от дифференциала к передним колёсам при помощи шарниров равных угловых скоростей: два шарнира крепятся к дифференциалу, и два – к колёсам, соединяясь при помощи приводных валов.

Очевидно, что описанную выше конструкцию никак нельзя назвать примитивной. Значит ли это, что передний привод более технологичен, чем заднеприводная конструкция?

Ни в коем случае. Говоря о современных моделях автомобилей, нельзя классифицировать заднеприводные модели как более примитивные — они, подобно переднеприводным, имеют сложную подвеску многорычажного типа, которая ни в какое сравнение не идёт с теми конструкциями, с которых начиналось производство. Поэтому, сравнивая заднеприводные и переднеприводные модели, было бы в корне неверным указывать на примитивность одних и высокую технологичность других.

Наиболее верным углом зрения на данный вопрос, пожалуй, будет понимание неоднозначности выбора. Для того, чтобы ответить, хорош или плох автомобиль с переднеприводным типом трансмиссии, следует понимать, какие задачи ставятся перед машиной, в каких условиях она будет эксплуатироваться.

Виды

Что же касается разновидностей распределительных валов двигателя, то их классифицируют в зависимости от расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распредвал является ключевым компонентом газораспределительного механизма и всего двигателя. В зависимости от того, как располагается этот элемент, выделяют 2 варианта:

• с нижним расположением;
• с верхним размещением.

Отсюда и разделение моторов внутреннего сгорания с верхним и нижним распредвалов. Когда-то нижнее расположение считалось лучшим и самым оптимальным для автомобильных двигателей. Но они были актуальными до 50-х годов прошлого века. Именно тогда все моторы создавались нижнеклапанного типа. Потому и распределительный вал находился снизу силовой установки. Тарелки клапанов размещались так, что они смотрели вверх. Подобная схема изготовления моторов объяснялась тем, что это проще и дешевле в плане производства. При этом страдал фактор производительности, о чём инженеры догадались несколько позже, когда появился новый вариант размещения распределительного вала. Учитывая объективные недостатки, от старой схемы с нижним расположением постепенно начали отказываться. Ему на смену пришла уже классическая и привычная схема с головкой блока цилиндров и установленными в ней клапанами и распределительным валом. Теперь клапана начали открываться вниз, а схема получила верхнее расположение распредвала.

Хотя нельзя отрицать тот факт, что даже на некоторых современных двигателях продолжают использовать нижневальную систему, где клапана располагаются сверху. Только она значительно усовершенствовалась по сравнению с предшественниками, а потому имеет полное право на существование при грамотной реализации. Двигатели с нижним расположением распределительного вала отличаются тем, что здесь дополнительно предусматривается установка специальных штанг. Они применяются для компенсации расстояния, которое имеется между кулачками распредвала и толкателями клапанов, находящихся в головках цилиндров. Даже несмотря на наличие современных нижневальных двигателей внутреннего сгорания, они считаются устаревшей схемой, а потому большинство автопроизводителей уже давно не используют её в производстве своих силовых агрегатов. Такие методы размещения требуют дополнительных мер, они характеризуются внушительными технологическими ограничениями, не позволяют развивать высокие обороты.

Количество валов

Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:

• Газораспределительные механизмы (ГРМ), оснащённые только одним распредвалом;
• ГРМ, конструкция которых включает пару распределительных валов;
• Двигатели, где используется более 2 распредвалов.

Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.

Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.

Подшипник — промежуточный вал

Подшипники ведущих и промежуточных валов выполняются как скользящего трения, так и трения качения — шариковые и роликовые. Пластинчатые конвейеры, изготовляемые в последние годы, имеют преимущественно подшипники трения качения, что значительно облегчает эксплуатацию конвейеров.
 

Подшипники промежуточного вала главной передачи автомобилей ЗИЛ-164А, ЗИЛ-130 регулируют подбором регулировочных прокладок, расположенных под крышками подшипников. Набор регулировочных прокладок состоит из пяти штук, толщина которых 0 1; 0 5; 0 2; 0 1 и 0 05 мм.
 

Выбор подшипников промежуточного вала включает следующие расчеты.
 

Регулировку подшипников промежуточного вала главной передачи выполняют с помощью прокладок под крышками одновременно с регулировкой подшипников вала ведущей шестерни. Осевой зазор проверяют, передвигая вал воротком вдоль оси: если он больше 0 05 — 0 1 мм, подшипники регулируют, удаляя с обеих сторон из-под крышек прокладки одинаковой толщины, чтобы не нарушалось симметричное расположение цилиндрических шестерен.
 

Компоновочный чертеж редуктора ( 1 — й этап.

Вычерчиваем габариты подшипников промежуточного вала, углубив их торцы лишь на 2 — 3 мм от внутренней стенки корпуса, чтобы облегчить попадание брызг масла в подшипники.
 

Ось отверстий под подшипники промежуточного вала должна быть параллельна оси отверстий под подшипники ведущего и ведомого валов и лежать с ней в одной плоскости. Отклонение не должно превышать 0 07 мм на длине 400 мм.
 

Расстояние от оси отверстий под подшипники промежуточного вала до оси отверстий под ось блока шестерен заднего хода должно быть в пределах 89 25 0 05 мм.
 

Под опорные поверхности электродвигателей, корпусов подшипников промежуточного вала, а также под опорные поверхности насосов в агрегатах с редуктором, гидромуфтой или Турбо-приводом должно быть установлено не более трех прокладок общей толщиной 3 — 5 мм. Пластина щупа толщиной 0 05 мм не должна проходить в стык между прокладками и между ними и опорными поверхностями.
 

Предварительный натяг подшипников вала шестерни и подшипников промежуточного вала в двойных главных передачах проверяют по величине крутящего момента, необходимого для провертывания валов. Предварительный натяг подшипников корпуса дифференциала контролируют по величине затяжки гаек подшипников от положения, соответствующего отсутствию в подшипниках зазора.
 

Предварительный Натяг подшипников вала ведущей шестерни и подшипников промежуточного вала в двойных главных передачах проверяют по величине крутящего момента, необходимого для провертывания валов. Предварительный натяг подшипников корпуса дифференциала контролируют по величине затяжки гаек подшипников от положения, соответствующего отсутствию в подшипниках зазора.
 

В той же последовательности производится расточка отверстий эд подшипники промежуточного вала и ось шестерни заднего хода.
 

Охлаждение уплотнений и подшипников основных насосов 1, подшипников промежуточного вала 2, маслоохладителя 6, подшипников и воздухоохладителя электродвигателя 3 осуществляется холодной водой, подаваемой из градирни 4 водяными насосами 5 в нагнетательную линию 7 Отработавшая ( нагревшаяся) вода по линии 8 поступает в градирню для охлаждения. Для системы охлаждения используют преимущественно консольные одноступенчатые насосы, а также вихревые самовсасывающие насосы типов ЦВС, ВСМ.
 

Ичерня; 11 н 13 — гайки регулировки подшипников промежуточного вала; 72 — ведомая цилиндрическая шестерня.
 

Аналогично изменением числа стальных прокладок восстанавливают предварительный натяг подшипников промежуточного вала главной передачи. После регулировки подшипников регулируют зацепление конических шестерен главной передачи, изменяя число прокладок между фланцем стакана вала ведущей шестерни и торцом картера редуктора, а также переставляя прокладки под крышками роликовых подшипников промежуточного вала. Зацепление контролируют по отпечатку контакта зубьев шестерен.
 

Как устроен передний привод?

Трансмиссия переднеприводного автомобиля состоит из следующих основных частей: коробки передач, которая обеспечивает перераспределение и передачу крутящего момента и мощности к колесам; сцепления, благодаря которому отсутствует либо возникает связь между КП и непосредственно двигателем; и приводных валов.

Одним из важнейших элементов трансмиссии является дифференциал переднеприводного автомобиля, который расположен в КПП вместе с главной передачей. Он необходим, для того чтобы изменять, предавать и распределять крутящие моменты между потребителями, а также в случае необходимости обеспечить их вращение с различными угловыми скоростями.

Кроме того, отличительной особенностью устройства данных авто является и наличие шарниров равных угловых скоростей, посредством которых обеспечивается передача крутящего момента к передним колесам от дифференциала.

Чаще всего, используется четыре шарнира, два внутренних, прикрепленных к дифференциалу, и два внешних, расположенных на колесах. Между данными ШРУСами находятся приводные валы.

Конструкция, виды

Приводной вал состоит из оси, внутреннего и наружного ШРУСов. Внутренний, выдерживающий большие нагрузки, но передающий малый угол поворота, устанавливается со стороны дифференциала, а наружный – со стороны колесной ступицы, где требуется большая свобода движений. Таким образом полуось участвует в передаче вращения независимо от угла поворота или колебания колеса.

Конструкция полуоси позволяет снять (заменить) ШРУС, то есть использовать сам центральный вал несколько раз. Поскольку осевой вал – деталь прочная и редко выходящая из строя, чаще требуется замена именно шарниров. Для их крепления на концах вала делаются шлицевые выемки и канавка под стопорное кольцо.

На полуось во время движения автомобиля действуют разнонаправленные нагрузки:

• скручивающее усилие, обусловленное сопротивлением колеса качению;
• поперечные нагрузки от веса автомобиля, разгона и торможения;
• растяжение и сжатие при поворотах.

Чем больше вес автомобиля, тем сильней эти нагрузки. В результате сконструировано три основных типа полуосей: полуразгруженные, разгруженные на ¾ и полностью разгруженные. Разница между ними – в способе крепления полуоси к ступице колеса.

Виды полуосей: А. Полуразгруженная. Б. Разгруженная на 3/4. В. Полностью разгруженная.

Полуразгруженные – самые простые по своей конструкции, но при этом подверженные всем изгибающим усилиям. Устанавливаются в основном на легковые автомобили, где не требуется какая-то особая грузоподъемность или проходимость. При этом на валу полуоси закреплена ступица колеса (через шлицевое или фланцевое соединение), а сам вал опирается на подшипник.

Полностью разгруженные – полуоси, которые благодаря особому способу крепления освобождены от поперечных и продольных нагрузок и передают только момент вращения. В этом случае полуось закреплена на ступице, а уже ступица опирается на два подшипника, широко разнесенных друг от друга. Устанавливаются на тяжелые грузовики и другую коммерческую технику.

Разгруженные на ¾ — это вариант конструкции, при котором опорный подшипник только один, и на него опирается ступица колеса. При этом с полуоси сняты изгибающие нагрузки.

Как правило, левая и правая полуоси не идентичны: они различаются по длине, и чаще всего правая длинней, чем левая наоборот. Причина – несимметричное расположение дифференциала на оси (межколесного на передне- или заднеприводных автомобилях и межосевого на полноприводных).

Способ крепления к ступице и дифференциалу зависит от конструкции: это либо шлицевое соединение, либо фланцевое.

Поскольку полуось – элемент сборной, говорить о материале изготовления довольно сложно: для ШРУСов используется один металл, для вала – другой. Как правило, валы делаются из среднеуглеродистой стали с добавлением хрома, никеля и молибдена.

Ось приводного вала может иметь сплошную, моноблочную или сборную конструкцию с шариковой втулкой.

Сплошной – вал из цельного металла, чаще всего применяемый на передней оси. Самая простая и надежная конструкция.

Моноблочный – это также цельный вал, но полый внутри. Применяется там, где нужно максимально облегчить подвеску.

Вал с шариковой втулкой используется преимущественно для внедорожников: такая конструкция позволяет создать дополнительную степень свободы для поворотов и маневров на сложных участках. Шариковая втулка обеспечивает дополнительное осевое сжатие и растяжение вала, а также максимальный комфорт и бесшумную работу.

Полуось с шариковой втулкой