для чего нужна главная пара
Дифференциал и главная передача.
Главная передача.
При движении автомобиля крутящий момент от коленвала двигателя передается коробке передач и затем, через главную передачу и дифференциал, на ведущие колеса. Главная передача позволяет увеличивать или уменьшать крутящий момент передаваемый колесам автомобиля и одновременно уменьшать и соответственно увеличивать скорость вращения колес. Передаточное число в главной передаче подбирается таким образом, что максимальный крутящий момент и частота вращения ведущих колес находятся в наиболее оптимальных значениях для конкретного автомобиля. Кроме того, главная передача очень часто является объектом тюнинга автомобиля.
Устройство главной передачи.
По сути, главная передача — это не что иное, как шестеренчатый понижающий редуктор, в котором ведущая шестерня связана с вторичным валом КПП, а ведомая – с колесами автомобиля. По типу зубчатого соединения главные передачи различаются на следующие разновидности:
цилиндрическая – в большинстве случаев применяется на автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач и передним приводом; коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума; гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума; червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума;
гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума;
червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
Также стоит отметить, что автомобили с передним и задним приводом имеют различное расположение главной передачи. В переднеприводных автомобилях с поперечным расположением КПП и силового агрегата, цилиндрическая главная передача располагается непосредственно в картере КПП. В автомобилях с классическим задним приводом главная передача установлена в корпусе ведущего моста и соединена с коробкой передач посредством карданного вала. В функционал гипоидной передачи заднеприводного автомобиля также входит и разворот вращения на 90 градусов за счет конических шестерен. Несмотря на различные типы и расположение, предназначение главной передачи остается неизменным.
Дифференциал автомобиля.
Дифференциал автомобиля чаще всего совмещен с главной передачей и располагается соответственно в картере коробки передач или в корпусе заднего моста. Однако дифференциал может быть установлен и между ведущими осями полноприводного автомобиля. Дифференциал представляет собой планетарный редуктор и делится на следующие разновидности:
конический – в большинстве случаев устанавливается совместно с главной передачей между колесами одной приводной оси;
цилиндрический – наиболее часто применяется для развязки ведущих осей полноприводных автомобилей;
червячный – является универсальным и устанавливается как между колесами, так и между ведущими осями.
Основное предназначение дифференциала заключается в распределении крутящего момента между колесами автомобиля и изменения их частоты вращении относительно друг друга. Так, например поворот автомобиля без дифференциала был бы попросту невозможен, так как при повороте внешнее колесо обязательно должно вращаться с большей частотой, нежели внутреннее.
Дифференциалы существуют симметричные и несимметричные. Симметричный дифференциал передает равный крутящий момент на оба колеса и устанавливается чаще всего совместно с главной передачей. Несимметричный дифференциал позволяет передать крутящий момент в различных пропорциях и устанавливается между приводными осями автомобиля.
Дифференциал состоит из корпуса, шестерен сателлитов и полуосевых шестерен. Корпус обычно совмещен с ведомой шестерней главной передачи. Шестерни сателлиты играют роль планетарного редуктора и соединяют полуосевые шестерни с корпусом дифференциала. Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колесами посредством полуосей на шлицевых соединениях. При всех плюсах у простейшего дифференциала существует и недостаток. Дело в том, что частота вращения может быть распределена на колеса не только в соотношении, например 50/50, 40/60 или 35/65, но и 0/100. То есть, на одно колесо автомобиля может быть передан абсолютно весь крутящий момент, в то время как второе колесо будет абсолютно статично. Такое случается в том случае если автомобиль застрял в грязи или на льду. Однако современные дифференциалы более совершенны и практически лишены данного недостатка. Многие дифференциалы имеют жесткую автоматическую или ручную блокировку. Кроме того современные легковые полноприводные автомобили снабжаются системой курсовой устойчивости, которая основана на оптимальном распределении крутящего момента между осями и отдельными колесами в зависимости от траектории движения.
Выбор передаточного числа главных пар
Всем кто ставит большие колеса на свой внедорожник либо делает свап двигателя на более мощный неизбежно приходится сталкиваться с задачей выбора правильного передаточного числа трансмиссии своего автомобиля.
Естественно не все упирается в замену главных пар с пониженным передаточным числом, занизить общее передаточное число трансмиссии можно и несколькими другими способами — занижением в раздаточной коробке, установкой АКПП или МКПП с другими передаточными числами, установкой бортовых редукторов, но эти случаи более трудоемкие и упомянуты будут лишь всколзь.
Итак зачем занижать? Описание проблемы — при установке колес увеличенного диаметра возрастает сила, которую необходимо передать колесу для его вращения, соответственно возрастает нагрузка на двигатель.
Отсюда возникают следующие проблемы:
— не хватает мощности для движения в подъемы — приходится сильнее раскручивать двигатель;
— не хватает мощности для обгона — медленнее набирается скорость;
— не хватает мощности на низах — тяжело тронуться в горку или в грязи;
— увеличивается расход бензина — из-за нехватки мощности приходится больше давить на газ;
— ДВС и АКПП могут быстрее нагреваться из-за выросших нагрузок;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;
Правильное решение — вернуть общее передаточное число трансмиссии как можно ближе к заводским параметрам.
Возможная ошибка — выбрать передаточное число, которое будет существенно ниже заводского, так сказать «с запасом» или «на перспективу установки колес еще большего диаметра».
В этом случае также появится ряд отрицательных моментов:
— «перекрут» двигателя, при сохранении прежнего стиля езды двигатель будет работать на повышенных оборотах;
— увеличение расхода как раз за счет повышенных оборотов;
— уменьшение максимальной скорости;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;
Когда же имеет смысл менять главные пары?
Дело в том что заводом изготовителем в большинстве своем заложен запас по мощности, и установив например на TLC80 33-е колеса вместо штатных 31-х колес, мощно даже и не заметить разницы в 6% при обычной эксплуатации, но ее уже можно будет почувствовать, если серьезно загрузить машину — закинув например 300 кг груза и выбрав тем самым запас мощности. Но и это еще совсем не повод потратить солидную сумму денег на замену главных пар с пониженным передаточным числом. Если при установке колес большего диаметра в пределах 10% совсем пропала динамика и стало очень тоскливо ездить, то эти деньги имеет смысл потратить на взбадривание своего подуставшего двигателя — толку будет больше.
Опять же потеря мощности может стать не прямым следствием установки колес большего диаметра, а например подклинивающих суппортов из-за начала езды по грязи на таких колесах, изношенных ступичных подшипников, изношенных крестовин в карданах — в этом случае замена главных пар особо и не поможет.
Итак главные пары имеет смысл менять, когда диаметр колес превышает более чем на 10% диаметр штатных колес вашего автомобиля. Менять соответственно надо примерно во столько же раз, насколько изменился диаметр, иногда делая небольшую поправку на увеличившийся вес колеса.
Формула в упрощенном виде выглядит так:
Rnew = Rold * Dnew / Dold
где Rnew — новое передаточное число, Rold — стандартное заводское передаточное число, Dnew — диаметр нового колеса, Dold — диаметр колес с завода.
Так при установке 35-х колес на автомобиль, где штатные колеса с завода идут 31″ и штатное передаточное число равно 4.1 будет высчитано по формуле как 4.63 = 4.1 * 35 / 31, соответственно выбрать нужно главные пары с передаточным числом как можно ближе к этому значению.
Если предполагается эксплуатация автомобиля постоянно с повышенной нагрузкой, например таскание прицепа с катером или трэйлера, либо это экспедиционный автомобиль, в котором на постоянку тонна спальников, багажников, лебедок, доп.баков и железных бамперов с 3-мя запасками и много пассажиров, то лучше сразу рассмотреть вариант с большим занижением.
Что такое передаточное число главной пары — это по сути отношение кол-ва зубов на ведомой шестерне к кол-ву зубов на ведущей шестерне редуктора моста. Например передаточному числу 4.1 соответствует 41 зуб на ведущей шестерне и 10 зубов на ведомой шестерне, передаточному 4.88, а точнее 4.875 соответствует 39 зубов на ведущей шестерне и 8 зубов на ведомой шестерне.
Иногда значения могут быть очень близки, но не совпадать, например 4.1 (41×10) не равно 4.11 (37×9), 4.875 (39×8) не равно 4.888 (44×9).
Важное замечание — передаточное число в переднем мосту должно быть таким же как и в заднем мосту. Незначительная разница допустима — она все равно будет возникать из-за отличия в диаметре передних и задних колес и будет компенсироваться центральным дифференциалом в раздатке.
Также стоит отметить, что установка больших колес и заниженных пар влечет за собой снижение надежности трансмиссии между колесом и главной парой. Т.е. завод изготовитель рассчитывал толщину полуосей, размеры ШРУСов, дифференциал под некоторый стандартный диаметр колес, штатное передаточное число и мощность двигателя, естественно с некоторым запасом, предположим запас прочности для примера в 50% от максимально реализумой нагрузки(с учетом понижайки 1:2 в 25%).
Мы же например при установке 37-колес вместо 31 увеличиваем нагрузку на трансмиссию грубо на 20%, т.е. вращать колесо большего диаметра двигателю намного сложнее и это пока спасает трансмиссию от передачи большего крутящего момента, но когда мы ставим заниженные пары на 20%, то двигатель снова может развивать прежнюю мощь и выдавать задуманный крутящий момент, который принимают на себя дифференциал, сателлиты в нем, полуоси, ШРУСы, хабы, ступицы, шпильки, колесный диск. Но не забываем что на 37-х то без блокировок не так весело едется, а при включении 100% блокировки нагрузка возрастает еще в 2 раза в тяжелых условиях бездорожья, а при включении понижайки еще в 2 раза — так что среди всего этого обязательно найдется слабое звено, которое не выдержит такие нагрузки, каким бы оригиналом или heavy-duty заменителем оно не было. Поэтому при беспощадном тюнинге трансмиссии обязательно нужно учиться ездить аккуратно и с головой, отвязать кирпич от правой ноги и вовремя прятать руку за спину, которая может дотянуться до включения блокировок.
Несколько примеров для наиболее популярных авто:
1. Toyota Land Cruiser 80 — в большинстве своем штатное передаточное число главных пар в мостах 4.1 (реже 3.9) и стандартные колеса 31″.
При установке 35-х колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.56, 37-х колес пары с ПЧ 4.88, 39-х и более пары 5.29.
2. Toyota Land Cruiser 100, 105, 79, 200, Tundra — передаточное число главных пар в мостах 4.3 (реже 4.1 и 3.9) и стандартные колеса 30″.
При установке 35-х и более колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.88(единственный вариант заниженных передаточных чисел).
3. Toyota Land Cruiser Prado 78 — ПЧ 4.88 на авто с двигателем 2LT и ПЧ 4.3 на авто с двигателем 1KZ и стандартные колеса 30″.
Так при установке 35-х колес на KZ-ный прадик можно поставить пары с ПЧ 4.88 либо целиком редуктора от 2LT-ного прадика, на 38-х и выше уже можно ставить 5.29. При замене двигателя 2LT на 1KZ можно вообще не трогать мосты, а поставить сразу 35-е колеса, а при замене 1KZ на 2UZ очень хочется поставить пары 4.1 вместо 4.3, чтобы не дрифтить при трогании с места.
4. Toyota Hilux мостовой — диапазон тюнинговых пар от 3.54 до 5.71.
5. Toyota FJ Cruiser, Hilux new, Tacoma и т.п. — тюнинговые 4.56 и 4.88 вместо штатных 3.73, 3.91 и др.
6. Nissan Safari с двигателем TD42 — передаточное число главных пар в мостах 4.11 (реже от 3.9 до 4.625) и стандартные колеса 30″.
Установку 35-х колес атмосферный TD42 и турбовый TD42T почти не замечает, поэтому менять пары имеет смысл только после установки 37-х и выше колес. В то же время не бодрый RB28 и ZD30 не показывают чудес мощности для автомобиля с такой массой и некоторые предпочитает занизить пары даже для штатных колес.
Те кто строят монстров на 42-х и более колесах, либо ставят сафаревские мосты на автомобили с двигателями попроще — не гнушаются самым низким передаточным числом 5.43 от WhiteLK.
7. Suzuki Jimny — разброс родных передаточных чисел очень велик от 3.727 до 5.375 в зависимости от двигателя, года выпуска и параметров трансмиссии, поэтому чаще чтобы ездить на колесах большего диаметра устанавливают шестеренчатую раздатку от самурая вместо того чтобы менять главные пары. Эта раздатка уже идет с большим занижением, позволяет установить понижающие киты в нее и сама по себе является существенным усилением трансмиссии джимника.
8. Suzuki Escudo — выбор не велик, самый низ штатные 5.125 от 1.6 литровой версии.
9. Mitsubishi Pajero, L200 и т.п. — самый низ штатные 5.29.
10. Isuzu Bighorn — 4.3 на АКПП и 4.56 на автомате, были 4.77 у древних труперов — других вариантов нет.
11. Автомобили Jeep, Ford, Dodge, GMC, Chevrolet, Chrysler — для мостов американских автомобилей существует практически безграничный ассортимент главных пар со всеми передаточное числами под любые задачи.
12. Для корейских SsangYong и китайских Great Wall тоже существуют варианты по занижению передаточного числа.
13. Про российский автопром — Нивы, УАЗы, ГАЗы я промолчу, так как не имел счастья познакомиться с ними поближе, но они точно существуют и вариантов занижения передаточных чисел в редукторах и раздатке огромное множество.
14. Портальные мосты Volvo Laplander — существует 3 варианта главных пар 6.0 беговые, 6.х стандартные и 7.1 тяговые (могу ошибаться, позже подправлю).
Главная передача и все,что нужно о ней знать.
Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.
Устройство главной передачи
По сути, главная передача — это не что иное, как шестеренчатый понижающий редуктор, в котором ведущая шестерня связана с вторичным валом КПП, а ведомая – с колесами автомобиля. По типу зубчатого соединения главные передачи различаются на следующие разновидности:
В автомобилях с классическим задним приводом главная передача установлена в корпусе ведущего моста и соединена с коробкой передач посредством карданного вала. В функционал гипоидной передачи заднеприводного автомобиля также входит и разворот вращения на 90 градусов за счет конических шестерен. Несмотря на различные типы и расположение, предназначение главной передачи остается неизменным.
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.
Основные требования. Современные тенденции
Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:
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.
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 пределах 0,93…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 получили однорядные планетарные колесные редукторы. Такой редуктор состоит из прямозубых шестерен — солнечной 8, коронной 11 и трех сателлитов 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.
Классификация главных передач
По числу пар зацеплений
По виду зубчатого соединения
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Преимущества и недостатки
Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума. Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
Виды, устройство и принцип работы главной передачи
Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.
Принцип работы
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.
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.
Устройство и основные требования к главной передаче
Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:
Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.
Классификация главных передач
По числу пар зацеплений
По виду зубчатого соединения
По компоновке
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Преимущества и недостатки
Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
Главная передача – это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.