Ведучі мости та кінцеві передачі колісних і гусеничних машин

Ведучі мости тракторів і автомобілів – це сукупність механізмів, з’єднаних у загальному корпусі, за допомогою яких крутний момент передається від коробки передач до рушія. Крім цього, ведучі мости сприймають зусилля, які діють між рушієм машини і підвіскою.

Основними механізмами ведучого моста автомобіля є головна передача, диференціал і півосі; ведучого моста колісного трактора – головна передача, диференціал, кінцеві передачі. У гусеничних тракторів на місці диференціала знаходиться механізм повороту. У деяких тракторів у корпусі заднього моста розміщена коробка передач.

Головна передача знижує частоту обертального руху (підвищує крутний момент), а також змінює напрям передачі крутного моменту з поздовжнього на поперечний.

Диференціал забезпечує обертання ведучих коліс з різними кутовими швидкостями, що важливо під час руху по криволінійній траєкторії і нерівній поверхні, а також розподіляє підведений до нього крутний момент між правим і лівим колесами.

Кінцева передача застосовується у тракторах і призначена для зниження частоти обертання (підвищення крутного моменту) ведучих коліс (зірочок). Іноді ці передачі використовують для зміни шляхового просвіту просапного трактора.

Задні ведучі мости автомобілів складаються з головної передачі, диференціала і півосей.

Головна передача може бути одинарна або подвійна. У задньому мосту з одинарною головною передачею крутний момент від коробки передач підводиться до ведучого вала і через шестерні головної передачі, диференціал і півосі передається до ведучих коліс.

Порівняно з одинарною подвійна головна передача при обмежених розмірах шестерень забезпечує більше передаточне число, що в першу чергу важливо для автомобілів вантажопідйомністю понад 4 т.

Задні мости колісних тракторів складаються з головної передачі, диференціала, механізму блокування диференціала, кінцевих передач і півосей. За допомогою механізму блокування диференціала у разі потреби підвищуються тягово-зчіпні властивості трактора.

Автомобілі і колісні трактори, мають передні ведучі мости. Загальна їх будова аналогічна заднім, а відмінність полягає у наявності пристроїв, які дають змогу підводити крутний момент до передніх керованих ведучих коліс. До таких пристроїв належать шарніри рівних кутових швидкостей або спеціальні колісні редуктори з конічними передачами і шліцьовими з’єднаннями.

Передні ведучі керовані колеса автомобіля одержують привід від роздавальної коробки, карданної і головної передач, диференціала переднього моста, а також півосей, карданних шарнірів рівних кутових швидкостей і приводних валів. З приводним валом з’єднується маточина колеса.

Передні ведучі керовані колеса трактора одержують привід від роздавальної коробки, карданної і головної передач і диференціала, півосей і колісного редуктора, який складається з двох пар конічних шестерень.

Обов’язковим елементом ведучих мостів колісних машин є диференціал, який дає змогу ведучим колесам обертатися з різними кутовими швидкостями при безперервному підведенні крутного моменту.

Диференціали бувають міжколісні та міжосьові. Міжколісн і диференціали розташовані між правим і лівим ведучими колесами одного ведучого моста, міжосьові – між ведучими мостами трактора (автомобіля). Міжосьові диференціали забезпечують різну частоту обертання коліс переднього і заднього ведучих мостів машин підвищеної прохідності.

В залежності від характеру розподілу крутного моменту диференціали бувають симетричні, несиметричні і самоблокуючі;

за конструкцією – шестеренні кулачкові, черв’ячні та змеханізмом вільного ходу. Шестеренні диференціали виготовляють з конічними і циліндричними шестернями.

На автомобілях найпоширенішими є шестеренні диференціали з конічними шестернями або кулачкові підвищеного тертя, на колісних тракторах – шестеренні блокуючі диференціали з конічними шестернями.

Шестеренний диференціал з конічними шестернями являє собою планетарний механізм, розташований у коробці 1 (рис. 5, а, в), яка встановлена на підшипниках у картері ведучого моста. На коробці диференціала жорстко закріплено ведену шестерню 2 головної передачі. Всередині коробки закріплено хрестовину 6, на цапфах якої вільно насаджено два або чотири сателіти 3 і 7, які одночасно входять у зачеплення з правою 4 і лівою 8 півосьовими шестернями.

Диференціал працює наступним чином. Обертання від головної передачі передається на коробку диференціала, разом з якою обертається і хрестовина 6 із сателітами 3 і 7. Перебуваючи у зачепленні з півосьовими шестернями 4 і 8, сателіти змушують обертатися півосі з закріпленими на них ведучими колесами. Під час руху машини по рівній прямій дорозі колеса проходять однакову відстань, при цьому сателіти навколо своїх осей не обертаються, а зубцями, ніби то, розклинюють півосьові шестерні й обертають їх з однаковою кутовою швидкістю. У цьому випадку тягові зусилля на ведучих колесах рівні (при однаковому коефіцієнті зчеплення коліс), що сприяє добрій керованості і стійкості машини.

Якщо ведучі колеса обертаються з неоднаковою кутовою швидкістю (поворот машини або рух її по нерівній дорозі), сателіти починають обертатися на цапфах хрестовини, перекочуючись по тій півосьовій шестерні, яка сповільнила рух. Оскільки обидві півосьові шестерні мають однакову кількість зубців, сповільнення однієї з них спричинює збільшення частоти обертання другої на ту ж величину. У результаті поворот машини здійснюється без ковзання і буксування.

Властивість диференціала забезпечувати можливість обертання ведучих коліс з різними частотами при рівномірному розподілі крутного моменту по ведучих колесах має і негативне значення, знижуючи прохідність колісних машин. При неоднаковому зчепленні правого і лівого коліс з опорною поверхнею колесо з гіршими умовами зчеплення починає буксувати, а з кращими – не пробуксовує і його обертання сповільнюється поступово, до повної зупинки. Величина крутного моменту на небуксуючому колесі знижується і вирівнюється з малим крутним моментом на колесі, що пробуксовує. У результаті сумарний крутний момент на ведучих колесах знижується, а трактор (автомобіль) вимушено зупиняється.

Рис. 5. Схеми диференціалів:

а і в – кінематична схема і будова шестеренного симетричного диференціала: 1 – коробка диференціала; 2 – ведена шестерня головної передачі; 3, 7 – сателіти; 4, 8 – півосьові шестерні; 5, 9 – півосі; 6 – хрестовина; б – кінематична схема диференціала підвищеного тертя: 1, 7 – півосі; 2 – коробка диференціала; 3, 8 – блокувальні фрикціони; 4, 9 – півосьові шестерні; 5, 10 – сателіти; 6 – ведена шестерня головної передачі; 11 – хрестовина

Для усунення цього недоліку диференціал при буксуванні одного з ведучих коліс виключають (блокують), що полягає у з’єднанні між собою півосьових шестерень або півосей за допомогою жорсткої або фрикційної муфти. При блокуванні диференціала колеса обертаються з однаковою частотою і за рахунок крутного моменту на колесі з добрим зчепленням машина може рухатися. Але блокування диференціала з метою підвищення тягово-зчіпних властивостей колісної машини застосовується тільки при роботі в умовах зниженого зчеплення ведучих коліс. При виконанні транспортних робіт і при роботі на твердих сухих дорогах диференціал розблоковують, оскільки це призводить до підвищених навантажень деталей трансмісії і ходової частини, а також утруднює керування.

Блокування диференціала може бути повним (жорстким), коли дві ведучі півосі з’єднуються жорсткою муфтою й обертаються разом, або частковим, коли півосьові шестерні (півосі) з’єднані фрикційними або іншими елементами з певним моментом тертя. Часткове блокування диференціала характерне тим, що півосі обертаються як одне ціле тільки до певної різниці моментів на ведучих колесах. Якщо ця різниця перевищить величину моменту тертя блокувального пристрою, півосі починають обертатися з різними кутовими швидкостями.

Диференціал можна блокувати механічним способом, натискуючи ногою на відповідну педаль, та за допомогою автоматичного пристрою.

Фрикційне блокування диференціала заднього моста з автоматичним пристроєм застосовують на тракторах МТЗ-80 (рис. 6). Автоматичний пристрій складається з виконавчого механізму, розміщеного на кожусі лівого гальма трактора, і датчика, встановленого у системі гідропідсилювача рульового керування.

Рис. 6. Пристрій дія автоматичного блокування диференціала (АБД):

1 – блокувальний вал; 2, 4 – відповідно ведені і натискні диски; 3 – діафрагма; 5 – маховичок; 6 – насос; 7 – бак; 8 – редукційний клапан; 9 – кран; 10 – напрямні колеса; 11 – золотник; 12 – рейка; 13 – кулька; 14 – хрестовина; 15 – кінцева передача

Виконавчий механізм – дискове фрикційне зчеплення, ведені диски 2 якого з’єднані з лівою ведучою шестернею кінцевої передачі 15, а натискні диски 4 через блокувальний вал 1 – з хрестовиною 14 диференціала. Датчик автоматичного пристрою складається із золотника 11 і поворотного крана з маховичком 5, а також редукційного клапана 8, який підтримує у гідросистемі тиск 0,7 – 0,8 МПа.

Діє механізм автоматичного блокування наступним чином. Якщо маховичок 5 встановити у положення „Включено”, під час руху трактора по прямій робоча рідина (олива), що подається насосом 6, проходить через поворотний кран 9, потім через золотник 11 надходить у виконавчий механізм і починає тиснути на діафрагму 3. Діафрагма стискає диски 2 і 4, тобто блокує диференціал.

Під час повороту напрямних коліс 10 трактора на кут більше 8° рейка 12 переміщується вправо або вліво (залежно від напряму повороту), кулька 13 золотника виходить із заглиблення у рейці, золотник піднімається і з’єднує внутрішню порожнину крана 9 із заливним отвором. Олива з напірної магістралі і порожнини діафрагми через цей отвір направляється у бак 7, внаслідок чого відбувається розблокування диференціала.

Якщо маховичок встановити у положення „Виключено”, кран 9 стане так, що напірна магістраль відключиться від порожнини діафрагми і вона з’єднається зі зливною магістраллю.

Автоматичне блокування диференціала рекомендується застосовувати при швидкостях до 3 м/с.

Самоблокувальні диференціали застосовують на передніх ведучих мостах колісних машин (інколи і на задніх). Конструкції таких диференціалів різні, наприклад диференціал підвищеного тертя переднього ведучого моста трактора МТЗ- 82/102. Його особливість – у наявності блокувальних дискових фрикціонів 3 і 8 (див. рис. 5, б), підтискуваних за допомогою складної хрестовини 11 з двома розташованими під кутом 90° осями.

Якщо задні колеса буксують, автоматично включається передній міст. Під дією підведеного крутного моменту осі, прокручуючись, своїми скосами опираються у пази на коробці 2 диференціала і передають зусилля через сателіти 5 і 10 на диски блокувальних фрикціонів 3 і 8. Диференціал блокується моментом тертя увімкнених блокувальних фрикціонів.

Кінцеві передачі – останній ступінь трансмісії. Вони призначені для збільшення загального передаточного числа трансмісії і відповідно величини крутного моменту на рушіях, їх застосовують на тракторах та автомобілях великої вантажопідйомності. Кінцеві передачі являють собою одноступінчасті (рідше двоступінчасті), а інколи і планетарні редуктори.

Передачі розташовані у гусеничних тракторів за механізмом повороту, у колісних машин – за диференціалом.

Кінцеві передачі виконані за схемами, наведеними на рис. 7. В одному випадку (рис. 7, а) їх розміщують усередині картера заднього моста разом з головною передачею і диференціалом, що надає конструкції компактності і спрощує мащення цих механізмів. При цьому ведучі шестерні 3 кінцевої передачі обертаються від півосьових шестерень диференціала 4. Ведені шестерні 6 закріплені на внутрішніх кінцях півосей 2, які пропущені через рукави 1, на зовнішніх кінцях півосей встановлено ведучі колеса 5. У другому випадку (рис. 7, б) кінцеві передачі знаходяться в окремих картерах 9, прикріплених до корпусу заднього моста 7. Ведені шестерні 6 закріплені на валу 8 ведучого колеса 5. У третьому випадку кінцеві передачі виконані у вигляді планетарного редуктора (рис. 7, в), водило якого 12 виготовлене у вигляді герметичного барабана і разом з колесом 11 закріплене на маточині 10, яка через підшипники опирається на рукав півосі. Ведуча сонцева шестерня З закріплена на півосі 2. Сателіти 15 обертаються від шестерні З, перекочуючись усередині коронної шестерні 13, закріпленої на рукаві 1, і через осі 14 обертають за собою водило разом з рушієм.

Рис. 7. Схеми кінцевих передач:

а – суміщена; б – рознесена; в – планетарна; 1 – рукав моста; 2 – піввісь; 3, 6 – відповідно ведуча і ведена шестерні кінцевої передачі; 4 – диференціал; 5 – ведуче колесо; 7 – корпус заднього моста; 8 – вал ведучого колеса; 9 – картер кінцевої передачі; 10 – маточина; 11 – ведуча зірочка (колесо); 12 – водило; 13 – коронна шестерня; 14 – осі; 15 – сателіти

Ведучі півосі автомобілів і колісних тракторів призначені для передачі крутного моменту від диференціала до ведучих коліс. Залежно від навантаження, обумовленого конструкцією зовнішньої опори, розрізняють напіврозвантажені і розвантаження півосі.

Напіврозвантажена піввісь внутрішнім кінцем опирається на коробку диференціала, яка обертається у підшипниках картера заднього моста, а зовнішнім – на підшипники, встановлені у півосьовому рукаві. На кінці півосі закріплено маточину колеса. Перевагою такої півосі є простота конструкції і кріплення колеса, недоліком – важкі умови роботи, оскільки на піввісь діє не тільки ведучий крутний момент, але й згинаючий від сили тяжіння машини у вертикальній площині. Напіврозвантажені півосі поширені на легкових та вантажних автомобілях малої вантажопідйомності, а також у задніх мостах колісних тракторів.

Розвантажена піввісь внутрішнім кінцем лежить у корпусі диференціала, а зовнішнім опирається на два радіально-упорні підшипники, встановлені між маточиною колеса і балкою ведучого моста. При такій конструкції піввісь навантажена тільки ведучим крутним моментом, інші сили сприймаються через підшипники балкою ведучого моста. Розвантажена піввісь працює у легших умовах, тому застосовується на автомобілях середньої і великої вантажопідйомності.

Ведучий міст гусеничного трактора – комплекс механізмів трансмісії, які збільшують і передають крутний момент від коробки передач до ведучих зірочок гусеничного рушія. До складу ведучого моста трактора належать: головна й кінцеві передачі, механізм повороту. Загальна будова та принцип дії головних і кінцевих передач гусеничних тракторів принципово не відрізняються від передачі колісних тракторів та автомобілів. Особливий інтерес являють собою механізми повороту, призначені для надання гусеницям різних швидкостей руху.

Механізм повороту більшості гусеничних тракторів – самостійний агрегат, розміщений за головною передачею і призначений для розподілу потоку потужності між гусеницями. Лише у тракторів Т-150 функції механізму повороту виконує коробка передач. На сільськогосподарських тракторах найпоширеніші фрикційні й планетарні механізми повороту.

Фрикційні механізми (муфти керування) повороту трактора за будовою і принципом дії аналогічні постійно замкнутим багатодисковим зчепленням. На кінцях веденого вала 7 моста (рис. 8) закріпленого ведучі барабани 8 муфт керування. На барабани надіто ведучі диски 2, які входять з ними у зачеплення, а між ними знаходяться ведені диски 3 із зубцями по зовнішньому колу. Цими зубцями ведені диски зчеплені з веденими барабанами 10. Для збільшення тертя до ведених дисків прикріплено фрикційні накладки. Ведучі і ведені диски затиснуті між натискним диском 14 і фланцем ведучих барабанів пружинами 11. Так, за рахунок сил тертя обертання від вала 7 заднього моста передається на ведені барабани 10 муфт керування і ведучий вал 1 кінцевої передачі. На ведених барабанах розміщені стрічкові гальма 9, які при прямолінійному русі трактора не працюють.

Планетарний механізм повороту. У гусеничних машин з таким механізмом крутний момент від ведучої шестерні 9 (рис. 9) головної передачі передається на ведену шестерню 6, у маточині якої є зубці коронної шестерні 8. Всередині коронної шестерні розміщені два водила 10 (одне для передачі крутного моменту на праву гусеницю, друге – на ліву). На кожному водилі на осях встановлені три циліндричні шестерні-сателіти 11, які входять у зачеплення з коронною шестернею 8 і одночасно із – сонцевою. Сонцева шестерня 7 жорстко з’єднана з гальмівним шківом 4, який за допомогою пружини 3 охоплює гальмівна стрічка 12. Водило 10 жорстко посаджено на валу 5, на якому закріплено ведучу шестерню 1 кінцевої передачі і з’єднаний з нею гальмівний шків 2. При прямолінійному русі трактора (важелі і педалі керування гальмами відпущено) гальмівні стрічки 12 шківів 4 обох сонцевих шестерень 7 затягнуті під дією пружин 3, а гальмівні стрічки 13 шківів 2 – відпущені. При цьому обертання від головної передачі передається коронною шестернею на сателіти, які, оббігаючи навколо нерухомої сонцевої шестерні, обертають ведучий вал 5 кінцевої передачі.

У гусеничних тракторів Т-150 ведучий міст складається з двох головних і двох кінцевих передач. Характерною особливістю моста цього трактора є відсутність у ньому механізму повороту.

Головні передачі працюють незалежно одна від одної і кожна складається з ведучої і веденої спірально-конічних шестерень, розміщених в окремих корпусах. Крутні моменти передаються від вторинних валів через карданні передачі до головних передач, а від них – до кінцевих.

Рис.8. Схема муфт керування гусеничної машини:

а – будова; б – загальна схема; – двигун; – коробка передач; I – вал ведучої шестерні кінцевої передачі; 2, 3 – відповідно ведучі і ведені диски; 4 – важіль; 5 – підшипник; 6 – вал ведучої шестерні головної передачі; 7 – вал веденої шестерні головної передачі; 8, 10 – відповідно ведучий і ведений барабани; 9 – стрічкове гальмо; 11 – пружини; 12 – гідропідсилювач; 13 – тяга; 14 – натискний диск

 

Рис. 9. Схема планетарного механізму повороту:

а – будова; б – схема; – двигун; – коробка передач; 1 – ведуча шестерня кінцевої передачі; 2 – шків ведучого вала кінцевої передачі; 3 – пружини; 4 – шків сонцевої шестерні; 5 – вал водила; 6, 9 – відповідно ведена і ведуча шестерні головної передачі; 7 – сонцева шестерня; 8 – коронна шестерня; 10 – водило; 11 – шестерні-сателіти; 12, 13 – гальмівні стрічки відповідно гальм сонцевої шестерні і ведучого вала кінцевої передачі