КПП грузовиков: особенности, основные неисправности и ремонт КПП грузовых автомобилей

Ведущие и замыкающие:

как выбрать задний мост для грузовика

Задний ведущий мост, играя роль замыкающего компонента силовой линии грузовика, существенно влияет на динамику разгона, экономичность и полезную нагрузку. Многообразие типов задних мостов и главных передач помогает покупателю автомобиля лучше подобрать грузовик в соответствии с теми условиями, в которых машине предстоит работать. Расскажем, что нужно знать при выборе этих агрегатов

текст: Михаил Ожерельев / фото: автора и фирм-производителей / 27.06.2016

Жесткая конкуренция между автопроизводителями и борьба за каждого покупателя на рынке способствует тому, что многообразие конструкций постоянно растет. Предлагаемые на рынке модели и модификации ведущих мостов при внешней схожести различаются по преобразуемому крутящему моменту, передаточному числу, осевой нагрузке и собственной массе. В последнее время автопроизводители все больше внимание уделяют облегченным мостам для решения транспортных задач, которые требовательны к полезной нагрузке. Причем это касается как одиночных, так и сдвоенных мостов.

ОДИНОЧНЫЕ МОСТЫ

Мост Meritor 17x рассчитан на осевую нагрузку 13 тонн

Задний мост в автомобиле - это, прежде всего, несущая конструкция, которая должна обладать необходимой прочностью и жесткостью, чтобы воспринимать значительные нагрузки. На грузовиках малой и средней грузоподъемности сегодня в основном применяются штампованные ведущие мосты неразъемной конструкции. При необходимых прочностных характеристиках жесткости штамповка по сравнению с литьем имеет меньшую массу и дешевле в изготовлении. В свою очередь, неразъемные литые мосты находят применение в шасси тяжелых грузовиков. К примеру, в линейке продукции, предлагаемой сегодня крупнейшими мировыми производителями трансмиссий - ArvinMeritor, Rockwell, Eaton, ZF, Dana, обычно используются балки прямоугольного сечения, изготовленные литьем из чугуна с шаровидным графитом. Такие мосты обладают высокой жесткостью и прочностью, что позволяет получать компактную конструкцию с учетом того, что в картере моста размещаются главная передача, дифференциал и полуоси.

Одиночными ведущими мостами комплектуются автомобили колесной формулой 4х2 и 6х2. Используемые в таких мостах главные передачи в зависимости от количества зубчатых пар бывают одинарными или двойными. Одинарные главные передачи имеют одну зубчатую пару, в составе которой могут использоваться цилиндрические, конические, гипоидные зубчатые колеса или червячное зацепление.

Входящая в стандартную комплектацию блокировка дифференциала помогает двигаться по скользкой поверхности

Гипоидные передачи, характеризующиеся повышенной нагрузочной способностью, плавностью хода и бесшумностью работы, получили наибольшее распространение в автомобилестроении, в том числе и в грузовом. К слову, произошло это еще и потому, что на рынке значительно расширился ассортимент смазочных материалов, обеспечивающих повышенную прочность масляной пленки. Это требуется для устранения склонности к заеданию, характерной для гипоидной передачи.

В последнее время в силовой линии коммерческих автомобилей все шире стали использоваться новые подходы. Стремление к повышению грузоподъемности, с одной стороны, и уменьшению собственной массы, сокращению потерь на трение, увеличению КПД, с другой, направило разработчиков по пути как конструктивного, так и технологического совершенства, в том числе в области технологии изготовления. Примером может служить разработка ArvinMeritor - мост MS-13-17X Logix Drive с одинарной гипоидной передачей. Особенность конструкции редуктора заключается в способе крепления ведомой шестерни: она зафиксирована в картере моста не на болтах, а с помощью лазерной сварки. Новая конструкция стала компактнее и жестче, а отсутствие выступающих головок болтов (в прежней конструкции их было 36) снизило гидравлические потери, связанные с перемешиванием масла. Мост рассчитан на осевую нагрузку до 13 тонн, может применяться для автопоездов общей массой до 56 тонн и имеет несколько вариантов передаточных чисел - от 2,64 до 6,17. Входящая в стандартную комплектацию блокировка дифференциала увеличивает устойчивость автомобиля при движении по скользкой и рыхлой поверхности.

Что качается передаточных чисел, следует учитывать, что их меньшие значения используются преимущественно в ведущих мостах для магистрального применения. Мосты с так называемым «длинным» рядом передаточного отношения позволяют существенно снизить расход топлива и уровень выбросов на эксплуатационных скоростях. Обратной стороной медали является необходимость более частой смены трех высших передач во время грузоперевозок на дальние расстояния. Одним из решений этой проблемы может быть применение коробки передач с двойным сцеплением. Из реализуемых в этом направлении проектов следует упомянуть коробку передач ZF Traxon Dual со стратегической схемой переключения Top 3: за счет модуля двойного сцепления практически все переключения на пониженную передачу и обратно, например с 12-й на 11-ю, выполняются под нагрузкой и практически незаметно. Компания ZF утверждает, что такое техническое решение в связке с длинным ведущим мостом могло бы дать дополнительную экономию топлива до 2 %.

Сдвоенный мост с колесными редукторами разработан для самых тяжелых грузовых перевозок

Когда необходимо увеличить передаточное число, но сохранить компактную конструкцию моста с большим дорожным просветом, используют двойную главную передачу. В последнее время такие передачи, позволяющие значительно повысить силу тяги на ведущих колесах, находят широкое распространение в высоконагруженной технике, например строительной или внедорожной. По компоновке двойные передачи выполняются центральными и разделенными. Центральные двойные главные передачи представляют собой сочетание конической или гипоидной пары с цилиндрической, которые объединены в общем картере. Разнесенные двойные передачи состоят из центрального редуктора в виде конической или гипоидной пары и двух редукторов, размещенных в ступицах колеса или близко к колесам. В числе плюсов разнесенных главных передач отмечается снижение нагрузки на полуоси и детали дифференциала, а в числе минусов - усложнение конструкции балки или ступичного узла. Сегодня находят применение два типа разнесенных передач. В первом случае входная группа в составе одноступенчатой конической или гипоидной передачи соединяется с планетарным редуктором, расположенным в ступице колеса, - соосный редуктор. В качестве примера можно привести одиночный мост RST1365HV, разработанный специально для грузовика Volvo FM с колесной формулой 4х4 и рассчитанный на крутящий момент 2200 Нм.

Во втором случае роль выходного звена отводится цилиндрической передаче с наружным зацеплением - эта передача обычно монтируется в отдельном картере вблизи ступицы колеса (несоосный редуктор). Схемы с несоосным редуктором используются в портальных мостах, применяемых в городских автобусах и специальных машинах высокой проходимости.

Пример разнесенной двойной передачи с бортовыми редукторами

Еще одним достаточно редким, но интересным решением, позволяющим увеличить тягу на ведущих колесах, является многоскоростной редуктор. Наличие дополнительно подключаемой пары шестерен позволяет удвоить количество передач в трансмиссии без применения сложных КП с делителем. К слову, такая схема удобна еще и тем, что на пониженной передаче хвостовик редуктора и карданный вал не нагружаются высоким крутящим моментом, а значит, крестовины и шлицевые соединения могут иметь облегченную конструкцию. В современной двухступенчатой передаче «постоянным» звеном обычно является коническая передача, а «переменным» - либо цилиндрическая пара с внешним зацеплением, либо планетарный ряд. Последний вариант отличается компактностью, но имеет сравнительно высокую стоимость.

СДВОЕННЫЕ МОСТЫ

Сегодня большинство крупных производителей коммерческой техники имеют в своей производственной программе многоосные шасси, позволяющие повысить грузоподъемность транспортного средства и при этом ограничить нагрузку на дорожное полотно. В автомобилях с колесной формулой 6х4 или 6х6 применяются два типа привода: последовательный, при котором передача крутящего момента от раздаточной коробки к обоим мостам осуществляется одним карданным валом, и параллельный - с применением двух отдельных карданных валов, выходящих из раздаточной коробки. Параллельный привод ранее широко использовался в полноприводных автомобилях, например ЗиЛ-157. Однако необходимость установки дополнительной раздаточной коробки и «лишнего» карданного вала отрицательно повлияла на сферу применения данной конструктивной схемы, поэтому в современных конструкциях сдвоенных ведущих мостов преимущественно используется последовательная схема.

Последовательная схема раздачи крутящего момента реализуется разными путями с использованием комбинаций конических, гипоидных, цилиндрических и червячных передач. Наиболее простым считается привод с червячными главными парами: сказываются большое передаточное число при малых габаритах и удобство компоновки редуктора при использовании верхнего червяка. Такие редукторы можно встретить в трансмиссии многоосной спецтехники.

Мост штампованной конструкции в сравнении с литым легче и дешевле в изготовлении

А вот на тяжелых грузовиках дорожной гаммы преимущественное распространение получила другая схема - с двойной главной передачей промежуточного моста. Например, в комбинации, используемой большинством зарубежных производителей, промежуточный мост имеет цилиндрический редуктор с передаточным числом 1,0 и коническую передачу, а в заднем мосту используется одноступенчатая главная передача. Крутящий момент между агрегатами передается сквозным валом через средний мост, внутри которого расположен меж осевой дифференциал. К слову, именно так устроен сдвоенный мост RTS2370A (Volvo FH, FM), предназначенный для тяжелых работ, в том числе и в неблагоприятных условиях эксплуатации. Агрегат рассчитан на передачу крутящего момента 3100 Нм и нагрузку тележки и полную массу автопоезда 23 и 70 тонн соответственно. Все сдвоенные задние мосты предлагаются с широкой гаммой передаточных чисел. Тем самым обеспечивается надежное трогание с места и преодоление подъемов, а также соответствие экономичному режиму частоты вращения двигателя на эксплуатационных скоростях. Сдвоенные мосты также имеют механизм блокировки дифференциала, которые устанавливаются между осями.

Независимо от того, для какой работы предназначен автомобиль, для любой задачи найдется соответствующее решение ведущего моста, утверждают автопроизводители.

МИНУС 280 КГ

На выставке Bauma 2016 компания MAN представила новый облегченный тандемный мост с гипоидной передачей для решения транспортных задач, которые требовательны к полезной нагрузке. По сравнению с мостом с планетарным колесным редуктором, он весит примерно на 280 кг меньше. В отличие от обычных мостов с гипоидной передачей, которые обеспечивают грузоподъемность 13 тонн, выигрыш в весе составляет 180 кг. Поэтому, например, автобетоносмесители смогут перевозить на 180 кг воды или бетона больше. Необходимость применения теплоизолированных кузовов при транспортировке асфальта дает дополнительный вес. Теперь транспортный оператор сможет компенсировать это за счет применения облегченного моста. Техническая полная масса автопоезда 60 тонн также открывает возможности применения помимо строительного сектора - в развозных и магистральных перевозках.

Помимо увеличения полезной нагрузки, новый тандемный мост имеет и другие преимущества: по сравнению с автомобилями, где используются мосты с планетарной передачей, новая ось приводит к некоторому снижению расхода топлива. В прямом сравнении мостов с гипоидной передачей новая конструкция, рассчитанная на полезную нагрузку в 11,5 т, дает также примерно 4 см дополнительного дорожного просвета. Это, в свою очередь, означает, что новая конструкция удовлетворяет требованиям для получения одобрения автомобилей повышенной проходимости N3G с шинами 315/80R22,5.

Новый мост предлагается для автомобилей TGX 6x4, TGS 6x4 и 8x4 мощностью до 480 л. с. в исполнении с нормальной высотой и в вариантах с рессорной и пневморессорной подвеской, а также для TGM с колесной формулой 6x4. Версии TGX 6x4, а также TGS 6x4 и 8x4 в исполнении со средней высотой и рессорной подвеской также выигрывают при оборудовании такой опцией. Новый тандемный мост имеет передаточное число 2,85. Раньше в этом сегменте более широко применялось число 3,08.

Механика, автомат, робот. Какой тип КПП для грузовика лучше?

Как известно, механическая коробка передач в автомобилях появилась раньше. В некоторых моделях грузовиков ранее устанавливались коробки с двойным выжимом сцепления. Но сегодня уже и на грузовых автомобилях устанавливается автоматическая КПП.

Многие водители по-прежнему предпочитают «механику», так как устройство ее проще, и при поломке в дороге, отремонтировать ее, соответственно, получается быстрее. В то же время механическая коробка передач обеспечивает меньший расход топлива. Недостатком можно назвать постоянную необходимость самостоятельно определяться с моментом переключения скорости, хотя некоторым водителям это по душе. Но, с плотным городским трафиком постоянное нажатие педалей и дергание ручки передач попросту утомляет.

Автоматические КПП для грузовиков позволяют с большим комфортом управлять транспортным средством. В современных автоматических коробках передач большее число диапазонов, чем в старых «автоматах» для грузовиков, где их было не более пяти. Разнится и принцип управления. В новых АКПП оно осуществляется за счет электроники, а не гидравлики. В современных автоматических коробках передач переключение передач происходит плавно. При езде за городом расход топлива уменьшается. Минус АКПП заключается в дорогом ремонте и обслуживании.

КПП роботизированная по принципу действия похожа на «механику». Вообще похожи они и по устройству, но в роботизированной КПП есть гидроприводы и сервоприводы, управляющие процессом переключения передач и работой сцепления.

Коробка-робот высокоэффективна. На ремонт и обслуживание роботизированной КПП много денег тратить не придется. Расход топлива в грузовом автомобиле с таким агрегатом такой же, как в машине с механической коробкой, а нередко и меньше.

MAN и Scania работают над КП для коммерческих автомобилей

Компании MAN и Scania объединили усилия, чтобы разработать новую модель КПП для коммерческих автомобилей. С 2016 года коробки передач Scania постепенно начнут устанавливать в автомобили MAN серий TGX и TGS. Задачей компании MAN станет разработка программного обеспечения для выбора наиболее удобного и эффективного варианта порядка переключения передач. Первые усовершенствованные таким образом машины уже проходят испытания.

Совместная разработка КПП – важный этап взаимодействия альянса компаний Scania, MAN и Volkswagen Commercial Vehicles. В рамках сотрудничества компании смогут обмениваться своим ноу-хау, и поэтому внедрять новые разработки максимально быстро.

Новые коробки передач производятся на базе трансмиссий Scania. Поставщиком для грузовиков и автобусов марки MAN по-прежнему остается Friedrichshafen.

Сотрудничество мощных производителей началось недавно, поэтому условия совместной работы пока лишь прорабатываются. Дело в том, что компании планируют работать друг с другом и в дальнейшем. Руководство MAN заявило, что цель сотрудничества со Scania заключается в создании деталей и узлов для коммерческих автомобилей по существенно усовершенствованным технологиям производства.

Контрольными пакетами акций Scania и MAN владеет концерн Volkswagen. Так что, два этих бренда начали сотрудничают не случайно. Однако, Volkswagen придерживается мультибрендовой стратегии, поэтому Scania и MAN останутся разными брендами. Эта же политика касается продаж и обслуживания.

Проект очень важен для налаживания эффективной синергии между тремя компаниями, так как объединенные усилия таких серьезных производителей способны внести в развитие автомобилестроения много нового.

Вышел 600-тысячный Foton Auman

Компания Beiqi Foton Motor Co, являющаяся крупнейшим производителем коммерческих автомобилей в КНР, спустила с конвейера 600-тысячный по счету тяжелый грузовик Foton Auman, на котором устанавливаются турбодизельные двигатели от Weichai Power.

Юбилейный автомобиль был выпущен во время нового этапа кооперации китайских фирм, чья деятельность связана с автомобилестроением.

Тяжеловозы Foton Auman GTL начали разрабатываться специалистами СП Foton-Daimler, и стали первыми китайскими грузовыми авто, которые полностью соответствуют международным экологическим стандартам и требованиям безопасности.

Машины планировалось оснащать лицензионным китайским мотором – аналогом силового агрегата Mercedes-Benz OM457 (490 л.с.). Однако, из-за отставания китайских поставщиков в разработках технологий, эти планы были сорваны. Поэтому грузовики Auman GTL оснащались лицензионными двигателями Cummins.

Соглашение с гигантом моторостроения Китая – Weichai – для компании Foton Motors стал новым этапом стратегического партнерства. Мотор Weichai дешевле немецкого двигателя компании Mercedes-Benz или мотора Cummins, и удешевление автомобиля в целом радует многих покупателей грузовиков.

Коробки передач грузовых автомобилей

В. Мамедов

Способность двигателей внутреннего сгорания приспосабливаться к изменениям внешней нагрузки по сравнению с поршневой паровой машиной или сериесным электромотором невелика. Это обстоятельство обусловило установку на автомобиле коробки передач, обеспечивающей необходимые тяговые усилия на ведущих колесах в разных режимах движения.

Благодаря коробке передач автомобиль может двигаться и с малой скоростью, и с максимальной. Она позволяет регулировать скорость в гораздо большем диапазоне, чем тот, который может обеспечить двигатель. Заметим также, что именно коробка передач дает возможность автомобилю двигаться задним ходом, и она же отсоединяет от ведущих колес двигатель при его пуске, на стоянке или при движении накатом.

Коробки передач грузовых автомобилей стараются разрабатывать так, чтобы они гарантировали машине необходимые динамические и экономические свойства, работали бесшумно, с высоким КПД, отличались надежностью, простотой обслуживания, имели по возможности малые габариты и массу, а также невысокую стоимость.

По способу изменения передаточных чисел коробки передач делятся на ступенчатые и бесступенчатые. Бесступенчатое изменение передаточного числа, как правило, достигается за счет гидротрансформатора, хотя на легких машинах могут использоваться и вариаторы, а на специальных шасси встречается объемный гидропривод. На концептуальных машинах можно найти и вовсе экзотические конструкции, но в эксплуатацию они, естественно, не попадают. Кроме того, коробки передач могут иметь неподвижные или вращающиеся (планетарные) оси валов, а также их комбинацию.

В последние годы изготовители грузовиков все больше внимания уделяют автоматизации процесса переключения передач. На грузовых автомобилях, работающих в городе, это кардинально улучшает условия труда водителя и, соответственно, положительно сказывается на безопасности движения. На магистральном транспорте автоматизация переключения передач еще и повышает эффективность перевозок, поскольку позволяет оптимизировать взаимодействие двигателя и трансмиссии.

Как компромиссный вариант, более дешевый, чем автоматические трансмиссии, все большее распространение получают полуавтоматические коробки, как правило, без гидротрансформатора. Они избавляют водителя от одной из наиболее энергоемких операций, связанных с переключением передач: или от выжима педали сцепления, или от собственно переключения, которое сводится к заданию передачи с помощью джойстика. Появились уже конструкции, например, Volvo I-Shift, работающие как полный автомат с гидротрансформатором. Заметим, что во всех трех случаях базовая коробка является механической.

Ступенчатые коробки передач, обладая большим КПД (при передаче полной мощности он составляет от 0,96 до 0,98), по конструкции проще бесступенчатых, дешевле в производстве и поддаются автоматизации процесса управления. Они-то и получили наибольшее распространение на грузовых автомобилях.

Необходимые динамические и экономические качества машины достигаются правильным выбором диапазона передаточных чисел в коробке передач, числом передач и тщательным подбором передаточного числа каждой из них. Диапазоном называют частное от деления передаточных чисел низшей и высшей передачи. Он должен быть тем больше, чем разнообразнее дорожные условия, в которых работает грузовой автомобиль, и меньше удельная мощность его двигателя.

Для коммерческих автомобилей, работающих преимущественно в городских условиях, диапазон передаточных чисел современных коробок передач составляет 5,0 – 8,0; для магистральных тягачей и грузовых автомобилей повышенной проходимости он уже равен 10 – 20. Число передач в механических коробках грузовых автомобилей варьируется от 5 до 16.

Увеличение числа ступеней в коробке позволяет лучше использовать мощность двигателя, и соответственно, меньше расходовать топлива, повышает среднюю скорость движения, и как результат, большая производительность автомобиля и снижение стоимости перевозок. Отметим, что увеличение числа ступеней в коробке усложняет и утяжеляет ее, возрастают размеры и стоимость агрегата, усложняется привод управления коробкой.

При механическом приводе быстрое и безошибочное переключение шести передач прямого хода осуществить уже довольно трудно. Именно такое их количество сегодня принято считать предельным при ручном переключении. Дальнейшее увеличение числа передач требует усложнения привода или установки дополнительной коробки со своим независимым приводом, который используется сравнительно редко – только на определенных режимах движения.

Одно время в коробках передач грузовиков широко применялась «ускоряющая» высшая передача, которая имела передаточное отношение 0,7 – 0,8. Считалось, что это позволяет полнее использовать мощность двигателя и снизить суммарное число оборотов коленвала на 1 км пути, и в конечном счете, экономить топливо. Однако эффект от их применения оказался сомнительным: по сравнению с прямой высшей передачей «ускоряющие» имели меньший КПД и вскоре от них отказались. Этому способствовал также рост удельных мощностей двигателей грузовых автомобилей.

К числу важнейших факторов, влияющих на КПД ступенчатых коробок передач, относятся правильный выбор кинематической схемы, от которой зависит число пар зубчатых колес, находящихся в зацеплении при передаче момента, а также частоты вращения, передаваемая мощность, эффективность системы смазки, точность изготовления зубчатых колес и деталей картера.

На грузовых автомобилях наибольшее распространение получили трехвальные коробки с прямой передачей, получающейся при соединении первичного и вторичного валов. По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки передач разделяют на соосные и несоосные. Последние встречаются в основном на переднеприводных грузовых автомобилях.

Подавляющее большинство механических коробок передач выполняют с неразветвленным силовым потоком, так что через каждое включенное зубчатое зацепление проходит весь поток мощности. Встречаются, однако, коробки, в которых поток мощности делится на две или три ветви. В них больше зубчатых колес, которые имеют меньшие размеры, а следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Применение таких схем объясняется желанием повысить срок службы трансмиссии при большой передаваемой мощности.

Многоступенчатые трансмиссии создают на базе основной четырех-, пяти- или шестиступенчатой базовой соосной трехвальной коробки, присоединяя к ней дополнительную коробку. Обычно она имеет две передачи (прямую и понижающую) и обеспечивает удвоение числа передач. Применение трехступенчатой дополнительной коробки позволяет утроить число передач базовой коробки. Водитель в обоих случаях использует два органа управления: один базовой, другой дополнительной коробкой.

Если передаточное число пониженной передачи в дополнительной коробке достаточно большое, чтобы увеличить общий диапазон, по крайней мере, вдвое, ее называют «демультипликатор». Если же она почти не увеличивает общий диапазон, а служит для получения «половинок» между передачами основной коробки, ее называют «делителем», имея в виду, что она делит имеющийся диапазон на большее число ступеней. Сегодня к базовой коробке часто пристыковываются две дополнительных – и спереди, и сзади. Естественно, одна из них является демультипликатором, другая – делителем.

Делитель имеет простую конструкцию и минимальное число зубчатых колес. КПД коробки с делителем практически не отличается от КПД базовой коробки, так как сохраняется число зубчатых зацеплений, передающих силовой поток. При передней установке недостатком делителя является увеличение крутящего момента на входе базовой коробки, что заставляет использовать в ее качестве более мощный, и соответственно, тяжелый агрегат. Эту проблему можно решить, установив делитель сзади, однако там обычно оставляют место для демультипликатора, установка которого спереди практически исключена из-за большого передаточного числа низшей передачи.

Задний демультипликатор конструктивно может повторять делитель или выполняться планетарным. При этом не происходит увеличения нагрузок в базовой коробке. Его диапазон ограничивают 4,0, поскольку при больших величинах усложняется переключение ступеней.

Большой диапазон демультипликатора используют как для расширения общего диапазона многоступенчатой трансмиссии, так и для одновременного сокращения диапазона базовой коробки. Правда, в таком случае уменьшается унификация базовой коробки и коробки с редуктором, так как сокращенный диапазон не позволяет использовать ее без демультипликатора. Зато уменьшается крутящий момент на вторичном валу базовой коробки, и она может быть выполнена более компактной и легкой. Кроме того, значительно уплотняется ряд ее передаточных чисел, что облегчает как работу синхронизаторов (можно поставить их на все передачи), так и собственно переключение передач. Вместе с тем, при работе на низшей передаче демультипликатора КПД трансмиссии снижается на 3 – 4%. Применение в демультипликаторах планетарных рядов сделает конструкцию легче и компактнее.

В. Мамедов

Применительно к автомобилю «мост» – это, прежде всего, несущая конструкция, объединяющая колеса одной оси, относящаяся к подвеске. «Ведущий мост» предполагает еще и передачу усилия к колесам. Именно этот аспект мы и рассмотрим, поскольку подвеске уже посвятили две статьи.

Для передачи крутящего момента к ведущим колесам несущая конструкция дополняется множеством устройств, которые могут выполняться в виде отдельных агрегатов (что более характерно для легковых машин), но чаще всего располагаются внутри балки. Они обеспечивают увеличение момента в соответствии с передаточным отношением главной передачи. Двух- и трехскоростные главные передачи предоставляют водителю возможность выбора передаточного отношения. К механизмам, передающим крутящий момент, относятся главная передача, дифференциал, полуоси и ступицы.

Одноступенчатая главная передача

Она может быть выполнена в виде спирально-конического, гипоидного, червячного или цилиндрического редуктора. В двухступенчатой передаче первую ступень обычно образуют с помощью конической или гипоидной передачи, а вторую – цилиндрической, шевронной или планетарной. При этом двухступенчатые передачи могут быть как одно-, так и двухскоростными.

Гипоидные передачи нашли широкое применение на грузовых автомобилях. Около 2/3 американских грузовиков, имеющих один ведущий мост, снабжены гипоидными передачами. Ford и GM оснащают гипоидной передачей грузовики всех типов, в том числе трехосные, магистральные тягачи, а также автомобили особо большой грузоподъемности.

Гипоидные передачи относятся к передачам со скрещивающимися осями. По свойствам они являются промежуточным звеном между коническими и червячными передачами. К характерным свойствам гипоидных передач относятся:

менее шумная, чем у конических передач работа;
КПД выше, чем у червячных передач, но ниже, чем у конических. Для получения высокого КПД гипоидной передачи не требуется добиваться особо высокой точности изготовления или малой шероховатости рабочих поверхностей. Для гипоидных шестерен применяют те же материалы, что и для конических, при этом стоимость обеих передач примерно одинаковая;
при одинаковой прочности размеры гипоидной передачи значительно меньше, чем конической;
допускает более низкое положение кузова и позволяет уменьшить высоту центра тяжести автомобиля, что особенно важно для туристических и междугородных автобусов;
в многоосных автомобилях облегчает выполнение «проходного» моста для подвода крутящего момента к следующему ведущему мосту.

Специфика зацепления шестерен в гипоидной передаче предъявляет повышенные требования к смазке. Для гипоидных главных передач должны использоваться только специальные масла. Они отличаются от обычных тем, что благодаря специальным добавкам, содержащим серу, хлор или фосфор, обеспечивают высокую прочность масляной пленки, не разрушающейся даже в тех тяжелых условиях, которые возникают в гипоидном зацеплении, и тем самым зубья предохраняются от задира. Иные масла в эксплуатации использовать недопустимо.

Червячные главные передачи применяются в автобусах (ими снабжена треть австралийских автобусов) и многоосных грузовых автомобилях (американские Peterbilt, английские Atkinson, Seddon и др.). Червяк может находиться как над червячным колесом, так и под ним.

Червячные передачи обладают рядом достоинств:

малые габариты и масса при большом передаточном числе (в грузовиках его диапазон составляет 8 – 12);
малая шумность и высокая плавность работы, обусловленная продольным скольжением зубьев, вследствие чего динамические нагрузки, вызываемые погрешностями изготовления, в червячной передаче значительно меньше, чем в конической;
возможность для опускания карданного вала при размещении червяка снизу. Это важно для автомобилей с низкой рамой и низкорасположенным полом;
удобство и простота выполнения «проходного» промежуточного моста для привода к последующему ведущему мосту в многоосных автомобилях при использовании верхнего червяка.

Недостатками червячной передачи являются: сложность и высокая стоимость изготовления, меньший КПД. Современные червячные передачи по этому параметру приближаются к коническим редукторам, но для получения высокой эффективности зубчатый венец червячного колеса делают из высококачественной оловянистой бронзы (11 – 14% олова), используют передачи с большими углами высокой линии червяка, а обработка поверхности червяка должна быть весьма точной. Использование дорогих материалов, их дорогостоящая обработка и высокая стоимость нарезки самого червяка в производстве – причины, по которым применение червячных передач весьма ограничено.

Двухступенчатая главная передача

Когда величина передаточного числа обуславливает чрезмерные размеры ведомой шестерни в одноступенчатом редукторе, используют двухступенчатую главную передачу. Она позволяет получить большие передаточные числа, необходимые для создания значительной силы тяги на ведущих колесах. Последнее обстоятельство с каждым годом имеет все большее значение, так как способствует достижению лучшей динамики разгона автопоездов и повышению их средней скорости на трассе.

При распределении общего передаточного числа двухступенчатых передач по отдельным зубчатым парам руководствуются следующими положениями:

1 – передаточное число передачи, осуществляющей снабжение крутящим моментом непосредственно колес должно быть максимальным;

2 – передаточное число конической или гипоидной ступени должно быть по возможности малым. Исходя из этого, в грузовых автомобилях все чаще выполняют вторую ступень в виде планетарного ряда, размещенного в ступице колеса (разнесенная главная передача).

Двухступенчатые передачи по конструктивной схеме разделяют на две основные группы: передачи, расположенные в средней части моста (заключенные в одном картере) и разнесенные передачи (одноступенчатая главная передача располагается в картере моста и отдельно размещается связанный с ней привод колеса или колесный редуктор).

Колесные редукторы встречаются только на полноприводных грузовых автомобилях. Применение колесного редуктора приводит к увеличению числа деталей ведущего моста, но не увеличивает его массу. Это происходит потому, что основные части ведущего моста (главная передача, дифференциал, полуоси) воспринимают меньшие крутящие моменты, увеличиваемые в нужной мере лишь в колесных редукторах. Благодаря этому основные детали ведущего моста имеют меньшие размеры, а следовательно, меньшую массу, чем при получении идентичного крутящего момента с помощью одноступенчатой главной передачи.

Двухступенчатые разнесенные передачи бывают двух типов:

– одноступенчатая коническая или гипоидная передача в картере моста, соединенная с цилиндрической передачей наружного зацепления привода колес, которая может располагаться в отдельном картере между дифференциалом и ступицей колеса или даже в ступице колеса. Передача внутреннего зацепления обычно размещается в ступицах колес;

– одноступенчатая коническая или гипоидная главная передача, соединенная с планетарной передачей, расположенной в ступицах колес. Такая конструкция отличается рядом преимуществ: малые размеры конической или гипоидной передачи; планетарная передача размещена вне тормозов; соосное положение шестерен, передающих крутящий момент; разделение передаваемого момента между тремя или пятью сателлитами; высокий КПД и др.

С коробкой на мосту

А теперь о двухскоростных передачах в ведущих мостах. Их применение позволяет удвоить число передач трансмиссии без установки сложных многоступенчатых коробок передач, причем низшие передаточные числа могут быть получены путем включения второй ступени передачи, благодаря чему карданный вал и первая ступень не воспринимают увеличенного крутящего момента.

Двухскоростные передачи применяют на магистральных тягачах с одним ведущим мостом, созданных на базе обычных автомобилей. В этом случае двухскоростная передача позволит увеличить максимальное передаточное число трансмиссии (что необходимо в связи с увеличением полной массы грузовика) и число передач, так как разница между массами груженого и не груженого автомобиля (особенно в случае седельного тягача) весьма большая. В этом случае все остальные механизмы грузовика остаются неизменными.

Встречаются двухскоростные главные передачи, включающие цилиндрические шестерни внешнего зацепления, вращающиеся на поперечном валу, и кулачковую муфту, которая, перемещаясь по шлицам и входя в зацепление с зубчатыми венцами шестерни, жестко соединяют их с валом. При перемещении муфты влево включается большее передаточное число, а при перемещении вправо – меньшее. В главных передачах такого типа всегда работают две пары зубьев, в связи с чем потери в зацеплении такие же, как и в двухступенчатой главной передаче, однако потери на взбалтывание масла возрастают. Недостатком такой схемы является увеличение размеров и массы всего моста.

На некоторых грузовых автомобилях можно встретить ступенчатые планетарные главные передачи, преимущественно двухскоростные, а в последнее время и трехскоростные. Планетарные ряды способствуют повышению компактности узла, но при этом повышают его стоимость.

И в заключение

Многообразие типов задних мостов и главных передач помогают покупателю автомобиля лучше подобрать грузовик в соответствии с теми условиями, в которых машине предстоит работать. С другой стороны, жесткая конкуренция между автопроизводителями и борьба за каждого покупателя на рынке способствуют тому, что многообразие конструкций все больше возрастает.