Мосты автомобиля служат для поддержания рамы и кузова и передачи от них на колеса вертикальной нагрузки, а также передачи от колес на раму (кузов) толкающих тормозных и боковых усилий. В зависимости от типа устанавливаемых колес мосты делят на ведущие, управляемые, комбинированные и поддерживающие.

Ведущие и комбинированные мосты предназначены для передачи крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам, а также восприятия усилий, действующих между колесами и подвеской. По конструкции эти мосты делятся на разрезные и неразрезные. Разрезной мост представляет собой шарнирную конструкцию, позволяющую правому и левому колесам перемещаться независимо один от другого, неразрезной ведущий мост имеет жесткую (цельную) конструкцию, в которой перемещения колес зависимы друг от друга. В состав ведущих и комбинированных мостов входят: главная передача, дифференциал, привод колес, балка моста (в разрезных мостах часто отсутствует) и устройства для передачи сил от ведущих колес к раме или кузову автомобиля.

8.1. Главная передача

Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента и уменьшения частоты вращения ведущих колес до необходимой частоты.

Передаточное число главной передачи зависит от мощности и быстроходности двигателя, массы и назначения автомобиля. Обычно для грузовых автомобилей i_{гп =} 6,5…9,0_, а для легковых i_{гп =} 3,5…5,5. При разработке главных передач особое внимание уделяется минимизации габаритных размеров, обеспечению плавности работы и высокому КПД.

Известны схемы червячных и шестеренчатых главных передач. Последние получили наибольшее распространение. Шестеренчатые главные передачи бывают одинарные, двойные и двойные разнесенные (рис. 8.1.). Одинарная главная передача включает пару конических зубчатых шестерен – ведущую 1 (рис.8.1а) и ведомую 2. Ведомая шестерня передает вращение на корпус дифференциала 3. Применение конических шестерен позволяет повернуть на 90^o направление передаваемого момента. Как будет показано ниже, в переднеприводных автомобилях при поперечном расположении силового агрегата нет необходимости поворачивать момент, так что главную передачу выполняют в виде пары цилиндрических шестерен.

Двойная главная передача (рис. 8.1б) кроме пары конических шестерен 1 и 2 имеет еще цилиндрическую зубчатую пару 4 и 5. Здесь ведомая шестерня 5 второй пары закреплена на корпусе 3 дифференциала и передает на него крутящий момент. Введение второй пары объясняется стремлением уменьшить габариты механизма при больших передаточных числах главной передачи. Иногда вторую ступень главной передачи выполняют в виде двух зубчатых пар, установленных рядом с ведущими колесами (рис.8.1в).

Конические шестерни главных передач выполняют с криволинейными зубьями или с гипоидным зацеплением (рис.8.2.). Внешне гипоидная передача отличается смещением (вверх или вниз) оси ведущей шестерни по отношению к оси ведомой (параметр С). Передачи второго типа более долговечны, но имеют меньший КПД.

Известны конструкции двойных главных передач, имеющие две зубчатые пары с разными передаточными отношениями. В этом случае главная передача позволяет удвоить общее число передач в трансмиссии, аналогично двухступенчатой раздаточной коробке.

Конструкция такой передачи показана на рис. 8.3. В ее состав входят: две конические шестерни - ведущая 1 и ведомая 2, жестко связанная с валом 3, цилиндрические шестерни 4 и 5, свободно посаженные на валу 3, муфта переключения ступеней 6, а также ведомые цилиндрические шестерни первой 7 и второй 8 ступеней. При помощи муфты 6 можно соединить с валом 3 одну из двух шестерен 4 и 5, и передать момент на корпус дифференциала 9 через шестерню 7, либо через шестерню 8.

8.2. Дифференциалы

Дифференциал служит для распределения крутящего момента между ведущими колесами, которым он позволяет вращаться с неодинаковыми частотами при движении автомобиля на поворотах или по неровностям.

Корпус дифференциала получает вращение от ведомой шестерни главной передачи 2. Если корпус вращается с угловой скоростью w _д , то левая и правая полуосевые шестерни могут вращаться со скоростями w _л и w _п.

Эти три параметра связаны зависимостью:

w _л + i_д w _п = (1 + i_д)·w _д ; (8.1),

где i_д- передаточное число дифференциала. Если i_д = 1, то дифференциал называется симметричным, в этом случае полуосевые шестерни одинаковы по диаметрам и числу зубьев. Для такого дифференциала выражение 8.1 примет вид:

w _л + w _п = 2 w _д; (8.2).

Его схема приведена на рис 8.4а. На рис 8.4б показан несимметричный дифференциал. У него полуосевые шестерни 5 и 6 различаются по диаметру и числу зубьев и поэтому i_д ¹ 1. Из условия равновесия моментов приложенных к дифференциалу можно записать:

М_д = М_л + М_п (8.3),

где М_л и М_п – крутящие моменты передаваемые на левое и правое колесо моста.

Из условия равенства мощности подведенной к дифференциалу и отведенной от него имеем:

N_л + N_п = N_д - N_тр или М_л·w _л + М_п·w _п = М_д·w _д - М_тр·w _д (8.4),

где М_тр - часть крутящего момента, теряемая на трение в дифференциале. Из выражений (8.1), (8.2), (8.3) и (8.4) можно получить:

М_Л=(М_Д-М_ТР)/(1+i_Д); М_П=( i_Д М_Д+М_ТР)/(1+i_Д)

В обычных дифференциалах М_тр невелик, поэтому можно записать:

М_л = М_д/(1 + i_д); М_п = i_д·М_д /(1 + i_д) (8.5).

Для симметричного дифференциала (i_д = 1) получаем:

М_л = М_п = М_д/2 (8.6).

Распределение момента у симметричного дифференциала поровну хорошо, когда автомобиль движется по дороге с хорошим сцеплением. Тогда оба колеса нагружаются примерно одинаково, уменьшается неравномерность износа, нагруженность приводов колес, уменьшается сопротивление повороту и т.д. Но если одно колесо попадает на скользкий участок, момент на этом колесе уменьшается до значения ограниченного коэффициентом сцепления с дорогой. Такой же момент (из-за свойств дифференциала) будет и на втором колесе, хотя оно находится на хорошем участке дороги. Если суммарного момента будет не достаточно для движения, то колесо, попавшее на скользкий участок дороги, будет буксовать (вращаться быстрее корпуса дифференциала). Для устранения этого недостатка применяют блокировку дифференциала, т.е. в необходимых случаях выключают дифференциал, в результате чего обе полуоси соединяются между собой жестко.

Конструктивные схемы шестеренчатых дифференциалов приведены на рис 8.4 и рис 8.5.

Симметричные шестеренчатые дифференциалы обычно выполняют с коническими шестернями, рис 8.4а, рис 8.5. и применяют в качестве межколесных, а несимметричные выполняют с цилиндрическими шестернями, рис 8.4б, и применяют в качестве межосевых дифференциалов, позволяющих рационально загрузить ведущие мосты (пропорционально сцепным весам, приходящимся на оси).

Симметричные дифференциалы, в зависимости от передаваемой силы, выполняются с 2-мя, 3-мя или 4-мя сателлитами. В дифференциале с 2-мя сателлитами 3, (рис 8.5а) они устанавливаются на оси 1, которая вставляется в корпус 2 дифференциала и закрепляется в нем.

При 3-х или 4-х сателлитах они надеваются на крестовину 6, которая зажимается между половинками 4 и 5 корпуса (рис.8.5б).

8.3. Кулачковые дифференциалы

Для ограниченного (неполного) увеличения силы тяги при буксовании одного колеса вместо шестеренчатых применяются так называемые самоблокирующиеся дифференциалы, например дифференциал с повышенным внутренним трением.

Одной из конструктивных разновидностей такого дифференциала является кулачковый дифференциал рис 8.6.

Он состоит из левой 1 и правой 5 чашек и сепаратора 6, жестко соединенного с ведомой шестерней главной передачи. В отверстия сепаратора вставлены сухарики 2, расположенные в два ряда в шахматном порядке. Сухарики упираются торцами во внутреннюю 3 и внешнюю 4 обоймы. Поверхности обойм, соприкасающиеся с сухарями, имеют выступы – кулачки.

В центральные шлицевые отверстия чашек входят полуоси. Таким образом, одна чашка соединяется с левой, а другая с правой полуосями. Когда ведомая шестерня главной передачи вместе с сепаратором приводятся во вращение, сухари оказывают одинаковое давление на кулачковые поверхности обеих обойм и заставляют их вращаться.

Если одно из колес автомобиля испытывает большее сопротивление, то связанная с ним обойма будет вращаться медленнее сепаратора. Сухари начнут проскальзывать по наклонным поверхностям кулачков этой обоймы и перемещаться в сторону другой обоймы, скользя по ее кулачковым поверхностям. При этом они, как бы подталкивают 2-ю обойму, заставляя ее вращаться быстрее. Благодаря трению сухарей при скольжении по кулачкам изменение скоростей вращения обойм может произойти лишь при достаточно большой разнице в сопротивлении, испытываемом правым и левым колесом. Следовательно, при буксовании одного колеса момент на 2-ом будет достаточным для движения автомобиля.

Конструкцию и принцип действия дифференциалов других типов (червячного, дифференциала с муфтой свободного хода) слушателям следует изучить самостоятельно по рекомендованным литературным источникам.

Примеры компоновки межосевых дифференциалов приведены на рис 8.7 и рис 8.8.

На рис 8.7 показана конструкция раздаточной коробки автомобиля с несимметричным межосевым шестеренчатым дифференциалом. В нижней части корпуса коробки на 2-х подшипниках установлены ступицы корпуса 14 дифференциала, состоящего из 2-х половин. В отверстиях стенки корпуса и, прикрепленной к нему шайбы 11, установлены четыре сателлита 15, входящих в зацепление с кольцевой шестерней 12, соединенной с валом 10 привода заднего ведущего моста, и с солнечной шестерней 13, соединенной с валом 17 привода переднего моста.

Дифференциал распределяет подводимый крутящий момент между передним и задним мостом пропорционально сцепному весу (коэффициент распределения определяется передаточным отношением между шестернями 12 и 13).

Дифференциал можно заблокировать, передвинув муфту 16 вправо. При этом корпус дифференциала наглухо соединяется с передним валом 17 и дифференциал выключается.

На рис. 8.8. приведена конструкция ведущего моста с симметричным шестеренчатым межосевым дифференциалом, который может быть заблокирован (при необходимости) с помощью муфты 9.

8.4. Общая компоновка ведущих мостов

Пример общей компоновки мостов автомобилей УАЗ приведен на рис. 8.9.

В ведущих (заднем и переднем) мостах автомобилей семейства УАЗ главная передача одинарная, состоит из ведущей 9 и ведомой 6 конических шестерен со спиральными зубьями. Вал шестерни 9 установлен в картере мостов на двойном коническом роликовом подшипнике 11. Между внутренними кольцами подшипников установлены прокладки 10 для регулировки зажима подшипников. С обеих сторон наружного кольца подшипника имеются шайбы для регулировки положения ведущей шестерни. Вал снабжен маслоотгонным кольцом 12 и сальником 13. Со стороны дифференциала вал опирается на роликовый подшипник. Дифференциал - шестеренчатый симметричный, имеет два сателлита, посаженные на пальце 7 в неразъемной коробке 8.

Коробка дифференциала установлена в картере на двух конических роликовых подшипниках 4, под внутренние кольца которых поставлены регулировочные прокладки 5. Картер главной передачи состоит из двух частей с разъемом в продольной вертикальной плоскости. С обеих сторон в картер запрессованы трубчатые стальные полуосевые рукава. Полуоси 3 (рис. 8.9а) заднего моста имеют на наружных концах фланцы, с помощью которых они соединяются со ступицей 1 колеса. Ступица 1 установлена на наконечнике полуосевого рукава на 2-х конических роликовых подшипниках 2. Полуось и ступица уплотнены сальником.

Ведущий передний мост в соответствии с выше приведенной классификацией является комбинированным. Его конструкция показана на рис. 8.9в.

Полуоси 14 переднего моста соединены с приводными валами 19 колес с помощью шарниров 16 равных угловых скоростей шарикового типа. Приводной вал фланцем 21, установленным на шлицах, соединен со ступицей 20 колеса. Ступица посажена на поворотной цапфе 22 на 2-х конических роликовых подшипниках. Крепление подшипников и их регулировка осуществляется гайкой навернутой на цапфу.

Корпус 18 поворотной цапфы соединен шкворневыми пальцами 17 с полусферическим наконечником 15, прикрепленным к полуосевому рукаву. На корпусе цапфы имеется сальниковое уплотнение сопряженное с полусферической поверхностью наконечника 15.

8.5. Балки ведущих мостов

Основу ведущего моста составляет пустотелая жесткая балка, на концах которой, на подшипниках, устанавливаются ступицы ведущих колес, а внутри размещается главная передача, дифференциал и полуось.

Балки бывают разъемные и неразъемные (цельные). По способу изготовления – штампованные, сварные или литые рис.8.10.

Картер разъемной балки состоит из 2-х литых половинок 2 и 3, рис. 8.10а, в которые запрессованы стальные трубчатые полуосевые рукава 1. На рукавах приварены площадки 4 для крепления рессор и фланцы 5 крепления опорных дисков тормозов. Штампованные балки обычно делают неразъемными, рис. 8.10б. Балку в этом случае выполняют из 2-х половин, соединенных сваркой. На балке приваривают элементы крепления деталей подвески и тормозных механизмов (детали 6, 7, 8, 10). Неразъемные литые балки, рис. 8.10в, выполняют, обычно, прямоугольного сечения, по концам запрессовываются трубы 11 для крепления ступиц колес. На балке крепятся фланцы для установки опорных дисков тормозов, а также элементы для установки деталей подвески.

8.6. Полуоси

В неразрезных мостах передачу вращающего момента от дифференциала к ведущим колесам осуществляют полуоси. Кроме того они участвуют в восприятии сил, действующих на колеса автомобиля и передают эти усилия на балку моста.

Полуоси, в зависимости от испытываемой нагрузки делят на три типа: полуразгруженные, разгруженные на три четверти и полностью разгруженные рис. 8.11.

Внешний конец полуразгруженной полуоси, рис. 8.11а, опирается непосредственно на подшипник, укрепленный на балке ведущего моста. Полуось испытывает изгиб от силы тяжести и толкающей силы Р_Х, изгиб от боковых сил Y и кручение от момента Р_Х·r.

Внешний конец полуоси, разгруженной на три четверти рис. 8.11б закреплен на ступице колеса и опирается на балку моста через подшипник, установленный между ступицей и балкой. Полуось работает на кручение от момента Р_Х·r и частично на изгиб от боковой силы Y.

Внешний конец полностью разгруженной полуоси, рис.8.11в, опирается на два подшипника, установленных между ступицей и балкой моста. При этом боковая сила Y, приложенная к колесу, создает радиальную нагрузку на подшипники (в виде пары сил).

Таким образом, эта полуось работает только на кручение. Для восприятия момента от дифференциала на внутренних концах полуосей выполняют шлицы, а передачу момента от полуосей к колесам осуществляют либо также с помощью шлицов, соединяющих внешний конец полуоси со ступицей колеса, либо с помощью фланца, выполненного на внешнем конце полуоси, к которому крепится ступица колеса.

8.7. Управляемый мост

Конструкция управляемого моста приведена на рис. 8.12. Основу моста составляет балка 4, обычно двутаврового сечения (кованная стальная).

Средняя часть балки выгнута вниз, чтобы опустить как можно ниже двигатель.

Шкворень 16, образующий ось поворота колеса, закреплен неподвижно в бобышке балки клиновым болтом 3. Поворотная цапфа 9 установлена на шкворне на бронзовых втулках 1 и 8, запрессованных в отверстия ее проушин. Поворотные рычаги 18 вставлены в конические отверстия проушин цапфы и закреплены гайками. Между балкой моста и поворотной цапфой установлен опорный подшипник. Он состоит из двух шайб 6 и 7, нижняя, из которых, неподвижно сидит в расточке и поворачивается вместе с цапфой. Осевой зазор между поворотной цапфой и балкой регулируется прокладками 2. К поворотной цапфе болтами прикреплен опорный диск тормозного механизма. На цапфе на двух конических роликовых подшипниках установлена ступица 10 переднего колеса. Подшипники закреплены гайкой 11, которая фиксируется замочным кольцом и контргайкой 12. Гайкой 11 регулируется затяжка подшипников.