Раздаточные коробки для полноприводных большегрузных автомобилей
Раздаточные коробки для полноприводных большегрузных автомобилей
Сергей Харитончик, к.т.н. Статья из журнала «Спецтехника» №3 май-июнь 2006г.
Появление раздаточных коробок (РК) сформировало важное научно-техническое направление в автомобилестроении – создание механизмов и систем управления приводом ведущих колес и мостов, которое на протяжении многих десятков лет успешно развивается, наделяя машины новыми свойствами. Благодаря им существенно расширилась сфера эксплуатации автомобилей, способных ездить по бездорожью.
С появлением раздаточных коробок лексикон автомобилистов пополнился такими понятиями, как "полный привод", "многоприводный", "внедорожный", "4x4" и т. д. Раздаточные коробки предназначены для распределения крутящего момента между ведущими мостами полноприводных автомобилей и нашли широкое применение как на легковых, так и на грузовых автомобилях. Причём от правильного выбора параметров РК во многом зависит себестоимость перевозки грузов. Дело в том, что они оказывают существенное влияние на тягово-скоростные и топливно-экономические свойства машин.
По характеру деления силового потока различают раздаточные коробки с дифференциальным приводом выходных валов, блокированным и смешанным, когда используются 3 выходных вала. Количество ступеней передаточного числа в раздаточной коробке - одна или две. Двухступенчатые применяются для расширения диапазона передаточных чисел трансмиссии. Необходимость в этом возникает в тех случаях, когда диапазон устанавливаемой коробки передач недостаточен для полноприводного автомобиля.
По периодичности включения привода вспомогательного ведущего моста, которым обычно является передний мост, различают раздаточные коробки с постоянно включённым и с периодически включаемым передним мостом.
Основное требование к РК состоит в том, чтобы крутящий момент распределялся без циркуляции и соответствующих потерь мощности в приводе к ведущим мостам автомобиля, что случается при движении с блокированным дифференциалом. Поэтому на сухих твёрдых дорогах, где циркулирующий момент может быть значительным, блокировать дифференциал не разрешается. Для улучшения проходимости автомобиля в сложных дорожных условиях в раздаточных коробках устанавливается муфта принудительной блокировки межосевого дифференциала.
В зависимости от требуемого отношения крутящих моментов на выходных валах РК межосевой дифференциал выполняется симметричным или несимметричным.
В раздаточных коробках с дифференциальным приводом используются цилиндрические и конические межосевые дифференциалы: цилиндрические - для несимметричных дифференциалов, конические - для симметричных. Сателлиты конических дифференциалов имеют сквозные отверстия и устанавливаются на осях. В цилиндрических дифференциалах сателлиты с шипами (они устанавливаются в отверстия водила). Корпус дифференциала обычно состоит из двух частей, соединяемых винтами. Приводная шестерня крепится к корпусу винтами или заклепками. Межосевой дифференциал РК должен быть достаточно компактным, чтобы его можно было разместить в радиальных габаритах приводной шестерни, закрепляемой на корпусе.
Отношение крутящих моментов на выходных валах Mb/Ma для дифференциала определённой конструкции - величина постоянная, и если под одним из ведущих мостов автомобиля сцепление шин с дорогой окажется значительно меньше, чем для остальных, то предельная тяговая сила соответственно снизится и на остальных мостах, что ухудшает проходимость автомобиля. Чтобы сгладить этот недостаток дифференциального привода, применяют принудительную блокировку дифференциала.
Рассмотрим конструкции как проверенных временем лучших отечественных раздаточных коробок, так и современные разработки ведущих зарубежных производителей РК для грузовых автомобилей.
Как распределяют мощность В СНГ
На колёсном шасси МАЗ-543 РК распределяет крутящий момент между тележками мостов. Она представляет собой трёхвальный редуктор с цилиндрическими косозубыми шестернями и обеспечивает две передачи (рис. 1), прямую и понижающую, с передаточными числами соответственно 1 и 1,88.
В нижней части раздаточной коробки установлен конический дифференциал 2, обеспечивающий дифференциальную связь между передними и задними мостами через соответствующие выходные валы 6 и 20. При разблокированном дифференциале РК обеспечивает передачу на передние и задние мосты равных крутящих моментов при неравных скоростях вращения выходных валов, зависящих от состояния дороги и степени накачки шин. При блокировке дифференциала муфтой 3 выходные валы вращаются как одно целое со скоростью ведомой шестерни 17.
При этом шестерни и подшипники раздаточной коробки смазываются комбинированно: как разбрызгиванием, так и под давлением от масляного насоса (в последнем случае принудительно смазываются подшипники шестерён прямой и понижающей передач, конические шестерни и опорные шайбы дифференциала через соответствующие сверлёные каналы в валах 11 и 20, крышках 14, 15 и 21, шестернях прямой и понижающей передач). Масло в насос забирается из масляной ванны поддона 1 РК через сетчатый фильтр 24 по сверлёным каналам в поддоне 1, картере 12 и крышках 14 и 21. Смазка остальных шестерён и подшипников раздаточной коробки обеспечивается маслом, стекающим сверху после смазки элементов верхнего вала, а также разбрызгиванием масла, находящегося в нижней части картера. 
Двухступенчатая РК трёхосного полноприводника КАМАЗ-4310 (рис. 2) имеет несимметричный межосевой цилиндрический дифференциал и постоянно включённый привод переднего моста. На входном валу 1 закреплена ведущая шестерня 2, входящая в зацепление с шестерней 5, установленной неподвижно на промежуточном валу 8. Шестерни низшей ступени 7 и высшей 14 свободно установлены соответственно на промежуточном валу 8 и пустотелом валу 16 корпуса дифференциала.
Низшая ступень включается при помощи муфты 6, а высшая - муфты 15. Выходной вал 10 привода мостов тележки соединён с коронным колесом 11 дифференциала. Вал 13 привода переднего моста соединён с солнечной шестерней 12 дифференциала. Отношение моментов на указанных валах равно отношению чисел зубьев коронного колеса 11 и солнечной шестерни 12 и выбрано равным 2, что приближённо соответствует распределению нагрузки автомобиля между тележкой и передним мостом. Для блокировки дифференциала установлена муфта 17, которая соединяет валы 13 и 16.
В раздаточной коробке предусмотрен отбор мощности от шестерни 3, а также с фланца на заднем конце входного вала 1. Картер 4 раздаточной коробки имеет разъём в плоскости, перпендикулярной к осям валов. На траках "Урал-4320" устанавливается механическая двухступенчатая РК с несимметричным межосевым дифференциалом (рис. 3). Дифференциал планетарного типа с четырьмя сателлитами, солнечной 30 и коронной 29 шестернями. Момент от солнечной шестерни 30 передаётся на вал 35 привода переднего моста, а от коронной шестерни 29 на вал 21 привода заднего моста.
При работающем (разблокированном) дифференциале обеспечивается равномерная тяга всех осей и устраняются дополнительные нагрузки в трансмиссии. В зависимости от дорожных условий дифференциал может быть заблокирован, и тогда валы привода передних и задних колёс вращаются как одно целое.
На валах привода переднего и заднего мостов имеются маслосгонные кольца 23. На наружных поверхностях этих колец нарезаны винтовые канавки, направляющие масло при вращении валов от манжет в картер. Спираль винтовой канавки выполнена в разных направлениях: для вала привода переднего моста - левое направление, для вала привода заднего моста - правое.
Одноступенчатая трёх-вальная с цилиндрическими косозубыми шестернями раздаточная коробка с несимметричным коническим дифференциалом прошла долгую апробацию на МАЗах (рис. 4).
"Немецко-Зетэфовское" распределение крутящих моментов
На современном рынке грузовых автомобилей фирма ZF - один из лидеров в разработке и производстве трансмиссий и их компонентов. Она предлагает установки на грузовые автомобили РК следующих типов (см. табл.1)
Таблица 1. Раздаточные коробки ZF
Модель |
Передаточные числа при движении |
Распределение момента |
Передаваемый момент, Нм |
Кинематическая схема |
|
вне дорог |
по дорогам |
||||
VG 250 - 2 |
2,22 2,03 |
1 |
2500-3300 |
||
GA 350/3 D |
1,3 1,6 2,1 |
1 |
1:2,33 |
4400-6000 |
|
GA 350/3 (с включаемым приводом переднего моста) |
1,3 1,6 2,1 |
1 |
4400-6000 |
||
VG500 |
1,85 2,47 |
1 |
1:2 или 1:3,33 |
4700-5700 |
|
VG 500/1 (с включаемым приводом переднего моста) |
1,85 2,47 |
1 |
4700-5700 |
||
VG800-4 |
1,76 2,04 |
1,35 1,22 |
1:2 или 1:3,33 |
||
GA 8OO/3D |
1,85 2,5 |
1,3 1,3 |
1:2,43 |
8100-10000 |
|
А 600/3 (с включаемым приводом |
---- |
---- |
---- |
11 000 |
|
A6OO/3D(с дифференциальным приводом переднего моста) |
1,02 |
1:1,97 или 1:3,25 |
11000 |
||
А 800/3 |
---- |
---- |
---- |
16 000 |
|
A 8OO/3D |
---- |
1,02 |
1:1,83 или 1:3,35 |
16 000 |
|
Как видно из таблицы, модельный ряд построен в зависимости от передаваемого крутящего момента. Все раздаточные коробки трёхвальные и двухступенчатые, за исключением моделей А600/3 и А800/3. В основном все коробки имеют планетарный дифференциал, солнечная шестерня которого приводит в действие передний мост, а коронная - задний. Анализ кинематических схем указывает на то, что во всех "раздатках" привод заднего моста (или тележка мостов) постоянно включён (в раздаточной коробке VG250-2 передний мост включён не постоянно).
Другие конструктивные особенности раздаточных коробок фирмы ZF отмечены в табл. 2-4.
Таблица 2. Конструктивные особенности РК ZF моделей А 600/3, A 600/3D, А 800/3 и A 800/3D
Модель |
А600/3 |
A600/3D |
А8О0/3 |
A800/3D |
Расстояние между выходным валом РК и ведущим валом моста, мм |
375 |
375 |
||
Масса (без дополнительного оборудования), кг |
225 |
236 |
256 |
266 |
Объём масла, л |
12 |
9,3 |
||
Подключаемый передний мост |
+ |
- |
+ |
- |
Блокируемый межосевой дифференциал |
- |
+ |
- |
+ |
Таблица 3. Конструктивные особенности РК ZF моделей VG 250/2, VG 250/3, VG 500 и VG 500/1
Модель |
VG25O/2 |
VG250/3 |
VG500 |
VG500/1 |
Расстояние между выходным валом РК и ведущим валом моста, мм |
286 |
364 |
||
Масса (без дополнительного оборудования), кг |
137 |
149 |
260 |
235 |
Объём масла, л |
12 |
9,3 |
||
Подключаемый передний мост |
+ |
+ |