РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА

Раздаточная коробка служит для распределения крутящего момента между ведущими мостами. Кроме того, в раздаточной коробке может осуществляться также увеличение момента, подводимого к ведущим колесам автомобиля. Как правило, в раздаточной коробке предусматривается устройство для включения и отключения переднего ведущего моста, а иногда от раздаточной коробки обеспечивается привод дополнительных агрегатов (например, коробки отбора мощности).

Для увеличения крутящего момента подводимого к ведущим колесам (что необходимо в тяжелых условиях движения), раздаточные коробки обычно выполняют двухступенчатыми, причем высшая передача имеет передаточное число, равное единице (или около единицы), а низшая (первая) передача — около двух. Наличие двух передач увеличивает число ступеней и диапазон изменения передаточного числа трансмиссии автомобили, что повышает возможность подбора выгоднейшей передачи в соответствии с условиями движения.

Часто применяются раздаточные коробки с блокированным приводом, когда приводы всех мостов постоянно жестко связаны друг с другом и всегда вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. В таких раздаточных коробках обычно имеется устройство для отключения привода переднего моста, например, при движении в хороших условиях (по твердому покрытию с высоким коэффициентом сцепления), что позволяет снизить расход топлива, уменьшить нагрузки трансмиссии и износ шин.

В некоторых конструкциях раздаточных коробок установлен специальный механизм — межосевой дифференциал, который распределяет крутящий момент, подводимый от двигателя к раздаточной коробке, на ведущие мосты в необходимом соотношении пропорционально сцепному весу, приходящемуся на эти мосты. Дифференциал также позволяет колесам разных ведущих мостов вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями, что устраняет возможность их проскальзывания, уменьшает нагрузки в трансмиссии и износ шин. Применяют дифференциалы о коническими и цилиндрическими шестернями. Для повышения проходимости автомобиля межосевые дифференциалы выполняют с принудительной блокировкой или самоблокирующимися.

По условию получения максимально возможной тяговой силы распределение момента между мостами полноприводного автомобиля должно осуществляться пропорционально распределению вертикальных нагрузок.

Для обеспечения дифференциального привода в раздаточной коробке может быть использован симметричный или несимметричный дифференциал. Симметричный дифференциал в раздаточной коробке применяется в том случае, если в полноприводном двухосном автомобиле сцепной вес делится между мостами примерно поровну.

До недавнего времени полноприводные трансмиссии применялись лишь на специальных автомобилях (военных, сельскохозяйственных), но, начиная с конца 70-х годов полный привод на серийных легковых автомобилях стали использовать многие ведущие фирмы ("Ауди", "Фольксваген", "Порше", "Форд", БМВ, "Ниссан" и др.).

Развитие полноприводных трансмиссий идет по четырем основным направлениям.

1. Принудительная блокировка дифференциалов.

2. Улучшение свойств дифференциалов за счет применения автоматических блокирующих устройств.

3. Применение дифференциалов повышенного трения ("Торсен" и др.).

4. Применение так называемого перманентного полного привода, т. е. когда подвод мощности к одному из мостов осуществляется постоянно, а ко второму — при необходимости (ФВ "Транспортер Синхро", ФВ "Гольф Синхро", "Хонда Сивик" и др.).

Все эти направления в конечном итоге имеют задачу подвода к каждому колесу определенного вращающего момента, соответственного условиям движения автомобиля. Управляющим воздействием при этом служит момент трения в блокирующем устройстве, поэтому основной проблемой является зависимость этого момента трения от параметров движения автомобиля.

Известно, что для дальнейшего улучшении устойчивости движении автомобиля необходимо обеспечить переменный коэффициент блокировки Поэтому многие фирмы занимаются, разработкой трансмиссий с устройств вами и дифференциалами, позволяющими получать переменный коэффициент блокировки, зависящий от параметров движения автомобиля. В настоящее время для этих целей чаще всего используются два устройства: фрикционные муфты с электронным управлением и вязкостные муфты (ВМ) При компьютерном управлении учитывается целый ряд параметров движения автомобиля, но эти устройства из-за их сложности и дороговизны применяются лишь на дорогих автомобилях ("Порше", "Мерседес").

Вязкостные муфты конструктивно просты и недороги, что объясняет их широкое применение. Момент трения в них обусловлен жидкостным трением и зависит от кинематического рассогласования на соответствующих элементах. Применение ВМ позволило создать так называемый перманентный привод, который позволяет обойтись без межосевого дифференциала, а в случае применения двойных ВМ — без межколесного дифференциала. Такие трансмиссии удобно создавать на базе одноприводных, что дает возможность варьировать тип привода автомобиля. Обзор конструкций позволяет выделить десять основных типов трансмиссий (рис.8).

Рис. 8. Схемы трансмиссий полноприводных легковых автомобилей

Трансмиссии с использованием дифференциала "Торсен" в межосевом приводе (рис. 8,I) применяются на автомобилях "Ауди 80 Кватро" и др. Дифференциал "Торсен" дает возможность автоматической частичной или полной блокировки межосевого привода и стабильных характеристик по-ворачиваемости как на сухих, так и на скользких дорогах. Основнымнедостатком данного дифференциала является технологическая сложность изготовления, повышенные требования к смазочным материалам, сложность получения несимметричного начального распределения вращающего момента.

Применение дифференциала "Квиф" в межосевом и межколесном приводе (рис. 8,II) благоприятно влияет на проходимость и динамичность автомобиля, однако линейная характеристика дифференциала ухудшает устойчивость движения и чувствительность к управлению при больших крутящих моментах, подводимых к дифференциалам.

Использование ВМ для блокировки межосевого дифференциала на автомобиле "БМВ 325jх" (рис. 8,III)позволяет улучшить динамические свойства и проходимость при несимметричном межосевом дифференциале, а также повысить устойчивость движения.

Дальнейшим улучшением предыдущей схемы трансмиссии стало применение ВМ для блокировки дифференциала заднего моста на автомобиле «Форд Скорпио 4х4 GL Синхро» и некоторых других автомобилях (рис. 8,IV).

В трансмиссии дорогих автомобилей применяются фрикционные муфты, управляемые с помощью бортового компьютера. На автомобиле "Порше 959" (рис. 8,VI)вместо межосевого дифференциала используется фрикционная муфта с вариативным распределением вращающего момента по мостам, а также фрикционная муфта с электронным управлением, позволяющая частично или полностью блокировать дифференциал заднего моста.

На автомобилях "Мерседес" используется трансмиссия "Мерседес" используется трансмиссия «4Матик» (рис. 8,V),в которой применяются три фрикционные муфты с электронным управлением: одна для отсоединения переднего моста при торможении и две для блокировки межосевого и заднего межколесного дифференциалов. Основным препятствием для использования последних двух схем трансмиссий является их высокая стоимость.

Попытка управлять распределением вращающего момента на всех колесах автомобиля была сделана на автомобиле "Ниссан Пульсар". В нем используются три ВМ для блокировки всех трех дифференциалов автомобиля (рис. 8,VII).

Использование ВМ привело к возникновению перманентного, т. е. псевдопостоянного, привода. Один из ведущих мостов включается в работу только при необходимости — при наличии кинематического рассогласования между мостами ("ФВ Гольф 4x4 синхро" и "ФВ Транспортер 4x4 синхро", (рис. 8,VIII).

Развитием перманентного привода стала трансмиссия автомобиля "Хонда сивик", в которой двухзвенная вязкостная муфта устанавливается вместо дифференциала заднего моста. Это позволяет подводить вращающий момент индивидуально к каждому колесу (рис. 8,X).

Впервые в трансмиссии ВМ стала применяться в 1979 г. на автомобиле модели "игл" фирмы "Америкам мотор корпорейшн" для регулирования степени блокировки межосевого дифференциала. С 1984 г. вязкостные муфты стали успешно применяться и для блокировки дифференциалов, и для передачи крутящего момента во всех вариантах трансмиссий, в том числе и| одноприводных для блокировки межколесных дифференциалов (рис. 8,iX).

Исследования движения автомобилей с различными схемами трансмиссии показали, что наиболее рациональные характеристики устойчивости имеют схемы с подсоединяемым с помощью ВМ задним мостом и, несмотря на склонность к избыточной поворачиваемости, с блокирующимся с помощью ВМ межосевым дифференциалом.

Перспективным устройством для регулировки блокирующих свойств дифференциалов является ВМ. Простота конструкции, благоприятные характеристики и продолжительный срок службы выгодно отличают эти муфты от других подобных устройств/ Дополнительный интерес к ВМ вызывает также возможность ее использования для передачи крутящего момента к ведущим колесам.

Вязкостная муфта имеет герметичный цилиндрический корпус, внутри которого расположены два независимых пакета дисков (рис.9). Один пакет соединен шлицами с ведущим валом муфты, а второй (также шлицами) — с корпусом. Диски пакетов чередуются друг с другом. Внутреннее пространство муфты заполняется силиконовой жидкостью. Вращающий момент передается жидкостным трением и граничным трением между дисками разноименных пакетов, т.е. ВМ похожа на обычное многодисковое сцепление, работающее в масле. Вязкостные муфты можно классифицировать по следующим характерным признаками.

Рис. 9. Схема вязкостной муфты: 1 – корпус; 2 – вал; 3,4 – соответственно внутренние и внешние диски

По зазору между дисками ВМ можно разделить на три принципиальных типа: с плавающими дисками, с гарантированным и регулируемым зазорами между дисками. "Плавающие диски" не закреплены в осевом направлении, и их движение ограничивается только размерами корпуса. В ВМ с гарантированным зазором оба пакета дисков фиксируются в осевом направлении с помощью распорных колец.

Примером ВМ с регулируемым зазором между дисками может быть конструкция ВМ, используемая в трансмиссии "Вискоматик". В этой муфте между дисками устанавливаются тарельчатые пружины, а специальное устройство, перемещая торцевую стенку, приводит к изменению зазора между дисками.

По числу связываемых звеньев вязкостные муфты можно разделить на двух- и многозвенные. На рис.10 темными и светлыми стрелками покачаны соответственно подвод и отвод мощности.

Рис. 10. Схемы однозвенных (а) и многозвенных (б) вязкостных муфт

По назначению ВМ можно разделить на три группы: управляющие, г. е. создающие повышенное трение в обычных дифференциалах; передающие однопоточные, т.е. подключающие один из ведущих мостов; передающие многопоточные, т.е. подключающие независимо колеса одного из мостов.

Определенный интерес представляет рабочая жидкость — силиконы. Это структурно-вязкие неньютоновские жидкости, т.е. их вязкость зависит от скорости деформации, но вязкостно-температурная характеристика значительно стабильнее, чем у минеральных масел. Силиконы практически не обладают смазочным действием, так как у них невысокая прочность масляной пленки, Коэффициент объемного расширения силиконов приближенно равен 9,5 х 10^-4К^-1 в диапазоне температур 25…175⁰С. Поэтому при нагреве ВМ во время работы силиконовая жидкость значительно расширяется. Например, при изменении температуры на 100°С ее объем увеличивается приблизительно на 10 %.

Наличие воздуха в рабочей жидкости позволяет корректировать рост давления внутри корпуса ВМ.

Автомобили "Ауди" имеют привод на все колеса. Для привода задних колес имеются следующие дополнительные узлы: задний дифференциал и два приводных вала. Кроме того, задняя ось заменена двойным поперечным рычагом задней подвески. Связь между приводом задних и передних колес осуществляется карданным валом. Для компенсации различных чисел оборотов передних колес в рассматриваемых здесь типах привода на все колеса применен дополнительный дифференциал между передними и задними колесами.

В данном случае в качестве такого дифференциала применяется, так называемый торсен-дифференциал. Этот дифференциал следит за тем, чтобы выравнивались различные числа оборотов задних и передних колес. Дополнительно этот дифференциал выравнивает и вращающие моменты.

Если одна из приводных осей начинает прокручиваться, автоматически большее усилие передается другой оси. Этим самым обеспечивается лучшая связь колес с дорогой. Ось, имеющая худшую связь с дорогой, получает меньший вращающий момент и тем самым повышается надежность против бокового заноса. Независимо от распределения вращающих моментов колесам торсен-дифференциал допускает различное число оборотов на обоих концах валов и, таким образом, автомобили, оборудованные квадроприводом, полностью пригодны для установки на них автоблокировочной системы. Распределения вращающих моментов в торсен-дифференциале осуществляется через шестерни и червячные колеса.

Торсен-дифференциал работает полностью автоматически и представляет собой чисто механическую систему без элементов гидравлики и электронного управления. Его регулировочные характеристики определяются конструкцией червячного привода. В данном случае используется известный эффект червячной передачи, при которой передача вращения в одном направлении осуществляется свободно, а в другом с определенными трудностями, или такая передача вообще невозможна (необратимая передача). Процесс внутренней регулировки в передаче протекает настолько быстро, что он не ощущается вообще и не приводит к каким-либо повреждениям системы.

Торсен-дифференциал установлен Непосредственно на передней коробке передач и снабжается тем же маслом, что и сама коробка передач. Заменять масло не требуется. Контроль уровня масла обеспечивается сбоку у контрольного отверстия уровня масла коробки передач. Дифференциал задней оси заливается маслом для коробок передач GL5SAЕ90 количестве 0,75 л. Заменять масло также не требуется. Контролируют уровень масла сбоку у контрольного отверстия аналогично контролю уровня масла в коробке передач.

Ремонт торсен-дифференциала, как и ремонт дифференциала задней оси должен выполняться только в специализированных мастерских.

На полноприводном автомобиле ВАЗ установлена двухступенчатая раздаточная коробка с принудительно блокируемым межосевым дифференциалом и ручным управлением. Две передачи (низшая и высшая) с передаточными числами 2,135 и 1,2 позволяют увеличить передаточные числа трансмиссии и удвоить общее число передач, что дает возможность эффективнее использовать автомобиль в различных дорожных условиях. Межосевой дифференциал обеспечивает постоянный привод переднего и заднего ведущих мостов, что повышает устойчивость автомобиля. Принудительная блокировка дифференциала повышает проходимость автомобиля. Высшая передача в раздаточной коробке включается при движении по дорогам с твердым покрытием и хорошим сцеплением, а низшая передача — для преодолений крутых подъемов, при движении по мягким грунтам и для получения минимальной устойчивой скорости движения на дорогах с твердым покрытием. Блокировка дифференциала производится при преодолении труднопроходимых участков дорог. Переключение передач и блокировка дифференциала обеспечиваются с помощью рычагов, установленных на раздаточной коробке.

Лекция 13

Ходовая часть