Расчет главной передачи автомобиля
Зубчатые колеса главной передачи относятся к наиболее нагруженным деталям автомобиля, которые работают в условиях динамического нагружения.
Поэтому их изготавливают из высококачественных, высоколегированных цементуемых сталей 20Х2Н4А, 18ХГТ, 20ХН3А, 12Х24А. После цементации и закалки твердость на поверхностях зубьев достигает HRC 55…63 (а сердцевина у основания зуба только HRC 26…35). Это обеспечивает высокую поверхностную прочность зубьев, прочность на изгиб и сопротивление ударным нагрузкам. Заготовки получают объемной штамповкой. Передаточное число не разнесенной двойной главной передачи автомобиля равно
где UОК — передаточное число конической пары (первая степень);
UОЦ — передаточное число цилиндрической пары зубчатых колес
Необходимо, чтобы на коническую пару главной передачи приходилось меньшее передаточное число.
В зависимости от выбранного значения UОК выбирается одно из приведенных ниже значений числа зубьев конической шестерни Z1
| UОК | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,25 | 2,5 |
| Z1 |
Далее, определяется количество зубьев конического колеса.
Z2 = 
Передаточное число цилиндрической пары зубчатых колес определяем из отношения
Расчет конической пары зубчатых колес главной передачи
Длину образующей делительного конуса L ориентировочно можно определить по эмпирической формуле, мм
,
где МР – расчетный крутящий момент на ведущем валу конической
пары главной передачи, Н×м;
Расчетный крутящий момент
,
где 
— максимальный крутящий момент двигателя;
— передаточное число коробки передач на первой
— передаточное число раздаточной коробки;
— К.П.Д. трансмиссии от коленчатого вала двигателя до
ведущего вала главной передачи, = 0,85…0,88.
Рисунок 8.4 — Схема двойной главной передачи
Средний нормальный модуль конической передачи рассчитывается из условия прочности на изгиб у основания зуба
,
где 
— угол наклона винтовой линии зуба ведущей шестерни.
При числе зубьев 5..6, = 40 0 …45 0 . При числе зубьев
более 6, 
= 35 0 …40 0 ;
— коэффициент длины зуба (ширина шестерни), = 0,3;
у – коэффициент формы зуба, у = 0,1…0,15.
При расчете зубьев на прочность допускаемое напряжение изгиба
определяется по формуле, Па
,
где sв – предел прочности материала. Для стали 18ХГТ sв = 1000 МПа;
nв – коэффициент запаса прочности, nв = 2…3;
кs — эффективный коэффициент концентрации напряжений,
Торцовый модуль конической передачи
,
где 
— среднее делительное расстояние, мм.
,
в — длина зуба (ширина шестерни), мм. 
.
Полученное значение mТ необходимо округлить до третьего знака после запятой.
Коническую пару главной передачи делают равно смещенной. Это способствует выравниванию удельных скольжений зубьев шестерни и колеса, в результате чего повышается сопротивляемость истиранию и заеданию. 
Коэффициент смещения определяется по формуле
Формулы для геометрического расчета основных размеров конической пары зубчатых колес представлены в таблице 3.1.
Срок службы конических шестерен оценивается по удельному давлению, Па
Расчет зубьев шестерен конической пары на контактные напряжения проводится по формуле
где α – действительный угол зацепления. Угол зацепления выбирают
в зависимости от числа зубьев шестерни. При числе зубьев
Z = 12…14 рекомендуется угол зацепления α = 22 0 , при числе
зубьев Z = 15 угол зацепления должен быть α = 24 0 ;
Е – модуль упругости первого рода. Для стали Е = (2 … 2.2)∙10 11 Па;
– эквивалентный радиус ведущей и ведомой шестерен
,
где 
и 
— среднее значение радиуса ведущей и ведомой шестерен;
,
где 
— нормальный модуль зацепления;
— допускаемое контактное напряжение, 
= 1500…2500 МПа.
Р – окружная сила, которую считают приложенной по среднему
радиусу шестерни, Н.
Контактная прочность шестерен определяется не максимальным крутящим моментом передаваемым шестерней, а моментом характеризующий средний нагрузочный режим, который зависит от условий эксплуатации.
Таблица 8.2 – Геометрический расчет конической пары зубчатых колес
| Элемент зацепления | Формула | Значение |
| 1. Шаг зацепления, мм |  | |
| 2. Угол начального конуса шестерни |  | |
| 3. Угол начального конуса колеса |  | |
| 4. Высота зуба, мм |  | |
| 5. Высота головки зуба, мм |  | |
| Эквивалентное число зубьев шестерни колеса |   | |
| 4. Диаметры начальных окружностей, мм шестерни колеса |   |
Поэтому, окружное усилие Р на зубе шестерни следует определять по М расч = 0,5 ∙ Мр.
М расч = 
Источник статьи: http://zdamsam.ru/a53521.html
Виды, устройство и принцип работы главной передачи
Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.
Принцип работы
Принцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и дифференциала, приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.
Основная характеристика этого редуктора – передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с вторичным валом коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.
Устройство и основные требования к главной передаче
Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.
Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 – ведущие колеса; 2 – полуось; 3 – ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:
- минимальный уровень шума и вибраций при работе;
- минимальный расход топлива;
- высокий КПД;
- обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
- технологичность;
- минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
- минимальная масса;
- высокая надежность;
- минимальная необходимость в обслуживании.
Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.
Классификация главных передач
По числу пар зацеплений
- Одинарная – имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
- Двойная – имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.
Одинарная и двойная главная передача
По виду зубчатого соединения
- Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
- Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
- Гипоидная – самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
- Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.
Цилиндрическая главная передача
По компоновке
- Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
- Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Коническая главная передача
Преимущества и недостатки
Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
- Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
- Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
- Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
- Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.
Главная передача – это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.
Источник статьи: http://techautoport.ru/transmissiya/differentsial-i-glavnaya-peredacha/glavnaya-peredacha.html