Устройство и принцип работы системы питания газобаллонных автомобилей, коробки передач и рулевого управления

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Устройство и принцип работы системы питания газобаллонных автомобилей, коробки передач и рулевого управления

Маринкин А.В.

1. Система питания газобаллонных автомобилей

1.1 Устройство и работа газобаллонных установок для сжатого и сжиженного газа

Газобаллонные установки характеризуются тем, что топливо при любом агрегатном состоянии вытекает из баллонов под значительным давлением. Поэтому в этих системах питания нет насосов, но введен редуктор, который позволяет снижать давление газа до рабочего, равного примерно атмосферному, или несколько превышающего это давление.

При работе на сжатом газе исходное давление в баллонах составляет 20 МПа и более, поэтому эту систему питания оснащают баллонами высокого давления. По мере расхода газа давление в баллонах снижается.

При работе на сжиженном газе давление в баллоне не превышает 1,6--2,0 МПа. Баллоны этих установок относятся к баллонам низкого давления. Давление в них изменяется только в зависимости от состава газовой смеси и температуры окружающей среды. При любом количестве жидкого газа в баллоне давление в нем всегда будет равно давлению насыщенных паров топлива для условий окружающей среды. Давление насыщенных паров основных компонентов СНГ пропана и бутана при изменении температуры от -40 до +40 °С изменяется от 0,12 до 1,7 и от 0,18 до 0,39 МПа соответственно.

В обоих случаях в системе предусматривается фильтр для улавливания твердых частичек (окалины и др.) и теплообменник, размещаемый отдельно или в общем корпусе с редуктором. Для сжиженного газа теплообменник служит испарителем при выходе из баллона, а для сжатого -- подогревателем. Подогреватель необходим в системе сжатого газа, так как резкое снижение давления (расширение) при наличии влаги в газе может вызвать замерзание ее и нарушить нормальную работу системы вследствие закупоривания магистральных трубок.

Принципиальная схема газобаллонной установки для работы на сжатом газе показана на рис. 1. Установка для грузового автомобиля с пятью баллонами, сгруппированными в две секции / и II,размещаемыми обычно под платформой кузова. Каждая секция снабжена соединительной арматурой 2 с трубками 3 и расходным вентилем 4, что позволяет расходовать из них газ порознь и одновременно. Из баллонов 1 по трубкам 3 и через расходные вентили 4 газ поступает в подогреватель 6, в который через дозирующую шайбу 8 из приемной трубы 7 поступают горячие отработавшие газы. Далее через магистральный вентиль 9 и фильтр 10 газ проходит в одноступенчатый редуктор 11, где давление его снижается до 1,2 МПа, и через второй фильтр 12 в двухступенчатый редуктор 13 с понижением давления почти до атмосферного. При работающем двигателе газ засасывается в карбюратор-смеситель, причем на режиме холостого хода по трубке 21 он поступает непосредственно в задроссельное пространство и впускной трубопровод 15, который связан трубкой 14 с разгрузочным (пусковым) устройством редуктора. Система снабжена двумя манометрами: высокого давления 23, включаемого до магистрального вентиля, и низкого 22, фиксирующего давление первой ступени редуктора. По показаниям первого из них судят о количестве газа в баллонах, а по показаниям второго -- о работе редуктора. Так как автомобильные газобаллонные установки всегда предусматривают возможность питания двигателя и традиционным топливом, то и в рассматриваемой схеме обеспечено питание как газовым топливом, вводимым форсункой 20 в проставку 17, т. е. в зону между диффузором карбюратора и дроссельной заслонки, так и жидким, вводимым в диффузор распылителем 18. Баллоны наполняются газом через вентиль 5.

На рис. 2 приведена схема газобаллонной установки грузового автомобиля ГАЗ-53-07, работающего на сжиженном газе.



Рис. 1. Газобаллонная установка для работы на сжатом газе: 1 -- баллон; 2 -- соединительная арматура; 3 -- трубка высокого давления; 4 -- расходные вентили; 5 -- заправочный вентиль; 6 -- подогреватель; 7 -- приемная труба; 8 -- дозирующая шайба; 9 -- магистральный вентиль; 10 и 12 -- фильтры; 11 -- редуктор высокого давления; 13 -- редуктор низкого давления; 14 -- трубка пускового устройства; 15 -- впускной трубопровод; 16 -- дроссельная заслонка; 17 -- проставка; 18 -- распылитель; 19 -- диффузор; 20 -- газовая форсунка; 21 -- трубка системы холостого хода; 22 и 23 -- манометры; /, // -- секции

Рис. 2. Газобаллонная установка для работы на сжиженном газе: 1 -- бензобак; 2 -- редуктор низкого давления; 3 -- сетчатый фильтр; 4 -- испаритель; 5 -- магистральный вентиль; 6 -- вентиль паровой фазы; 7 -- газовый баллон; 8 -- предохранительный клапан; 9 -- контрольный вентиль; 10 -- наполнительный вентиль; 11 -- датчик указателя уровня; 12 -- вентиль жидкой фазы; 13 и 14 -- манометры; 15 -- смеситель

Газовый баллон ёмкостью 170 л размещается под платформой автомобиля. Заполняют его через вентиль до уровня, фиксируемого с помощью контрольного вентиля , а текущий запас топлива оценивают по указателю уровня. Баллон оснащен предохранительным клапаном , срабатывающим в случае превышения давления сверх допустимого, равного 1,6 МПа. Магистральный вентиль и контрольные манометры размещают в кабине водителя на контрольном щитке. Запас жидкого топлива рассчитывают на кратковременную работу двигателя и хранят в бензобаке /, который используют в случае отказа газовой аппаратуры или для поездки до ближайшей заправочной газовой станции. С этой целью двигатель оснащают однокамерным карбюратором. Таким образом, питание газового двигателя бензином может осуществляться с помощью обычного базового карбюратора-смесителя с газовой проставкой или отдельного упрощенного карбюратора.

1.2 Узлы и приборы газобаллонных установок

Газоподающая аппаратура

К газоподающей аппаратуре относятся:

* испаритель газа;

* подогреватель газа;

* газовый смеситель;

* фильтры газа;

* газовые редукторы;

* дозирующе-экономайзерное устройство.

Испаритель газа служит для преобразования сжиженного газа в газообразное состояние. На рис. 3 показан испаритель, применяемый в отечественных газобаллонных установках грузовых автомобилей.

Он состоит из двух частей, отлитых из алюминиевого сплава. Источником теплоты в этом испарителе служит жидкость из системы охлаждения двигателя. Сжиженный газ проходит через теплообменник испарителя и превращается в газообразное состояние. Испаритель обеспечивает нормальную работу двигателя при температуре охлаждающей жидкости не менее 80 °С.

Подогреватель газа служит для предварительного подогрева сжатого газа в целях исключения конденсации влаги в газопроводах и замерзания ее в зимнее время.

Рис. 3. Испаритель газа: 1 -- кронштейн; 2 -- сливной кран для воды; 3 -- штуцер подвода(отвода) газа; 4 -- канал; 5 -- корпус

На отечественных грузовых автомобилях устанавливается подогреватель (рис. 4), в котором используется теплота отработавших газов. Подогреватель состоит из корпуса 2, в котором размещен теплообменный змеевик 5. Подогреватель включается в систему выпуска отработавших газов до глушителя. Отработавшие газы омывают змеевик, по которому проходит сжатый газ, и подогревают его. Затем отработавшие газы, пройдя подогреватель, выбрасываются в окружающую среду, минуя глушитель через приваренный выходной патрубок 6.

Интенсивность подогрева газа регулируется размером отверстия дозирующей шайбы #(см. рис. 1).

Фильтры служат для очистки газа от механических примесей. Фильтры могут быть с войлочными кольцами и сетчатыми. Они устанавливаются в магистрали после испарителя. Сетчатый фильтр устанавливается, как правило, на газовом редукторе, а фильтр с войлочными кольцами объединяется с электромагнитным клапаном. На автомобилях, работающих на сжатом газе, один фильтр устанавливается на входе в редуктор высокого давления, другой -- на линии низкого давления перед двухступенчатым редуктором.

Фильтр состоит из корпуса 2 (рис. 5), стакана 4, войлочного фильтрующего элемента 3 и стяжного болта 5.

Рис. 4. Подогреватель газа: 1 -- патрубок входа отработавших газов; 2 -- корпус; 3 -- штуцер входа газов; 4 -- штуцер выхода газов; 5 -- теплообменный змеевик; 6 -- патрубок выхода отработавших газов

Рис. 5. Фильтр с электромагнитным клапаном для очистки газа: 1 -- электромагнитный клапан; 2 -- корпус; 3-- фильтрующий элемент; 4 -- стакан; 5 -- стяжной болт

Электромагнитный клапаннаходится в нормально закрытом положении и при включении его в бортовую электросеть автомобиля открывается и пропускает газ.

Газовые редукторы служат для понижения давления сжиженного или сжатого газа до давления, близкого к давлению окружающей среды.

Для газобаллонных установок сжиженного газа используют двухступенчатые редукторы низкого давления, а для установок сжатого газа дополнительно используют одноступенчатый редуктор высокого давления.

Двухступенчатый газовый редуктор (рис.6) предназначен для всех отечественных грузовых газобаллонных автомобилей. Конструктивно с ним объединено дозирующе-экономайзерное устройство.

При неработающем двигателе электромагнитный клапан закрыт, и газ во входной штуцер 8 редуктора не поступает. В этом случае давление в полости Д, которое связано с окружающей средой, прогибает мембрану 7 вниз и через рычаг 0 открывает клапан 7 первой ступени редуктора. В полости Б также давление, соответствующее давлению окружающей среды, поэтому мембрана 2 через пружину 5 и шток 4 перемещает рычаг 1 вверх и открывает клапан 12 второй ступени редуктора. Давление во всем редукторе соответствует давлению окружающей среды.

При включении зажигания и открытом магистральном вентиле газ через вход I, клапан 7 поступает в полости Г и В и воздействует на мембраны 11 и 2. Если двигатель не работает и потребления газа нет, то эти мембраны закрывают клапаны 12 и 7.



Рис. 6. Двухступенчатый газовый редуктор низкого давления: 1 -- рычаг; 2 -- мембрана; 3, 5, 9 -- пружины; 4-- шток; 6 -- мембрана разгрузочного устройства; 7-- входной клапан первой ступени; 8 -- входной штуцер; 10 -- рычаг клапана; 11 -- мембрана первой ступени; 12 -- клапан второй ступени; 13 -- клапан экономайзера; 14 -- вход экономайзера; А, Б, В, Г, Д -- полости; / -- вход; II -- выход

При пуске двигателя через выход II разрежение передается в полость Г, открывая клапан 7. При малых нагрузках эта система поддерживает в полости Я давление 50--100 кПа. По мере открытия дроссельных заслонок срабатывает клапан 13 экономайзера. Разрежение передается на мембрану снизу, и пружина экономайзера прогибает мембрану вверх, открывая клапан и пропуская дополнительное количество газа на выход II.

Одноступенчатый газовый редуктор высокого давления (рис. 7) служит для снижения давления газа до 1,2 МПа. Газ из баллона поступает в полость Л редуктора через штуцер с накидной гайкой 15 и керамический фильтр 14 к клапану 12. На клапан давит сверху через толкатель 3 и мембрану пружина редуктора. При давлении газа в полости Б меньше заданного пружина редуктора через толкатель опускает клапан 12, пропуская через образовавшуюся щель газ в полость Б. Газ при этом проходит дополнительный фильтр 11. При достижении заданного давления в полости Б мембрана 2 прогибается вверх, преодолевая усилие своей пружины, и клапан 12под действием пружины 13 поднимается и закрывает проход газа. Выходное давление регулируется рукояткой с винтом 4. Работа редуктора контролируется по манометру, принимающему сигнал от датчика высокого давления 1 и сигнализатора падения выходного давления 6 (аварийного датчика).

Газовые смесители предназначены для приготовления горючей смеси и регулирования ее подачи в цилиндры двигателя в соответствии с режимами его работы. Их изготовляют в виде автономного прибора (при чисто газовом варианте) или совмещают с карбюратором. В последнем случае прибор называется карбюратором-смесителем и отличается от обычного карбюратора наличием форсунки для ввода в него.

Рис. 7. Одноступенчатый газовый редуктор высокого давления: 1 -- датчик давления; 2 -- мембрана; 3 --толкатель; 4 -- регулировочный винт; 5 -- колпак; 6 -- аварийный датчик; 7 -- штуцер; 8 -- входной штуцер; 9 -- предохранительный клапан; 10 -- седло клапана; 11 -- фильтр; 12 -- клапан; 13 -- пружина клапана; 14 --входной фильтр; 15 -- накидная гайка; Л,Б -- полости газа

При этом сохраняется способность работы двигателя на бензине без изменения мощностных и экономических показателей. Газовую форсунку размещают либо в проставке между корпусом дроссельных заслонок и диффузорами, либо вводят в диффузор сверху.

Смесители для газового варианта имеют простейшую конструкцию, схема соединения газовых каналов смесителя и редуктора показана на рис. 8. Смесители не имеют ускорительных насосов, так как в отличие от бензина плотность нефтяного и природного газов отличаются от воздуха незначительно. Следовательно, при резком открытии дроссельных заслонок переобеднения горючей смеси не произойдет.

Рис. 8. Схема соединения газовых каналов смесителя и редуктора: 1 -- дозирующе-эконо-майзерное устройство; 2, 9 и 12 -- каналы; 3 и 4 -- отверстия; 5 -- дроссельная заслонка; 6 -- обратный клапан; 7-- газовая форсунка; 8 -- диффузор; 10 и 11 -- регулировочные винты

Основная подача газа осуществляется дозирующе-экономайзерным устройством / через канал 2, обратный клапан 6 и газовые форсунки 7, которые расположены в узком сечении диффузоров 8.

При работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода обратный клапан 6 закрыт, отверстие 4 прямоугольного сечения находится в зоне низкого разрежения, и газ поступает в задроссельное пространство через круглое отверстие 3. Количество поступающего газа регулируют винтом 11. Воздух в этом случае поступает через щели между дроссельными заслонками и стенками смесительных камер.

При открывании дроссельных заслонок 5 прямоугольные отверстия 4 переходят в зону высокого разрежения, через них начинает поступать газ, частота вращения коленчатого вала и мощность двигателя увеличиваются. Общую подачу газа в систему холостого хода регулируют винтом 10.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивается разрежение в диффузорах 8 и открывается обратный клапан 6, включающий основную подачу газа.

Газ в систему холостого хода подается по двум каналам: непосредственно из второй ступени редуктора по каналу 12 и из полости за дозирующим устройством по каналу 2. Такое решение обеспечивает плавный переход с режима холостого хода на режим частичных нагрузок и отсутствие переобогащения горючей смеси на малых нагрузках.

2. Коробка передач

2.1 Принцип работы механической коробки передач

Рис. 9. Механическая коробка передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором -- повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев -- тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная -- максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики -- там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

4-х ступенчатую

5-и ступенчатую

6-и ступенчатую

Наиболее распространённой механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

· двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили

· трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах

Устройство механической коробки передач.



Рис. 10

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Устройство механической коробки передач

Рис. 11. Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.

При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.

Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.

Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.

Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Рис. 12. Нейтральное положение 1-я передача 2-я передача

Рис. 13. 3-я передача 4-я передача 5-я передача Задний ход

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню -- таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.



Рис. 14. Устройство трехвальной МКПП: Трехвальная коробка передач: 1 -- первичный вал; 2 -- крышка подшипника; 3 -- выключатель света заднего хода; 4 -- манжета первичного вала; 5 -- задний подшипник первичного вала; 6 -- шестерня привода промежуточного вала; 7 -- сапун; 8 -- шестерня III передачи; 9 -- передний картер; 10 -- шестерня I передачи; 11 -- шестерня заднего хода; 12 -- штоки переключения передач; 13 -- шарик-фиксатор; 14 -- пружина; 15 -- рычаг переключения; 16 -- защитный уплотнитель; 17 -- колпак рычага; 18 -- корпус рычага переключения; 19 -- задний картер; 20 -- вторичный вал; 21 -- манжеты удлинителя заднего картера; 22 -- сталебаббитовая втулка; 23 -- шестерня привода спидометра; 24 -- привод спидометра; 25 -- задний подшипник промежуточного вала; 26 -- шестерня V передачи; 27 -- болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода; 28 -- промежуточная шестерня заднего хода; 29 -- промежуточный вал; 30 -- маслозаливная пробка

трансмиссия автомобильный газобалонный

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач. Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Синхронизатор МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей.

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Табл. 1

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью
Возможность буксировки автомобиля

3. Карданная передача и ведущий мост автомобиля

3.1 Устройство и работа карданной передачи с шарнирами неравных угловых скоростей

Карданная передача

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, втрансмиссии и рулевом управлении.

Рис. 15. Карданная передача: 1. хвостовик скользящей вилки; 2. грязеотражатель скользящей вилки; 3. скользящая вилка; 4. вилка промежуточного карданного вала; 5. промежуточный карданный вал; 6. грязеотражатель; 7. промежуточная опора; 8. защитное кольцо; 9. подшипник промежуточной опоры; 10. защитное кольцо; 11. шлицевая вилка; 12. П-образная пластина; 13. стопорная шайба; 14. крестовина; 15. вилка заднего карданного вала; 16. задний карданный вал; 17. фланец ведущей шестерни главной передачи; 18. задний карданный шарнир; 19. игольчатый подшипник; 20. стопорное кольцо; 21. болт; 22. уплотнительное кольцо

Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:

1. двигатель и коробка передач;

2. коробка передач и раздаточная коробка;

3. коробка передач и главная передача;

4. раздаточная коробка и главная передача;

5. дифференциал и ведущие колеса.

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полу-карданным жестким шарниром.

Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название - карданная передача, обиходное название - кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.

Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.

Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.

Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.

В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй -заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.

Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.

Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему - внешний шарнир.

С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название - ШРУС, обиходное название - граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.

Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол - «пыльник».

При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Рис. 16. Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей: 1. хомут; 7. малая полуось; 2. полуось; 8. корпус шарнира; 3. грязезащитный чехол («пыльник»); 9. стопорное кольцо; 4. хомут; 10. шарик; 5. сепаратор; 11. конусное кольцо; 6. обойма; 12. пружинная шайба

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром:

Рис. 17. Карданная передача с полукарданным упругим шарниром: 1. болт крепления к фланцу вторичного вала коробки передач; 2. фланец вторичного вала коробки передач; 3. упругий элемент; 4. центрирующая втулка; 5. вкладыш; 6. болт крепления к фланцу карданного вала; 7. фланец карданного вала; 8. обойма сальника; 9. сальник; 10. вторичный вал коробки передач; 11. грязеотражатель; 12. гайка крепления фланца; 13. уплотнитель центрирующего кольца; 14. карданный вал; 15. центрирующее кольцо; 16. пробка

Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.

Устройство и основные требования к главной передаче.



Рис 18. Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 -- ведущие колеса; 2 -- полуось; 3 -- ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня

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 трансмиссий автомобилей

Рис. 19. Схема трансмиссий автомобилей а-заднеприводный автомобиль б-переднеприводный автомобиль в-полноприводной автомобиль г-полноприводной автомобиль 1-двигатель 2-сцепление 3-коробка передач 4-карданная передача 5-ведущий мост 6-раздаточная коробка

4. Рулевое управление автомобиля

Рис. 20

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.

Самый распространённый на сегодняшний день -- реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров -- все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую лёгкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.

Рис. 21. Рулевая трапеция

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А, так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.

Рулевой механизм червячного типа

Рис. 22. Червячный тип рулевого управления

Схема рулевого управления с червячным механизмом: 1 - рулевое колесо; 2 - рулевой вал с червяком; 3 - ролик с валом сошки; 4 - рулевая сошка; 5 - средняя тяга; 6 - боковые тяги; 7 - поворотные рычаги; 8 - передние колеса автомобиля; 9 - маятниковый рычаг; 10 - шарниры рулевых тяг

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки.

Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя:

-- правую и левую боковые тяги,

-- среднюю тягу,

-- маятниковый рычаг,

-- правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

Реечный рулевой механизм

Рис. 23.Механизм реечного типа (шестерня-рейка) 1 - картер редуктора; 2 -- шестерня; 3-- рейка: 4 -- упор рейки; 5-- гайка упора; 6-рулевой вал; 7 -- эластичная муфта; 8 - болт муфты; 9 -- защитный колпачок; 10,14 --гайки; 11 наконечник рулевой тяги; 12 -- поворотный рычаг; 13-- соединительная втулка; 15 -- левая рулевая тяга; 16 -- чехол рейки; 17--резинометаллический шарнир; 18 - стопорная пластина; /9 - соединительная пластина; 20 - правая рулевая тяга

В рулевом механизме «шестерня -- рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка -- с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75…2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

Основные неисправности рулевого управления

Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали. Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Литература

1. http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/51-gaz_2/

2. https://studref.com/314479/tehnika/uzly_pribory_gazoballonnyh_ustanovok

3. https://techautoport.ru/transmissiya/korobka-peredach/mehanicheskaya-korobka-peredach.html

4. https://studref.com/314104/tehnika/kardannaya_peredacha

5. http://avtonov.info/rulevoe-upravlenie-naznachenie-i-vidy

Размещено на Allbest.ru

...