Установка шестерни конической и гипоидной передач

Главная передача современных автомобилей относится к сильно нагруженным узлам, поэтому зубчатые колеса должны быть установлены жестко, для того чтобы при высокой нагрузке сохранялось точное зацепление. Это является условием высокой прочности и небольшого износа передачи. От современного легкового автомобиля, кроме того, требуется, чтобы уровень шума внутри него был низким. Для малошумной работы главной передачи основное значение имеют точность изготовления зубчатых колес и жесткость конструкции, в том числе и подшипников.

В грузовых автомобилях и автобусах малошумная работа главной передачи имеет меньшее значение, однако требования, касающиеся прочности элементов, выше, чем для легковых автомобилей. Прочность узлов современного грузового автомобиля должна обеспечивать пробег свыше 400 ООО км. В связи с этим в грузовых автомобилях, а также в автобусах требуется жесткая установка ведущей шестерни ¹ при сохранении высокой жесткости оси и картера главной передачи. Ось должна быть тщательно выверена, а подшипник, который воспринимает осевую и значительную часть радиальных нагрузок, должен быть подобран так, чтобы конструкция имела максимальную жесткость.

В соответствии с изложенным выше необходимо принять во внимание следующие указания [9], касающиеся жесткости конструкции главной передачи и подшипников.

1. В основном применяются два вида установки ведущей конической или гипоидной шестерни главной передачи: консольная (см. рис. 2.11—2.21) и двухопорная (см. рис. 2.22—2.25).

Меньшие деформации ведущей шестерни главной передачи наблюдаются в случае двухопорной установки ведущей шестерни. Кроме того, в этой конструкции силы, возникающие в зацеплении, равномернее распределяются по опорам, причем задний подшипник воспринимает около 30< % радиальной силы, образующейся в зацеплении. Однако для установки заднего подшипника пространства очень мало, поэтому применить подшипник больших размеров часто невозможно; кроме того, усложняется крепление его в картере.

Конструкции с консольной установкой ведущей шестерни применяются, прежде всего, в легковых автомобилях малого и среднего

Рис. 2.9. Изменение осевой Од и поперечной 6_Г деформаций с ростом угла а конуса и конического подшипника при продольной и поперечной нагрузках, равных 6 кН (длина роликов 16 мм, число роликов — 18). — Помещено с разрешения фирмы СКФ (SKF)

Рис. 2.10. Минимальное расстояние между подшипниками при консольной установке ведущей шестерни

классов. Двухопорную конструкцию широко используют в грузовых автомобилях и автобусах, а иногда и в легковых автомобилях большого класса.

2. Учитывая требование о возможно высокой жесткости конструкции и большие осевые нагрузки, применяют прежде всего конические подшипники с большим углом конуса. Благодаря этому одновременно приобретается высокая несущая способность. Зависимость осевой и поперечной деформаций подшипника от угла его конуса видна на рис. 2.9. За счет увеличения угла конуса с 10 до 20° осевая деформацияуменьшается на 45 мкм, в то время как поперечная деформациястановится несколько больше (но самое большее на 1 мкм).

Для установки главной передачи, работающей при высоких окружных скоростях и низких нагрузках, используют шариковые радиально-упорные подшипники. Радиально-упорный подшипник заданного размера по сравнению с таким же коническим подшипником менее жесткий и имеет меньшую несущую способность.

3. Жесткость (прежде всего в осевом направлении) может быть увеличена с помощью дополнительного натяга подшипников ведущей шестерни. Эта возможность должна быть использована при установке ведущей шестерни как в легковых, так и в грузовых автомобилях. Однако эффективность преднатяга в легковых автомобилях выше (малая шумность). Преднатяг должен быть таким, чтобы ведущая шестерня устанавливалась достаточно жестко и при этом не уменьшалась работоспособность подшипников [10] и не поднималась их температура [7].

4. В случае консольной установки ведущей шестерни жесткость конструкции можно повысить путем увеличения расстояния между подшипниками и размеров подшипника, располагающегося возле зубчатого венца. Расстояние между подшипниками должно превышать по меньшей мере в 2,5 раза расстояние между серединой зубчатого венца ведущей шестерни и средней точкой подшипника, располагающегося возле зубчатого венца (рис. 2.10).

5. Опоры, создаваемые при помощи конических подшипников, должны допускать регулировку осевого зазора в подшипниках для получения необходимого предварительного натяга [10]. Такая регулировка необходима, когда выбирается схема установки фиксирующий подшипник — плавающий подшипник, причем в качестве устанавливающего применяется либо двухрядный радиально-упорный подшипник, либо шариковый с двойным внутренним кольцом (см. рис. 2.14). Регулировка подшипника при установке не требуется, так как подшипник поставляется с необходимым зазором. Остается только поддерживать его в работоспособном состоянии. Однако следует обращать внимание на то, чтобы при затяжке гайки крепления не была превышена допустимая осевая сила, так как в противном случае зазор в подшипнике изменится.

В конструкции главной передачи в целях получения правильного пятна контакта зубчатых колес должна быть предусмотрена регулировка зазора в зацеплении (см. п. 2.17). Это условие должно выполняться независимо от схемы установки и типа применяемых подшипников.

На рис. 2.11—2.21 показаны разные конструкции опор ведущей конической или гипоидной шестерни главной передачи в случае ее консольного расположения:

опоры, образованной из двух конических подшипников (рис. 2.11—2.13); .

опоры, выполненной по схеме фиксирующий подшипник — плавающий подшипник (рис. 2.14—2.20), причем в качестве фиксирующего может быть использован двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник (рис. 2.14 и 2.15) или пара конических подшипников, устанавливаемых по схеме X (рис. 2.16) Ч

Очень надежная установка достигается тогда, когда радиальные и осевые силы воспринимаются раздельно, а именно: радиальные силы воспринимаются роликовым подшипником, а осевые — шариковым подшипником с двойным внутренним кольцом (рис. 2.17 и 2.18).

В некоторых случаях установки конической или гипоидной шестерни фиксирующую опору выполняют из двух шариковых ра-диально-упорных подшипников с двойным внутренним кольцом (рис. 2.19) или двух шариковых подшипников с канавкой для вкладывания шариков (рис. 2.20).

Подробнейшего рассмотрения заслуживает конструкция опоры, показанная на рис. 2.14, б, применявшаяся в 50-х годах в легковых автомобилях «Мерседес-Бенц 220». В этой конструкции осевая регулировка подшипника осуществляется с помощью регулировочной гайки. Наружное кольцо двухрядного шарикового радиально-упорного с двойным внутренним кольцом подшипника зафиксировано со стороны фланца с помощью крышки. В этой конструкции

Рис. 2.11. Консольная установка ведущей шестерни при применении конических подшипников, осевой зазор в которых регулируется с помощью кольца/и прокладок 3; осевая установка шестерен выполняется прокладками 2

Рис. 2.12. Консольная установка ведущей шестерни, при которой регулировка осевого зазора подшипников осуществляется с помощью массивной дистанционной втулки 1 и прокладок 3, а осевой установки шестерни — с -помощью прокладок 2

Рис. 2.13. Консольная установка ведущей шестерни, при которой регулировка осевого зазора подшипников проводится с помощью тонкостенной дистанционной втулки 7, расположенной в следующих местах:

а, б — между внутренними кольцами подшипников; в — между внутренним кольцом конического подшипника (со стороны фланца) и уступом вала ведущей шестерни. Регулировка осевой установки ведущей шестерни выполняется с помощью прокладок 2

Рис. 2.14. Консольная установка ведущей шестерни при применении различных опор:

а — опоры, образованной фиксирующим подшипником (шариковым двухрядным радиально-упорным) и плавающим (роликовым типа NU); б — опоры, состоящей из фиксирующего подшипника (двухрядного радиально-упорного шарикового с двойным внутренним кольцом) и плавающего (роликового типа N)

Рис. 2.15. Консольная установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (двухрядный шариковый радиально-упорный с двойным внутренним кольцом или роликовый типа NU) и плавающий подшипник (роликовый типа NJ). — Помещено с разрешения фирмы ФАГ (FAG)

Рис. 2.16. Консольная установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (два конических подшипника, расположенных по схеме X) и плавающий подшипник (роликовый типа N). Регулировка осевого зазора конических подшипников с помощью:

а — прокладок между крышкой и фланцем стакана; б — гайки, прижимающей внутреннее кольцо конического подшипника со стороны фланца карданного шарнира. — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Рис. 2.17. Консольная £установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (шариковый с двойным внутренним кольцом и роликовый типа NU) и плавающий подшипник (роликовый типа N). — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Рис. 2.18. Консольная установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (шариковый с двойным внутренним кольцом и роликовый типа N) и плавающий подшипник (роликовый типа NJ). — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Рис. 2.19. Консольная установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (два шариковых подшипника с двойным наружным кольцом) и плавающий подшипник (роликовый типа NU)

Рис. 2.20. Консольная установка ведущей шестерни на фиксирующий подшипник (пара шариковых радиально-упорных подшипников, расположенных по схеме 0) и плавающий подшипник (роликовый)

на точность расположения пятна контакта зубьев отрицательное действие оказывает различие в тепловом расширении шестерни и картера, так как поверхность, фиксирующая шестерню от смещения под действием осевых сил, находится в задней части картера. В связи с этим упомянутая конструкция была заменена в автомобиле «Мер-седес-Бенц 220» на конструкцию из двух пар конических подшипников, предварительный натяг которых регулировался посредством тонкостенной втулки, устанавливавшейся между внутренними кольцами этих подшипников (см. рис. 2.13, а).

В конструкции, показанной на рис. 2.21, радиальные и осевые силы воспринимаются раздельно, причем радиальные силы с помощью двух роликовых подшипников, а осевые — упорных шариковых. В этом случае внешняя нагрузка действует в том направлении, при котором радиальные и осевые силы направлены внутрь подшипника. Вследствие этого возникает желательный силовой поток, т. е. силы, действующие на тела качения, очень малы, а следовательно, малы сила трения, температура и изнашивание. Другими преимуществами этой конструкции являются высокая предельная скорость и большая несущая способность.

Рис. 2.21. Консольная установка ведущей шестерни на двух цилиндрических подшипниках (FAGN 316Е, FAG NJ 7313), воспринимающих. радиальные силы, и двух упорных шариковых подшипников (FAG 751218), воспринимающих осевые силы. Регулировка натяга подшипников производится посредством тонкостенной втулки, вставляемой между центровочными кольцами. — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Рис. 2,22. Двухопорная установка ведущей шестерни на двух конических подшипниках:

а — одинакового размера, располагаемых по схеме 0, и роликового подшипника типа N; б — разного размера, располагаемых по схеме 0, и роликового подшипника типа NJ. Регулировка осевого зазора в подшипниках осуществляется с помощью кольца 1 и прокладок 3, а продольной установки ведущей шестерни — с помощью прокладок 2

Рис. 2.23. Двухопорная установка ведущей шестерни на двух конических подшипниках, располагаемых по схеме X и роликового подшипника типа NJ. Регулировка осевого зазора в конических подшипниках осуществляется с помощью:

а — дистанционного кольца между наружными кольцами подшипников и регулировочной гайки; б — прокладок между крышкой и фланцем стакана.

Регулировка продольной установки шестерни проводится посредством прокладок между фланцем стакана и картером главной передачи — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Рис. 2.24. Двухопорная установка ведущей .шестерни на двухрядном коническом подшипнике и роликовом подшипнике типа N. Регулировка осевого зазора подшипника осуществляется с помощью дистанционного кольца 1 и прокладок 3, а продольной установки шестерни — с помощью прокладок 2

Рис. 2.25. Двухопорная установка ведущей шестерни на шариковом радиально-упориом подшипнике с двойным внутренним кольцом и роликовым подшипником типа NJ. Регулировка продольной установки ведущей шестерни выполняется с помощью прокладок, располагаемых между фланцем стакана и картером главной передачи. — Помещено с разрешения фирмы ФАГ

Как следует из представленных конструктивных примеров, в качестве плавающих подшипников применяют прежде всего роликовые подшипники. Предпочтение следует отдавать подшипникам узких серий, так как они менее чувствительны к отклонениям от соосности и к прогибам валов. Однако, когда действуют довольно большие силы, необходимо применять роликовые подшипники широких серий. Конструктивные примеры двухопорной установки ведущей шестерни показаны на рис. 2.22—2.25; в этих конструкциях внутренний подшипник является плавающим, а наружный — фиксирующим.