Примеры конструкций конической и гипоидной главных передач, соединяемых с планетарными колесными передачами в ступицах колес

Схемы наиболее распространенных конструкций планетарных передач, расположенных в ступицах колес, даны на рис. 2.80, а—г.

1. Планетарная колесная передача, основанная на кинематической схеме, показанной на рис. 2.80, а. В этих передачах водило жестко связано со ступицей, солнечная шестерня установлена на шлицах полуоси, а коронная шестерня внутреннего зацепления неподвижна. Во время вращения полуоси солнечная шестерня заставляет .сателлиты обкатываться по. внутреннему зубчатому венцу неподвижной коронной шестерни и таким образом поворачивать водило вместе со ступицей ведущего колеса вдогонку за полуосью, но значительно медленнее.

В рассматриваемой схеме (см. рис. 2.80, а) понижающее передаточное число передачи i = 1 + {с!а), что позволяет получить понижающее передаточное число больше 2,2; например в новых ведущих мостах грузовых автомобилей «Даймлер-Бенц» передаточное число планетарной колесной передачи (см. рис. 2.94) составляет 3,48 или 3,947. В тягаче «БелАЗ-548А», оборудованном планетарной колесной передачей (см. рис. 2.99), кинематическое передаточное число передачи равно 6.

Колесные передачи автомобилей фирмы «,Даймлер-Бенц». В 70-х годах фирма «Даймлер-Бенц» стала производить новые ведущие мосты с планетарными колесными передачами в ступицах колес, основанными на кинематической схеме, показанной на рис. 2.80, а. Результаты анализа [6 ], проведенного этой фирмой по распределению общего передаточного числа между конической и планетарной передачами, представлены на рис. 2.91. Изменения передаточного числа планетарной передачи от 3,0 до 4,5 при соблюдении требований по прочности сопровождаются изменением размеров ведомой шестерни конической передачи и ширины венца шестерен планетарной передачи.

Наиболее оптимальные размеры достигаются в случае преду-сматривания максимально возможного передаточного числа на ко

Рис. 2.91. Зависимость требуемых диаметра ведомой шестерни конической передачи и ширины венца сателлитов от передаточного числа главной передачи, равного 6: 1 — коронная шестерня (внутреннего зацепления); 2 — постоянное межосевое расстояние

нечной ступени, т. е. в планетарной передаче. На этом оснобаНО требование, чтобы передаточное число планетарной передачи принималось максимально большим, а конической передачи —по возможности малым. В результате можно иметь значительно меньшие размеры конической передачи, дифференциала и полуосей при почти неизменных больших размерах планетарной передачи. Таким образом, элементы центральной части моста могут быть выполнены минимальных размеров.

Конструктивное оформление планетарной колесной передачи по схеме, показанной на рис. 2.80, а, 'целесообразно с точки зрения установки сателлитов (при использовании пяти сателлитов) и расширения диапазона возможных передаточных чисел планетарной передачи до 4,0. Когда общее передаточное число ведущего моста быстроходного автобуса равно приблизительно 4,2, планетарная колесная передача может иметь передаточное число около 3,5, если не учитывать увеличения размеров ведущей конической шестерни, исключающего применение одинаковых подшипников. Это также полностью применимо к планетарным передачам с передаточными числами 3,947 и 3,48. Следовало бы попробовать применить в двухскоростной главной передаче, изготовляемой фирмой «Даймлер-Бенц» более 20 лет, центрально расположенную планетарную передачу с передаточным числом 3,48.

Первые опытные ведущие мосты 1966 года были изготовлены фирмой «Даймлер-Бенц» с диаметром ведомой конической шестерни около 280 мм при сохранении передаточного числа планетарной передачи 3,48, принятого в упомянутой двойной главной передаче. Ожидавшееся повышение мощности двигателей и массы автопоездов заставило прежде всего пересмотреть диаметр ведомой конической шестерни, определенный с учетом ранее предполагавшихся нагрузок; новый диаметр ведомой шестерни равен 300 мм.

Размеры деталей моста были определены по методу, разработанному П. Штрифлером [20, 21], обеспечивающему высокую прочность и надежность. В расчетной программе, разработанной для ЭВМ, кроме физико-математических зависимостей, были использованы также экспериментально определенные гистограммы нагрузок автомобилей, ранее серийно выпускавшихся фирмой «Даймлер-Бенц».

Нагрузочная способность конической передачи, выполненной в разных вариантах с диаметром ведомой шестерни 300 мм, представлена на рис. 2.92 в зависимости от передаточного числа и удельной мощности двигателя (кВт/т). Из рисунка следует, что передаточное отношение 29 : 17 при скорости по шоссе 85 км/ч для автомобиля, оснащенного двигателем мощностью 236 кВт с удельной мощностью 5,9 кВт/т и ведомой шестерней 300 мм, приемлемо [5]. Что касается конических главных передач, то при большой проектной частоте вращения остаются резервы по передаваемой мощности.

В процессе конструирования автомобилей среднего класса с большим дорожным просветом был принят диаметр ведомой конической шестерни 230 мм. Для повышения нагрузочной способности кониче-

ской шестерни передаточное число планетарной передачи было увеличено с 3,48 до 3,947.

На рис. 2.93 приведен диапазон скоростей, которые могут быть достигнуты с помощью конической и планетарной передач. Практически все требуемые в настоящее время для грузового автомобиля скорости (50—120 км/ч) возможны при использовании передаточных чисел, различающихся по величине на 10—16 %.

Рис. 2.93. Скорости автомобиля при разных передаточных числах конической главной передачи и планетарной колесной передачи и частоте вращения вала двигателя около 2500 об/мин:

/ — передаточное число планетарной колесной передачи 3,4 8; 2 — передаточное число планетарной колесной передачи 3,947

На рис. 2.94 представлен задний ведущий мост HL7, причем показан общий вид моста, главная передача и планетарная передача в ступице колеса. В связи с большим передаточным числом планетарной передачи конические сателлиты в дифференциале вращаются значительно быстрее, чем в обычной конструкции, вследствие чего дифференциал необходимо принудительно смазывать. При проектировании опор конической передачи предусмотрена возможность установки пары шестерен с другим передаточным отношением для увеличения скорости автомобиля, если это потребуется. Блокировка дифференциала^% осуществляется специально сконструированным узлом. Расстояние между подшипниками дифференциала значительно больше диаметра ведомой шестерни, поэтому изменение зазора в подшипниках должно незначительно повлиять на положение пятна контакта в конической передаче.

При рациональном использовании пространства в ступицах колес можно спроектировать колесную передачу с пятью сателлитами. Распределение нагрузки между несколькими зубьями позволяет выполнить сателлиты узкими (31 или 41 мм) и предусмотреть простую регулировку пятна контакта. Кроме того, можно уменьшить длину пальцев сателлитов, что желательно в целях повышения изгибной прочности.

Фирма «Даймлер-Бенц» в течение многих лет изготовляет двойную главную передачу с планетарной передачей в средней части (см. рис. 2.115). В этой конструкции использован опыт применения планетарной передачи с пятью сателлитами. Крутящий момент подводится к планетарной передаче от солнечной шестерни, установленной с натягом на полуоси, а снимается с водила и его ступицы колоколообразной формы. Водило через ступицу жестко связано со ступицей ведущего колеса автомобиля. Коронная шестерня внутреннего зацепления прикреплена к фланцу картера ведущего моста. Венец коронной шестерни относительно шлицевого соединения сту-

Рис. 2.95. Планетарная колесная передача фирмы «Цанрадфабрик пассау»:

а — продольный разрез; б — общий вид; 1 — коронная шестерня; 2 — солнечная шестерня; 3 — сателлит

пицы ведущего колеса установлен с таким большим зазором, что коронная шестерня может самостоятельно центрироваться. Аналогичным образом солнечная шестерня центрируется в сателлитах.

Колесная передача фирмы «Цанрадфабрик пассау». На рис. 2.95 показана планетарная колесная передача, встроенная в ступицу колеса и выполненная по кинематической схеме рис. 2.80, а. В этой конструкции колесная передача имеет только три сателлита и сменные конические подшипники.

Колесная передача фирмы «Кларк иквипмент». Планетарная колесная передача, встроенная в ступицу колеса и снабженная тремя сателлитами, представлена на рис. 2.96. В настоящее время эта фирма изготовляет ведущие мосты с планетарными колесными передачами в ступицах колес для грузовых автомобилей и строительных машин грузоподъемностью от 2,95 до 81,5 т.

Колесная передача фирмы «Итон». На рис. 2.97 представлена планетарная колесная передача, применяемая в автобусах «Лей-ланд».

Рис. 2.96. Планетарная колесная передача грузового автомобиля фирмы «Кларк иквипмент»

Колесная передача фирмы ФИАТ. В заднем ведущем мосту автобуса «Фиат-412» применена планетарная колесная передача (рис. 2.98) с числом зубьев ведомой шестерни с = 54 и числом зубьев солнечной шестерни а = 18. Передаточное число планетарной передачи i = 1-+ (с/а) = 1 + (54/18) = 4. Так как в конической передаче использованы шестерни с числом зубьев 20 и 37 (см. рис. 2.56), то общее передаточное число моста i_g = 4 (37/20) = 7,4.

Колесная передача автомобилей БелАЗ-548А [2*]. Солнечная шестерня 8 (рис. 2.99) установлена на полуоси 38 и находится в зацеплении с тремя сателлитами 9. Сателлиты крепятся на водиле каждый на двух роликовых подшипниках 12. От осевого перемещения подшипники фиксируются стопорными кольцами 14. Подшипники, расположенные на осях 10, фиксируются крышкой 6. Сателлиты входят в зацепление с коронной шестерней 15. Эта шестерня, имеющая внутреннее зацепление, с помощью болтов и штифтов присоединена к корпусу 47, установленному на шлицах кожуха полуоси. Водило прикреплено болтами к ступице 19 колеса и вращается вместе с нею. Крутящий момент передается от солнечной шестерни к сателлитам. Сателлиты при вращении солнечной шестерни обкатываются по неподвижной коронной шестерне и заставляют вращаться водило, а так как оно жестко связано со ступицей, то начинает вращаться и ступица колеса. Осевое перемещение полуоси ограни-

Рис. 2.97. Планетарная колесная передача фирмы «Итон» в ступицах ведущих колес автобуса «Лейланд»

чивается упором, запрессованным в крышку 6. Подшипники 18 ступицы регулируют с помощью гайки 77, которая стопорится кольцом 48, шайбой 16 и гайкой 49. Внутренние объемы колесной передачи и главной передачи разделены сальниками 34.

Колесные передачи автомобилей БелАЗ-540 и БелАЗ-540А незначительно отличаются от описанных выше. Колесная передача тягача БелАЗ-531 полностью унифицирована с передачей автомобиля БелАЗ-548А. Привод заднего колеса, спроектированный с применением планетарной колесной передачи, представлен на рис. 2.100. Для опоры колеса принята схема фиксирующий подшипник (бочкообразный сферический) — плавающий подшипник (роликовый), причем первый из них установлен на ступице коронной шестерни, а другой— на втулке полуоси. В качестве опоры сателлитов использованы роликовые цилиндрические подшипники без внутреннего кольца. Ступица солнечной шестерни установлена на шлицах полуоси и по ним сцентрована так же, как шариковый подшипник единственной опоры полуоси.

Колесная передача автомобиля «Магирус-дойц». В предыдущих конструкциях планетарная колесная передача была встроена в ступицу колеса с наружной стороны. Первоначально в грузовом автомобиле «Магирус-дойц AHDE-K» планетарная колесная передача размещалась с внутренней стороны колеса (рис. 2.101). Установка

Рис. 2.98. Планетарная колесная передача в заднем ведущем мосту автомобиля «Фиат-412» [33*]:

1 — дистанционная втулка; 2 — устанавливающая пластина; 3 — шлицевая ступица коронной шестерни; 4 — кольцо солнечной шестерни; 5 — коронная шестерня (внутреннего зацепления); 6 — водило; 7 — крышка; 8 — установочный болт; 9 — солнечная шестерня; 10 — ось сателлитов; 11 — сателлит; 12 — игольчатый подшипник; 13 — гайка

такой передачи более трудоемкая по сравнению с установкой наружной колесной передачи. Конструкция не позволяет пропускать внутреннюю полуось с наружной стороны, кроме того, съем полуоси (например, в случае поломки) более затруднен, чем в предыдущих конструкциях. В целом устройство менее компактное, чем применяемое в современном автомобиле «Магирус-дойц A HD -К».

'2. Колесная передача, основанная на кинематической схеме, доказанной на рис. 2.80, б. В конструкции, изображенной на рис. 2.102, планетарная колесная передача встроена снаружи. Солнечная шестерня 1 планетарной передачи жестко закреплена на полом шипе, приваренном к втулке полуоси. Водило планетарной передачи жестко связано со ступицей, а коронная шестерня внутреннего зацепления выполнена на кованом конце полуоси. В этой конструкции вращаются водило с сателлитами 2 и коронная шестерня, а солнечная шестерня закреплена жестко. Конструкция отличается компактностью, особенно по диаметру. Недостатком такой конструкции является возможность применения передаточных чисел- 2,0, а фактически до 1,8.

В конструкции, показанной на рис. 2.103, сателлиты установлены на двух игольчатых подшипниках, что обеспечивает высокую прочность опоры. Чтобы игольчатые подшипники не заклинивались, два боковых жестко закрепленных диска предотвращают осевое смещение

Рис. 2.99. Планетарная передача автомобиля «БелАЗ-548А» [2*]:

1 — ведущее колесо; 2 — прижим; 3 — уплотнительный шнур; 4 — направляющий диск; 5 — водило; 6 и 45 — крышки, 7, 14 и 22 — стопорные кольца; 8 — ведущая шестерня планетарной передачи; 9 — сателлит планетарной передачи; 10 — ось сателлита; 11 — уплотни-те^ьное кольцо; 12 — роликовый подшипник; 13 и 36 — пробки; 15 — коронная шестерня; 16 и 29 — установочные шайбы; 17 и 30 — гайки; 18 — конический подшипник; 19 — ступица; 20 — тормозной барабан; 21 — вентиляционное отверстие; 23 — разжимной кулак; 24 — вал разжимного кулака; 25 и 40 — масленки; 26 — стяжные пружины тормозных колодок; 27 — регулировочное зубчатое колесо; 28 — рычаг; 31 — сапун; 32 — втулка полуоси; 33 — направляющая шпонка; 34 и 44 — сальники; 35 — шестерня главной передачи; 37 — картер заднего моста; 38 — полуось; 39 — ступица тормоза; 41 — тормозные колодки; 42 — ось тормозных колодок; 43 — стопорный болт; 46 — распорное кольцо; 47 — картер главной передачи; 48 — предохранительное кольцо; 49 — стопорная гайка; 50 — шпонка крепления колеса

Рис. 2.100. Заднее ведущее колесо грузового автомобиля с встроенными планетарными колесными передачами; колесо опирается на фиксирующий подшипник (бочкообразный сферический) и плавающий (шариковый типа NU). — Помещено с разрешения фирмы ФАГ [25]

сателлитов. Наименьшая ширина зубчатого венца равна 40 мм. В качестве опоры ступицы сдвоенных ведущих колес служат два конических подшипника 2 и 3, регулируемые с помощью двух гаек через солнечную шестерню планетарной передачи.

3. Субпланетарная колесная передача, основанная на кинематической схеме, показанной на рис. 2.80, е. Совершенно своеобразную конструкцию, спроектированную по этой кинематической

Рис. 2.101. Планетарная колесная передача грузового автомобиля «Магирус-дойц» AHDE-K, встроенная изнутри:

1 — наружная полуось; 2 — коронная шестерня; 3 — солнечная шестерня; 4 — внутренняя полуось; 5 — сателлит

Рис. 2.102. Планетарная колесная передача грузового автомобиля «Магирус-дойц»

AHDK:

1 — солнечная шестерня; 2 — сателлит; 3 — полуось

Рис.103. Конструкция заднего ведущего колеса с планетарной передачей, встроенной в ступицу колеса:

1'— два игольчатых подшипника фирмы «Дюркоп» К 20 X 28 X 20 (внутренний диаметр 20Л5, наружный диаметр 28G6); 2 — конический подшипник 30216 (внутренний диаметр 80Л6, наружный диаметр 140N7); 3 — конический подшипник 32215 (внутренний диаметр 75/гб, наружный диаметр 130N7). — Помещено с разрешения фирмы «Дюркоп» [23]

Рис. 2.104. Планетарная колесная передача, встроенная изнутри в аупипу переднего ведущего колеса автомобиля BPW [7*]

схеме, имеет субпланетарная передача, встроенная в ступицу переднего ведущего колеса с внутренней стороны (рис. 2.104). Сателлиты установлены между цапфо'й и внутренним корпусом сдвоенного кардана, солнечная шестерня закреплена на валу шарнира, а коронная шестерня присоединена болтами к фланцу ступицы. В этой конструкции вращаются солнечная шестерня и большая коронная шестерня, а водило неподвижно. Конструкция допускает применение дисковых колес малого диаметра и с малым количеством болтов. В колесах имеется хороший доступ к тормозным механизмам после снятия тормозного барабана, что упрощает замену накладок и устранения неполадок в работе рабочего тормозного цилиндра. -Доступ к планетарной передаче возможен только после снятия тормозного цилиндра и отделения тормозных колодок.

Высокое передаточное число можно получить в случае применения в ведущих колесах двойной субпланетарной передачи (рис. 2.105). В этой конструкции ступица резделена на две части, а между ними установлена планетарная передача. Водило субпланетарной передачи с внешней стороны выполнено в виде короткой полой цапфы, а с внутренней стороны прикреплено болтами к фланцу картера моста с помощью промежуточного элемента, используемого для установки внутреннего конического подшипника В представленной конструкции солнечная шестерня и коронная шестерня с внутренним зацеплением вращаются, а водило с сателлитами закреплено неподвижно. Тормозные механизмы становятся доступными после снятия тормозного барабана, а демонтаж планетарной передачи возможен после отвинчивания болтов сдвоенной ступицы. Подшипники ступицы устанавливаются обычным способом.

4. Планетарная колесная передача, основанная на кинематической схеме, показанной на рис. 2.80, г. Необычной является

конструкция планетарной колесной передачи (рис. 2.106), выполненной в виде обычного дифференциала, встроенного в ступицу ведущего колеса таким образом, что наружная шестерня располагается на шлицах полуоси, ось сателлитов (водило) связана со ступицей ведущего колеса, а осевое смещение внутренней шестерни устранено в результате установки ее на конце картера ведущего моста. При вращении полуоси наружная шестерня -приводит в движение сателлиты, заставляя их обкатываться по коническому венцу внутренней шестерни. Таким образом саттелиты вращают водило вместе со ступицей ведущего колеса вслед за полуосью, но в 2 раза медленнее, так как кинематическое передаточное число передачи равно 2.

Для размещения конической колесной передачи требуется небольшое пространство, причем по сравнению с цилиндрическими планетарными передачами гораздо проще решается вопрос опоры ступицы ведущего колеса. Конические передачи дешевле, но не позво-

Рис. 2.105. Колесная планетарная передача с двойными сателлитами, встроенная снаружи в ступицу ведущего колеса автомобиля BPW [7*]

Рис. 2.106. Заднее ведущее колесо грузового автомобиля с планетарной колесной передачей в виде конического дифференциала. Ступица колеса установлена на фиксирующий подшипник (двухрядный шариковый радиально-упорный) и плавающий (роликовый) фирмы СКФ. Для установки дифференциала использованы радиальные и упорные игольчатые подшипники фирмы IN А. - Помещено с разрешения фирмы СКФ

ляют получить понижающее передаточное число более 2, что часто оказывается недостаточным.

В конструкции в качестве опоры ступицы колеса приняты двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник и роликовый подшипник типа NJ. Для установки сателлитов на осяк применены роликовые подшипники, а для восприятия осевых сил между наружной шестерней и корпусом передачи — упорный игольчатый подшипник с кольцом.

В конструкции, показанной на рис. 2.107, шестерни дифференциала установлены на конических роликоподшипниках, а сателлиты — на игольчатых подшипниках без наружных колец. Другое расположение сателлитов предусмотрено в конической колесной передаче грузового автомобиля «Фоден» (рис. 2.108): на конических и игольчатых подшипниках.

Рис. 2.107. Заднее ведущее колесо грузового автомобиля большой грузоподъемности с встроенной планетарной передачей в виде конического дифференциала. Для установки корпуса дифференциала использованы два конических подшипника, расположенных по схеме X. В качестве опоры сателлитов применен игольчатый подшипник фирмы «На-делла» (Nadella) [28]

Рис. 2.108. .Коническая колесная планетарная передача грузового автомобиля «Фоден» с полной массой 32 т

Специальные конструкции двухступенчатой разнесенной передачи моста

В жестком переднем ведущем мосту грузового автомобиля «Мак» применена оригинальная передача, состоящая из конических зубчатых колес с круговыми зубьями, встроенная в поворотный кулак и участвующая в передаче крутящего момента от полуоси к ступице управляемого колеса (рис. 2.109). Оси вращения промежуточных конических шестерен колесной передачи являются одновременно осью вращения колесной передачи в целом, в связи с чем необходимость в каких-либо шарнирах отпадает.

Рис. 2.109 Коническая колесная передача в приводе управляемого колеса автомобиля «Мак»:

1 — ведомая коническая шестерня; 2 — цапфа; 3 — ступица; 4 промежуточная верхняя шестерня; 5 — полуось; 6 — ведущая коническая шестерня; 7 — промежуточная нижняя шестерня