30.03.2023.                                          Группа: 511.

                                         Предмет: Устройство и эксплуатация автомобилей.                                      

              Раздаточные коробки, их назначение, устройство и
            работа. Карданные передачи.

    Раздаточная коробка устанавливается практически на все автомобили с полным приводом или на автомобили с каким-либо дополнительным оборудованием, требующем отдельный привод, и по принципу действия в первую очередь предназначена для разделение крутящего момента по осям автомобиля, отсюда и название - раздаточная коробка. Впервые раздаточная коробка была применена в начале прошлого века на легковых автомобилях, которые были предназначены для участия в гонках по бездорожью. После применения раздаточной коробки в полноприводных грузовых автомобилях интерес у производителей и конечных потребителей к нему возрос. Хоть основной функцией данного узла и является распределение крутящего момента, у большинства его модификаций есть и дополнительная функция в виде увеличения передаточного числа. Данная функция позволяет увеличить тяговые характеристики автомобиля, тем самым повышает проходимость транспортного средства, что очень полезно при передвижении по бездорожью. Кроме того, разда­точная коробка может выполнять функцию дополнительной коробки передач, увеличивая общее передаточное число трансмиссии.
    Основные функций раздаточной коробки можно выделить:
   - Распределение крутящего момента по ведущим мостам, для обеспечения проходимости транспортного средства по бездорожью, максимально понижая циркуляционную мощность.
   - Повышение крутящего момента на ведущих мостах для снижения сопротивления качению колес, при эксплуатации автомобиля по бездорожью.
   - Обеспечение устойчивого движения транспортного средства на малой скорости при работе силового агрегата на максимальных мощностях.
    Обычно раздаточная коробка крепится на лонжеронах автомобиля с помощью кронштейнов с подушками (буферами), функцией которых является гашение вибрационных нагрузок, но на разных автомобилях схема расположения раздаточной коробки может иметь разные варианты.
    Раздаточная коробка в зависимости от модели может иметь разное устройство, но так как принцип работы раздаточной коробки вне зависимости от модели практически одинаков, то и её устройство имеет общие основные элементы:
   - ведущий вал;
   - механизм для блокировки межосевого дифференциала;
   - цепная или зубчатая передача для передачи крутящего момента на приводной вал передней оси;
   - межосевой дифференциал;
   - вал привода задней оси;
   - понижающая передача;
   - приводной вал передней оси.
    Все данные элементы постоянно смазываются при помощи трансмиссионного масла, которое находится в корпусе раздаточной коробки, тем самым обеспечивая смазку всех внутренних элементов.
    Основные типы раздаточных коробок:
   1. По расположению валов привода ведущих мостов:
   - с соосными валами (приводящий вал с коробки передач соосен с валом привода заднего моста). Этот тип широко распространен благодаря своей простой конструкции;
   - с несоосными валами (приводящий вал КПП не соосен с валом привода заднего моста). Данный вид отличается высоким КПД, компактными габаритами и с точки зрения акустических параметров (не самые маловажные параметры) выглядит гораздо привлекательнее своих собратьев.
   2. По приводу ведущих мостов:
   - с механизмом блокирования привода ведущих мостов. Этот тип позволяет использовать максимально тяговую силу автомобиля без пробуксовки колес. Но у данного вида есть некоторые минусы – это повышение потребляемого автомобилем топлива, повышение износа шин и увеличение нагрузки на элементы трансмиссии;
   - с дифференциальным приводом. Данный тип коробок отличается наличием межосевого дифференциала, который дает возможность вращать ведущие валы с разными скоростями. Из минусов – понижение проходимости автомобиля. Для увеличения тяговых характеристик межосевые дифференциалы изготавливаются с элементом принудительной блокировки.
   3. По числу передач различают -одно, -двух и трехступенчатые коробки. Большей популярностью раздаточные коробки с двухступенчатой передачей.
    Режим работы раздаточной коробки в зависимости от конструктивных особенностей может подразделяться на несколько видов:
   - межосевой дифференциал заблокирован и оба ведущих моста работают;
   - дифференциал автоматически заблокирован и оба ведущих моста в работе;
   - оба ведущих моста получают крутящий момент (как у автомобиля Нива);
   - работает только задний мост;
   - оба моста в работе на понижающей передаче, дифференциал заблокирован. В данном режиме у автомобиля самая высокая проходимость.
    Переключение раздаточной коробки от одного режима работы к другому происходит при помощи рычага (на старых поколениях автомобилей с полным приводом) и с помощью кнопок. Само переключение может осуществляться механическим, электрическим, пневматическим и даже с гидравлическим приводом.
    Раздаточная коробка состоит из корпуса (картера), крышки с механизмом переключения, ведущего вала, промежуточного вала, ведомого вала, вала привода переднего моста, ведущей, ведомой и промежуточной шестерен, зубчатой муфты включения переднего моста, подшипников валов, промежуточной и ведомой шестерен понижающей передачи (при наличии понижающей передачи).
    От ведомого вала коробки передач крутящий момент передается на ведущий вал раздаточной коробки, от ведущего вала РК через пару шестерен на промежу­точный вал. Далее через пару шестерен прямой или понижающей передачи (в зависимости от того, какая из них включена) - на ведомый вал раздаточной коробки. От ведомого вала РК через карданную передачу крутящий момент передается на механизм ведущего моста. При включении переднего моста зубчатая муфта перемещается и жестко соединяет ведомый вал с валом привода переднего моста. Крутящий момент в этом случае распределя­ется между ведущими мостами автомобиля. Механизм переключения раздаточной коробки, расположенный в крышке корпуса, устроен и действует так же, как и механизм переключе­ния коробки передач. Шестерни и валы смазываются, находясь в масляной ванне. В конструкции некоторых автомобильных коробок передач применяется принудительная система смазывания КП.
    Принцип работы раздаточной коробки во многом зависит от его конструкции и выглядит примерно таким образом: коробка передач передает крутящий момент на ведущий вал раздаточной коробки (иногда между коробкой передач и раздаточной коробкой стоит ретардер), который в свою очередь передает момент на межосевой дифференциал.
    Межосевой дифференциал распределяет крутящий момент между валом привода задней оси и валом привода передней оси (он также имеет важную функцию – он дает возможность вращаться осям с разной угловой скоростью). Дальше в зависимости от режима работы раздаточной коробки крутящий момент передается либо на оба моста, либо только на один. Здесь также важным элементом является механизм блокировки межосевого дифференциала, в задачи которого входит полное или частичное отключение межосевого дифференциала. Данная функция обеспечивает жесткое сцепление и, соответственно, одинаковую скорость вращения валов привода переднего и заднего моста.

                Карданные передачи.
    Карданной передачей автомобиля называется механизм, осуществляющий передачу крутящего момента между валами, которые пересекаются в центральной части карданной передачи автомобиля и отличаются возможностью взаимного углового перемещения. Активно применяется в разных сферах человеческой деятельности в случаях, когда со­ос­ность вращающихся элементов очень трудно обеспечить. Аналогичные функции способна также осуществлять зубчатая муфта. Как правило, карданная передача автомобиля используется в автомобильной транс­мис­сии, а также рулевом управлении.
    Карданная передача автомобиля может обеспечить соединение следующим эле­мен­там трансмиссии:
   - Силовому агрегату и КПП;
   - КПП и раздаточной коробке;
   - КПП и главной передаче;
   - Главной передаче и раздаточной коробке;
   - Ведущим колесам и дифференциалу.
    Карданный вал в автомобиле предназначен для передачи крутящего момента от КПП к ведущим мостам в случае полноприводной или классической компоновки. Также при­ме­ня­ет­ся в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого исполнительного ме­ха­низ­ма и рулевого вала.
    На автотранспорте применяется несколько видов этих шарниров:
   - Равных угловых скоростей;
   - Неравных;
   - Упругий полукарданный.
    Первый вариант – Шарниры Равных Угловых Скоростей используются только на машинах с передачей вращения на передние колеса.
    Что касается заднеприводных и полноприводных моделей, то в их конструкции могут устанавливаться одновременно все перечисленные виды. К примеру, на обычных автомобилях с приводом на заднюю ось устанавливается один шарнир неравных угловых скоростей, и один – полукарданный. А вот на кроссоверах со всеми приводными колесами и с поперечным положением мотора есть все виды шарниров – на передке используются ШРУСы, а сзади – два других вида.
    Валы с узлами неравных угловых скоростей имеют обозначение «карданная передача» (или просто – кардан). Как уже отмечено, устанавливается она на машинах с задним и полным приводом.
    Карданная передача автомобиля отличается одним значительным минусом – не­синх­рон­ность валовых вращений (один из валов имеет равномерное вращение, другой – нет). Вращения начинают увеличиваться, если угол между ними возрастает. Это исключает возможность использования карданной передачи автомобиля в некоторых устройствах, например, в трансмиссии автомобилей с передним приводом (где основная проблема заключается в передаче крутящего момента на поворотные автомобильные колеса). По большому счету данный недостаток может быть скомпенсирован применением на одном валу парных шарниров, которые находятся в повернутом на четверть оборота положении относительно друг друга. Однако там, где необходима синхронность, как правило, применяется ШРУС (шарнир равных угловых скоростей) – более сложная, но более совершенная конструкция аналогичного назначения.
    По своей компоновке карданные передачи автомобиля подразделяются на закрытые и открытые.
    Закрытый вариант карданной передачи автомобиля располагается внутри трубы, которая, в свою очередь, может восприниматься составляющей подвески автомобиля. В карданной передаче автомобиля данного типа используется только один шарнир, а неравномерное вращение карданного вала компенсируется за счет его упругости. Существуют конструкции, где функцию карданного вала осуществляет торсион (небольшой упругий вал); карданные шарниры здесь отсутствуют.
    Открытый вариант карданной передачи автомобиля не располагает трубой, а реактивный момент воспринимается реактивными тягами или рессорами. В состав карданной передачи автомобиля должно входить не меньше двух шарниров, а также компенсирующее звено, так как дистанция между соединенными агрегатами во время движения изменяется. На автомобилях с длинной колесной базой используют карданную передачу автомобиля, которая состоит из двух валов. За счет этого исключается возможность совпадения максимальной угловой скорости вала с приемлемой. Уменьшение длины вала увеличивает его критическую частоту вращения, которая как минимум в 1.5 раза должна превышать максимально возможную во время эксплуатации. Конструкция карданной передачи автомобиля, оснащенной двумя валами, требует использование промежуточной опоры одного из двух валов, подшипник которой установлен на кузове или раме в эластичном кольце для компенсации осевого перемещения двигателя. 
    Карданная передача представляет собой ведущий и ведомый валы, которые соединены гибким шарниром. Гибкое шарнирное соединение позволяет беспрепятственно передавать вращение при некотором изменении угла между двумя валами. По типу шарнирного соединения существуют две разновидности карданных передач:
   - устаревшие шарниры неравных угловых скоростей;
   - более современные шарниры равных угловых скоростей.
    Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерность вращения. При изменении угла положения ведущего вала относительно ведомого, последний в определенных точках ускоряется или замедляется, то есть возрастает или снижается угловая скорость. Причем с увеличением угла скорость опережения или отставания ведомого вала от ведущего повышается, поэтому такая передача вращения носит циклический характер. Значительный угол (более 20 град.) между валами повышает нагрузку на составные элементы шарнира, что может привести к поломке.
    Принцип работы карданного шарнира можно рассмотреть на примере, когда ведущий вал расположен строго горизонтально, а ведомый – под углом вниз (стандартное положение кардана). Начальное положение внутренней вилки шарнира – тоже горизонтальное. При передаче вращения из-за положения под углом, часть вилки, идущая вниз ускоряется относительно ведущего вала. Максимальное опережение достигается в нижней точке.
    Одновременно, часть вилки ведомого вала, при вращении начавшая движение вверх, замедляется и отстает по скорости вращения от ведущего. Максимальное отставание – в самой верхней точке. Из-за этих особенностей работы шарнира неравных угловых скоростей, вращение передается неравномерно.
    Для снижения неравномерности скоростей вращения и нагрузки в конструкции карданной передачи применяется по два шарнира – на концах пустотелого вала. Причем для максимального сглаживания внутренние вилки расположены в одной плоскости.
За счет использования двух шарниров уменьшаются углы положения валов и, соответственно, и неравномерность скоростей вращения.
    Из-за неравномерности вращения между валами карданная передача не используется в конструкции трансмиссии переднеприводных автомобилей. На таких моделях шарнир неравных угловых скоростей заменен на ШРУС, у которого передача осуществляется равномерно независимо от угла между валами.
    К достоинствам карданной передачи относятся:
   - Работа со значительными крутящими моментами.
   - Возможность соединения узлов трансмиссии, установленных на больших расстояниях между собой.
   - Реализация полного привода на авто.
   - Простота конструкции.
   - Устойчивость к нагрузкам.
    Но вместе с тем, кардан повышает металлоемкость трансмиссии и требует значительного пространства для установки, что сказывается на полезном объеме салона.
    Карданы с шарнирами неравных угловых скоростей не требуют технического обслуживания и при этом обладают значительным ресурсом Несмотря на использование в конструкции подшипников, в процессе эксплуатации проводить их смазку не нужно, поскольку сам шарнир – необслуживаемый, а заложенного производителем смазочного материала хватает на весь срок службы.
    Кардан является неремонтируемым узлом. При изгибе кардан требует полной замены. Обусловлено это тем, что при изготовлении узел балансируется. Изгибы же приводят к разбалансировке, что повышает вибрации и нагрузки в КПП и главной передаче и ускоряет износ шарниров.
    Шарниры также не ремонтируются, поэтому при появлении повышенной вибрации со стороны кардана, сторонних звуков (хрустов, щелчков) выполняется замена составных элементов шарнира. Обычно замене подлежат крестовина и ее подшипники, но при сильной выработке проушин меняется узел в сборе.
    По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.
    Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи:
    Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым. Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры.
    Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.
    О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:
   - износ карданных шарниров;
   - деформация карданных валов;
   - повреждение или износ сальников;
   - повреждение защитного чехла шарнира;
   - износ подшипников;
   - ослабление соединительных механизмов.
    Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.

          Тема: Раздаточные коробки, их назначение, устройство и работа. Карданные
                     передачи.
          Изучить: - назначение раздаточных коробок на автомобилях;
                          - основные функции и типы раздаточных коробок;
                          - устройство раздаточных коробок;
                          - работы раздаточных коробок;
                          - назначение и виды карданных передач;
                          - устройство карданных передач с шарнирами неравных угловых
                             скоростей  и равных угловых скоростей;
                          - работа карданных передач;
                          - эксплуатация и возможные неисправности карданных передач.

         Источник: Устройство и эксплуатация автотранспортных средств., Интернет издания.