Какие полуоси называют полуразгруженными и полностью разгруженными

Разгруженные и полуразгруженные полуоси

Мосты по конструкции полуосей подразделяются на две категории:
1. Мосты с полуразгруженными полуосями;
2. Мосты с разгруженными полуосями.

Полуразгруженные полуоси
В схеме с полуразгруженной полуосью, полуось передает и крутящий момент и воспринимает поперечные нагрузки и вес автомобиля.
Применяется обычно на легковых автомобилях, где нагрузка на ось невелика.
Плюсы:
более простая конструкция;
меньший вес
Минусы:
меньшая нагрузочная способность;
при поломке полуоси, колесо просто отделяется от автомобиля, со всеми вытекающими последствиями

Разгруженные полуоси

В схеме с разгруженной полуосью, полуось передает только крутящий момент и не воспринимает поперечные нагрузки и вес автомобиля.
Применяется обычно на грузовиках, где нагрузка на ось велика.
Плюсы:
большая нагрузочная способность;
при поломке полуоси ее можно просто вынуть (если это полноприводный автомобиль — можно продолжить движение на одном мосту)

8. Полуоси

Передача крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам в зависимости от типа подвески колес осуществляется с помощью цельных валов – полуосей или карданных передач. Полуоси применяют в приводе неуправляемых ведущих колес.

В зависимости от конструкции внешней опоры полуоси в балке моста и, следовательно, от испытываемых нагрузок, полуоси делят на полуразгруженные, разгруженные на ¾ и полностью разгруженные.

Конструкция полуосей должна обеспечивать:

отсутствие пульсации крутящего момента и частоты вращения при полном ходе колеса, допускаемого подвеской автомобиля;

предохранение механизмов ведущего моста от поломок при возникновении пиковых нагрузок, независимо от их происхождения;

выполнение общих требований.

Пульсация возникает при вращении полуосей с колебаниями. При этом изменяется соот­ношение между моментами и угловыми скоростями на левом и правом колесах, что отрицательно сказывается как на экс­плуатационных свойствах автомобиля, так и на долговечности агрегатов трансмиссии. Одним из способов предотвращения пульсации является изго­товление полуосей с необходимой жесткостью, определяемой уг­лом закручивания.

В эксплуатации при чрез­мерно больших динамических нагрузках могут возникнуть случаи, когда неизбежна поломка деталей механизмов ведущего моста. Полуось как легко и просто заменяемая деталь должна быть наи­более слабым звеном в системе механизмов привода к ведущим колесам автомобиля. Следовательно, при возникновении пиковых нагрузок полуось должна первой выходить из строя.

Выполнение этих требований до­стигается соответствующими конструктивными и технологичес­кими мероприятиями, в ходе которых определяются размеры по­луосей, материал, термообработка и др.

8.2. Нагрузки, воспринимаемые полуосями

Полуразгруженная полуось в качестве внешней опоры имеет один шариковый или конический роликоподшипник, установленный между полуосью и балкой моста.

Полуразгруженные полуоси воспринимают все силы, действующие на колесо: нормальную реакцию опорной поверхности , возникающую от нагрузки; продольную реакцию(– в тяговом режиме,– в тормозном); боковую реакцию, возникающую при заносе и повороте; изгибающие моменты от всех перечисленных сил и, кроме того, передают крутящий момент на ведущее колесо. Полуразгру­женные полуоси имеют наиболее простую конструкцию и поэтому применяются в задних мостах легковых автомобилей и грузовых малой грузоподъемности.

Разгруженная на ¾ полуось в качестве внешней опоры имеет один подшипник, установленный между ступицей колеса и балкой моста (кожухом полуоси).

При этом изгибающие моменты от действующих сил воспринимаются одновременно и полуосью и балкой моста. Доля нагрузок, приходящаяся на полуось, зависит от конструкции подшипника и его жесткости. Боковая реакциянагружает подшипник моментом, который вызывает его перекос и резко снижает срок его службы. Вследствие указанного недостатка полуоси такого типа имеют ограниченное применение.

Полностью разгруженные полуоси применяют в ведущих мостах автобусов и грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности. В качестве внешней опоры такая полуось имеет два роликовых или радиально-упорных шарикоподшипника, установленных между балкой моста (кожухом полуоси) и ступицей колеса.

Полностью разгруженная полуось теоретически нагружается только передаваемым крутящим моментом, либо тормозным (при торможении центральным трансмиссионным тормозом).

Однако вследствие деформации балки моста, неточности установки полуоси возможно возникновение деформации изгиба (σ ≈ 5  70 МПа).

Устройство автомобилей

Крутящий момент из средней части ведущего моста, где расположены главная передача и дифференциал, должен передаваться на некоторое расстояние, зависящее от ширины автомобиля и его колеи, к ведущим колесам. Эту функцию выполняют валы ведущих колес, которые обычно называют полуосями.

На ведущее колесо автомобиля действуют следующие силы:
— реакция R_z дороги, зависящая от веса автомобиля, приходящаяся на колесо;
— сила тяги R_x или тормозная сила R_t;
— боковая сила R_y, возникающая при повороте и заносе автомобиля или на косогоре. Все эти силы создают изгибающие моменты, которые могут существенно нагружать полуоси.
В зависимости от типа автомобиля и его назначения установка полуосей в картере моста осуществляется различными способами, от которых зависит степень разгруженности полуоси, т. е. ее защищенность от воздействия изгибающих моментов.

Полуразгруженными называют полуоси, непосредственно опирающиеся на подшипник, установленный в балке заднего моста (рис. 1, а). Такие оси воспринимают изгибающие моменты от всех перечисленных выше сил. Полуразгруженные полуоси применяют в задних ведущих мостах легковых автомобилей малой грузоподъемности.

Разгруженные на три четверти полуоси (рис. 1, б) воспринимают моменты лишь частично из-за податливости подшипникового узла и балки моста. Основная часть изгибающих моментов передается балке моста через подшипник. Такие оси применяются ограниченно в ведущих мостах легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

Полностью разгруженные полуоси (рис. 1, в) имеют ступицу колеса, установленную на балке моста на двух подшипниках. В результате все изгибающие моменты передаются от колеса непосредственно на балку моста, при этом полуось передает только крутящий момент от главной передачи и дифференциала к ведущему колесу.
Разгруженные полуоси применяют в ведущих колесах грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности, а также на автобусах.

Полуоси относятся к числу исключительно ответственных деталей, от надежности работы которых во многом зависит безопасность автомобиля, поэтому они изготавливаются из легированных сталей. Внутренние концы полуосей имеют шлицы, с помощью которых они соединяются с полуосевыми зубчатыми колесами дифференциала. Наружный конец полуоси имеет фланец, с помощью которого она посредством резьбовых соединений (обычно – шпильками) крепится к ступице колеса (рис. 3).
На некоторых полуосях наружный конец полуоси также имеет шлицевую часть (рис. 3, б). В этом случае соединение полуоси со ступицей колеса осуществляется посредством фланца, надеваемого на эти шлицы.

Фланцевый конец полуоси может иметь каналы для подвода воздуха из системы централизованной накачки шин. Выход полуоси из балки моста уплотняется манжетой для предохранения утечки смазочного материала и предотвращения попадания посторонних частиц, воды или грязи.

Полуось привода переднего моста (рис. 3, в) должна передавать крутящий момент колесу при изменяющихся углах между валами. Поэтому в ее конструкции предусматривается шарнир равных угловых скоростей, конструкций которых рассмотрены на отдельной странице. При этом полуось состоит из двух частей: внутренней полуоси 1 и наружной 3. Внутренняя полуось, более длинная, шлицами соединяется с полуосевым зубчатым колесом дифференциала, наружная полуось своей шлицованной частью соединяется с фланцем, от которого момент передается на ступицу колеса.

На полноприводных автомобилях с блокированным приводом переднего моста при движении с выключенным передним мостом механизмы моста вращаются, так как они получают привод от свободно катящихся колес. Это снижает срок службы главной передачи и дифференциала, негативно сказывается на расходе топлива, поэтому на многих автомобилях (например, на автомобиле УАЗ-3151 и т. п.) предусмотрено отключение колес от механизмов трансмиссии. Для этой цели полуось соединяется с фланцем посредством промежуточной муфты, которая чаще всего выполняется зубчатой или кулачковой.
При необходимости муфта может выниматься, и колеса вместе со ступицей и фланцем будут вращаться автономно, не увлекая полуоси.

malykh.com notes

Статья из журнала «За рулем» номер 20 (октябрь 1937 года). В продолжение темы нагруженных полуосей. Показательно, что уже тогда название «нагруженная» в отношении полуразгруженной полуоси считалось устаревшим.

Грамматика и орфография оригинала сохранены (например, используются слова «диференциал» и «коэфициент» с одной буквой «ф»).

ПОЛУОСИ АВТОМОБИЛЯ и их классификация
Инж. И.Дюмулен

В различных изданиях нашей автомобильной литературы полуоси одних и тех же автомобилей носят различные названия.

Редакция «За рулем» неоднократно получала запросы читателей, почему полуоси автомобиля ГАЗ в старых изданиях называются «полуразгруженными», а в новых изданиях — «три четверти разгруженными», почему полуоси легкового автомобиля ЗИС в одних случаях называются «нагруженными», в других случаях «полуразгруженными» и т. д.

Такое явление происходит вследствие того, что применяются две системы классификации полуосей.

Классификация полуосей может быть проведена по следующим признакам.
1. С учетом нагрузки, действующей с обоих концов полуоси, т. е. как со стороны ведущего колеса, так и со стороны главной передачи.
2. С учетом нагрузки, действующей только со стороны ведущего колеса.

Первая система классификации включает в себя четыре типа полуосей: «нагруженная», «полуразгруженная», «три четверти разгруженная» и «полностью разгруженная». Эта система классификации, установленная в США обществом автомобильных инженеров, является международной и принята в нашей автопромышленности.

Вторая система классификации включает в себя только три типа полуосей: «нагруженная», «полуразгруженная» и «разгруженная». Эта система — неполная и появилась у нас в первые годы развития автомобилизма.

Ниже мы даем международную систему классификации. В ней «нагруженной» называется такая полуось, которая, передавая крутящее усилие от диференциала к ведущему колесу, в то же время изгибается с обоих концов под влиянием имеющихся там нагрузок (автомобили Форд, мод. Т). Если с одного конца такой полуоси изгибающая нагрузка будет снята, то полуось получает название «полуразгруженной» (легковые автомобили ЗИС). «Три четверти разгруженной» называется такая полуось, у которой один конец совершенно разгружен от изгибающих усилий, как и в предыдущем случае, а со второго конца также снята часть нагрузки, вызывающей изгиб полуоси (автомобили ГАЗ-А и АА, М-1). И, наконец, если оба конца полуоси разгружены от изгибающих усилий и полуось передает только крутящее усилие от диференциала к ведущему колесу, то такая полуось называется «полностью разгруженной» (грузовые автомобили ЗИС и ЯГАЗ).

Теперь разберем, какие же усилия действуют на полуось и как они воспринимаются ею.

Полуось представляет собой вал, предназначенный для передачи крутящих усилий от диференциала к ведущему колесу автомобиля. При передаче этого усилия полуось работает на скручивание. Кроме того, в зависимости от расположения подшипников, ведущего колеса и ведомой шестерни главной передачи, полуось может работать на изгиб под влиянием усилий, возникающих как со стороны ведущего колеса, так и со стороны шестерен главной передачи.

На ведущее колесо автомобиля при его движении действуют следующие усилия (рис. 1):
G_k — реакция веса автомобиля, приходящегося на данное колесо;
Т— сила тяги данного ведущего колеса. Максимальное значение T=G_k Y, где Y — коэфициент сцепления колеса с дорогой;
S — боковая сила, возникающая при повороте автомобиля или при его заносе. Максимальное значение S = G_k Y₁, где Y₁ — коэфициент бокового сцепления колеса с дорогой;
М_k — крутящее усилие, передаваемое полуосью от диференциала.

Подшипник колеса может быть установлен непосредственно на полуоси (рис. 2). В этом случае все силы со ступицы колеса будут передвигаться на полуось, а с полуоси на подшипник, что вызовет изгиб полуоси и продольное сжатие ее.

Подшипник может быть установлен между картером заднего моста и ступицей колеса (рис. 3). В этом случае силы Т, G_k и S будут передаваться на подшипник частично ступицей колеса, а частично будут восприниматься полуосью.

Наконец между картером заднего моста и ступицей колеса могут быть установлены два подшипника (рис. 4). В этом случае силы Т, G_k и S совершенно не будут передаваться на полуось.

Противоположный конец полуоси может быть также нагружен усилиями действующими в конической передаче. При переводе усилия с ведущей шестерни главной передачи на ведомую шестерню возникают: окружное усилие Р, радиальное усилие R и осевое усилие Q (рис. 5).

Под влиянием этих усилий на опорах возникают давления Р₁ и Q₁, для опоры № 1 и Р₂ и Q₂ для опоры № 2. Кроме того эта же опора воспринимает и осевое давление R.

Если подшипник поставлен непосредственно на полуоси (рис. 5 и 6), то вышеуказанные усилия воспринимаются полуосью и передаются на подшипник.

Если подшипник поставить между картером диференциала и картером заднего моста (рис. 7), то в этом случае усилия P, Q и R будут передаваться непосредственно на картер диференциала, а с него прямо на подшипник, и полуоси будут от них разгружены.

Таким образом существует четыре типа полуосей:

1. Нагруженная полуось. Передает крутящее усилие и воспринимает усилия, действующие как со стороны колеса, так и со стороны главной передачи (рис. 8).

2. Полуразгруженная полуось. Передает крутящее усилие, разгружена от усилий, действующих в главной передаче, и нагружена только усилиями, действующими со стороны колеса (риc. 9).

3. Три четверти разгруженная полуось. Передает крутящее усилие, разгружена от усилий главной передачи и частично разгружена от усилий, действующих со стороны ведущего колеса (рис. 10).

4. Разгруженная полуось. Передает только крутящее усилие и разгружена от всех других усилий как со стороны колеса, так и со стороны главной передачи (рис. 11).

Автомобили ГАЗ-А, ГАЗ-АА, ГАЗ-30, М-1 имеют три четверти разгруженные» полуоси, легковой автомобиль ЗИС имеет «полуразгруженные» полуоси и грузовые автомобили ЗИС и ЯГАЗ имеют «полностью разгруженные» полуоси.

При второй системе классификации полуосей, если учитывать нагрузку, действующую на полуось только со стороны колеса, получится три типа полуосей, так как системы крепления подшипника колеса (рис. 8 и 9) аналогичны. В этом случае полуось, изображенная на рис. 8 и 9, носит название «неразгруженной», на рис. 10 — «полуразгруженной» и на рис. 11 — «разгруженной».

Более правильной, конечно, является первая система, рассматривающая нагрузку с обоих концов полуоси, принятая в автопромышленности всех стран и на наших автозаводах.