Редуктор: простой способ изменить движение

Устройство преобразования и передачи крутящего момента — редуктор — очень широко используется в технике. Нашлось редуктору место и в автомобиле, причем не одному, а сразу нескольким. О том, что такое редуктор, какие редукторы и для каких целей применяются в автомобилях — читайте в этой статье.

Что такое механический редуктор

Механическим редуктором называют любой механизм, который осуществляет передачу и преобразование крутящего момента с помощью механической передачи (или нескольких передач). В свою очередь, механическая передача — это механизм, который служит для передачи и изменения характера движения. Наиболее часто используются зубчатые (цилиндрические и конические), червячные, ременные, цепные, гипоидные и другие передачи.

Принцип действия редуктора очень прост. Изменение крутящего момента происходит за счет использования колес разного диаметра. Например, если ведущая шестерня имеет малый диаметр, а ведомая — большой, то в результате ведомый вал вращается с меньшей скоростью, что приводит и к увеличению крутящего момента. А изменение направления передачи момента осуществляется с помощью конических зубчатых или гипоидных передач — в этих передачах ведущий и ведомый валы могут располагаться перпендикулярно или под любым углом друг к другу.

Одна из основных характеристик редуктора — передаточное число. Оно указывает на отношение угловой скорости или частоты вращения ведущего элемента к угловой скорости или частоте вращения ведомого элемента. Однако на практике передаточное число считается несколько иначе и зависит от типа редуктора. Например, в редукторах ведущих мостов передаточное число — это отношение числа зубьев шестерен, вне зависимости от того, какая из них ведущая, а какая ведомая. В рулевых редукторах используется такая характеристика, как отношение угла поворота руля к углу поворота колес.

Типы редукторов, используемых в автомобилях

В автомобилях применяется несколько типов редукторов, решающих разные задачи. Практически в любом легковом и грузовом автомобиле можно найти как минимум два типа редукторов:

- Редуктор ведущего моста;
― Рулевой редуктор.

Также в грузовых автомобилях, тракторах и другой тяжелой технике очень часто используются бортовые (или колесные) редукторы. О каждом из типов редукторов нужно сказать особо.

Редуктор ведущего моста. Этот редуктор необходим для передачи и изменения крутящего момента от коробки передач (через карданный вал) на колеса. Одновременно ведущий мост обеспечивает вращение колес с разной скоростью на поворотах, на неровной или скользкой дороге и в других случаях — это достигается применением дифференциала на основе планетарного механизма.

Бортовые (колесные) редукторы. Этот редуктор устанавливается у каждого колеса, он преобразует крутящий момент от редуктора ведущего моста и передает его непосредственно колесу. Такое решение несколько усложняет конструкцию автомобиля (так как в этом случае на одной оси установлено сразу три редуктора — центральный и два бортовых), однако оно имеет несколько преимуществ:

- Увеличивается дорожный просвет за счет уменьшения габаритов центрального редуктора;
― В разных автомобилях можно использовать один типовой центральный редуктор или даже весь ведущий мост, а необходимый крутящий момент достигается за счет применения разных бортовых редукторов;
― Повышается надежность ведущего моста, так как производится двухступенчатое преобразование крутящего момента, что снижает нагрузки на центральный редуктор.

Рулевой редуктор. Этот редуктор решает две задачи: повышает крутящий момент, значительно облегчая управление автомобилем, и преобразует вращательное движение руля в поступательное движение рулевых тяг. Наиболее часто используются редукторы с червячной передачей и зубчатой рейкой.

Формально, редуктором также является коробка передач и все ременные (или цепные) приводы вала ГРМ, генератора, насосов и т.д. Однако редукторами в автомобилях традиционно принято называть именно те механизмы, которые описаны выше.

Трансмиссии полноприводных автомобилей, в совокупности образующие систему полного привода, могут иметь разные конструкции. Существуют следующие системы полного привода:

- постоянный полный привод;
― полный привод, который подключается вручную;
― полный привод, который подключается в автоматическом режиме.

Каждая система полного привода имеет свои определенные преимущества, но в общем можно сказать, что все системы обладают следующими достоинствами:

- мощность двигателя используется более эффективно;
― при движении по скользкому дорожному покрытию прослеживается отличная курсовая устойчивость и управляемость;
― улучшается проходимость автомобиля.

Постоянный полный привод

Если автомобиль оснащен системой постоянного полного привода или так называемой системой Full Timе, это значит, что крутящий момент постоянно передается на все колеса. В состав этой системы входят такие механизмы, как коробка передач и раздаточная коробка, сцепление, карданные и главные передачи передней и задней оси, межколесные дифференциалы передней и задней оси, а также полуоси колес.

Постоянный полный привод может применяться на автомобилях, которые имеют заднеприводную и переднеприводную компоновку. Такие системы, самыми известными среди которых выступают 4Matic от Mercedes, xDrive от BMW, Quattro от Audi, отличаются, как правило, по конструкции карданной передачи и раздаточной коробки.

Сцепление дает возможность двигателю кратковременно отсоединиться от трансмиссии во время переключения передач, защищая трансмиссию от перегрузок. Коробка передач отвечает за изменение крутящего момента, тем самым влияя на скорость движения автомобиля. Если речь идет об автоматической коробке, то в роли сцепления выступает гидротрансформатор.

Раздаточная коробка распределяет крутящий момент по ведущим осям автомобиля. Раздаточные коробки полноприводных авто обязательно оснащены межосевым дифференциалом, который предусматривает возможность ручной или автоматической блокировки. Среди современных конструкций автоматической блокировки дифференциала можно выделить вискомуфту, многодисковую фрикционную муфту, самоблокирующийся дифференциал Torsen.

Карданная передача передает крутящий момент от вторичных валов «раздатки» на валы главной передачи, которая выполняет функцию увеличения крутящего момента.

Межколесный дифференциал распределяет крутящий момент между колесами, в результате чего полуоси могут вращаться с разными угловыми скоростями. В полноприводных системах дифференциал используют как на передней, так и на задней осях.

Для максимальной реализации возможностей полного привода дифференциалы могут блокироваться как вручную, так и в автоматическом режиме. На большинстве современных автомобилей используется электронная блокировка дифференциала.

Как работает система постоянного привода?

Двигатель передает крутящий момент на коробку передач, а затем на раздаточную коробку, где происходит его распределение по осям. Если появляется необходимость, водитель может включить понижающую передачу. В итоге крутящий момент идет на межосевой дифференциал каждой оси, а оттуда по полуосям отправляется на ведущие колеса. Если колеса одной из осей начинают проскальзывать, межосевой и межколесный дифференциалы блокируются принудительно или автоматически.

Система полного привода, которая подключается вручную

Система полного привода Part Time, то есть система, подключаемая вручную, на сегодняшний практически не используется в силу своей неэффективности. Но стоит заметить, что данная система отлично подходит для внедорожников, так как надежно связывает переднюю и заднюю оси, распределяя крутящий момент в соотношении 50:50.

Устройство подключаемой вручную системы полного привода напоминает систему постоянного полного привода, отличаясь отсутствием межосевого дифференциала, а также возможностью подключения в раздаточной коробке переднего моста.