Мосты автомобиля

Назначение мостов

Мостом автомобиля (прицепа, полуприцепа) называют агрегат, связывающий между собой правое и левое колесо оси, восприни­мающий силы, действующие на них со стороны дороги, и через подвеску передающий их на несущую систему. Отличительной осо­бенностью моста является наличие балки, связывающей между собой колеса одной оси и являющейся опорой для их подшипниковых узлов. Автомобиль может иметь один или несколько мостов или не иметь ни одного, если колеса правого и левого бортов не связаны между собой или связаны с подвеской не через общую для них несущую конструкцию, а посредством элементов, не образующих самостоятельного агрегата. В таком случае следует говорить только о наличии подвески, даже если колеса каким-либо другим способом связаны между собой, например, через элементы трансмиссии или рулевого управления.

Требования к мостам

Конструкция моста может влиять на ряд эксплуатационных ка­честв автомобиля, среди которых надежность, безопасность, ком­фортабельность, управляемость, проходимость.

Основными требованиями, предъявляемыми к мостам, являются:

1. Малая масса. Мост полностью или частично (что бывает го­раздо реже) относится к неподрессоренным частям конструкции, поэтому уменьшение его массы повышает плавность хода.

2. Жесткость конструкции. К мосту крепятся колеса, правиль­ность установки которых определяет управляемость автомобиля и износ шин, а также детали других систем автомобиля (например, тормозной), поэтому значительные деформации его балки недо­пустимы.

3. Небольшие размеры в вертикальном направлении. Эти габариты влияют на возможность обеспечения требуемого дорожного просвета и высоты уровня пола.

4. Учет компоновочных особенностей транспортного средства. Мост должен иметь конструкцию, не создающую препятствий его вертикальным и угловым перемещениям в заданных пределах от­носительно несущей системы.

5. Прочность. Это универсальное требование в данном случае является особенно важным, поскольку оказывает влияние на без­опасность автомобиля.

Классификация мостов

По расположению на автомобиле (прицепе, полуприцепе) мост может быть: передний; промежуточный (на трехосном автомобиле такой мост называют

средним); задний.

По конструкции мосты делятся на: управляемые (колеса моста являются управляемыми); ведущие (колеса моста являются ведущими); комбинированные (колеса моста являются ведущими и управ­ляемыми); поддерживающие (колеса моста не являются ни ведущими, ни

управляемыми).

Как правило, балка моста является жесткой бесшарнирной кон­струкцией. Мост с такой балкой называют неразрезным. Если же при наличии независимой подвески правого и левого колес их связь осуществляется посредством моста, то такой мост называют разрезным.

Конструкции мостов

Управляемый мост

Типичная конструкция управляемого моста приведена на рис. 1. Мост состоит из балки / и поворотных кулаков 2, шарнирно со­единенных посредством шкворней J, обеспечивающих возможность поворота управляемых колес для изменения направления движения автомобиля (на цапфах 4 поворотных кулаков на подшипниках устанавливаются управляемые колеса).

Балка моста должна быть прочной, жесткой и возможно более легкой. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют стальные кованые балки двутаврового сечения. По краям балки двутавровое сечение плавно переходит в прямоугольное с отверс­тиями для установки шкворней поворотного кулака.

Средняя часть балки выгнута вниз, с тем чтобы дать мосту свободу вертикального перемещения при подпрыгивании колес под воздействием неровностей дорожной поверхности (над балкой уп­равляемого моста обычно располагается двигатель). Для крепления элементов подвески на балке предусмотрено наличие соответст­вующих опорных площадок 5.

Шкворень поворотного кулака представляет собой стальной ци­линдрический палец, неподвижно устанавливаемый в балке. Для его фиксации от поворота и осевого смещения обычно используются клиновые болты 6. Вертикальные нагрузки воспринимаются опор­ными подшипниками 7. В конструкции, показанной на рис. 1, применяются подшипники скольжения, но существуют и шквор­невые узлы, в которых в качестве опорных используются подшип­ники качения. Подшипник скольжения обычно состоит из стального опорного кольца и бронзовой графитизированной шайбы. Для ре­гулировки зазора между верхним торцом бобышки балки и пово­ротным кулаком устанавливают регулировочные прокладки 8.

В изображенной на рис. 1 конструкции поворот кулака отно­сительно шкворня обеспечивается подшипниками скольжения, об­разованными поверхностью шкворня и запрессованными в отверстия проушин поворотного кулака бронзовыми втулками 9. Такая кон­струкция требует частого периодического смазывания. Иногда вместо

Рис. 1. Управляемый мост

подшипников скольжения используются подшипники качения (из-за ограниченности пространства применяются игольчатые подшипни­ки). Периодичность технического обслуживания узла при этом уве­личивается, но такая конструкция требует применения эффективного уплотнения.

Для обеспечения стабилизации управляемых колес оси шкворней наклонены в продольной и поперечной плоскостях.

Ведущий мост

Поскольку к колесам ведущего моста должен подводиться кру­тящий момент, функции балки, как силового элемента конструкции, могут быть расширены. Так, наиболее распространенной является конструкция ведущего моста, в которой балка выполняет одновре­менно функции картера (внутри балки располагаются главная пе­редача, дифференциал и привод ведущих колес). Схемы неразрезных ведущих мостов показаны на рис. 2. Состоящая из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен главная передача располагается в средней части балки J. Крутящий момент от нее через межколесный дифференциал 4 передается на валы привода ведущих колес 5. Эти валы обычно называют неправильным с точки зрения механики, но давно упот­ребляемым термином «полуоси», а шестерни дифференциала, с ко­торыми они соединяются посредством шлицев, — полуосевыми.

Полуоси являются весьма ответственными деталями моста, на­дежность которых, кроме всего прочего, влияет на безопасность движения. В случае поломки полуоси возникают большие затруд-

Рис. 2. Конструктивные схемы ведущих мостов

нения с ее извлечением из моста. Как показано на рис. 2, внут­ренней своей частью полуось связана с межколесным дифферен­циалом. Способ установки полуосей в балке влияет на их нагру-женность. Полуоси, называемые полуразгруженными, применены в схеме, показанной на рис. 2 а. Внешней своей частью такая полуось опирается на подшипник, установленный в балке моста. Полуось не только передает крутящий момент, но и воспринимает все силы, возникающие в контакте колес с дорогой, и изгибающие моменты, создаваемые этими силами. Термин «полуразгруженная» определяется тем, что через подшипник силы, действующие на полуось, передаются на балку моста, то есть сама полуось в оп­ределенной степени разгружается. При большой массе автомобиля нагрузки, действующие на полуразгруженную полуось, могут быть весьма большими, поэтому такие полуоси применяются, как правило, только в легковых автомобилях.

На грузовых автомобилях используют разгруженные полуоси (рис. 26). Теоретически такая полуось передает только крутящий момент, тогда как прочие силовые факторы, действующие на колеса, передаются на балку моста широко разнесенными радиально-упор-ными подшипниками ступицы колеса. Практически, однако, раз­груженная полуось все же испытывает некоторые напряжения изгиба, что объясняется погрешностями изготовления и упругими дефор­мациями балки моста.

При наличии в составе моста разнесенной главной передачи полуось связывает межколесный дифференциал с колесным редук­тором (рис. 2 в). Поскольку непосредственной связи с колесами такие полуоси не имеют, они всегда являются разгруженными.

Мосты с разгруженными полуосями более сложны, материало-емки, требуют регулировки подшипников колес, однако требуемая надежность конструкции автомобиля достаточно большой массы может быть обеспечена только при условии применения таких по­луосей, кроме того, в случае их поломки автомобиль можно бук­сировать.

Балки мостов, показанных на схемах рис. 2, бывают трех кон­структивных разновидностей: разъемная балка; цельная балка;

балка типа «банджо» (название порождено некоторым внешним сходством ее средней части с известным музыкальным инстру­ментом).

Общий вид разъемной балки изображен на рис. 9.3 а. Она состоит из двух половин, соединяемых болтами. Кожухи приводных валов, называемые полуосевыми чулками, запрессованы в литые средние части балки и дополнительно соединены с ними обычно посредством заклепок или электрозаклепок. Средняя часть балки образует картер главной передачи с соответствующими гнездами под подшипники.

Обычно эта часть конструкции изготавливается из чугуна или стали, иногда для уменьшения массы ее делают из легких сплавов, например алюминиевых. В этом случае в места опор подшипников в процессе изготовления отливки устанавливаются стальные кольца.

Конструкцию разъемной балки сле­дует считать устаревшей. Из-за наличия поперечного стыка она имеет не очень высокую жесткость, кроме того, велика вероятность появления течи масла через стык, нагруженный изгибающими мо­ментами. При такой конструкции балки весьма трудоемкими являются операции регулировки зацепления шестерен и предварительного натяга подшипников главной передачи. При необходимости ремонта главной передачи ее разборка возможна только после демонтажа моста с автомобиля.

В отличие от разъемной, средняя часть цельной балки выполнена в виде одной детали (рис. 9.3 6). Полуосевые чул­ки, так же как в предыдущей конструк­ции, представляют собой стальные трубы, которые запрессовываются в среднюю литую часть балки. Детали размещенной внутри балки главной передачи при сбор­ке устанавливаются через съемную за­днюю крышку. При снятии этой крышки даже без демонтажа моста с автомобиля возможен доступ, например с целью осмотра, к деталям главной передачи, однако, поскольку монтажно-демонтажные и регулировочные работы требуют приме­нения специального инструмента, проводить их без снятия моста с автомобиля весьма затруднительно.

При использовании балки типа «банджо» (рис. 9.3 в) главная передача монтируется в картере, связанном с балкой через фланцевое соединение, и в сборе, без нарушения каких-либо регулировок, устанавливается в балку и демонтируется из нее, причем балка при этом может остаться на автомобиле. Плоскость разъема балки и картера главной передачи может быть вертикальной (рис. 9.4) или горизонтальной.

Балка типа «банджо» может быть штампованной из стали сварной или литой чугунной конструкцией. Типичная конструкция штам­пованной балки ведущего моста грузового автомобиля показана на рис. 9.4. Центральная ее часть состоит из двух штампованных половин 7, между которыми ввариваются вкладки 8. Приваренное спереди усилительное кольцо 14 имеет ряд выштамповок Б для обеспечения

Рис. 9.3. Разновидности балок ведущих мостов а — разъемная; б — цельная; в — «банджо»

монтажных зазоров при сборке моста и десять сквозных резьбовых отверстий для болтов крепления картера главной передачи. К верхней части балки привариваются стальные подушки 6, через которые балка будет контактировать с рессорами. К средней части балки с двух сторон встык привариваются цапфы 5 с напрессованными на них стальными фланцами 4, к которым будут крепиться опорные шиты тормозных механизмов. Ближе к наружным частям балки на цапфы напрессовываются кольца 3. Они имеют чисто обработанную наружную поверхность, по которой будет работать уплотнительный сальник ступицы колеса, и большую фаску на внутреннем диаметре, что позволяет за счет увеличения переходного радиуса галтели умень­шить концентрацию напряжений в материале балки на участке, расположенном под кольцом. На шлифованные шейки / и 2 ус­танавливаются подшипники ступиц колес. Кронштейны 9 и 10 предназначены для крепления деталей тормозной системы автомо­биля, а отверстие // — для установки сапуна, поддерживающего связь внутренней полости балки с атмосферой. Заливное отверстие 12 в задней крышке 13 и сливное отверстие /5 в самой нижней части балки закрываются пробками с конической резьбой.

Штампованные балки отличаются от литых меньшей массой и лучшей технологичностью. Однако для очень тяжелых автомобилей изготовить штампованную балку моста затруднительно (слишком большая толщина листа порождает технологические сложности), кроме того, изгибная жесткость ее может быть недостаточной, по­этому балки изготовляют литьем, а для повышения жесткости внутри балки делают ребра, которые используются в качестве опор для усиливающих труб.

Конструкция балок ведущих мостов напрямую связана с осо­бенностями трансмиссии автомобиля. Эти особенности определя­ются конструкцией главных передач (центральная или разнесенная) и схемой привода ведущих мостов. Если схемой трансмиссии пре­дусмотрена последовательная передача крутящего момента к заднему ведущему мосту через средний, то последний делается проходным,

Рис. 9.4. Конструкция штампованно-сварной балки типа «банджо»

при этом бездифференциальная связь среднего и заднего мостов допустима только для автомобилей повышенной проходимости, ос­новное время эксплуатирующихся на грунтовых дорогах. Для ав­томобилей ограниченной проходимости, имеющих колесную фор­мулу 6×4, применение межосевого дифференциала, не допускаю­щего возникновения циркуляции мощности, является практически обязательным. Наиболее разумным с точки зрения компоновки мес­том установки межосевого дифференциала является средний мост, хотя это и приводит к некоторому повышению его массы. Межосевой дифференциал делают блокируемым.

Среди требований, предъявляемых к мостам, упоминались их минимальные вертикальные габариты. Особую проблему в этом смысле порождает необходимость снижения уровня пола на авто­бусах. Наряду с особенностями размещения двигателя конструкция ведущего моста оказывает непосредственное влияние на высоту уровня пола в салоне. На рис. 9.5 представлены разновидности ком­поновочных схем автобусных ведущих мостов. На схеме 9.5 а показан

Рис. 9.5. Компоновочные схемы мостов автобусов

симметричный мост, при котором высота уровня пола получается наибольшей. Показанный на схеме 9.5 6 мост со смешенной главной передачей позволяет незначительно понизить уровень пола в проходе между сиденьями за счет того, что вертикальное сечение моста по кожухам полуосей имеет меньшие габариты, чем вертикальное се­чение картера главной передачи. Уровень пола в схеме, показанной на рис. 9.5в, примерно такой же, как в предыдущем случае, но достигается этот результат за счет использования несоосного ко­лесного редуктора. Наилучший эффект может быть получен ком­бинацией обоих конструктивных решений, показанной на рис. 9.5а Стремление уменьшить массу неподрессоренных частей конст­рукции привело к появлению разрезных мостов. На рис. 9.6 изо­бражен разрезной мост грузового автомобиля и его конструктивная

Рис. 9.6. Разрезной мост грузового автомобиля (а) и его кон­структивная схема (6)

схема. В такой шарнирной конструкции балка образована картером главной передачи и кожухами приводных валов, которые могут качаться относительно него в вертикальной плоскости. Средняя часть балки /, являющаяся картером главной передачи, закреплена на несущей системе автомобиля и соответственно относится к под­рессоренным частям конструкции. Приводные валы колес 24, через фланцы 75 передающие момент на ступицы колес 14, размещены в кожухах (полуосевых рукавах) 5, оси которых при любом отно­сительном перемещении деталей пересекаются с осью ведущей шес­терни главной передачи. Такая кинематика обеспечивается креп­лением кожухов посредством специальных держателей 3, передаю­щих поперечные силы от качающихся кожухов на неподвижную часть моста. Продольные и вертикальные нагрузки передаются на несущую систему через рессоры 23 подвески, связанные с качаю­щимися полуосевыми рукавами с помощью стремянок 21, закреп­ленных на специальных опорах 6. Приводные валы 24 посредством шлицев связаны с ведомыми коническими шестернями 2 главной передачи, зацепляющимися каждая со своей ведущей конической шестерней. Межколесный дифференциал установлен между этими шестернями. Чехол 4 предотвращает вытекание масла из главной передачи.

Еще большее снижение массы неподрессоренных частей может быть достигнуто применением конструкции, называемой мостом типа «Де-Дион». У такого моста балка избавлена от функций картера и не имеет отношения к трансмиссии. В изображенной на рис. 9.7 конструкции главная передача 2 закреплена на несущей системе и соединяется с колесами посредством карданных передач 3. Муфты 4 позволяют в соответствии с кинематикой подвески изменять длину приводных валов. Балка / представляет собой изогнутую трубу, несущую на концах кронштейны 5 с подшипниковыми узлами ве­дущих колес. Обычно мосты такого типа используют на легковых автомобилях, причем подвеска колес может быть различной.

Рис. 9.7. Мост «Де-Дион»