Полный привод грузовых автомобилей, краткий ликбез по схемам 4х4, 6х6, 8х6 и 8х8.

Что такое полный привод, типы и схемы, преимущества и назначение? Какой привод лучше, 8х6 и 8х8? Что еще нужно знать при выборе автомобиля с использованием полноприводной схемы подачи мощности на колеса? Наиболее оптимальные схемы привода для Российских (синоним жестких) условий эксплуатации? — это часты вопросы от покупателей техники. Отвечаем сжато.

Полный привод колёс грузовых автомобилей, часто называемый вэдовый, (или полный 4×4, 4WD, AWD и т.п.), это тип конструкции ходовой части и трансмиссии автомобиля, с использованием подачи момента на всех колеса, или AWD All Wheel Drive. Полный привод колёс обозначается с помощью осевой формулы, где первое число количество колес, второе число количество колёс с приводом. Типичные, и редко встречающиеся осевые формулы бывают 2×2, 3х3, 4×4, 6×6, 8×8, 10х10, 12×12, и даже 24×24. Где совсем уникальные 2х2 это моторизированные одноосные тягачи для сцепки с оборудованием, трех колёсные схемы 3х3 это трехопорные специальные грузовики, а 24-24 это многоосные с 12 осями транспортные системы для тяжелых грузов. Наиболее типичные привода, массово используемые и по-настоящему эффективные, это приводные грузовики 4х4, 6х6 и 8х8.

Не описанный в статье привод грузовых автомобилей по схеме 8х6, в силу малой полярности на рынке, имеет место быть в жизни. Этот вид подачи мощности часто представляет модернизацию транспортного средства с целью повышения ряда характеристик — проходимости и грузоподъемности. Поэтому за образец берётся трехосный грузовой внедорожник 6х6, в межосевое расстояние которого вкатывают ось. Эта ось может быть подъемная (пушер, или ленивец) и управляемая. Использование базовой машины 6х6 делает привод с подачей мощности на первый мост, хотя бывают и переделки, на которых первый мост не имеет привода. В целом эти доработки часто делают кузовные мастерские под заказ клиента, но иногда это есть заводской тип машины, разработанный исключительно с чистого листа. Второй мост, через который должен проходит кардан долен имеет выемку в средней части, по этой причине такие машины не всегда являются вездеходами, а лишь машинами повышенной проходимости, или обладающие высокой стабильностью работы в условиях сколькой поверхности. Это дорожные тяжелые тягачи, грузовые эвакуаторы, или коммунально-уборочные магистральные машины. На схеме: 1-силовой агрегат; 2-сцепление; 3-коробка передач; 4-раздаточная коробка; 5-вал отбора мощности; 6,8,11-коелсные приводные мосты; 7,9,10-карданная передача.

Полный привод колёс грузовых автомобилей ассоциируется преимущественно с вездеходами, ведь дополнительным преимуществом таких шасси еще является повышенной дорожный просвет, усиленные рамы, и другие атрибуты повышенной проходимости. Но современный автомобиль грузового назначения, это уже не только автомобиль вездеход, но и просто многофункциональный транспорт где использование всех приводных колёс, это признак универсальности и повышенной безопасности. Это стало следствие новых технологий, где помимо механической передачи мощности с помощью карданных валов, стали применять гидростатические схемы подключения части осей, для преодоления кратковременных препятствий. Схема полного привода так же отлично себя зарекомендовала в коммунально-уборочной технике, где высокие требования к тяге на колёсах особенно зимой. Для некоторых других грузовых авто, полноприводная ходовая часть обеспечивает наиболее эффективное использование мощности двигателя при любом режиме движения, улучшается управляемость, особенно на скользких покрытиях.

Итак, полный привод всех колёс автомобиля, это тип конструкции трансмиссии шасси, позволяющая передавать крутящий момент (или мощность, в случае применения гидропривода колёс), создаваемый двигателем, на все осевые агрегаты, с использованием в качестве метки для быстрого обозначения схему *х* , на которой спаренные колёса на одной полуоси учитываются как одно колесо.

Самый популярный тип полного привода грузовых автомобилей, который имеет золотую середину с точки зрения стоимости и характеристик проходимости с грузоподъемностью. Это привод с тремя приводными осями 6х6, на примере грузовика экстремальной проходимости MAN KAT 6×6. По компоновке привода это типичный внедорожник, с использованием силового агрегата (1), который сблокирован с коробкой смены передач моноблочного типа в составе гидротрансформатора (2), коробки смены передач (3) и раздаточной коробки (11). От РК момент идет на единственный передний мост (13), и на заднею тележку с помощью карданных валов (9,10,12), с использованием дополнительного редуктора на втором мосты, который объединяет в себе дифференциал и механизма его блокировки.

Компоновка и способы передачи мощности на колёсах многоосных грузовых автомобилей. Типичная схема привода на грузовом транспорте, и на грузовых автомобилях повышенной проходимости, внедорожные автобусы, и сконструированные на базе полноприводных шасси, без описания типа общей компоновки (вагонная, кабина над двигателем, палубная, или заднемоторная) имеют силовой агрегат, расположенный продольно, в одном блоке со сцеплением и коробкой передач. Крутящий момент передаётся через промежуточный карданный вал на раздаточную коробку, либо раздаточная коробка может быть в одном блоке с коробкой передач.

Четыре приводных колёсных моста на многоосном автомобильном шасси MAN SX 8×8, уже требует иного подхода к проектированию. Данный автомобиль является одним из самых законченных и совершенных шасси, характеристики которого как проходимости, надежность и ресурс допускают использования машины исключительно в условиях сильнопересечённой местности, по времени использования 24/365 т.е. в 100% от общей наработки машины. Поэтому общая конструкция машины представляет собой больше многоосный промышленный трактор, нежели автомобиль. Конструкция вездехода MAN 8×8 разработана с чистого листа, с полной увязкой между собой компоновки, двигателя, трансмиссии, мостов, рамы и подвески. Как пример совершенной машины, можно выделить в составе привода использованием мостов специальной серии для «тяжелых условий». Это мосты совместного производства Steyr, MAN, ZF, Mercedes. Мосты имеют рычажно-пружинную подвеску колёс, с активными гидравлическими стойками, два типа ширины колеи, бортовые планетарные редуктора разнесённой главной передачи, и механизм блокировки. Подача момента на первый и последний мост обеспечивается разделительным редуктором, который установлен в картере главной передачи второго и третьего моста.

Раздаточная коробка или РК это редуктор, часто имеющий дополнительные передачи для расширения диапазона трансмиссии, с главной функцией распределения мощности между передними и задними осями, поэтому РК устанавливается между осями. От раздаточной коробки карданные валы передают крутящий момент на передние ведущие мосты и на задние осевые приводные агрегаты, включая использование приводной тележки, или мостового блока, который может состоять из двух мостов, и даже трех, или быть выполнен с использованием задней тележки из качающегося блока, из четырех колес с тандемным продольным балансиром, по типу тележки автогрейдеров или самосвалов Moxy. Часто при этом средний мост выполнен проходным, включая второй колёсный мост при использовании схемы 8х8, с применением дополнительного цилиндрического редуктора с дифференциалом, и от него к заднему идёт карданный вал. На некоторых грузовых автомобилях с трехосной схемой, момент на третий мост идет дополнительным карданным валом от раздаточной коробки, с тремя выходами на кардан.

Главная особенность привода 4х4 от компании Mercedes-Benz на автомобилях Unimog, это использование уникальной рычажно-пружиной подвески колес, с жесткими мостовыми балками с П-образной портальной конструкцией, и с оригинальной концепцией ходового аппарата с фирменным названием «дышло». Ходовая часть данной конструкции с использованием рычага, который имеет жесткое крепление к картеру моста, и шарнирное крепление к раздаточной коробке, передает продольные динамические и тормозные усилия на кузов машины. Карданные валы в свою очередь находятся внутри трубы-дышла, с защитой от ударов. Использование длинноходной подвески колес на основе витых пружин с прогрессивной характеристикой упругости за счет переменного шага витков и рычага подвески позволяет трактору иметь малую массу, большой динамический ход колес и плавность хода, при сохранении главного преимущества тракторных шасси — высокий клиренс, и возможность скоростной езды по сильнопересеченной местности. Подвеска с помощью оригинальной ходовой части, допускает ход колеса в 550 мм, что особенно важно при пересечении холмистой местности, с постоянным контактом колеса с опорной поверхностью, и как следствие с постоянным тяговым усилием на всех колесах при пересечении дорожных неровностей.

Полный привод всех колёс бывает постоянный, с постоянной передачей мощности на все оси, и с подключением по требованию. Во втором случае это самая надежная схема полного привода: при нормальной эксплуатации момент передаётся только на одну ось, или на привод колёс задней тележки, а при необходимости подключаются дополнительные оси. Подключение производиться с помощью раздаточной коробки. При подключении осей «жестко», без использования дифференциала, или включения его блокировки, все связанные между собой колеса вращаются с одинаковой скоростью, что повышает значительно проходимость, но создаёт некоторые ограничения: полный привод можно использовать только на покрытиях, допускающих проскальзывание колес (грязь, песок, снег, лед и т. п.). При жесткой связи ведущих мостов в трансмиссии может возникнуть циркуляция мощности, что приводит к опасным рывкам и значительному снижению ресурса. Обе схемы привода имеют свои преимущества, и недостатки. При выборе механизма распределения мощности необходимо знать условиях эксплуатации, регион, и нагрузки, возникающие на транспортном средстве. От полученной информации можно сделать предложение по выгодной осевой схеме, и типу привода. Самые тяжелые условиях эксплуатации с высокими нагрузками могут потребовать применения четырёхосной схемы привода на односкатных колёсах крупногабаритного типа, неглубокие карьеры обычно используют трехосные внедорожные самосвалы как средство преодоления скользкой поверхности при движении на подъем и более полного использования тормозной мощности машины за счет торможения двигателем и встроенным гидродинамическим тормозом. Компактные машины с осевой схемой 4х4 это чаще всего коммунальный транспорт, где полный привод — это способ увеличения производительности, например, в зимний период при уборке снега.

Привод к ведущим колесам

В ведущих мостах автомобилей крутящий момент передается от дифференциала к ведущим колесам с помощью полуосей. В зависимости от способа установки полуосей в картере моста они могут быть полностью или частично разгруженными от изгибающих моментов, действующих на полуось.

Полностью разгруженные полуоси применя­ют на автомобилях средней и большой грузоподъемности, а также на автобусах. Такие полуоси устанавливаются свободно внутри моста, а ступица колеса опирается на балку моста через два подшипника (рис.94, а).

Полуразгруженные полуоси опираются на подшипник, расположенный внутри балки моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси (рис.94, б). Поэтому такая полуось оказывается нагружен­ной крутящим моментом и частично изгибающим моментом. Полуразгруженные полуоси применяют в механизмах задних ведущих мостов легковых автомобилей и грузовых автомобилей на их базе.

Колесные передачи применяют на некоторых большегрузных автомобилях с целью снижения нагрузок в карданной пере­даче и механизмах ведущего моста. В качестве таких передач используют простые шестерен­чатые цилиндрические передачи с внут­ренними зацеплениями либо планетарные передачи.

Ведущим звеном планетарной колесной передачи (рис.95) является солнечная шестерня 1, установленная на шлицах полуоси 7 и находящаяся в зацеплении с тремя шестернями-сателлитами 2. Оси 4 сателлитов закреплены неподвижно в водиле, которое является опорой для подшипников ступицы колеса и закреплено на балке моста. Сателлиты зацеплены с коронной шестерней 5, которая скреплена болтами со ступицей 6. Снаружи колесная передача закрыта крышкой 8, образующей вместе с коронной шестерней и ступицей колеса вращающийся картер, куда заливают масло для смазки зубчатых зацеплений и подшипников.

Передаточное число планетарной передачи определяется отношением числа зубьев коронной шестерни к солнечной и составляет 1,4 — 1,5. Нагрузочная способность и износостойкость планетарной передачи весьма высокие, так как крутящий момент в ней передается от солнечной шестерни к коронной тремя потоками через сателлиты и суммируется на ступице колеса.

Привод переднего ведущего и управляе­мого колеса (рис.96) на грузовых автомобилях повышен­ной проходимости осуществляется через карданный шарнир 5 равных угловых скоростей, ведущий кулак которого сделан за одно целое с полуосью 4. Ведомый кулак шарнира заканчивается приво­дным валом 1, который шлицами соединен с фланцем 8, а через него со ступицей 7 колеса. Ступица через конические роликовые подшипники опирается на полую поворотную цапфу 2, которая установлена на конических подшипниках 3 в разъемном корпусе на шипах шкворня 6. Шипы приварены к сферической чашке балки моста. Верхняя крышка, закрывающая опорный подшипник шквор­ня, является одновременно поворотным рычагом цапфы, связан­ным с рулевым управлением.

На легковых автомобилях привод каждого переднего ведущего колеса осуществляется через наружный и внутренний шарниры равных угловых скоростей, соединенные валом. Применение двух шарниров в приводе каждого колеса обусловлено конструкцией независимой подвески пе
редних колес. Внутренние шарниры обеспечивают перемещение колес при вертикальных ходах подвески, а наружные – при повороте колес относительно вертикальной оси, что необходимо при изменении направления движения автомобиля.

Раздел 12. Ходовая часть.

Ходовая часть воспринимает толкающие усилия от ведущих колес, обеспечивая тем самым поступательное движение автомобиля, а также смягчает и поглощает толчки, возникающие при его движении по неровностям дороги.

Ходовая часть представляет собой несущую систему, состоящую из рамы или кузова, мостов (осей), подвески и колес с шинами.

Рама и мосты.

Рама. Рама служит основанием для крепления узлов и аг­регатов автомобиля и является несущим элементом конструк­ции, который воспринимает все нагрузки, возникающие при движении автомобиля.

Раму имеют все грузовые автомобили и легковые автомо­били с большим рабочим объемом двигателя. На легковых автомобилях особо малого и малого классов рама отсутству­ет, ее функции выполняет несущий кузов.

В зависимости от конструкции рамы (рис.97) делятся на лонжеронные (лестничные) и центральные (хребто­вые). Наибольшее распространение в автомобилестроении по­лучили первые из них.

Лонжеронная рама грузовых автомобилей (рис.97, а) состоит из двух продольных балок — лонжеронов 12 — пере­менного сечения и нескольких поперечин 7. Лонжероны рамы могут сходиться в передней части (автомобили ЗИЛ) Или рас­полагаться параллельно один другому (автомобили ГАЗ). Спереди к лонжеронам крепятся буксирные крюки 2 и передний буфер 1, предохраняющий автомобиль от повреждений.

На передней поперечине крепятся радиатор и передние опо­ры (одна или две) двигателя; его задние опоры — кронштей­ны 3 приклепаны к лонжеронам. Передние рессоры устанав­ливаются на кронштейнах 14, резиновые буфера 15 предох­раняют лонжероны от ударов. Между кронштейнами рессор на левом лонжероне расположен кронштейн 13 для крепления картера рулевого механизма.

На второй поперечине 7 сверху установлен кронштейн для крепления задней части кабины, а снизу крепится промежу­точная опора карданной передачи. В задней части рамы на лонжеронах расположены кронштейны 8 для крепления задних рессор и кронштейны 9, служащие опорами для концов допол­нительных рессор.

На левом лонжероне рамы имеется гнездо 11 для крепле­ния аккумуляторной батареи, а на правом — откидной крон­штейн 4 запасного колеса. Кронштейны 10 служат для креп­ления платформы, а кронштейн 16 — для фиксации положения пусковой рукоятки. На задней поперечине расположен крюк 6 буксирного устройства, а на заднем конце правого лонжеро­на — кронштейн 5 указателя поворота.

На легковых автомобилях семейств «Москвич» и ГАЗ в передней части цельнометаллического кузова установлена по­лурама (подрамник), прикрепленная болтами к полу кузова. К ней крепится двигатель в сборе со сцеплением и коробкой передач.

Центральная рама (рис.97, б) состоит из централь­ной несущей балки с поперечинами. Несущая балка может иметь круглое или швеллерное сечение. В некоторых случаях она представляет собой соединенные с помощью специальных патрубков картеры агрегатов трансмиссии. Такие рамы обладают высокой прочностью на изгиб и имеют достаточную кру­тильную жесткость. Однако широкого распространения в оте­чественном и зарубежном автомобилестроении они не получили.

Мосты. В зависимости от типа устанавливаемых колес мосты делятся на ведущие, управляемые и комбини­рованные (одновременно управляемые и ведущие).

У ведущих мостов (обычно задних) балки изготовля­ются пустотелыми. Они воспринимают от рамы вертикальную нагрузку и передают на раму толкающие, боковые и тормоз­ные силы от колес. В средней части балки устанавливается картер главной передачи, а по концам — ступицы колес. У большинства новых моделей грузовых и легковых автомобилей пустотелые балки задних ведущих мос­тов представляют собой сварную конструкцию, состоящую из двух стальных штампованных половин.

Балки передних (комбинированных) мостов полноприводных автомобилей ГАЗ-66-01, ЗИЛ-131 и др. за­канчиваются фланцами, к которым крепятся шаровые опоры поворотных кулаков карданных шарниров равных угловых ско­ростей.

Передний управляемый мост обеспечивает поворот автомобиля с помощью поворотных цапф, шарнирно соединен­ных с балкой моста. На управляемый мост кроме вертикаль­ной нагрузки от силы тяжести автомобиля, продольных и по­перечных усилий от колес действуют также силы и моменты, возникающие при повороте и торможении автомобиля.

Рассмотрим устройство переднего моста (рис.98) авто­мобиля ЗИЛ-130. Он состоит из балки и поворотных кулаков в сборе. Балка 13 двутаврового сечения изготовляется из углеродистой стали. На ее концах в вертикальной плоскости сделаны отверстия для установки шкворней 8, обеспечиваю­щих шарнирное соединение балки с поворотными кулаками 6. Шкворни с одной стороны имеют лыску для удержания их от проворачивания в отверстиях балки, в которых они крепятся с помощью клиновидного штифта 12.

Поворотный кулак стальной кованый, с одного конца име­ет фланец, а с другого цапфу. На наружной стороне фланца в вертикальной плоскости расположены два выступа с запрес­сованными в них втулками 10, в которые входят концы шкворня. Таким образом, правый и левый поворотные кулаки 6, вращаясь на шкворнях 8, могут поворачиваться в горизонтальной плоскости в обе стороны. Максимальный угол пово­рота кулаков вправо составляет 34 , влево 36 . Для облег­чения поворота управляемых колес между балкой и нижним выступом фланца кулака установлены опорные шайбы 14 и 15. Для регулировки осевого зазора между поворотным ку­лаком и проушиной балки служат прокладки 11.

На цапфах поворотных кулаков установлены роликопод­шипники 2, на которых вращается ступица 1 с передним ко­лесом. Внутренние кольца подшипников сидят на шейках цапфы, а наружные запрессованы в гнезда ступицы колеса. Подшипники регулируют гайкой 3, фокусируемой при помощи замочного кольца 4, замочной шайбы 7 и контргайки 5.

С внутренней стороны ступицы к фланцу прикреплен болтами с гайками тормозной барабан 9. На наружных фланцах ступиц имеются отверстия для запрессовки в них шпилек, некоторые устанавливаются диски направляющих колес автомобиля.