Гипоидные передачи

Jun 03, 2023

Гипоидные передачи — это уникальная категория спирально-конических передач, которые используются для передачи крутящего момента между двумя валами под прямым углом. Изобретенные Эрнестом Вильдхабером в начале 1920-х годов гипоидные передачи использовались преимущественно в трансмиссиях тяжелых грузовиков.

В то время гениальным изобретением было смещение между валами шестерен, которое позволяло опускать раму грузовика. Эта разработка оказала глубокое влияние на конструкцию транспортных средств, что привело к значительным улучшениям доступного пространства внутри автомобиля, устойчивости к крену, управляемости автомобиля, безопасности, аэродинамики и расхода топлива. Хотя гипоидные передачи все еще используются в этом качестве, они также все чаще используются в отраслях промышленной передачи энергии и управления движением.

Гипоидные передачи можно классифицировать как тип конической передачи, используемый для передачи крутящего момента или крутящего момента между двумя валами, расположенными под прямым углом. Существует две основные категории конических шестерен: прямые зубья и спиральные зубья. Конические шестерни со спиральными зубьями работают более плавно и тихо, чем конические шестерни с прямыми зубьями, и именно эти конические шестерни со спиральными зубьями больше всего напоминают гипоидные шестерни.

В отличие от стандартных конических шестерен, сопрягаемые валы шестерен гипоидных передач не пересекаются, поскольку меньший вал шестерни (называемый шестерней) смещен относительно большего вала шестерни (называемого венцом). Именно эти непересекающиеся оси г-н Вильдхабер разработал с учетом задней оси, что привело к описанному выше улучшению характеристик автомобиля.

Смещение оси позволяет увеличить диаметр шестерни и увеличить угол спирали, чем это было бы возможно в противном случае, что увеличивает площадь контакта и прочность зубьев. Спиральный угол между шестерней и короной обеспечивает очень плавное зацепление шестерен. Увеличенная площадь контакта и прочность зубьев позволяют использовать более широкий диапазон передаточных чисел и способность передавать более высокий крутящий момент.

Дополнительные преимущества, возникающие в результате увеличения угла спирали и площади контакта между комплектами гипоидных передач, включают снижение износа, снижение трения, снижение потерь энергии и более высокий КПД, что помогает продлить срок службы гипоидных передач и коробок передач.

Благодаря увеличенному углу спирали и прочности зубьев гипоидные передачи могут нести нагрузку на несколько зубьев одновременно. Среднее количество зубьев гипоидной шестерни, контактирующих одновременно, составляет от 2,2:1 до 2,9:1. С другой стороны, конические шестерни нагружаются по одному зубу за раз. Больший контакт между зубьями позволяет гипоидным передачам передавать больший крутящий момент по сравнению с коническими шестернями аналогичного размера. Помимо передачи большего крутящего момента, гипоидные передачи и редукторы, как правило, меньше и компактнее, чем конические редукторы с эквивалентным крутящим моментом, что делает их лучшим выбором для применений в ограниченном пространстве.

Конические шестерни и конические редукторы наиболее распространены с передаточными числами 1:1 и 2:1, при этом некоторые производители предоставляют передаточные числа до 5:1. Напротив, гипоидные передачи не обеспечивают решения для приложений 1:1 и 2:1. Тем не менее, они эффективно достигают передаточных чисел от 3:1 до 10:1, обеспечивая больше вариантов передаточного числа с помощью одной ступени передачи. Передаточные числа имеют отношение к скорости, где гипоидные коробки передач имеют еще одно существенное преимущество перед коническими коробками передач. Большинство конических коробок передач не могут работать со скоростью более 1500 об/мин без перегрева, тогда как гипоидные коробки передач могут достигать постоянной входной скорости до 3000 об/мин.

Зацепление между гипоидными передачами обеспечивает скользящее действие, что обеспечивает очень плавную и тихую трансмиссию. Следовательно, более высокие нагрузки могут передаваться с меньшим уровнем шума по сравнению с коническими передачами, которые становятся шумными на более высоких скоростях.

Гипоидные передачи обеспечивают большее передаточное число, более высокий крутящий момент, более высокие скорости вращения и меньший уровень шума, чем их конические аналоги. Однако гипоидные передачи обычно менее эффективны (от 90 до 95%), чем аналогичный набор спирально-конических передач, коэффициент полезного действия которых может достигать 99%. Эффективность гипоидных передач снижается по мере увеличения смещения оси, поэтому особое внимание необходимо уделять смазке, чтобы предотвратить износ шестерен в результате скольжения зубьев гипоидной передачи. Гипоиды требуют смазки противозадирными присадками, тогда как конические передачи могут работать со стандартной трансмиссионной смазкой или маслом.