Введение

Центральный вал для вращающегося колеса или зубчатого колеса. Ось – это центральный вал для вращающегося колеса или зубчатого колеса. На колесных транспортных средствах ось может быть закреплена на колесах и вращаться вместе с ними, либо закреплена на транспортном средстве, а колеса вращаются вокруг оси. В первом случае подшипники или втулки устанавливаются в точках крепления, где ось опирается. Во втором случае подшипник или втулка располагаются внутри центрального отверстия колеса, позволяя колесу или зубчатому колесу вращаться вокруг оси. Иногда, особенно на велосипедах, ось второго типа называют шпинделем.

Терминология

На автомобилях и грузовиках в повседневной речи словом "ось" обозначают различные элементы: сам вал, его корпус или просто любую поперечную пару колёс. В строгом смысле, вал, вращающийся вместе с колесом и жёстко соединённый с ним болтами или шлицами, называется осью или валом оси. Однако в более широком употреблении, осью называют и всю сборку, включающую окружающий корпус оси (как правило, отливку). Ещё более широкое (иногда образное) значение слова относится к любой паре параллельных колёс, расположенных по обе стороны транспортного средства, независимо от их механической связи друг с другом и с рамой или кузовом. Таким образом, поперечную пару колёс в независимой подвеске в некоторых случаях также могут называть осью. Это весьма свободное определение "оси" часто используется при расчёте платы за проезд по платным дорогам или при налогообложении транспортных средств, и принимается за приблизительную оценку общей грузоподъёмности транспортного средства и его потенциала для износа или повреждения дорожного покрытия.

Оси транспортных средств

Оси являются неотъемлемой частью большинства практических колесных транспортных средств. В системе подвески с цельной "живой осью" вращающиеся внутренние элементы оси (также известные как полуоси) служат для передачи крутящего момента к колесам с каждого конца, в то время как жесткая внешняя труба поддерживает положение колес под фиксированным углом относительно оси и контролирует угол расположения оси и колес относительно кузова транспортного средства. Цельные оси (корпуса) в этой системе также должны выдерживать вес транспортного средства и любой перевозимый груз. Неведущая ось, такая как передняя балка в тяжелых грузовиках и некоторых легких грузовиках и фургонах с задним приводом, не имеет вала и служит только элементом подвески и рулевого управления. И наоборот, многие переднеприводные автомобили имеют цельную заднюю балку. В других типах систем подвески оси служат только для передачи крутящего момента к колесам – положение и угол ступиц колес независимы от осей благодаря работе системы подвески. Это характерно для независимых подвесок, которые можно встретить в большинстве современных автомобилей, в том числе внедорожников, а также на передней оси многих легких грузовиков. Исключением из этого правила является независимая подвеска на продольных рычагах (качающаяся ось), в которой полуоси также являются несущими элементами подвески. Независимые трансмиссии все равно нуждаются в дифференциалах (или дифференциалах), но без жестко закрепленных труб корпуса оси. Дифференциал может быть прикреплен к раме или кузову транспортного средства и/или интегрирован с коробкой передач в единый агрегат (трансаксел). Затем оси (полуоси) передают крутящий момент к колесам, обычно через шарниры равных угловых скоростей. Как и в системе свободно плавающей оси, приводные валы в независимой системе подвески с передним приводом не несут нагрузки от веса транспортного средства.

Структурные особенности и конструкция

Прямая ось – это единый жесткий вал, соединяющий колесо с левой стороны транспортного средства с колесом с правой стороны. Ось вращения, фиксируемая осью, является общей для обоих колес. Такая конструкция обеспечивает устойчивое положение колес при высоких нагрузках и, следовательно, способна выдерживать большие веса. Прямые оси используются в поездах (то есть локомотивах и железнодорожных вагонах), для задних осей коммерческих грузовиков и на тяжелых внедорожных автомобилях. Для дополнительной защиты и усиления ось может быть заключена в корпус по всей длине. В конструкциях с раздельными осями каждое колесо крепится к отдельному валу. Современные легковые автомобили оснащаются раздельными приводными осями. В некоторых конструкциях это обеспечивает независимую подвеску левого и правого колес, что повышает плавность хода. Даже при не независимой подвеске раздельны́е оси позволяют использовать дифференциал, обеспечивая вращение левого и правого ведущих колес с разной скоростью при повороте автомобиля, что улучшает сцепление с дорогой и увеличивает срок службы шин. Тандемная ось – это группа из двух или более осей, расположенных близко друг к другу. Такая конфигурация используется в конструкциях грузовиков для обеспечения большей грузоподъемности, чем у одиночной оси. Полуприцепы обычно имеют тандемную ось сзади. Оси обычно изготавливаются из стали марок SAE 41xx или SAE 10xx. Сталь марки SAE 41xx обычно известна как "хроммолибденовая сталь" (или "хроммолибден"), а сталь марки SAE 10xx – как "углеродистая сталь". Основное различие между ними заключается в том, что хроммолибденовая сталь значительно более устойчива к изгибу и поломке, и ее очень сложно сварить инструментами, обычно доступными вне профессиональной сварочной мастерской.

Двигательная ось

Ось, приводимая в движение двигателем или первичным двигателем, называется ведущей осью. В современных автомобилях с передним приводом обычно объединяют трансмиссию (коробку передач и дифференциал) и переднюю ось в единый узел, называемый трансаксом. Ведущая ось представляет собой раздельную ось с дифференциалом и карданными шарнирами между двумя полуосями. Каждая полуось соединяется с колесом посредством шарнира равных угловых скоростей (ШРУС), который позволяет колесному узлу свободно перемещаться вертикально, а также поворачиваться при поворотах. В автомобилях и грузовиках с задним приводом двигатель вращает карданный вал (также называемый приводным валом или хвостовым валом), который передает вращательное усилие на ведущую ось сзади транспортного средства. Ведущая ось может быть сплошной, но в современных автомобилях с задним приводом обычно используется раздельная ось с дифференциалом. В этом случае одна полуось или полувал соединяет дифференциал с левым задним колесом, а второй полувал – с правым задним колесом; таким образом, две полуоси и дифференциал составляют заднюю ось. Передняя ведущая ось обеспечивает тягу грузовика. Фактически, только одно колесо этой оси фактически движет грузовик и прицеп по дороге. Некоторые простые конструкции транспортных средств, такие как картинг, могут иметь одно ведущее колесо, где ведущая ось является раздельным валом, приводимым двигателем только одним из двух валов, или же оба колеса соединены с одним валом без дифференциала (гонки на картах). Однако другие картинги также имеют два задних ведущих колеса.

Подъемная ось

Некоторые самосвалы и прицепы могут быть оснащены подъемной осью (также известной как пневматическая или откидная ось), которую можно механически поднимать или опускать. Ось опускается для увеличения грузоподъемности или распределения веса груза на большее количество колес, например, при проезде по мосту с ограничением по весу. Когда это не требуется, ось поднимается над дорогой для снижения износа шин и оси, повышения сцепления оставшихся колес и уменьшения расхода топлива. Подъем оси также снижает боковое скольжение дополнительной оси при очень крутых поворотах, облегчая маневрирование транспортного средства. В некоторых ситуациях снятие нагрузки с дополнительной оси необходимо для того, чтобы транспортное средство вообще смогло завершить поворот. Некоторые производители предлагают компьютерное управление подъемными устройствами, автоматически опускающими "мертвые" оси при достижении основной осью предельного веса. При необходимости "мертвые" оси можно поднять нажатием кнопки для улучшения маневренности. Подъемные оси использовались уже в начале 1940-х годов. Первоначально ось поднималась механическим приводом. Вскоре механическая система уступила место гидравлической. Одним из первых производителей была компания Zetterbergs, расположенная в Эстерволе, Швеция. Их торговая марка – Zeta Lyften. Подъемная тандемная ведущая ось была изобретена в 1957 году финским производителем грузовиков Vanajan Autotehdas, компанией, имеющей общую историю с Sisu Auto.

Полный плавучий против полуплавучего

Полная плавающая ось несет вес транспортного средства на корпусе оси, а не на полуосях; они служат только для передачи крутящего момента от дифференциала к колесам. Они "плавают" внутри узла, который несет вес автомобиля. Таким образом, единственное напряжение, которое они должны выдерживать, – это крутящий момент (а не поперечная изгибающая сила). Полные плавающие валы фиксируются фланцем, прикрепленным к ступице, в то время как ступица и подшипники удерживаются на шпинделе большой гайкой. В отличие от этого, полуплавающая конструкция несет вес транспортного средства на самой оси; в конце корпуса оси имеется один подшипник, который воспринимает нагрузку от оси и через который ось вращается. Чтобы быть "полуплавающей", полуоси должны иметь возможность "плавать" в корпусе, подшипниках и сальниках и не подвергаться осевому "давлению" и/или предварительной нагрузке подшипника. В полуплавающих осях используются игольчатые подшипники и отдельные сальники, при этом ось удерживается в корпусе на внутренних концах, как правило, с помощью "C-клипс" – это закаленные шайбы, занимающие 3/4 окружности, которые вставляются в пазы, обработанные на внутреннем конце валов, и фиксируются в/через углубления в боковых шестернях дифференциала, которые сами удерживаются валом дифференциальной шестерни или валом "паука". Истинный полуплавающий узел оси не создает боковых нагрузок на трубы корпуса оси или сами оси. Оси, запрессованные в шариковые или конические роликовые подшипники, которые, в свою очередь, удерживаются в/на корпусах оси с помощью фланцев, болтов и гаек, не "плавают" и создают осевые нагрузки на подшипники, корпуса и только короткий участок самой оси, который также несет все радиальные нагрузки. Конструкция с полной плавающей осью обычно используется в большинстве грузовиков весом 3/4 и 1 тонну, среднетоннажных и тяжелых грузовиках. Вся сборка может выдерживать больший вес, чем полуплавающая или неплавающая конструкция оси, поскольку ступицы имеют два подшипника, установленных на фиксированном шпинделе. Полностью плавающую ось можно определить по выступающей ступице, к которой прикреплен фланец оси. Полуплавающая конструкция оси обычно используется на задней оси полутонных и более легких внедорожников 4x4. Эта конструкция позволяет оси служить средством движения, а также поддерживать вес транспортного средства. Основное различие между полной и полуплавающей конструкциями оси – это количество подшипников. Полуплавающая ось имеет только один подшипник, в то время как в полной плавающей сборке подшипники расположены как внутри, так и снаружи колесной ступицы. Другое отличие – снятие оси. Чтобы снять полуплавающую ось, сначала необходимо снять колесо; если такая ось сломается, колесо, скорее всего, отвалится от автомобиля. Полуплавающая конструкция встречается в большинстве грузовиков весом 1/2 тонны и легче, а также во внедорожниках и легковых автомобилях с задним приводом, обычно в более компактных или недорогих моделях. Преимущество полной плавающей оси заключается в том, что даже если ось (используемая для передачи крутящего момента или мощности) сломается, колесо не отсоединится, предотвращая серьезные аварии.