Коробки передач, механизмы поворота и бортовые передачи.

4.7.1 Основные понятия, определения коробок передач.

Коробкой передач называется агрегат трансмиссии, позволяющий изменять в необходимых пределах силы тяги на гусеницах и скорости движения танка за счет изменения передаточных чисел между двигателем и ведущими колесами.

Необходимый диапазон изменения скоростей движения танка и тяговых усилий на ведущих колесах составляет примерно 10, в то время, как поршневой двигатель способен изменять крутящий момент при полной подаче топлива (по внешней характеристике) лишь на 10 – 35%. Использование скоростных характеристик двигателя (работа при неполной подаче топлива) позволяет расширить пределы изменения крутящего момента, однако возможности такого регулирования ограничены и не обеспечивают требуемого диапазона. Можно было бы повысить пределы изменения крутящего момента, установив на танк более мощный двигатель, но такое решение неприемлемо, так как приводит к возрастанию габаритов моторной установки, повышению расходов горючего (а следовательно, к сокращению запаса хода танка) и недоиспользованию мощности двигателя. Кроме того, такой двигатель все равно не обеспечит требуемого диапазона скоростей, поскольку устойчивые обороты его работы могут изменяться лишь в 3 – 4 раза. Наконец, поршневые двигатели не обладают реверсивностью.

В связи с этим на танках устанавливаются коробки передач, которые предназначены для:

- изменения силы тяги и скоростей движения танка в более широких пределах, чем это имеет место при изменении оборотов двигателя;

- обеспечения движения танка задним ходом;

- длительного разобщения двигателя и трансмиссии при работе двигателя на холостом ходу.

Передаточные числа и диапазон коробки передач. Методика определения передаточных чисел механических ступенчатых коробок передач такая же, как и для любых шестеренчатых редукторов. В соответствии с ней для определения передаточного числа коробки передач на какой-либо ступени следует перемножить передаточные числа всех пар зубчатых колес, последовательно работающих на данной передаче.

Классификация коробок передач и предъявляемые к ним требования

По характеру изменения передаточного числа коробки передач подразделяются на ступенчатые и непрерывные.

Ступенчатые коробки передач имеют ограниченное число передач и изменяют передаточные числа ступенями.

Непрерывные коробки передач позволяют получать в определенном диапазоне любое передаточное число. Подобными свойствами, как уже отмечалось, обладают гидромеханические и электромеханические передачи. Механические непрерывные коробки передач ввиду их малой надежности распространения не получили.

По конструктивному признаку ступенчатые коробки передач подразделяются на три группы:

- коробки передач с неподвижными осями (простые);

- планетарные коробки передач;

- комбинированные коробки, содержащие зубчатые зацепления с неподвижными осями и планетарные ряды.

Основным требованием, предъявляемым к коробкам передач, является обеспечение танку высоких тяговых качеств и высоких средних скоростей движения. Выполнение этого требования достигается:

- достаточным диапазоном изменения передаточных чисел. В выполненных конструкциях диапазон коробки dk = 7 – 11. При наличии двухступенчатого механизма поворота диапазон коробки можно уменьшить до dk = 6 – 7;

- выбором оптимального числа передач. В существующих танковых механических трансмиссиях число передач колеблется в пределах 5 – 8. Чем больше число передач, тем полнее используется мощность двигателя и тем выше средняя скорость движения танка, но зато сложнее конструкция коробки передач и ее привода. Поэтому применение коробок передач с числом ступеней более восьми нецелесообразно тем более, что даже при восьми передачах крайние из них (первая и восьмая) оказываются резервными и используются сравнительно редко;

- рациональной разбивкой передаточных чисел промежуточных ступеней коробки передач. Передаточные числа коробки передач определяются из общих передаточных чисел трансмиссии, найденных при тяговом расчете танка. При этом крайние передаточные числа (первой и высшей передач) определяются исходя из скоростей движения на высшей и низшей передачах, а промежуточные передачи выбираются так, чтобы обеспечить наибольшее использование мощности двигателя и наиболее высокую среднюю скорость движения танка;

- минимальным временем переключения передач.

Оно обеспечивается применением синхронизаторов, планетарных коробок, различных полуавтоматических и автоматических устройств. Время, затрачиваемое на переключение передач, составляет для простых коробок передач без синхронизаторов – 1,5 – 2 сек., при наличии синхронизаторов – 1,0 – 1,5 сек., для планетарных коробок – 0,5 – 1,0 сек., а для планетарных коробок с автоматическим переключением передач – 0,2 – 0,5 сек.;

- максимальной величиной коэффициента полезного действия коробки передач. Она обеспечивается: а) минимальным числом пар зубчатых колес, участвующих в передаче мощности; б) точностью изготовления и монтажа узлов коробки, высокой жесткостью картера и валов; в) хорошей смазкой трущихся поверхностей.

Кроме этого основного требования, к коробкам передач предъявляются и все общие для агрегатов трансмиссии требования, из которых особенно важным является требование обеспечения минимального объема и веса.

СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ. ТРЕБОВАНИЯ К ОТДЕЛЬНЫМ УЗЛАМ

Коробка передач состоит из картера, валов, опор, зубчатых колес, механизма переключения и предохранительных устройств.

Картер коробки передач должен: обладать высокой жесткостью и прочностью, хорошей теплоотдачей, надежным и удобным для центровки креплением в корпусе танка; иметь хорошие уплотнения в местах выхода валов и сообщение своей внутренней полости с атмосферой.

Картеры изготовляются в большинстве случаев из алюминиевого сплава, который легко обрабатывается, имеет хорошую теплопроводность и малый вес, иногда они делаются из чугуна. Жесткость картера обеспечивается ребрами на его внутренней и наружной поверхностях. Наружные ребра располагаются вдоль потока охлаждающего воздуха, внутренние же располагаются так, чтобы не создавать застойных зон масла.

Валы коробки передач работают при больших нагрузках и высоких температурах. Поэтому они изготовляются из высококачественных легированных сталей, в частности, из хромоникельванадиевой стали. Валы должны обладать высокой прочностью и жесткостью. Крепление зубчатых колес и других деталей на валу должно быть надежным. Температурные удлинения вала не должны нарушать зацепления шестерен.

Опоры должны обеспечивать надежную центровку валов и зубчатых колес; допускать удлинение вала и картера при нагревании. Одна из опор должна фиксировать вал и воспринимать осевые нагрузки. При наличии на валу конического колеса опоры должны обеспечивать регулировку зацепления конической пары.

В качестве опор для валов и зубчатых колес коробок передач, как правило, применяются подшипники качения. В зависимости от формы тел качения подшипники бывают шариковые и роликовые. Разновидностью последних являются игольчатые подшипники. По числу рядов шариков или роликов различают подшипники однорядные и двухрядные. По способности воспринимать радиальную, осевую или обе эти нагрузки подшипники подразделяются на радиальные, упорные и радиально-упорные.

Рис.7. Шариковые подшипники

Подшипники, имеющие наружное кольцо со сферической формой беговой дорожки, называются самоустанавливающимися. Они могут нормально работать при некотором допустимом перекосе внутреннего кольца относительно наружного.

Радиальный однорядный шариковый подшипник (рис.7,а) предназначается для восприятия как радиальных R, так и осевых (в меньшей степени) нагрузок. Характер воспринимаемых подшипником нагрузок зависит от крепления его наружного и внутреннего колец. Если внутреннее кольцо закреплено на валу, а наружное установлено в картере свободно, то подшипник нагружается только радиальной силой. Если закреплены оба кольца, то подшипник может воспринимать, и радиальную и осевую нагрузки в обе стороны.

Радиально-упорный однорядный подшипник (рис.7.б) предназначен для восприятия радиальной и осевой нагрузок. Подобный подшипник может воспринимать осевые нагрузки в какую-либо одну сторону в зависимости от закрепления колец. Например, если закрепить наружное кольцо подшипника, то к внутреннему кольцу можно приложить осевую нагрузку, направленную в левую сторону, и наоборот, при закреплении внутреннего кольца можно приложить к наружному кольцу нагрузку, направленную вправо.

Радиально-упорный двухрядный подшипник (рис.7,в) может воспринимать радиальные и осевые нагрузки в обоих направлениях.

Радиальный двухрядный сферический подшипник (рис.7,г), являясь одновременно самоустанавливающимся, служит для восприятия больших радиальных и незначительных осевых нагрузок.

Упорные подшипники могут быть одинарными (рис. 7, д ) и двойными (рис. 7, е). Первые способны воспринимать осевую нагрузку только в одну сторону, а вторые—в обе стороны.

Роликовые подшипники (рис. 8) выполняются с цилиндрическими, коническими и бочкообразными роликами.

Рис.8. Роликовые подшипники

Подшипники с цилиндрическими роликами способны воспринимать только радиальные R нагрузки. Борты для удержания роликов от осевых перемещений могут быть на внутреннем кольце подшипника (рис. 8, а).на наружном кольце (рис. 8, б) или на обоих кольцах (рис. 8, в).

Рис.9. Зубчатые колеса

В последнем случае подшипник может нагружаться незначительными осевыми нагрузками. Иногда применяются подшипники с витыми роликами, Такие ролики способны пружинить и поэтому хорошо работают при радиальных ударных нагрузках.

Двухрядные сферические роликоподшипники (рис.8.г), являясь самоустанавливающимися, могут воспринимать большие радиальные нагрузки и небольшие осевые нагрузки в обе стороны.

Конические роликовые подшипники (рис. 8. д) предназначаются для восприятия радиальных и больших осевых нагрузок в какую-либо одну сторону.

Игольчатые подшипники (рис. 8. с) применяются в целях уменьшения габаритов и веса агрегатов при больших радиальных нагрузках и отсутствии осевых нагрузок.

Зубчатые колеса коробок должны обладать высокой прочностью, износостойкостью и высоким к. п. д. Они изготовляются из высококачественных легированных сталей.

В коробках передач применяются цилиндрические и конические колеса (рис. 9).

Цилиндрические зубчатые колеса бывают с прямыми (рис. 9,а), косыми (рис. 9,6) и шевронными (рис. 9, в) зубьями. При работе колес с прямыми зубьями возникают только радиальные нагрузки. Косые зубья, по сравнению с прямыми, обеспечивают большую надежность, плавность зацепления и меньший шум, но они сложнее в производстве и создают, наряду с радиальной и осевую нагрузку на вал. Шевронные зубья обладают еще большей надежностью и плавностью зацепления. Колеса с такими зубьями не передают осевых нагрузок на вал, но они дороги и сложны в производстве и поэтому в танках применяются очень редко. Конические колеса выполняются с прямыми (рис. 9,г) или спиральными (рис. 9, д) зубьями. При работе конической пары с прямыми зубьями возникают радиальные и осевые нагрузки, направленные в сторону большого основания корпуса. Спиральные зубья обладают теми же достоинствами, что и косые зубья цилиндрических колес, но они нагружают вал знакопеременной осевой нагрузкой.

Для жесткого соединения зубчатых колес с валами применяются шлицевые или реже шпоночные соединения. Для свободной установки колеса на вал используются подшипники качения, а иногда подшипники скольжения. В целях уменьшения размеров зубчатых колес. А следовательно, и коробки передач часто внутренняя поверхность ступицы колеса выполняет роль наружного кольца подшипника.

Механизм переключения передач.

Для переключения передач в коробках применяются подвижные зубчатые колеса - каретки, зубчатые муфты и муфты с синхронизаторами.

Синхронизаторы, используя силы трения, предварительно выравнивают угловые скорости (числа оборотов) соединяемых звеньев - муфты и зубчатого колеса и тем самым создают условия для безударного включения передачи.

Главные достоинства синхронизаторов заключаются в том, что они:

- способствуют возрастанию средней скорости движения танка, сокращая время переключения передач;

- повышают надежность работы коробки передач, поскольку устраняют удары между зубьями муфт и колес;

- упрощают обучение водителей и снижают требования к их квалификации, так как отпадает необходимость в применении таких сложных приемов при вождении, как «двойное сцепление» и «промежуточный газ».

Рис. 10. Схема работы синхронизатора:

1 - корпус; 2 - фиксатор; 3 - муфта переключения; 4 - палец; 5 - кольцо

Основное требование к механизму переключения - обеспечение быстрого и безударного включения передачи - хорошо выполняется лишь при наличии синхронизаторов.

Существующие синхронизаторы делятся на простые и инерционные.

Простой синхронизатор выравнивает угловые скорости, но не исключает возможность включения передачи до полного выравнивания угловых скоростей включаемой пары, следовательно, переключение может произойти и с некоторым ударом.

Инерционный синхронизатор, наоборот, обеспечивает полное выравнивание угловых скоростей и совершенно исключает удары между зубьями при переключении.

По конструктивному выполнению синхронизаторы бывают конусные и дисковые. Последние в настоящее время не применяются вследствие сложности и больших габаритов.

Синхронизатор, используемый для включения только одной передачи, называется индивидуальным, а для включения нескольких передач - центральным. Центральные синхронизаторы применяются в коробках передач с «разрезными» валами (см. рис. 6).

Рассмотрим работу простого конусного синхронизатора, схема которого приведена на рис.10.

Синхронизатор состоит из корпуса 1, фиксаторов 2, муфты переключения 3, пальцев 4 и кольца 5. При нейтральном положении муфты колпачки фиксаторов входят в кольцевую канавку корпуса, удерживая его на муфте переключения 3. Муфта установлена. на шлицах вала и может перемещаться по ним посредством кольца 5, которое через пальцы 4 соединено с муфтой.

ПЛАНЕТАРНЫЕ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Классификация планетарных коробок передач

Планетарные коробки передач представляют собой сочетание нескольких планетарных рядов и классифицируются по числу степеней свободы в выключенном положении. Они подразделяются на коробки с двумя степенями свободы, тремя степенями свободы и т. д.

Степенями свободы (иди степенями подвижности) механизма называются не- зависимые параметры, которые определяют взаимное положение звеньев механизма. Для зубчатых передач таким независимым параметром являются yгол поворота колеса (или число его оборотов). Например пара цилиндрических зубчатых кoлec - это механизм с одной степенью свободы ибо угол поворота одного колеса определяет и угол поворота другого. Коробка передач с неподвижными осями - это тоже механизм с одной степенью свободы по оборотам ведущего вала однозначно определяются обороты остальных валов коробки. Простой планетарный ряд - это уже механизм с двумя степенями свободы так как нужно обязательно знать углы поворота (числа оборотов) каких либо двух звеньев ряда чтобы определить угол поворота (число оборотов) третьего звена. Это вытекает и из уравнения кинематики в которое входят обороты трех звеньев ряда. Например, для нахождения оборотов эпицикла нужно знать обороты солречной шестерни и водил.Если на механизм с двумя степенями свободы наложить одну дополнительную связь то он превратится в механизм с одной степенью свободы.В планетарных передачах эти дополнительные связи и накладываются с помощью тормозов или фрикционов. Например, если затормозить какое либо одно звено планетарного ряда, то по оборотам второго (ведущего) можно определить обороты третьего (ведомого) звена.Следовательно, для получения определенного передаточного числа нужно наложить связи так, чтобы в коробке передач осталась только одна степень свободы.

В коробках с двумя степенями свободы для получения определенной передачи необходимо включить одно фрикционное устройство (фрикцион или тормоз).

В коробках с тремя степенями свободы для получения передачи включаются два фрикционных устройства.

Главным достоинством планетарных коробок является увеличение средней скорости движения танка благодаря значительному сокращению времени переключения передач. Они обладают и рядом других достоинств

— надежны в работе, могут быть выполнены в малых габаритax и с высоким кпд

— включение передач с помощью фрикционных устройств позволяет сравнительно легко осуществить автоматику переключения передач

— фрикционные устройства коробки передач могут выполнять задачи главного фрикциона поэтому необходимость в последнем отпадает,

— центральные звенья планетарных рядов paзгpужены от радиальных нагрузок

Вместе с тем следует отметить, что планетарные коробки по своему устройству сложнее коробок с неподвижными осями