Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

12 13

Рис. 17.8. Коробка передач (а) и синхронизатор (б)

автомобиля КАЗ-4540:

—

первичный вал; 2— пневмоцилиндр переключения делителя;

J —зубчатое колесо первичного вала; зубчатый венец; 5

—

синхронизатор делителя; б—шток переключения делителя; 7—

зубчатое колесо VII и VIII передач; 8; //

—

синхронизаторы; 9—

зубчатое колесо V и VI передач;

10—

зубчатое колесо III и IV пе-

редач;

12—

вторичный вал;

13—

зубчатое колесо I и II передач;

14—

крышка коробки передач;

15—

рычаг переключения заднего

хода;

16—

шлицевая муфта;

17—

промежуточный вал; /^—зубча-

тое колесо заднего хода;

19—

маслоприемник гидронасоса;

20 —

зубчатое колесо III и IV передач промежуточного вала;

21—

зуб-

чатое колесо V и VI передач промежуточного вала;

22—

зубчатое

колесо VII передачи промежуточного вала;

23 —

зубчатое колесо

привода промежуточного вала;

24—

масляный гидронасос;

25 —

ступица синхронизатора; 26

—

блокирующее кольцо;

27—

сколь-

зящая муфта; 28— шарик-фиксатор;

29—

сухарь фиксатора; 30

—

направляющая пружины фиксатора; 31

—

пружина фиксатора;

32— стяжная пружина

На первичном валу на игольчатых подшипниках установлено

зубчатое колесо 3, зубчатый венец 4 и ступица синхронизатора 5.

На вторичном валу свободно установлены зубчатые колеса 7 (VII

передача) на двух роликовых подшипниках (от осевого смещения

закреплено гайкой), 9 (V и VI передачи), 10 (III и IV передачи) и

13 (I и II передачи) на игольчатых подшипниках, а ступицы синх-

ронизаторов 8 и 11 закреплены жестко.

На промежуточном валу на шпонках закреплены зубчатые ко-

леса 20, 21, 22, 23, находящиеся в постоянном зацеплении соот-

ветственно с колесами 10, 9, 7, 3. Зубчатые колеса

/<?

находят-

ся в постоянном зацеплении с зубьями, нарезанными непосред-

ственно на промежуточном валу.

В верхней крышке 14 расположен механизм переключения пе-

редач. К заднему торцу корпуса присоединен корпус раздаточной

коробки.

В коробке передач применены энергоемкие синхронизаторы

муфтового типа двустороннего действия с блокирующими кольца-

ми. Размеры этих синхронизаторов небольшие, что позволяет

уменьшить габаритные размеры коробки передач и повысить жест-

кость валов. Блокирующие элементы синхронизатора имеют ма-

лый момент инерции.

Синхронизатор (рис. 17.8, б) состоит из ступицы 25, двух бло-

кирующих колец 26, муфты 21, трех шариков-фиксаторов, трех

сухарей 29 фиксаторов, трех пружин 30 направляющих фиксато-

ров, трех пружин 31 фиксаторов и трех стягивающих пружин 32. В

свободном положении шарики углублены в канавки, сделанные

внутри муфты 27. Для вывода фиксатора из канавки при включе-

нии передачи необходимо усилие 350...450 Н. На внутренней ко-

нусной поверхности бронзовых блокирующих колец 26 нарезана

винтовая резьба для разрушения масляной пленки.

При перемещении муфты синхронизатора вдоль оси под дей-

ствием шариков-фиксаторов блокирующие кольца перемещаются

до соприкосновения с конусной поверхностью включаемого зуб-

чатого колеса. После выравнивания угловых скоростей зубчатых

колес шарики-фиксаторы утапливаются и шлицы муфты безудар-

но входят в зацепление с венцом соединяемого зубчатого колеса.

Для предотвращения самовыключения боковые поверхности за-

цепляющихся зубьев муфты и венцов изготовлены под углом З...4

к оси.

Включением низшей ступени делителя получают I, III, V и VII

передачи. Для этого муфту синхронизатора 5 (рис. 17.8, а) смеща-

ют влево. Вращающий момент передается с первичного вала на

промежуточный вал через ступицу синхронизатора 5, венец 4 и

зубчатые колеса 3 и 23. Чтобы включить I передачу, смещают муф-

ту синхронизатора 11 вправо. Вращающий момент с промежуточ-

ного вала передается на вторичный вал через зубчатое колесо 13 и

ступицу синхронизатора 11.

261

Для включения III передачи муфту синхронизатора 77 смещают

влево, соединяя ее с зубчатым колесом 10. Тогда вращающий мо-

мент передается на вторичный вал через зубчатые колеса 20, 10 и

ступицу синхронизатора 77.

Чтобы включить V передачу, перемещают муфту синхронизато-

ра

вправо, соединяя ее с зубьями венца зубчатого колеса 9. Вра-

щающий момент передается с промежуточного вала на ступицу

синхронизатора 8, закрепленную на вторичном валу, через зубча-

тые колеса 21 и 9.

Перемещая муфту синхронизатора 8 влево и соединяя венец

зубчатого колеса 7 со ступицей синхронизатора 8, включают VII

передачу.

Повышенные передачи (II, IV, VI, VIII) включают, предвари-

тельно перемещая вправо муфту синхронизатора 5 делителя. Пе-

ремещая муфту синхронизатора 77 вправо, включают II передачу,

а перемещая ее влево

—

IV передачу. При включенной II передаче

вращающий момент с первичного вала

передается через ступицу

синхронизатора 5, его муфту и зубчатые колеса 7, 22, 13 на ступи-

цу синхронизатора 11 и вторичный вал 12.

При включенной IV передаче вращающий момент передается с

первичного вала на вторичный со ступицы синхронизатора 5через

зубчатые колеса 7, 22, 20 и 10 на ступицу синхронизатора 77.

При включенной VI передаче вращающий момент с первично-

го вала последовательно передается через зубчатые колеса 7, 22, 21

и 9 на ступицу синхронизатора 8.

Для включения прямой VIII передачи муфту синхронизатора 8

смещают влево. Вращающий момент передается с зубчатого коле-

са 7 на ступицу синхронизатора 8, закрепленную на вторичном

валу.

Детали коробки передач смазываются разбрызгиванием и под

давлением, которое создает гидронасос 24, имеющий привод от

вала 77.

Низшая ступень делителя имеет передаточное число /= 1,3, по-

вышенная

—

/ = 1. Это обеспечивает передаточные числа по пере-

дачам: I - 9,42; II - 6,98; III - 4,42; IV- 3,28; V - 2,42; VI - 1,79;

VII — 1,35; VIII— 1,0. На первой передаче скорость автомобиля

около 2 км/ч, что соответствует скорости комбайна. По асфальти-

рованной дороге машина может двигаться со скоростью

70...75 км/ч.

Механизм переключения передач состоит из четырех штоков с вил-

ками, фиксаторов, замкового устройства, устройства механического

включения делителя, блока электропневматических клапанов,

трехпозиционного пневмоцилиндра. Привод включения четырех

передач переднего хода и передачи заднего хода механический (ры-

чагом, выведенным в кабину водителя). Привод управления делите-

лем электропневматический. Все основные детали механизма пере-

ключения передач смонтированы в крышке коробки передач.

262

17.5. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ

Гидромеханическая трансмиссия состоит из гидродинамичес-

кого преобразователя вращающего момента (гидротрансформато-

ра) и механической коробки передач. Гидротрансформатор (ГТ)

обладает свойством бесступенчато и автоматически в зависимости

от нагрузки на ведущих колесах автомобиля изменять (преобразо-

вывать) ведущий момент, передаваемый от двигателя на транс-

миссию. Одновременно изменяется частота вращения валов. При

этом двигатель продолжает работать в стационарном режиме или

незначительно от него отличающемся. Между двигателем и транс-

миссией нет жесткой связи, а только гидравлическая, поэтому ГТ

демпфирует динамические нагрузки, благодаря чему значительно

повышаются показатели надежности трансмиссии автомобилей и

их двигателей. Однако у гидротрансформатора относительно низ-

кий максимальный КПД (11^ = 0,85...0,9). При отклонении нагруз-

ки от номинальной значение КПД резко снижается. Чтобы ком-

пенсировать этот недостаток и во время работы использовать зону

наибольшего значения КПД, гидротрансформатор комплектуют со

ступенчатым механическим редуктором. Вместе они составляют

гидромеханическую трансмиссию (ГМТ). Сложность конструкции,

большие масса, габаритные размеры и стоимость ограничивают

применение гидротрансформаторов в конструкции автомобилей.

Гидромеханическую трансмиссию применяют в машинах, ра-

ботающих при значительных и частых изменениях нагрузки. Це-

лесообразно, например, применять ГТ на городских автобусах, где

передачи переключают каждые 15...30 с, что занимает 5...

% вре-

мени движения, а физические нагрузки при переключении пере-

дач составляют 25...40 % общей физической работы.

Гидротрансформатор представляет собой, как минимум, трех-

колесную гидравлическую машину (рис. 17.9), состоящую из близ-

корасположенных (с зазором около

мм) лопастных колес: насос-

ного Я, турбинного Т и реактора Р. Пространство внутри колес

заполнено жидкостью. Насосное колесо приводится во вращение

непосредственно от двигателя.

Турбинное колесо соединено с

ведущим валом коробки пере-

дач. Реактор заблокирован жест-

ко на корпус ГТ.

При вращении насосного ко-

Рис. 17.9. Схема комплексного гидро-

трансформатора:

Я —

насосное колесо; 7—турбинное колесо;

Р —

реактор

263

леса жидкость циркулирует внутри объема, образованного лопас-

тями колес (на рисунке показано стрелкой). Под действием цент-

робежных сил жидкость перемещается с лопастей насосного коле-

са на лопасти турбинного колеса, приводя его во вращение.

С лопастей турбинного колеса жидкость поступает на лопасти

неподвижного реактора, где изменяется направление ее движения

и создается реактивный момент. С лопастей реактора жидкость

снова попадает на лопасти насосного колеса. Таким образом, жид-

кость движется в замкнутом круговом цикле, передавая энергию

двигателя турбинному колесу. Скорость вращения турбинного ко-

леса зависит от нагрузки на выходном валу: она уменьшается с

увеличением нагрузки.

Преобразование вращающего момента происходит благодаря

наличию реактора. Момент на валу турбинного колеса отличается

от момента на валу насосного колеса на величину, равную момен-

ту на реакторе.

Основное уравнение гидротрансформа-

тора составлено из условия, что сумма вращающих моментов,

действующих на колеса, равна нулю:

± Л/

- М

или М

= Л/„ ± Л/

где Л/

, Л/

—

вращающие моменты на колесах соответственно насосном, тур-

бинном и реакторе.

Для улучшения характеристик ГТ реакторное колесо уста-

навливают на обгонной муфте. Когда момент на турбинном ко-

лесе больше, чем на насосном, направление вращающего мо-

мента на реакторе противоположно направлению вращения на-

сосного и турбинного колес. Реактор заблокирован и неподви-

жен. Происходит трансформация вращающего момента. Когда в

результате снижения внешней нагрузки увеличивается скорость

вращения турбинного колеса, вращающий момент на его валу

становится меньше, чем на валу насосного колеса, а на реакторе

направление реактивного момента меняется на противополож-

ное. Обгонная муфта разблокируется, и реактор начинает вра-

щаться в сторону вращения насосного и турбинного колес. ГТ

переходит в режим работы гидромуфты: реактор благодаря об-

гонной муфте вращается в ту же сторону, что и турбинное коле-

со. Преобразования вращающего момента в этом случае не про-

исходит. КПД гидромуфты выше, чем ГТ. Гидротрансформатор,

способный работать в режиме гидромуфты, называют комплекс-

ным.

В некоторых конструкциях ГТ используют два рядом установ-

ленных колеса реактора, что обеспечивает ввод в режим гидро-

муфты сначала одного, а затем другого колеса реактора.

Оценочные показатели гидротрансфор-

матора. Преобразующие свойства ГТ оценивают по коэффици-

264

енту трансформации: к

= Л/

/Л/„, который изменяется автомати-

чески с изменением нагрузки и имеет наибольшее значение £

тах

при полностью заторможенном турбинном колесе (стоповый ре-

жим). Значение максимального коэффициента трансформации

зависит от типа и конструкции ГТ, числа колес турбины и реакто-

ра. Обычно к

тах

= 2...4.

Изменение скоростного режима ГТ оценивают по передаточно-

му отношению: i

= п

/п

(здесь п

, п

—

частоты вращения соот-

ветственно турбинного и насосного колес).

Изменение внешней нагрузки (на турбинном колесе) у различ-

ных конструкций ГТ может влиять на изменение вращающего мо-

мента на насосном колесе, т. е. на двигателе. Если изменение на-

грузки на турбинном колене влияет на изменение момента на на-

сосном колесе и соответственно на двигателе, то такие ГТ называ-

ют прозрачными; если не влияет, то непрозрачными. Степень

влияния внешней нагрузки на изменение момента на насосном

колесе оценивают по коэффициенту прозрачности:

П=М

/М*

(здесь Л/^,

—

вращающие моменты на насосном колесе соот-

ветственно при к

тйХ

и к

= 1). У непрозрачных ГТ коэффициент

#= 1. На автомобилях устанавливают малопрозрачные ПГ с коэф-

фициентом П= 1,2...1,5, что позволяет использовать приспособ-

ляемость двигателей к перегрузкам и увеличить КПД гидротранс-

форматора.

Эффективность ГТ оценивают по коэффициенту полезного дей-

ствия:

11^

= М

/М

или

Tin-

= k

. КПД гидротрансформатора

изменяется по параболе и • имеет наибольшие значения

(Лгг

= 0,85...0,92) в узких пределах изменения передаточного отно-

шения (/гг

0,7...0,8). При переходе комплексного ГТ, имеющего

< 1, на режим работы гидромуфты его КПД повышается до 0,97.

Для повышения КПД гидромеханической трансмиссии в от-

дельных конструкциях между маховиком двигателя и турбинным

колесом устанавливают сцепление или зубчатую муфту, с помо-

щью которых в необходимых случаях жестко соединяют двигатель

с турбинным колесом. В этом случае ГТ исключается из работы,

что позволяет повысить КПД трансмиссии, снизить частоту вра-

щения вала двигателя и расход топлива, устранить перегрев жид-

кости. Такой ГТ называют блокируемым.

В качестве рабочей жидкости используют специальное масло

марки А, обладающее небольшим вспениванием и сохраняющее

плотность в широком диапазоне изменения температур.

Гидромеханическая передача автобуса

ЛиАЗ-677 (рис. 17.10) состоит из комплексного блокируемого

гидротрансформатора ЛГ-340-43В с двумя колесами реакторов,

265

насосным и турбинным колесами (активный диаметр D= 340 мм)

и механической коробкой передач с параллельными валами. Ко-

эффициент прозрачности гидротрансформатора П= 1,4... 1,5. Из

безразмерной характеристики IT (см. рис. 17.9) видно, что

Лшах

°>88 при

/'п.

= 0,7. При i

= 0,85 ГТ переходит на режим ра-

боты гидромуфты и его КПД повышается до 0,97. При i

= 0 ко-

эффициент трансформации к

тах

= 3,2. Штриховой линией показа-

на характеристика ранее применявшегося гидротрансформатора

ЛГ-340-ЗА.

Гидротрансформатор расположен в корпусе <?, прикрепленном

болтами к корпусу двигателя. Справа (по рис. 17.10) к корпусу

гидротрансформатора присоединен корпус 24 коробки передач.

Вращение от маховика двигателя передается на насосное коле-

со

через пальцы

Турбинное колесо 4 закреплено на валу /, ко-

торый одновременно является ведущим валом коробки передач.

Колеса реакторов 3 закреплены на внешней обойме обгонной

муфты 4

внутренняя обойма которой жестко соединена с корпу-

сом 8. Между маховиком двигателя и турбинным колесом распо-

ложено сцепление (передний фрикцион I), с помощью которого

блокируют гидротрансформатор.

Коробка передач имеет две ступени переднего хода и одну зад-

него хода. Передаточное число высшей передачи 1, низшей

—

1,792. Передачи переднего хода переключаются с помощью гидро-

поджимных муфт (фрикционов). Коробка передач состоит из ве-

дущего /, ведомого 19 и промежуточного (на рисунке не пока-

зан) валов, фрикционов II (понижающей) и III (прямой) передач,

зубчатых колес, гидросистемы заполнения жидкостью ГТ, гидро-

системы переключения передач (включения или выключения

фрикционов) и систем управления.

Жидкость подается в гидротрансформатор и гидросистему пе-

реключения передач от большого и малого гидронасосов. Боль-

шой гидронасос приводится в действие от работающего двигателя

(насосного колеса) и питает систему при остановленном автобусе.

Малый гидронасос работает от промежуточного вала коробки пе-

Рис. 17.10. Гидромеханическая передача автобуса ЛиАЗ-677:

/—ведомый вал гидротрансформатора; 2

—

обгонная муфта;

3 —

колеса реакторов; 4—тур-

бинное колесо; 5— корпус переднего фрикциона; 6— пальцы привода насосного колеса; 7—

насосное колесо; 8— корпус гидротрансформатора; 9— большой гидронасос;

10— вал

реакто-

ров; //

—

клапан блокировки;

12—

редукционный клапан;

13—

переключатель золотников

включения фрикционов;

14—

пружина включения переднего хода; /5—пневматический ци-

линдр включения заднего хода;

16—

зубчатое колесо привода спидометра;

17—

канал смазки;

/£

—

выходной фланец;

19—

ведомый вал коробки передач;

20—

ведомое зубчатое колесо зад-

него хода;

21 —

скользящая муфта;

22—

ведомое зубчатое колесо переднего хода;

23—

масло-

приемник;

24—

корпус коробки передач;

25—

канал подвода масла

фрикционам;

26—

веду-

щее зубчатое колесо понижающей передачи и заднего хода;

27—

сливной канал;

28—

направ-

ляющий кожух;

29—

канал подвода жидкости

переднему фрикциону;

I —

передний фрикци-

он; II

—

фрикцион понижающей передачи; III

—

фрикцион прямой передачи

267

редач и питает систему при движении автобуса, пуске двигателя от

буксира и торможении двигателем. Номинальное давление жид-

кости составляет 0,62 МПа.

Во время движения автобуса возможен нагрев жидкости до вы-

сокой температуры. Излишки теплоты отводятся в теплообменни-

ке. Его змеевик расположен в емкости, через которую проходит

вода системы охлаждения двигателя.

Гидромеханическая и электрическая системы управления обес-

печивают автоматическое переключение передач переднего хода

при включении того или иного фрикциона. Фрикционы выполне-

ны в виде многодисковых сцеплений с ведомыми и ведущими

дисками, соединение которых происходит под давлением жидко-

сти.

Водитель управляет гидромеханической передачей с помощью

рычага контроллера, расположенного на рулевой колонке. Рычаг

может находиться в одном из четырех положений: Н (нейтраль-

ное), А, ПП, ЗХ. В положении А включена автоматическая систе-

ма управления переключением передач. В этом режиме возможны

работа на понижающей передаче, прямой передаче и блокировка

ГТ на прямой передаче. В положении ПП возможны принуди-

тельное включение понижающей передачи и блокировка ГТ на

понижающей передаче. В положении ЗХ принудительно включен

задний ход.

Опыт эксплуатации автобусов с гидромеханической передачей

показал, что в городах с большой интенсивностью движения целе-

сообразно применять трехступенчатые коробки передач, а в горо-

дах с равнинным профилем дорог и большими расстояниями меж-

ду остановками (400...500 м)

—

двухступенчатые коробки передач.

В нашей стране гидромеханические трансмиссии устанавлива-

ют на автомобилях большого и высшего классов (ГАЗ-14 «Чайка»

и ЗИЛ-41047) совместно с трехступенчатой планетарной коробкой

передач, на автобусах ЛиАЗ и самосвалах БелАЗ большой грузо-

подъемности. В США более 40 % легковых автомобилей и автобу-

сов оборудованы гидромеханическими автоматическими переда-

чами.

17.6. РАЗДАТОЧНЫЕ КОРОБКИ

Раздаточные коробки применяют на многоприводных автомо-

билях для передачи вращающего момента на передний мост с це-

лью повысить проходимость и тягово-сцепные качества автомоби-

лей. В этом случае все колеса находятся в контакте с опорной по-

верхностью и вес автомобиля полностью используется в качестве

сцепного. Раздаточную коробку или располагают непосредствен-

но за коробкой передач, или крепят к раме автомобиля и соединя-

ют с коробкой передач карданным валом.

268

Рис. 17.11. Схема циркуляции паразит-

ной мощности в полноприводном автомо-

биле с заблокированным межосевым

дифференциалом

В конструкциях ряда раздаточных коробок за счет дополни-

тельных передач расширяют диапазон передаточных чисел, чем

увеличивают диапазон тяговых усилий и скоростей движения.

Различают следующие раздаточные коробки: по типу привода

ведущих мостов

—

с постоянным или дифференциальным приводом;

числу ступеней

—

одно- и двухступенчатые; расположению выход-

ных валов

—

с соосными или не соосными валами.

Если передние и задние оси постоянно включены или заблоки-

рованы, то при движении машины на повороте, когда колеса идут

по дугам разного радиуса, или при возможной разнице диаметров

колес может возникнуть кинематическое рассогласование (кине-

матическое несоответствие). Это создает циркуляцию так называ-

емой паразитной мощности.

На рисунке 17.11 показана схема движения автомобиля с по-

стоянно включенным приводом переднего и заднего мостов и со-

осным расположением выходных валов раздаточной коробки. При

кинематическом несоответствии передние колеса могут проскаль-

зывать относительно дороги и на них действует отрицательная ка-

сательная сила Р

' (горизонтальная реакция дороги, направленная

против движения машины). Эта сила образует на передних коле-

сах вращающий момент, который передается через передний

мост, карданный вал, раздаточную коробку и задний карданный

вал на задние колеса (показана штриховой линией), где складыва-

ется с вращающим моментом, поступающим от двигателя. Оба

момента образуют суммарную положительную касательную силу

тяги Р

, вызывающую движение машины. Часть касательной силы

задних колес Р

через остов машины передается на передние коле-

са и преодолевает сопротивление касательной силы передних ко-

лес Рк-

Циркулирующая таким образом мощность не создает положи-

тельной работы, а дополнительно нагружает детали трансмиссии,

вызывая изнашивание шин, на что расходуется дополнительная

мощность. Чтобы избежать этого, в раздаточную коробку вводят

межосевой дифференциал, который позволяет колесам передних

и задних осей вращаться с разной скоростью. Если дифференциа-

ла нет, то при движении по дороге с твердым покрытием необхо-

димо выключать передний мост.

В раздаточных коробках используют симметричные или несим-

269