Проектирование строительных и дорожных машин

338

Рис. 16.3. Конструкция коробки передач с индивидуальными фрикционами

На рис. 16.3 приведена коробка передач колесного трактора общего назначения. Она обеспечивает высокое качество переключения и имеет много конструктивных элементов, характерных для КП многоцелевых гусеничных машин. У коробки четыре вала, расположенных продольно. На ведущем валу 1 установлены шестерни, обеспечивающие включение четырех передач с помощью индивидуальных фрикционов. Последние приводятся в действие с помощью гидравлического управления. На промежуточном валу 2 крепятся только шестерни. На грузовом 3 и раздаточном 4 валах размещены зубчатые муфты, посредством которых включаются четыре режима на переднем и два на заднем ходу, а всего коробка передач позволяет включать 16 передач при движении вперед и восемь при движении назад. Диапазон передач 10,9. Высокое качество переключения обеспечивается за счет индивидуальных фрикционов при включении передач в пределах одного режима, а также тем, что при переключении режимов используется тормозсинхронизатор. Все шестерни прямозубые и находятся в постоянном зацеплении. Они имеют разные модули – 6 и 8 мм. Валы, кроме раздаточного, трехопорные. Раздаточный вал состоит из двух частей, каждая из которых опирается на две опоры. Все валы в осевом направлении фиксируются шариковыми подшипниками. Смазка осуществляется под давлением, картер – с сухим поддоном.

16.3. Смазка и уплотнение коробок передач

Смазка. В коробках передач смазка служит для уменьшения трения, отвода тепла и удаления частиц износа. Она во многом определяет работоспособность коробок.

Смазка подводится к контактирующим поверхностям, которые находятся в относительном движении между собой, т. е. к зубьям шестерен, подшипникам скольжения и качения и другим различным сочленениям.

По месту нахождения масла система смазки бывает двух типов: с мокрым или сухим картером. При мокром картере масло заливается непосредственно в картер коробки, при сухом – в отдельную емкость. Во втором случае масло на смазку подается нагнетающим насосом. Стекающее в картер масло забирается откачивающим насосом и направляется в емкость. Последняя может быть расположена или внутри, или снаружи картера.

339

Смазка может осуществляться разбрызгиванием, под давлением и быть комбинированной.

Смазка разбрызгиванием применяется только с мокрым картером. В этом случае уровень должен иметь определенное значение, и отклоняться от него можно только в ограниченных пределах. Этот способ применяется в основном для простых ступенчатых коробок передач с неплотной компоновкой. При такой смазке требуются повышенные объемы картера для хранения масла и отвода тепла. Качество смазки зависит в большой степени от уровня масла, а также от углов дифферента и крена корпуса машины. Трудно организовать предварительный подогрев масла.

Смазка под давлением применяется в коробках с плотной компоновкой, когда к трущимся поверхностям нельзя подвести достаточного количества масла. Особенно это характерно для планетарных передач, где зубчатые зацепления и подшипники расположены в несколько ярусов. По сравнению с предыдущим этот способ позволяет: рационально организовать смазку, т. е. подавать масло к трущимся поверхностям в соответствующем количестве; осуществлять очистку масла в процессе работы; обеспечивать интенсивное охлаждение масла за счет радиатора.

Нагнетающий насос подает масло под давлением 0,15–0,25 МПа (1,5–2,5 кГ/см2). Температура масла в картере в зависимости от конструкции коробки не должна превышать 110–135 °С.

Смазка под давлением применяется в основном с сухим картером. В этом случае имеется возможность устранить почти все недостатки, характерные для смазки разбрызгиванием. Но система смазки существенно усложняется, т. к. необходимо устанавливать добавочную емкость (бак), нагнетающий и отсасывающий насосы, маслопроводы, уплотнения. Кроме того, часто приходится применять радиатор для отвода избыточного тепла.

При комбинированной смазке подвод масла осуществляется и разбрызгиванием, и под давлением. Последнее делается только для наиболее нагруженных трущихся поверхностей и для тех, к которым разбрызгиванием масло подвести не удается. При этом способе картер мокрый. Применяется в основном для простых ступенчатых коробок передач с плотной компоновкой. Основное преимущество комбинированной смазки – отсутствие дополнительной емкости для хранения масла.

340

Уплотнения. Уплотнения обеспечивают нормальную работу системы смазки, а также предотвращают попадание пыли и грязи во внутренние объемы картера.

Уплотнения, употребляемые в коробках передач, можно разделить на две группы.

К первой относятся уплотнения, обеспечивающие герметизацию полостей с одинаковым давлением. Сюда относятся все уплотнения, устанавливаемые на вращающихся валах, выходящих из картера. Для выравнивания давления внутренняя полость картера сообщается с окружающей атмосферой с помощью специального сапуна. В этой группе используются контактные и бесконтактные уплотнения. Среди контактных наибольшее распространение получили пружинные кольца и самоподвижные манжеты, среди бесконтактных – отбойная резьба, маслосбрасывающие бурты, различные лабиринтные уплотнения и т. д.

На практике для повышения надежности работы вращающиеся валы уплотняют не одним сальником, а используют комбинации различных уплотнений.

Ко второй группе относятся уплотнения для герметизации полостей, имеющих разное давление. Сюда относятся уплотнения маслопроводов, подводящих масло под давлением от неподвижных деталей к вращающимся валам.

В отличие от уплотнений первой группы уплотнения маслопроводов работают в крайне тяжелых условиях, т. к. они подвержены высоким давлениям (до 1,4–1,8 МПа), работают при температурах до 135 °С и их окружные скорости иногда достигают 20–25 м/с. Кроме того, из-за малых габаритов здесь исключается возможность применения комбинированных уплотнений. Все это приводит к тому, что в некоторых случаях работа этих уплотнений определяет работоспособность всей коробки передач. Поэтому к материалам и обработке уплотнительного узла предъявляются очень жесткие требования. Так, кольца изготавливаются из перлитного чугуна с шаровидным графитом. Для лучшей приработки кольцо оксидируется или покрывается оловом. Обойма обычно изготавливается из легированных сталей, ее поверхность трения покрывается пористым хромом или цементируется. Поверхности обрабатываются с высоким классом чистоты и малыми допусками.

341

16.4. Синхронизаторы

Синхронизаторы получили широкое распространение и в настоящее время устанавливаются в большинстве простых ступенчатых коробок передач с постоянным зацеплением шестерен.

С помощью синхронизаторов производится выравнивание угловых скоростей блокируемых деталей (шестерни и вала) перед включением передачи. Это осуществляется в основном за счет изменения скорости вращения деталей, связанных с ведомыми дисками главного фрикциона. Кинетическая энергия инерционных масс, подвергающихся выравниванию, превращается в тепло в буксующих парах фрикционного элемента синхронизатора.

Благодаря предварительному выравниванию угловых скоростей переключение передач с помощью синхронизаторов становится плавным и сравнительно быстрым. Кроме того, для его освоения требуется меньшие навыки, т. к. водитель освобождается от таких сложных манипуляций, как «двойной выжим главного фрикциона» и «промежуточный газ». Синхронизаторы просты в изготовлении, занимают малые объемы, хорошо компонуются на валах между шестернями и повышают надежность коробок передач в целом.

Классификация синхронизаторов. Синхронизаторы классифи-

цируются:

по принципу действия – на простые и инерционные;

по конструктивному исполнению – на конусные и дисковые;

по принципу обслуживания передач – на индивидуальные и центральные.

Простые синхронизаторы. Они наименее сложны по конструкции

идопускают включение передачи еще до того, как произошла полная синхронизация угловых скоростей. Простые синхронизаторы устанавливаются, как правило, на низших передачах – чаще всего на второй. На первой передаче и заднем ходу синхронизаторы не ставятся, т. к. на этих режимах машина работает очень редко, да и включаются они в основном при останове машины. Применение простого синхронизатора на низших передачах вызвано еще и тем, что именно на этих передачах реализуются большие передаточные числа. При этом приведенные к фрикционным конусам синхронизатора инерционный момент, а также крутящий момент от главного фрикциона в случае его неполного выключения достигают относительно больших величин. Эти моменты препятствуют выравниванию угловых скоростей включаемых

342

деталей и тем самым значительно удлиняют процесс переключения передач. В этих условиях простой синхронизатор позволяет включить передачу с неполным выравниванием. Переключение становится непродолжительным, но сопровождается появлением ударных нагрузок.

Инерционные синхронизаторы. В отличие от простого инерци-

онный синхронизатор имеет специальное блокирующее устройство, не позволяющее включить передачу до полного выравнивания угловых скоростей шестерни и вала. Инерционные синхронизаторы устанавливаются на всех высших передачах.

Конусные и дисковые синхронизаторы. Они отличаются друг от друга исполнением фрикционного элемента. Широкое распространение получили конусные синхронизаторы с одной парой трения. Иногда используются многоконусные синхронизаторы, в которых синхронизирующий момент возрастает, однако их конструкция становится более сложной.

Дисковые синхронизаторы выполняются, как правило, многодисковыми. Увеличение поверхностей трения используется как один из способов повышения эффективности синхронизаторов. Однако, как показывают эксперименты, синхронизирующий момент не возрастает прямо пропорционально числу применяемых дисков. По мере удаления дисков от нажимных деталей их момент трения падает. Неравномерность распределения давления приводит к повышенному нагреву и износу наиболее нагруженных дисков.

Эффективность синхронизаторов более рационально повышать не увеличением числа поверхности трения, а оптимальным подбором фрикционных материалов, созданием благоприятных условий работы (особенно хорошей организацией смазки) и применением следящего сервопривода. В последнем случае при малых усилиях со стороны водителя можно получить значительный синхронизирующий момент за счет увеличения давления на поверхностях трения.

Индивидуальный и центральный синхронизаторы. Индивиду-

альный служит для включения только одной передачи, центральный используется для включения нескольких передач. Первый получил повсеместное распространение на транспортной технике благодаря своей простоте и надежности в работе. Второй более сложен, дорогой и имеет значительные габариты. Он используется в коробках, где включение передачи сопровождается блокированием нескольких муфт (например, в коробках с разрезными валами), а также в неко-

343

торых простых коробках передач с автоматическим и полуавтоматическим приводами управления.

В отечественных гусеничных машинах большое распространение получили простые и инерционные индивидуальные конусные синхронизаторы. Один из них показан на рис. 16.4, а. Он применяется для включения второй (палец 4 передвигается влево) и третьей (палец 4 передвигается вправо) передач. При включении второй передачи синхронизатор работает как простой, при включении третьей – как инерционный. Блокирующее устройство у последнего выполнено в виде фигурного выреза (рис. 16.4, б) на корпусе 2 с размещенным в нем пальцем зубчатой муфты 4. Пока не произошло выравнивания угловых скоростей шестерни и вала, сила от момента трения, возникающего в буксующих конусах, прижимает палец к скосу фигурного выреза и не позволяют ему переместиться в крайнее положение. Когда же выравнивание закончится, момент трения резко упадет и усилие водителя становится достаточным для того, чтобы отжать корпус и переместить палец в положение, соответствующее включенной передаче.

Рис. 16.4. Конструкция конусного индивидуального синхронизатора: 1 – зубчатая муфта; 2 – корпус синхронизатора;

3 – пружинный фиксатор; 4 – палец муфты

344

17. Конструирование бортовых передач

17.1. Общие сведения

Бортовые передачи, или, как их часто называют, бортовые редукторы, служат для постоянного увеличения передаточного числа трансмиссии.

Предъявляемые требования. Величина крутящего момента быстроходных двигателей внутреннего сгорания сравнительно мала. В то же время при движении машины к ведущим колесам требуется подводить моменты, превышающие моменты двигателя в десятки раз. Осуществляется это требование за счет введения в трансмиссию машины

соответствующего передаточного числа. Последнее в зависимости от схемы трансмиссии может разноситься по разным агрегатам. Однако, чтобы не перегружать агрегаты чрезмерным крутящим моментом, наиболее целесообразно производить основное увеличение передаточного числа в одном агрегате, помещенном в самом конце силовой цепи. Таким агрегатом и является бортовая передача, устанавливаемая непосредственно перед ведущим колесом. В этом случае более сложные агрегаты – коробка передач, механизмы поворота – нагружены относительно небольшим крутящим моментом и, следовательно, имеют приемлемые вес и габариты, и управление ими значительно облегчается.

Устанавливаемые на гусеничных машинах бортовые передачи в зависимости от типа машины имеют постоянные передаточные числа в пределах 3,5–15.

По сравнению с другими агрегатами трансмиссии бортовые передачи работают в особо трудных условиях, т. к. при постоянной работе в них реализуются большие передаточные числа, вследствие чего крутящие моменты на ведомом валу достигают нескольких десятков тысяч Нм. Объемы, занимаемые бортовыми передачами, обычно ограничены; ведомый вал выходит наружу из корпуса и подвержен воздействию воды, грязи, пыли и т. д. Кроме того, жестко связанная с ведущим колесом бортовая передача воспринимает большие динамические нагрузки, возникающие при движении машины.

С учетом сказанного к бортовым передачам предъявляются такие требования:

высокие прочность, износостойкость шестерен, валов и подшипников;

345

надежная смазка трущихся поверхностей;

поддержание нормального температурного режима.

Первое из этих требований обеспечивается правильным выбором типа схемы, рациональной конструкцией, использованием высококачественных материалов, оптимальной технологией обработки и монтажа, соответствующим подбором смазки и уплотнений, исключающих попадание воды, грязи и пыли в картер бортовой передачи.

Второе требование обеспечивается рациональной организацией смазки (ко всем трущимся поверхностям), подбором сорта смазочного материала (не должно происходить выдавливания его из зоны контакта зубчатых пар), применением надежных уплотнений, делающих невозможными утечки масла, использованием сапунов, выравнивающих давление в картере передачи.

Третье требование обеспечивается выбором достаточного объема масляной ванны, организацией интенсивного теплоотвода, который имеет место при хорошем контактировании картера бортовой передачи с корпусом машины, а также при размещении ребер на внешней поверхности картера и обдуве последнего воздухом.

Остальные требования совпадают с общими требованиями, характерными для агрегатов трансмиссии.

Классификация. Классификация бортовых передач производится по следующим признакам.

По числу рядов шестерен: однорядные; двухрядные. Однорядные бортовые передачи (рис. 17.1, а, б, в) состоят из одного ряда шестерен с неподвижными или подвижными осями, и передаточное число в них преобразуется один раз. Двухрядные состоят соответственно из двух рядов (рис. 17.1, г, д, е), и передаточное число в них преобразуется дважды, последовательно в первом и втором рядах.

По конструктивному исполнению: простые; планетарные; комбинированные. Простые бортовые передачи имеют шестерни с неподвижными осями. На рис. 17.1 представлены простые однорядные с внешним (а) и внутренним (б) зацеплениями и двухрядная (г) бортовые передачи. В планетарных используются один (в) или два (д) ряда шестерен с подвижными осями. В комбинированных (е) первый ряд состоит из шестерен с неподвижными, а второй – с подвижными осями.

346