Бортовые передачи

При проектировании бортовых передач портальных автомобилей приходится решать три основные задачи: определить необходимое передаточное число, выбрать тип и разработать конструкцию бортовой передачи, которая должна обеспечивать возможность легкого изменения передаточного числа без коренной переделки передачи, что необходимо для удовлетворения различных специфических требований эксплуатации. Кроме этого, бортовые передачи должны иметь простую регулировку, обладать малым весом и небольшими размерами. Последние два требования имеют исключительно большое значение, так как бортовые передачи относятся к неподрессоренным элементам конструкции и увеличение их веса крайне нежелательно, а их размеры непосредственно сказываются на ширине .автомобиля.

Для передачи крутящего момента от полуосевых передач непосредственно к ведущим колесам портального автомобиля, казалось бы, могли быть использованы бортовые передачи различных типов (рис. 82): зубчатая, с вертикальным валом, цепная и т. д. Однако зубчатая передача с цилиндрическими шестернями (рис. 82, а) при установке на портальных автомобилях

должна быть обязательно закрытого типа и вследствие большого расстояния между осями главной передачи и ведущих колес в этих автомобилях должна включать несколько промежуточных шестерен. Это усложняет конструкцию и изготовление бортовой передачи, а также повышает ее вес, чем в основном и объясняется отсутствие зубчатых передач на портальных автомобилях.

Бортовая передача с вертикальным валом (рис. 82, б) вызывает необходимость установки двух редукторов с коническими шестернями, усложняющими конструкцию передачи и удорожающими ее стоимость, особенно, если учесть, что редукторы должны быть рассчитаны на передачу большого крутящего момента и иметь специальные устройства, воспринимающие большой реактивный момент, -возникающий ори передаче коническими шестернями (больших крутящих моментов. В противном случае управлять 'портальным автомобилем будет невозможно. Изменение передаточного числа бортовой передачи с вертикальным валом в эксплуатации было бы сопряжено с известными трудностями. Поэтому бортовые передачи с коническими шестернями, так же как и с цилиндрическими, в "портальных автомобилях не 'применяются.

Использовать в портальных автомобилях другие виды бортовых передач, как например планетарные передачи или колесные передачи с внутренним зацеплением, также невозможно в связи с большими расстояниями между осями ведущих и ведомых элементов передачи.

Наиболее полно всем перечисленным выше требованиям к бортовым передачам портальных автомобилей отвечает цепная передача (рис. 82, в), которая позволяет с наименьшими трудностями изменять передаточное число, обеспечивает легкую регулировку в процессе эксплуатации и имеет наименьший вес и размеры.

Кроме того, цепная передача обладает сравнительно высоким к. п. д. (в среднем к. п. д. цепных передач составляет 97— 99% и только при малых мощностях и значительных скоростях он уменьшается до 90—92%). Цепная передача менее трудоемка в изготовлении и при ее использовании не надо выдержи-

вать жесткие требования в отношении точности межосевого расстояния, поскольку во всех конструкциях предусматривается возможность регулировки передачи. Поэтому на всех портальных автомобилях в качестве бортовых передач используются исключительно понижающие цепные передачи со втулоч-но-роликовыми цепями.

Типы бортовых цепных передач и их конструктивные особенности

В зависимости от типа портального автомобиля в них применяют открытые или закрытые цепные передачи (рис. 83).

Открытые цепные передачи не имеют жесткого закрытого картера, и роль элемента, связывающего опоры осей веду-

Рис. 83. Принципиальные схемы бортовых цепных передач ведущих колес портальных автомобилей:

а и б—открытые передачи; в — закрытая передача; / — вилка колеса: 2 — неподвижная направляющая подвески; 3 — шток подвески; 4 — полуосевая карданная передача; 5 — верхняя полуосевая головка;^ 6 — ведущая звездочка; 7 — цепь; 5 — рама автомобиля; 9 — колесо; 10 — ведомая звездочка; 11 и 12 — оси колеса; 13 — полуось; 14 — вал ведомой звездочки; 15 — картер цепной передачи

щей и ведомой звездочек и обеспечивающего неизменность их межосевого расстояния, выполняют шток подвески и вилка крепления колеса (рис. 84) или рама -автомобиля (рис. 85). Отсутствие картера в открытых бортовых цепных передачах автомобилей вызывает необходимость применять верхние полуосевые головки (см. рис. 77), которые не только служат для размещения подшипников вала ведущей звездочки, но и обеспечивают возможность регулировки прогиба цепи.

Открытые передачи являются наиболее распространенными и применяются в автомобилях как с задними, так и с передними ведущими колесами. Так как эти передачи не имеют закрытых маслонепроницаемых картеров, смазку их цепей производят периодически (погружением снятой цепи в теплую масляную ванну). Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и окружающих людей, предохранения их от разбрызгиваемого цепью масла, а также для защиты передачи от грязи и влаги на них устанавливают легкосъемные огражде-

Рис. 86. Рама, сиденье водителя и капот автомобиля P.C.L.

ния. Конструкции ограждений разнообразны и во многом зависят от условий эксплуатации автомобиля.

Закрытые цепные передачи распространены гораздо меньше, главным образом из-за трудностей конструктивного выполнения. Их применяют только на автомобилях с неуправляемыми и неподрессоренными колесами. Закрытая передача имеет картер (рис. 86), сваренный из листовой стали и неподвижно закрепленный на раме автомобиля. Это позволяет монтировать в картере подшипники валов ведущей и ведомой звездочек и крепить к нему опоры оси натяжной звездочки и ведущее колесо (рис. 87), в связи с чем нет необходимости устанавливать полуосевую головку. Кроме того, картер служит резервуаром для жидкой смазки.

Закрытые цепные передачи всегда расположены с внутренней стороны ведущих колес, вследствие чего ширина портального автомобиля определяется наружными плоскостями колес.

Срок службы цепей открытых бортовых цепных передач, эксплуатируемых в условиях абразивного трения, во многом зависит от размеров и качества изготовления цепи и звездо-

Рис. 87. Ведущее неподрессоренное колесо с закрытой цепной передачей

(автомобиль P.C.L.): 1 — ведомая звездочка; 2 — подшипник; 3 — крышка; 4 — картер; 5 — втулочно-ролико-вая цепь; 6 — регулировочная звездочка; 7 — вал колеса; 8 — шпонка: 9 — диск и обод колеса; 10 — болт крепления колеса; // — гайка крепления колеса; 12 — колесо

чек. Однако увеличение размеров цепи и, как следствие, ведущей и ведомой звездочек передачи не только вызывает возрастание неравномерности движения привода и ударных нагрузок при набегании звеньев цепи на звездочки за счет их большего веса, но и связано с конструктивными трудностями.

Практика эксплуатации и анализ конструкций автомобилей показывают (табл. 36), что для обеспечения нормальных условий работы открытых бортовых цепных передач диаметр начальной окружности ведомой звездочки должен быть меньше или в крайнем случае равен диаметру обода колеса (рис. 88). Аналогичные требования предъявляются к цепным передачам обычных автомобилей. Это необходимо для предотвращения повреждения шин звездочкой при проколах и обеспечения минимального просвета между звездочкой и поверхностью дороги, исключающего наезд на посторонние предметы.

Основные данные бортовых цепных передач автомобилей (рис. 88)

При установке цепи с увеличенным разрывным усилием и, следовательно, с большими размерами требуется увеличить диаметр ведомой звездочки или уменьшить число ее зубьев. В этом случае для сохранения передаточного числа нужно уменьшить и число зубьев ведущей звездочки, что не всегда можно выполнить, так как число зубьев звездочек не должно

быть менее 17.

Рассмотрим для примера возможность установки цепи с большим шагом в открытой бортовой цепной передаче автомобиля Т-80 (передаточное число 1 = 2, шаг втулочно-роликовой цепи / = 35 мм, разрывное усилие 8000 кГ). Для обеспечения нормальных условий работы цепи и заданного передаточного числа количество зубьев ведущей звездочки принято равным 2i = 21, в соответствии с чем количество зубьев ведомой звездочки должно быть равно z₂ = 42, а диаметр начальной окружности D_HOz =468,0 мм. В табл. 37 приведены различные варианты передач с цепями большего размера, которые, казалось бы, можно установить на автомобиле Т-80. Из данных табл. 37 видно, что при сохранении положительной величины зазора а может быть произведена замена цепи с шагом / = 35 мм на цепь с шагом / = 40 мм при условии сокращения числа зубьев ведущей звездочки с 21 до 17. Использование цепи с шагом 40 мм не дает существенного повышения прочности, а установка цепей с еще большим шагом практически недопустима.

Уменьшение диаметра ведущей звездочки передачи отрицательно сказывается на условиях работы цепи, так как возрастает усилие, передаваемое цепью, и ускоряется ее износ вследствие увеличения относительного движения пальца и втулки при входе в зацеплении и выходе из него.

В соответствии с этим при конструировании цепных передач диаметр ведущей звездочки желательно увеличивать. Кроме того, при малом числе зубьев ведущей звездочки повышается степень неравномерности движения цепи, в связи с чем она испытывает дополнительные нагрузки.

Следовательно, возможности применения цепей большого» размера для увеличения срока их службы ограничены. Этим и объясняются сравнительно небольшие запасы прочности цепей бортовых передач портальных автомобилей по разрывному усилию, которые гораздо меньше (табл. 38) рекомендуемых для цепных передач.

При установке многорядных цепей увеличивается ширина-автомобилей. Поэтому двухрядные цепи применяют только на!

Таблица 37

Варианты передач, показывающие влияние размеров цепи на параметры передачи автомобиля Т-80 (рис. 88)

внедорожных автомобилях большой грузоподъемности (автомобиль Валмет 2792-14-6SS), у которых скорости движения меньше, а ширина строго не лимитирована.

При выборе размеров цепи закрытых цепных передач применимы в основном все рекомендации, приведенные для цепей открытых передач.

Размеры закрытых цепных передач ограничены величиной дорожного просвета, шириной портала и шириной автомобиля. Поэтому увеличивать их также не всегда можно. Кроме того,, с увеличением размеров передачи повышается ее вес, а следовательно, и вес неподрессоренных частей автомобиля.

Коэффициент запаса прочности цепи бортовых передач ло разрывному усилию для некоторых автомобилей

Основные данные цепей бортовых цепных передач автомобилей

Срок службы бортовых цепных передач портальных автомобилей в значительной степени зависит от материала и термической обработки звездочек, а также от точности их изготовления. Ведущие звездочки цепных передач портальных автомобилей, как правило, изготовляют из поковок легированной стали с последующей механической и термической обработкой. Иногда ведущую звездочку делают со съемным зубчатым венцом. В этом случае диск звездочки изготовляют из обычной углеродистой стали. Ведомые звездочки в отношении износа и ударных нагрузок работают в более благоприятных условиях, чем ведущие. Поэтому их изготовляют из углеродистой стали (чаще из листовой, реже из литья).

Основные данные цепей бортовых цепных передач приведены в табл. 39.

Способы регулировки бортовых цепных передач

В бортовой цепной передаче любого типа обе ветви цепи попеременно бывают ведущими и ведомыми. Поэтому смещение звездочек от вертикальной оси, обычно принятое в вертикальных цепных передачах, в открытых цепных передачах портальных автомобилей с подрессоренными ведущими колесами не применяется. Расположение ведущей и ведомой звездочек на одной оси, совпадающей с вертикальной осью подвески, упрощает конструкцию передачи и снижает в связи с отсутствием дополнительного плеча действия окружной силы нагрузки на подвижные направляющие элементы подвески, главным образом на шток.

У вертикальных цепных передач, к которым относятся и бортовые передачи портальных автомобилей, требуется постоянно регулировать прогиб цепи для компенсации ее вытяжки в процессе эксплуатации. Для нормальной работы бортовой цепной передачи величина прогиба h (рис. 89) при предварительных расчетах может быть принята равной (0,01—0,015) А. Окончательное значение h устанавливают после разработки рабочего проекта автомобиля и определения динамических нагрузок, действующих в трансмиссии. Необходимо отметить, что установлению оптимальной величины прогиба цепи должно уделяться серьезное внимание, поскольку прогиб цепи приводит к значительному (до 400°) увеличению угла поворота ведомых элементов сцепления и может вызвать большие динамические нагрузки в элементах трансмиссии, особенно при резком включении сцепления.

На рис. 90 показана зависимость динамического крутящего момента в трансмиссии автомобиля от прогиба цепи передачи при резком включении сцепления. При умеренных прогибах цепи бортовой передачи динамические крутящие моменты

7* 195

нарастают сравнительно медленно, а при увеличении сверх некоторой величины — резко. Поэтому верхний предел регулировки надо выбирать в зависимости от параметров цепи и требуемой надежности трансмиссии. Так, например, при нагрузке автомобиля Т-80 5000 кГ и включенной первой передаче увеличение прогиба цепи (с 25 до 75 мм) привело к возрастанию динамического крутящего момента при резком трогании с места в 1,05 раза, а при увеличении прогиба с 75 до 125 мм — в 1,5 раза. Следует учесть, что при прогибе цепи, равном 25 мм, динамический крутящий момент в 3 раза превышает максимальный крутящий момент двигателя и в 1,7 раза статический момент трения сцепления. Поэтому выбор верхнего пре-

Рис. 90. Зависимость крутящего момента Щ (на первичном валу реверс-редуктора) от прогиба цепи h трансмиссии автомобиля Т-80

дела диапазона регулировки прогиба цепи имеет большое значение.

Для нижнего предела величины прогиба нельзя рекомендовать нулевое значение, так как при этом из-за неточностей изготовления элементов цепной передачи (например, эксцентриситетов и биения звездочек, валов и т. п.) могут возникнуть недопустимо большие нагрузки.

Крутящий момент в трансмиссии (приведенный к первичному валу реверс-редуктора) увеличивается также с уменьшением передаточного отношения коробки передач. Например, при трогании с места автомобиля Т-80 с грузом резким включением сцепления и при прогибе цепи, равном 50 мм, динамический крутящий момент на первой передаче Mqi =62,5 кГ-м, а на второй передаче Мац =86,6 кГ-м, т. е. увеличился в 1,4 раза.

Влияние полезной нагрузки на возрастание крутящего момента значительно меньше вследствие большой инерции портального автомобиля. Так, например, при увеличении нагрузки до номинальной динамический крутящий момент повышается в среднем на 5% по сравнению с моментом, передаваемым трансмиссией при плавном включении сцепления.

По способу регулировки прогиба цепи бортовые цепные передачи портальных автомобилей подразделяются на две группы. К первой группе относятся передачи с регулировкой расстояния между осями звездочек, ко второй — с неизменным межосевым расстоянием.

Регулировку прогиба цепи в передачах первой группы производят перемещением оси ведущей звездочки. Для этого предназначены регулировочные прокладки, эксцентриковые стаканы, механизмы типа винт — гайка и т. п. Для портальных автомобилей с открытыми бортовыми цепными передачами этот способ регулировки является единственным.

В цепных передачах, отнесенных ко второй группе, прогиб цепи регулируют перемещением регулировочных звездочек. Такой способ регулировки является основным для закрытых бортовых цепных передач.

Регулировка с помощью устройств с нажимной колодкой и направляющей шиной, со звездочками и различного рода пружинами и грузами и т. п. в конструкциях бортовых цепных передач не применяется.

Как показывает опыт эксплуатации портальных автомобилей, регулировка прогиба цепи путем перемещения оси ведущей звездочки является более точной и не вызывает дополнительного износа цепи.

Величину вертикального перемещения ведущей звездочки при первом способе регулировки и смещение регулировочной звездочки в горизонтальном направлении (при втором способе) в цепных передачах автомобилей выбирают так, чтобы после изъятия из цепи целого числа звеньев (обычно двух, реже — одного) натяжное устройство возвращалось в исходное положение.

Регулировка, позволяющая исключать сразу два звена, сохраняет четное число звеньев в цепи, а так как ведущие звездочки, как правило, имеют нечетное число зубьев, то срок службы цепной передачи увеличивается.

Конструкции регулировочных устройств

Для установки звездочек и регулировки прогиба цепи в открытых бортовых цепных передачах применяют верхние полуосевые головки, конструкции которых не отличаются большим разнообразием.

Верхние полуосевые головки крепятся к верхней части штока у автомобилей с подрессоренными ведущими колесами (см. рис. 84) или на раме у автомобилей, ведущие колеса которых не имеют упругой подвески (см. рис. 85). На рис. 77 показана

верхняя полуосевая головка автомобиля Т-80 (аналогичные полуосевые головки 'применены и на других портальные автомобилях). Изменение (положения ведущей звездочки 4 в этой конструкции осуществляется 'поворотом эксцентрикового стакана 3, внутри которого на подшипниках 8 вращается вал 6 звездочки. Стакан установлен в полости картера 1 и закреплен крышкой 2. Для регулировки натяжения цепи стакан поворачивают, предварительно ослабив гайки крепления крышки.

Регулировка прогиба цепи автомобилей Лукки производится подъемом и опусканием всей полуосевой головки, для чего служит хвостовик 1 с резьбой, приваренный к картеру, и регулировочная гайка 3 (рис. 91) (механизм типа винт — гайка). При вращении гайки 3 стопорный винт 2 не дает ей перемещаться вдоль хвостовика, поэтому он ввертывается или вывертывается из нее, опуская или поднимая головку. Головка от проворачивания удерживается шпонкой 10.

Для регулировки прогиба цепи, кроме того, можно применять металлические прокладки, которые устанавливают между фланцем штока подвески и картером верхней полуосевой головки (автомобили Т-60).

Сравнивая различные конструкции регулировочных устройств, можно отметить, что наиболее простой способ регулировки прогиба цепи получается при первых двух конструкциях верхних полуосевых головок, причем конструкция с эксцентриковым стаканом является более совершенной. При использовании верхних полуосевых головок, перемещаемых при помощи механизма типа винт—гайка, необходимо увеличивать диаметр штока подвески и, как следствие, внутренний диаметр пружины подвески. В результате этого снижается жесткость пружины, что нежелательно. Поэтому в портальных автомобилях большой грузоподъемности этот способ регулировки прогиба цепи широко не применяется.

Наибольшее распространение получила верхняя полуосевая головка с эксцентриковым стаканом. Для того чтобы иметь возможность при вытягивании цепи исключить два звена, величина эксцентриситета должна быть равной половине шага. Практически его увеличивают еще на 15—'20%, что необходимо для обеспечения начальной регулировки, так как при изготовлении цепной передачи межосевое расстояние для облегчения сборки цепи делают несколько меньше теоретического.

В некоторых моделях автомобилей для уменьшения размеров и веса полуосевой головки величину эксцентриситета уменьшают до четверти шага. В этом случае вертикальный ход ведущей звездочки равен половине шага. После использования хода из цепи исключают одно звено, соединяя ее переходным звеном.

Проектирование верхних полуосевых головок связано с определенными трудностями, вызванными габаритными ограничениями ширины автомобиля и, как следствие, небольшими размерами полуосевой головки, поскольку с внешней стороны она ограничена ведущей звездочкой, а с внутренней — внешним шарниром полуосевой карданной передачи. Небольшая длина полуосевой головки не позволяет раздвинуть подшипники вала ведущей звездочки, что приводит к увеличению на них нагрузок, вызванных действием окружной силы на ведущей звездочке. Увеличивать же длину вала ведущей звездочки за счет сокращения длины вала полуосевой карданной передачи, как было установлено ранее, нельзя из-за опасности чрезмерного возрастания углов между валами этой передачи. Поэтому, несмотря на небольшую длину, валы ведущих звездочек полуосевых головок имеют увеличенные диаметры, которые определяются не столько условиями их прочности и жесткости, сколько внутренним диаметром подшипников. Увеличивать размеры полуосевых головок нежелательно также еще и потому, что этот вес является неподрессоренным и его уменьшение снижает величину динамической нагрузки на портальный автомобиль и на дорогу при движении.

В открытых бортовых цепных передачах, применяемых для привода неподрессоренных неуправляемых ведущих колес (см. рис. 85), оси звездочек смещены от вертикальной оси, в связи с чем обе ветви цепи расположены наклонно. Регулировка прогиба цепи у этих передач осуществляется также поворотом эксцентрикового стакана или перемещением головки на раме.

В закрытых бортовых цепных передачах регулировка прогиба цепи осуществляется при помощи регулировочных звездочек и, реже, изменением расстояния между осями ведущей и ведомой звездочек.

В первом случае регулировка осуществляется изменением положения регулировочной звездочки, во втором — поворотом эксцентрикового стакана, являющегося опорой вала ведущей звездочки. Регулировка путем изменения положения ведущей звездочки усложняет конструкцию полуосевых передач и вынуждает чаще разъединять цепь для исключения из нее при регулировке -необходимого числа звеньев. Применение регулировочных звездочек облегчает регулировку, но зато несколько увеличивает износ цепи.

Интерес представляет конструкция регулировочной звездочки, примененной в закрытой цепной передаче автомобиля Р. С. L. (рис. 92). Вследствие установки с эксцентриситетом оси 4 регулировочной звездочки 5 на круглом фланце и одинакового расстояния между центрами отверстий болтов 6 крепления его к картеру 7 цепной передачи при поворачивании фланца происходит смещение звездочки относительно цепи и соответственно увеличение или уменьшение величины стрелы прогиба.