4.2 Выбор и обоснование основных узлов трансмиссии

Совокупность механизмов, передающих энергию двигателя ведущим колесам и другим рабочим органам машин и обеспечивающих изменение частоты вращения ведущих органов машин и подводимого к ним момента в заданных пределах по величине и направлению, называется трансмиссией. К механизмам трансмиссии относятся: сцепление, коробка передач (или гидротрансформатор и коробка передач, или гидрообъемная передача), карданные передачи, раздаточная коробка и ведущие мосты, а также валы отбора мощности и их приводы.

Существуют трансмиссии с механическим, гидравлическим и электрическим преобразованием момента.

Механические преобразователи могут обеспечивать как ступенчатое, так и бесступенчатое изменение передаточного числа, а гидравлические и электрические всегда бесступенчатое. Однако в чистом виде две последние передачи обычно не применяются. Наряду с электрическими и гидравлическими агрегатами в трансмиссии автомобилей, как правило, имеются дополнительные коробки передач, зубчатые редукторы, включенные последовательно или параллельно с бесступенчатыми передачами. Электрическая передача обладает свойствами бесступенчатого трансформатора крутящего момента. При изменении сопротивления движению машины меняется крутящий момент электродвигателя, а это в свою очередь изменяет силу тока в генераторе, питающего тяговый двигатель.

Механические трансмиссии отличает простота конструкции, надежность, высокий КПД, низкая стоимость. Масса таких трансмиссий 3 . . . 6 кг/кВт, что заметно ниже, чем у других типов передач. Ряд существенных недостатков: ступенчатое регулирование крутящего момента, разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключении передач; сложность компоновки на многоприводных автомобилях. Тем не менее перечисленные выше положительные качества механических трансмиссий обуславливают их применение на современных лесовозных автомобилях.

В гидравлических передачах энергия двигателя передается через бесступенчатый гидравлический преобразователь. Если при этом используются кинетическая энергия жидкости, то такие передачи называются гидродинамическими. Гидрообъемными называются передачи, в которых энергия передается за счет изменения статического напора, а скорость потока при этом невелика.

Особенности работы лесотранспортных машин предъявляют некоторые дополнительные требования к их трансмиссиям. Это вызвано более частыми переключениями передач из-за низкого качества лесовозных дорог и условий движения вне дорог, необходимость разгона больших масс.

Сцепление

Сцепления служат для передачи крутящего момента двигателя, временного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения. Такая необходимость возникает при трогании с места, переключении передач, кратковременной остановке машины, а также при получении малых скоростей. Сцепление устанавливают между двигателем и коробкой передач. Конструкция сцепления должна обеспечивать надежную передачу крутящего момента двигателя ведущему валу трансмиссии; полное включение и выключение сцепления; должна плавно включаться и с постепенным нарастанием момента трения и поддерживать его постоянным во включенном положении; нормальный тепловой режим работы, во избежание перегрева и обгорания поверхностей трения; надежное предохранение деталей трансмиссии от перегрузок.

По способу передачи крутящего момента сцепление делится на: фрикционное, гидравлическое и электрическое. Механические дисковые сцепления автомобилей подразделяются по ряду основных признаков.

По роду трения на «сухие» и «мокрые». Диски первых работают в сухих корпусах без смазки, а диски «мокрых» сцеплений работают в жидкости (масле). Последние являются более сложными, но имеют больший моторесурс. По числу ведомых дисков сцепления разделяются на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. На сухих муфтах применяют не более двух дисков, а на мокрых не более пяти. По типу нажимного устройства различают сцепления постоянно замкнутые, если нажимной механизм пружинного типа и непостоянно замкнутые, когда нажимной механизм рычажно- пружинного типа. В рычажно-пружинных сцеплениях давление на диски создается нажимным механизмом и сохраняется затем за счет сил упругих деформаций рычажной системы механизма включения. Выбор сцепления определяется типом и назначением машины в целом и условиями ее эксплуатации.

Коробка передач

Коробка передач является механическим ступенчатым преобразователем и выполняет следующие функции: изменение передаваемого крутящего момента и частоты вращения в заданном диапазоне, реверсирование выходного вала и длительное отсоединение двигателя от ведущих колес.

Изменение величины крутящего момента и частоты вращения выходного вала коробки передач осуществляется включением соответствующей пары шестерен, чем устанавливается определенное значение передаточного числа трансмиссии. Кинематические параметры коробки передач во многом определяют тягово-скоростные характеристики машины, т.е. ее динамические качества. Коробка передач должна обеспечивать максимальную загрузку двигателя на всех режимах работы машины, имея высокий КПД , быть удобной в управлении, обеспечивать быстрое и безударное включение и выключение передач. Основными достоинствами механических шестеренчатых коробок передач являются высокий КПД, малые размеры и масса, высокая надежность и простота в эксплуатации, невысокая стоимость. Благодаря этим качествам, такие коробки передач нашли широкое применение на различных типах автомобилей.

Шестеренчатые ступенчатые коробки передач могут быть с неподвижными в пространстве осями валов и планетарными. По способу зацепления шестерен коробки передач бывают: с подвижными шестернями и шестернями постоянного зацепления. Отсюда деление по способу включения: перемещением подвижных шестерен, зубчатыми муфтами или синхронизаторами. Отдельную группу образуют коробка передач с фрикционным включением, их называют коробки передач с переключением на ходу. По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки передач разделяют на соосные и несоосные. Соосными являются трехвальные коробки, имеющие прямую передачу, несоосные - двухвальные. Большинство коробок передач механических трансмиссий устроены так, что каждая работающая зубчатая пара передает весь крутящий момент, идущий от двигателя.

Карданная передача

Современное транспортное средство состоит из ряда агрегатов (двигателя, коробки передач, заднего моста и т.д.), между которыми необходимо осуществить кинематическую и силовую связь, т. е. передавать вращение и крутящие моменты. Валы различных агрегатов несоосны относительно друг друга. Это объясняется как погрешностями изготовления, так и конструктивными особенностями транспортного средства. Так ведущий задний мост автомобиля подрессорен и положение оси его вала постоянно меняется во время движения. В процессе эксплуатации транспортного средства происходит его старение и как следствие нарушение соосности валов. Для соединения валов агрегатов необходимо применять специальные механизмы компенсирующие несоосности. Для этих целей на автомобилях применяются и соединительные валы с упругими муфтами и карданные передачи. Основной частью карданной передачи является карданное сочленение. Карданное сочленение представляет собой муфту двухшарнирную с расположением шарниров в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Одно карданное сочленение может применяться при углах между валами не более 2. Карданные передачи могут быть асинхронные или неравных угловых скоростей и синхронные или равных угловых скоростей.

Раздаточная коробка

Раздаточные коробки предназначены для распределения (раздачи) крутящего момента между ведущими мостами многоприводных автомобилей и тракторов (колесных).

Раздаточные коробки могут быть одно- или двухступенчатые. В наиболее распространенных конструкциях раздаточных коробок обе ступени двухступенчатой коробки выполняются понижающими, а иногда одна из них - понижающей, а вторая - прямой.

В зависимости от кинематической схемы раздаточные коробки подразделяются на коробки с блокированным и коробки с дифференциальным приводами ведущих мостов.

Межосевой дифференциал раздаточной коробки с дифференциальным приводом обеспечивает вращение передних и задних ведущих колес с различными угловыми скоростями при неодинаковых радиусах их качения, при прохождении различной длины пути в единицу времени и при поворотах; распределяет крутящий момент между ведущими мостами и предотвращает циркуляцию мощности в трансмиссии.

Крутящий момент между ведущими мостами распределяется поровну, если межосевой дифференциал симметричный; в зависимости от распределения вертикальной нагрузки между мостами при несимметричном дифференциале.

К раздаточным коробкам предъявляются те же требования, что и к основным коробкам передач, и дополнительно раздаточные коробки должны обеспечивать два условия:

1. Увеличение крутящего момента при включении понижающей (первой) ступени и его распределение между ведущими мостами должно обеспечивать полное использование силу тяги по сцеплению колес с дорогой.

2. При движении автомобиля в его трансмиссии не должно возникать циркуляционной мощности.