Гусеничные цепи с шарниром сухого трения

Такие гусеницы получили наибольшее распространение (рис. 119). Их достоинства: простота конструкции, сравнительно малый вес, высокая надежность. При этом имеют место существен­ные недостатки: низкая износостойкость и малый срок службы, т. е. низ­кое значение к.п.д., особенно на высоких (св. 50 км/ч) скоростях движения.

Рис. 119. Элементы гусеницы с открытым металлическим шарниром:
1 и 2 – траки; 3 – соединительный палец

Могут быть применены и полузакрытые шарниры с лабиринтом для ограничения попадания в него абразива. Однако пока значи­тельного эффекта эти мероприятия не дали, в то время как кон­струкция усложнилась и вес несколько повысился.

Для литых траков применяется сталь Г-13Л (с калибровкой проушин), для штампованных – 35ХГ2, 27СГТ, ЗЗХГС и т.д., для пальцев – 38СХ, 40ХСА, 32ХСА, 37ХСА, 27СГ, 60Г. Твер­дость проушин НRС 18-45, пальцев (при глубине цементации 0,8-1,2 мм) – НRС35-55.

Гусеничные цепи с резинометаллическим упругим шарниром

В кольцевых резинометаллических шарнирах (РМШ), полу­чивших распространение в гусеницах транспортных гусеничных машин, трение скольжения пальца в проушинах трака заменяется внутренним трением в резиновой втулке, возникающим вследствие деформации концентрического сдвига в пальце при относительном повороте траков. Втулки привулканизируются к пальцам и затем запрессовываются в проушины с высокой степенью обжатия (до 30–40%), исключающей проворачивание их в проушине. Эти втулки подвергаются также значительному радиальному сжатию при запрессовке и одностороннему сжатию от усилий, переда­ваемых гусеницей.

Разрушение шарнира происходит в результате усталости ре­зины под действием знакопеременных напряжений. В связи с тем, что в резине при деформации из-за значительного внутреннего трения имеют место заметно выраженные гистерезисные явления (усилие разгрузки меньше усилия нагрузки), одним из факторов, снижающих срок службы РМШ, является ее перегрев в процессе интенсивного движения.

Поскольку на работоспособность РМШ оказывают значитель­ное влияние величины деформаций и напряжений как от сдвига в резиновой втулке, так и от сжатия ее, при конструировании гусеницы с РМШ стремятся к уменьшению и тех, и других на­пряжений.

Деформация сдвига в шарнире и величина касательных на­пряжений в нем пропорциональны углу γ поворота одного трака относительно другого. Величина эта зависит от диаметров колес и катков, образующих гусеничный обвод, и от шага гусеницы. Чем меньше шаг гусеницы, тем меньше угол γ. Однако с умень­шением шага увеличивается число траков в гусенице и число шар­ниров, что приводит к неизбежному увеличению веса. Вторым препятствием к уменьшению шага гусеницы является уменьшение прочности трака из-за уменьшения перемычек между проушинами.

Ведущие колеса

Ведущие колеса, преобразующие крутящий момент, переда­ваемый от двигателя через трансмиссию, в силу тяги на гусени­цах, являются одним из важных узлов ходовой части, качество конструкции которого не только определяет работоспособность самих элементов зацепления, но и оказывает непосредственное динамическое воздействие на работу всех механизмов – от вала двигателя до опорных поверхностей гусениц. Сложность обеспе­чения нормальной работы зацепления гусеницы с ведущим коле­сом вызывается самим характером работы движителя в широком диапазоне постоянно меняющихся по величине и направлению динамических усилий при движении в разнообразных условиях местности (движение вперед, назад, поворот, разгон, торможе­ние, преодоление препятствий, колебания корпуса).

Основные требования. К ведущим колесам предъявляются следующие требования.

1. Надежное зацепление с гусеницей как в ведущем, так и в тор­мозном режиме независимо от износа гусеницы. Требование это обеспечивается правильным выбором геометрии зацепления. Оно выполняется легче и полнее при гусеницах, шаг которых в процессе эксплуатации не изменяется или изменяется мало.

2. Высокая износостойкость зубьев ведущих колес. Обеспечи­вается также геометрией зацепления и подбором износостойких материалов для зубчатых венцов и технологическими мероприя­тиями по повышению их поверхностной твердости.

3. Самоочистка от грязи и снега. Обеспечивается специаль­ными конструктивными мероприятиями (окна в корпусе колеса, специальные кронштейны – снегоочистители).

Ведущие колеса обычно выполняются разъемными: из сту­пицы и зубчатых венцов. Венцов обычно ставится два; исключение составляют иногда машины легкой весовой категории. Наличие двух венцов, во-первых, изменяет нагрузку в зацеплении, умень­шая его износ; во-вторых, повышает устойчивость гусеницы в про­дольном направлении. Съемные зубчатые венцы можно заменять по мере износа. Кроме того, можно изготавливать ступицы и венцы из разных материалов, подбирать для венцов специальные износостойкие стали. Для венцов используются стали ЛГ-13Л, У12Г и др. Рабочие поверхности зубьев подвергаются термообра­ботке на твердость, которая должна составлять приблизительно НRС50-60. Для повышения твердости зубьев применяется также наплавка их поверх­ности материалами особо вы­сокой твердости.

Ведущие колеса устанав­ливаются или на кронштейне бортовой передачи, или не­посредственно на валу борто­вой передачи (применяется на легких машинах). В пер­вом случае радиальные уси­лия от гусеницы воспринима­ются через подшипники крон­штейном и не передаются на вал бортовой передачи. Во втором случае, очевидно, вал и подшипники бортовой пере­дачи нагружаются усилиями от гусеницы, однако при этом проще конструкция и монтаж и демонтаж ведущего колеса.

Конструкция элементов зацепления ведущих колес с гусе­ницей должна обеспечивать:

а) безударную передачу усилия;

б) свободный вход и выход элементов гусеницы из зацепления;

в) минимум их скольжения под нагрузкой (минимум износа);

г) высокие контактные напряжения в зацеплении.

Типы зацепления ведущих колес. На гусеничных машинах находят применение три различных типа зацепления ведущих колес с гусеницами: гребневое, зубовое и цевочное.

Гребневое зацепление (рис. 120, а), в котором ведущим элементом в колесе служит ролик, а в зацепление с ним входят гребни траков, в настоящее время почти не встречаются. Его недо­статки: гусеница должна иметь большой шаг (крупнозвенчатая); большой износ шарниров цепи и роликов колеса из-за их малого числа (четыре-шесть), наличие выворачивающего момента.

Зубовое зацепление (рис. 120, б) недостаточно надежно из-за забивания впадин между зубьями, имеет повышенный износ. Оно получило некоторое распространение в тракторостроении, но почти не встречается на быстроходных гусеничных машинах.

Основным типом зацепления гусениц с ведущими колесами в быстроходных гусеничных машинах является цевочное зацепление (рис. 120, в). Оно обладает лучшей плавностью и имеет значительные возможности совершенствования при изна­шивающейся гусенице.

С целью полного удовлетворения требований, предъявляемых к качеству зацепления, при различных типах гусениц в гусенич­ных машинах нашли применение несколько видов цевочного за­цепления.

Рис. 120. Типы зацеплений веду­щего колеса с гусе­ницей

Основным видом цевочного зацепления является так называе­мое нормальное зацепление, при котором шаг гусеницы равен шагу ведущего колеса,что обеспечивает без­ударную передачу усилия одновременно несколькими зубьями, а угол давления выбирается так, чтобы обеспечить равновесное положение цевки в точке контакта ее с зубом; этим обеспечивается минимум скольжения под нагрузкой и свободный вход и выход цевки из зацепления. При нормальном зацеплении контакт цевки с зубом всегда должен иметь место при постоянном радиусе ведущего колеса. Нормаль­ное зацепление хорошо работает как в ведущем, так и в тормозном режимах (рис. 121, а). Однако нормальное зацепление успешно работает только при гусенице, шаг которой в процессе эксплуа­тации практически не изменяется (отсутствует износ в шарнирах). Такой гусеницей, в частности, является гусеница с резинометаллическими шарнирами. Для нее выполняется еще так называемое идеальное зацепле­ние с постоянным радиусом (рис. 121, б), позволяющее, с одной стороны, гарантировать величину постоян­ного радиуса, а с другой – уменьшить контактные напряжения в зубе приданием ему вогнутого профиля в месте контакта с цевкой.

При работе гусеницы с открытым металлическим шарниром из-за износа зацепления шаг гусеницы очень быстро становится больше шага ведущего колеса. При этом нормальная работа зацепления нарушается; по мере износа шарнира и увели­чения шага гусеницы цевки, входящие в зацепление, распола­гаются все выше по зубу, а затем по мере поворота ведущего ко­леса опускаются к его основанию, вызывая скольжение под на­грузкой и износ. При определенной величине износа цевки выхо­дят на вершину зуба, и зацепление становится неработоспособ­ным. Для исправления положения необходимо заменить или изно­шенные пальцы в гусенице (частичное восстановление ее шага), или всю гусеницу. Таким образом, срок службы гусеницы по из­носу здесь ограничивается не прочностью изношенных шарниров, а работоспособностью зацепления. Для увеличения срока службы гусеницы по зацеплению длительное время применялось и еще применяется так называемое специальное зацепление, при котором шаг гусеницы меньше шага колеса. К сроку службы гусеницы при этом добавляется время, в течение которого из-за износа шарнира шаг гусеницы станет равным шагу ведущего колеса, что проис­ходит примерно через 200–500 км пробега. В дальнейшем зацепле­ние продолжает работать практически так же, как нормальное. Недостатки специального зацепления: выпучивание гусеницы при движении в тормозном режиме; скольжение цевки по зубу при выходе из зацепления; ударное приложение нагрузки при пере­ходе с одного типа зацепления на другое.

Для устранения выпучивания гусеницы на тормозном режиме применяется исправленное специальное зацепление, так назы­ваемое двухшаговое с несимметричным профилем зуба. Часть зуба, работающая на тормозном режиме, имеет углубление, и контакт его с цевкой достигается на меньшем радиусе, что при­водит к уменьшению шага.

Чтобы избежать скольжения цевок по зубу в нормальном за­цеплении и добиться распределения нагрузки между несколькими зубьями, применяется улучшенное нормальное зацепление, так называемое многошаговое с переменным радиусом за­цепления (рис. 121, в, г). В этом зацеплении по мере увеличения шага гусеницы цевки должны располагаться на большем радиусе, скольжения цевок при этом не происходит. Для нормальной работы многошагового зацепления необходим такой профиль зуба, который обеспечивал бы равновесное положение цевки в любой точке профиля при раз­личных соотношениях усилий на набегающей и сбегающей ветвях гусениц и сил трения в контакте. Трудности решения этой задачи очевидны. Поэтому применяемые в настоящее время улучшенные зацепления гусениц с изнашивающимся шарниром только еще приближаются к многошаговому зацеплению в точном смысле этого определения.

Износ зубьев ведущего колеса и шарнира гусеничных цепей, а также потери на трение как в зацеплении, так и в шарнире зависят от способа передачи усилия от ведущего колеса к гусе­нице. Возможны три способа передачи тягового усилия: тянущий, толкающий и пальцевый. Последний применяется в гусеницах с РМШ, в которых отсутствует износ. При тянущем способе передачи усилия (зуб тянет трак за цевку, расположенную в перед­ней части трака) имеет место значительное трение в зацеплении и износ зубьев ведущего колеса, однако нагрузка на шарнир и его износ меньше. При толкающем способе, когда зуб толкает распо­ложенный впереди трак в его торец, значительно меньше трение и износ в зацеплении и несколько больше нагрузка и износ в шар­нирах траков. В целом толкающий способ передачи тягового уси­лия выгоднее тянущего и получает все большее распространение.

Рис. 121. Виды цевочных зацеплений: а – нормальное; б – нормальное с постоянным радиусом; виг – многошаго­вое при новой и изношенной гусеницах