Конструктивные особенности коробок передач

После выбора кинематической схемы производится расчет и выбор конструктивных параметров коробки передач: межцентро­вого расстояния, показателей шестерен, валов, опор и механизмов переключения. Все эти параметры определяются по соответству­ющим формулам или на основании опытных данных.

Межцентровые расстояния должны определяться исходя из контактной прочности зубьев; в существующих конструкциях КП средние величины межцентровых расстояний лежат в пределах 100-200 мм.

Шестерни. В коробках передач применяются цилиндрические и конические шестерни. Первые изготавливаются с прямыми или косыми зубьями, вторые – с прямыми или спиральными. Косые и спиральные зубья по сравнению с прямыми обладают боль­шей работоспособностью, плавностью и меньшим шумом, поэтому их рационально применять при передаче больших мощностей. Однако шестерни с косыми и спиральными зубьями сложны в про­изводстве и создают добавочные усилия, для компенсации которых необходимо принимать специальные меры.

Шестерни с малым числом зубьев часто нарезаются непосред­ственно на валу. При большом числе зубьев, когда диаметр впа­дин значительно отличается от диаметра вала, шестерни изготав­ливают отдельно.

В целях сохранения лучшей работоспособности, а также при­емлемых габаритов коробки передаточное число одной пары шесте­рен не должно быть более трех.

Модуль шестерен определяется исходя из напряжений на изгиб. В большинстве отечественных КП применяются шестерни с по­стоянным модулем. Так как он рассчитывается по наиболее на­груженным шестерням (на первой передаче), то его величина довольно большая и в зависимости от передаваемого момента и конструктивных особенностей лежит в пределах 6,5-9 мм. В не­которых коробках применяются разномодульные шестерни. Тогда в зависимости от передач модуль изменяется от 3,0 до 6,75 мм (эти цифры приведены для коробки, в которой установлены шестерни с косыми зубьями и постоянным зацеплением). Разномодульные шестерни позволяют сделать КП более компактной и легкой.

Зубья бывают нормальными и укороченными. Шестерни с уко­роченными зубьями являются более компактными и обладают большей прочностью, минимальное число зубьев у них меньше. Например, для шестерни с углом зацепления 20°, нарезанной рейкой, минимальное число укороченных зубьев равно 14, а нор­мальных – 17. Но укороченный зуб имеет и существенный недо­статок – меньшую продолжительность зацепления, что приводит к большему износу. В связи с этим укороченный зуб приме­няется в том случае, когда определяющим фактором является прочность зуба, а не его износ. Зубья, как правило, бывают корригированными.

Валы. Двухвальные КП обычно имеют валы, расположенные в одной плоскости, у трехвальных один вал смещается и лежит в другой плоскости. Этим уменьшается длина коробки.

Для крепления шестерен и муфт валы имеют шлицы, и только в единичных случаях вместо шлицев применяются шпонки. В боль­шинстве коробок валы выполняются постоянного диаметра с на­резанными почти по всей длине шлицами, но в некоторых случаях вал делается ступенчатым, примерно равнопрочным. В последнем случае вес и габариты коробки снижаются. В выполненных кон­струкциях валы устанавливаются или на двух, или на трех опо­рах. Все валы и расположенные на них детали должны быть на­дежно зафиксированы в радиальном и осевом направлениях.

Так как валы передают большие крутящие моменты и в то же время должны иметь достаточную прочность и жесткость при малых габаритах и весе, то они изготавливаются из высококачественных легированных сталей.

Опоры. В качестве опор в коробках передач применяются подшипники качения всех типов. Тип подшипника выбирается в зависимости от действующих сил, числа оборотов, а также дру­гих обстоятельств (характера нагрузки, жесткости валов, подвода смазки и т. д.). В большинстве случаев на опоры валов воздей­ствуют комбинированные нагрузки – радиальные и осевые, по­этому часто устанавливают не один, а несколько, притом разно­типных подшипников, воспринимающих соответствующую на­грузку. Особенно сложными и ответственными узлами являются опоры конических шестерен, которые кроме восприятия больших осевых и радиальных нагрузок еще должны обеспечивать регули­рование зазора в зубчатом зацеплении.

В многоопорных конструкциях (от двух и выше) лишь одна из опор является жесткой в осевом направлении, остальные выпол­няются плавающими. В качестве плавающих опор выбираются менее нагруженные, что способствует лучшему осевому перемеще­нию. В трехопорных валах жесткой обычно является средняя опора.

Механизмы переключения. В простых КП переключение про­изводится каретками, муфтами, синхронизаторами и индивиду­альными фрикционами. Чтобы переключение было легким и на­дежным, в механизмах переключения предусматриваются спе­циальные устройства (различные замки, фиксаторы и стопоры), позволяющие легко передвигать муфты, производить безударное включение, надежно удерживать передачу во включенном, вы­ключенном и нейтральном положениях.

Каретки. Переключение передачи с помощью кареток при­меняется очень редко из-за больших ударных нагрузок и повышен­ных усилий со стороны водителя. Иногда с помощью кареток вклю­чаются передачи заднего хода и вспомогательные агрегаты (лебедки, валы отбора мощности и т. д.). Так как последние включа­ются в основном при стоянке машины, такое включение допустимо.

Муфты. Муфты применяются в коробках, в которых шестерни находятся в постоянном зацеплении. Муфты бывают зубчатыми или кулачковыми. В отечественных коробках используются первые. По сравнению с предыдущим случаем переключение с помощью муфт является более легким, быстрым и сопровождается меньшими ударными нагрузками. Объясняется это малым диаметром, а сле­довательно, и весом муфт, а также специальным профилированием боковых кромок зубьев. Так как полностью избавиться от ударных нагрузок нельзя, муфты должны изготавливаться из сталей, хорошо переносящих удары.

Индивидуальные фрикционы. При включении передачи в этом случае соединение вала с соответствующей шестерней происходит за счет фрикциона, включаемого на каждой передаче вместо муфты. Такое переключение является наиболее совершенным, так как по­зволяет сократить до минимума разрыв в передаче мощности на ведущие колеса. Кроме того, за счет гидропривода имеется воз­можность полностью снять ударные нагрузки и обеспечить води­телю легкое и удобное управление коробкой передач. Применение индивидуальных фрикционов делает излишним установку глав­ного фрикциона. Однако индивидуальные фрикционы увеличи­вают габариты и вес КП делают ее более сложной и дорогой.

Картер. Картер воспринимает нагрузки от опор, является остовом для монтажа всех деталей и одновременно обеспечивает коробке условия закрытой передачи. Картер делают из чугунных или алюминиевых сплавов. В КП большое распространение полу­чили картеры из алюминиевых сплавов. Они более легкие, проще в изготовлении, имеют лучшую теплопроводность, но чугунные более жесткие, имеют меньшие линейные расширения при нагреве.

Чтобы обеспечить достаточную жесткость и распределить нагрузку по всей поверхности, картер делают с внутренними пе­регородками и ребрами, стягивают шпильками и иногда попереч­ными струнами. Для лучшего охлаждения картеры с мокрым под­доном оребряются, обдуваются потоком воздуха, внутренние полости делаются сообщающимися. Сухие картеры охлаждаются с помощью радиатора. Последние начинают применяться для КП, имеющих ограниченные объемы и передающих большие мощности. Разъем картера чаще всего делается по оси валов. Крепится кар­тер или только к корпусу машины, или к двигателю и корпусу.

Конструкции КП в целом. Рассмотрим некоторые конструкции коробок передач, содержащие характерные для гусеничных машин элементы.

На рис. 103 показана двухвальная коробка передач с попереч­ным расположением валов. Число передач вперед – пять, назад – одна, диапазон передач 6,67. Шестерни находятся в постоянном зацеплении, они прямозубые и имеют одинаковый модуль, равный 9 мм. Переключение передач осуществляется: на заднем ходу и первой передаче – с помощью зубчатых муфт; на второй – про­стого синхронизатора, на третьей, четвертой, пятой – инерцион­ного синхронизатора. Ведущий вал 1 – двухопорный, промежу­точный 2 и ведомый 3 – трехопорные, при этом средние опоры являются жесткими, крайние – плавающими. Масло для смазки заливается в картер, который сделан из алюминиевого сплава и имеет разъем по оси валов в горизонтальной плоскости.

На рис. 104 представлена трехвальная коробка передач с про­дольным расположением валов. Число передач вперед – семь, назад – одна, диапазон передач 13,4. Шестерни находятся в по­стоянном зацеплении и имеют косые зубья, шестерни разномодульные, и в зависимости от передач модуль изменяется от 3,0 до 6,75 мм. У конической шестерни модуль равен 8 мм. Переклю­чение осуществляется таким образом: задняя и первая передача с помощью шестерен-кареток, вторая – муфты, с третьей по седьмую – синхронизаторов. Ведущий 1 и промежуточный 2 валы располагаются на двух опорах; правые опоры – жесткие, левые – плавающие. Ведомый вал 3 – трехопорный, от осевых смещений он фиксируется левой и средней опорами. У конической шестерни радиальную нагрузку воспринимает в основном роли­ковый цилиндрический подшипник, а осевую – шариковый радиально-упорный. В коробке применяются роликовые цилиндри­ческие подшипники без наружной обоймы. Две шестерни на ве­домом валу устанавливаются на шпонках. Масло заливается в чугунный картер, имеющий две плоскости разъема.

На рис. 105 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 тор­моз-синхронизатор. 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.

 

Рис. 103. Конструкция двухвальной коробки передач

 

Рис. 104. Кон­струкция трехвальной коробки пере­дач

 

 

Рис. 105. Конструкция коробки передач с индивидуаль­ными фрикционами