Трансмиссия. Классификация трансмиссий. Муфта сцепления. Промежуточные соединения, карданные передачи. Коробка передач.

 

Трансмиссия (силовая передача) представляет собой ту часть трак­тора, которая обеспечивает возможность использования мощности дви­гателя для самопередвижения и выполнения им полезной работы.

Самопередвижение трактора обеспечивается при подводе крутяще­го момента к ведущим органам (ведущим колесам или гусеничным дви­гателям) путем взаимодействия их с опорной поверхностью (дорогой, поверхностью поля).

Полезную работу трактор может выполнять различными способа­ми: буксированием рабочих машин, перевозкой грузов на остове маши­ны, приводом рабочих органов прицепных и навесных машин через ва­лы отбора мощности и приводные шкивы, преобразованием механиче­ской энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую и ис­пользованием ее для питания внешних потребителей (трактор ДЭТ-250).

Таким образом, трансмиссия трактора осуществляет распределение и подвод мощности двигателя к ведущим органам (двигателям), а также к рабочим органам навесных и прицепных механизмов и машин.

Кроме того, при помощи механизмов трансмиссии обеспечивается эффективная работа трактора в различных эксплуатационных режимах: плавное трогание с места, движение с разными скоростями, работа при различной тяге на ведущих колесах, изменение направления движения, осуществление или обеспечение поворота, остановка машины, работа двигателя при остановленной машине.

Трансмиссии тракторов различают по принципу действия (механические, гидравлические, электрические и комбинированные) и по характеру изменения скорости привода ведущих органов (ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные).

Механические трансмиссии могут быть как ступенчатыми, так и бесступенчатыми. В ступенчатой трансмиссии имеется шестеренная коробка передач, позволяющая изменять частоту вращения, а следователь но, передаваемый крутящий момент за счет включения шестерен с разным количеством зубьев (разного диаметра). При этом изменяется передаточное число i, представляющее собой отношение частоты вращения ведущего вала n ₁ (мин^–1) к частоте вращения ведомого вала n ₂ (мин^–1):

i = n ₁/ n ₂.

Передаточное число можно представить и в таком виде:

i = Z ₂/ Z ₁ = D ₁/ D ₂,

где Z ₁ и Z ₂ – число зубьев соответственно ведущей и ведомой шестерен передачи;

D ₁ и D ₂ – диаметры соответственно ведущей и ведомой шестерен передачи.

Зная передаточное число включенной передачи i, частоту вращения n ₁ и крутящий момент M ₁ на ведущей шестерне, можно определить частоту вращения n ₂ и крутящий момент М ₂ на ведомой шестерне:

n ₂ = n ₁/ i,

M ₂ = M ₁´ i.

Ступенчатые коробки передач современных тракторов имеют наборы шестерен, позволяющих получать от 3 до 24 ступеней с разными передаточными числами. Чем большее число ступеней имеет трансмис­сия трактора, тем легче загрузить двигатель (путем увеличения скорости движения или нагрузки на крюке) в разнообразных эксплуатационных условиях и тем самым обеспечить его экономическую работу. Однако увеличение количества ступеней приводит к усложнению коробки пере­дач. Таким образом, ступенчатая передача не позволяет полностью загрузить двигатель и тем самым обеспечить оптимальные условия его работы, в том числе и минимальный расход топлива.

Бесступенчатая трансмиссия дает возможность плавно автоматиче­ски изменять крутящий момент, добиваясь полной загрузки двигателя при любых режимах работы трактора. В качестве бесступенчатых пере­дач на современных тракторах применяют электромеханические, гид­ромеханические и гидрообъемные силовые передачи (трансмиссии).

Электромеханическая трансмиссия, примененная на тракторе ДЭТ-250 состоит из дизеля, который через карданную передачу и раздаточ­ный редуктор приводит основные и вспомогательные генераторы посто­янного тока. Основные генераторы здесь питают тяговый двигатель по­стоянного тока, который через центральную передачу связан с валом заднего моста. Управляют тяговым электродвигателем при помощи кон­троллера (изменяет потребляемую мощность, а, следовательно, скорость движения и силу тяги) и реверса (изменяет направление движения).

Гидравлическая трансмиссия. Гидрообъемная передача состоит из гидравлического насоса, приводимого от двигателя внутреннего сгора­ния, распределительных устройств и гидромоторов (один на вое веду­щие колеса или один на каждое ведущее колесо). Сравнение электроме­ханической передачи с гидрообъемной указывает на их сходство в ком­поновке агрегатов одинакового назначения. ДВС приводит электро- или гидрогенератор (гидронасос).

Электрическая или гидравлическая энергия (масло под рабочим давлением поступает на распределительно-управляющее устройство, контролер, реверс или гидрораспределитель), от которого направляется к приводным электро- или гидромоторам ведущих колес.

Гидромеханическая передача состоит из гидротрансформатора и ступенчатой коробки передач. Гидротрансформатор обеспечивает преобразование крутящего момента и плавность

Основные агрегаты трансмиссии схематично представлены на рисунке 49.

Рис 49. Схема составных частей трансмиссии: а - автомобиля; б - колесного трактора; в - гусеничного трактора; 1 - сцепление; 2 - коробка передач; 3 - карданная передача; 4 - ведущее колесо (звездочка); 5 - полуоси ведущих колес; 6 - дифференциал; 7 - главная переда­ча; 8 - конечная передача; 9 - раздаточная коробка; 10 - гусеница; 11 - проме­жуточное соединение; 12 - механизм поворота

Муфта сцепления позволяет кратковременно отключать двигатель от трансмиссии при переключении передач, обеспечивать плавное тро-гание с места, сглаживать резкие изменения динамических нагрузок на детали трансмиссии. По принципу действия муфты сцепления подраз­деляют на гидродинамические, электромагнитные и фрикционные. На современных тракторах и автомобилях используют фрикционное сцеп­ление. У них передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения, возникающих при сжатии ведущих и ведомых дисков. Класси­фицируют фрикционные муфты сцепления по таким признакам:

по типу нажимного механизма - постоянно замкнутые с нажимными пружинами и непостоянно замкнутые с рычажным нажимным механизмом;

по числу ведомых дисков - однодисковые, двухдисковые и мно годисковые;

по виду трения дисков - сухие и мокрые;

по количеству независимо действующих муфт, соединенных в одном механизме, - одинарные и двойные. Одинарная муфта служит

для отключения трансмиссии от двигателя, двойная представляет собой сочетание двух независимо действующих муфт, одна из которых отключает трансмиссию от двигателя, а вторая предназначена для управления ВОМ.

Двухдисковое сцепление в отличие от однодискового имеет два ве­домых и два ведущих диска: промежуточный 11 (рис. 50), нажимной 9, установленных поочередно.

С обеих сторон промежуточного диска установлено по четыре от­жимных пружины, которые при выключении сцепления обеспечивают установку диска в среднем положении между маховиком и нажимным диском. Ступицы ведомых дисков помещены на шлицы вала сцепления. Передний конец вала опирается на шариковый подшипник, установлен­ный в расточке маховика, а задний соединен шлицами с первичным ва­лом коробки передач и опирается на его передний подшипник. Ведомые диски сцепления зажаты между торцовыми поверхностями маховика и ведущих дисков цилиндрическими пружинами, которые равномерно расположены в кожухе. Отжимные рычажки прикреплены к кожуху вилками и гайками 7. Наружные концы рычажков шарнирно соединены с нажимным диском, а внутренние - с кольцом 6. Педаль сцепления связана с подшипником через вилку 14 выключения, рычаги и тяги.

 

Рис. 50. Двухдисковое сцепление (трактора Т-150К):

1 - вал; 2 - корпус; 3 - пружина; 4 - выжимной подшипник; 5 - кожух; 6 - вы­жимное кольцо; 7 - регулировочная гайка; 8 - отжимной рычажок; 9 - нажим­ной диск; 10 - разжимная пружина; 11 - промежуточный диск; 12 - ведомые днем; 13 - паз маховика; \Л - вилка выключения; 15 - регулировочная гайка тормозка; 16 - тормозная колодка

При нажатии на педаль подшипник 4 переместит вперед кольцо с внутренними концами отжимных рычажков, а наружные концы рычажков 8 отведут назад нажимной диск 9. Под действием разжимных пружин 10 промежуточный диск отойдет от маховика и нажимного диска, враще­ние на ведомые диски от коленчатого вала передаваться не будет. Для быстрой остановки ведомых дисков и, следовательно, вала 1 служит тормозок. Колодка 16 тормозка с приклепанной к ней накладкой при выключении сцепления прижимается к валу, для чего через пружину она соединена с рычагом, жестко закрепленным на одной оси вместе с вилкой 14.

Рассмотренное двухдисковое сцепление - однопоточное, поскольку оба ведомых диска передают вращение на один вал, который одновре­менно приводит ведущий вал коробки передач и ВОМ. Двухпоточное сцепление или комбинированное передает крутящий момент от колен­чатого вала двигателя одновременно на два потока: ведущий вал короб­ки передач и ВОМ.

Механизм выключения сцепления может иметь механический или пневматический привод. Механический привод состоит из передачи, выжимного подшипника, вилок выключения сцепления и включения тормозка, рычагов вилок и тяг.

Нажатием на педаль (рис. 51) с помощью тяги, рычага и вилки перемешается вперед выжимной подшипник 4.

Подшипник нажимает на внутренние концы отжимных рычажков 3, которые наружными концами отводят нажимной диск от маховика, освобождая ведомый диск, -сцепление выключается.

При выключении сцепления от рычага б передается через тягу рычага 5 тормозка и вал трансмиссии останавливается. Для включения сцепления педаль отпускают, отжимные рычажки с

Рис. 51. Механизмы выключения

сцепления: а - с механическим приводом МТЗ-80; б - привод с сервомеха­низмом (Т-150К); 1 - педаль; 2 - регулировочный винт, 3 - отжимной рычажок; 4 - выжимной подшипник; 5 - рычаг тормозка; 6 - рычаг выключения сцепления: 7 и 8 - тяги; 9 - упорный болт, 10 - пружина; 11 - шток; 12 - пневматическая камера; 13 - воздушный баллон; 14 - кла­пан; 5 - плунжер; 16 - корпус сле­дящего устройства; 17 - регулиро­вочная гайка тормозка; 18 - отверстие

выжимным подшипником отходят назад, а нажимной диск под действием пружин прижимает ведомый диск к маховику.

При включенном сцеплении между выжимным подшипником и отжим­ными рычажками должен быть зазор, который соответствует определен­ному свободному коду педали.

Для снижения усилия, прикла­дываемого водителем к педали, ме­ханизмы выключения многих трак­торов снабжены усилителями. В ка­честве усилителя рассматриваемого сцепления применен механический сервоусилитель. Он состоит из пру­жины 10 и кронштейна с упорным болтом 9. В начале хода педали сце­пления пружина сжимается, а затем, разжимаясь, помогает полностью выключить сцепление.

Пневмосервомеханизм состоит из пневматической камеры 12 (рис. 51, б), закрепленной на корпусе сцепления с левой стороны, и следящего устройства. Корпус 16 следящего устройства соединен через тягу 8 с педа­лью, а плунжер 15-срычагомб. Если нажать на педаль сцепления, то тяга 8 переместит корпус 16 следящего уст­ройства по плунжеру, испытывающе­му сопротивление со стороны рычага. Клапан 14, перемещаемый вместе с корпусом, упрется в торец плунжера и после этого откроется. Сжатый воздух из пневматической системы трактора через клапан 14 поступит в пневмо-камеру и переместит шток 11, кото­рый, воздействуя на рычаг вилки, вы­ключит оцепление. При возвращении педали в исходное положение между клапаном 14 и плунжером 15 образуется зазор. Сжатый воздух из пневматической камеры выходит через отверстие 18 следящего устройства в атмосферу.

При размещении одного агрегата относительно другого на некотором расстоянии крутящий момент передается через промежуточные соединения или карданные передачи.

Промежуточные соединения служат для передачи крутящего момен­та от одного вала другому, геометрические оси которых могут не совпа­дать. Их устанавливают обычно на тракторах между валом сцепления и первичным валом коробки передач. По числу шарниров промежуточные соединения делятся на одинарные (с одним шарниром) и двойные (с двумя шарнирами и валом между ними). По конструкции различают жесткие (состоящие из металлических деталей) и мягкие - с упругими (резиновы­ми) рабочими элементами. В основном на тракторах используют мягкие (упругие) промежуточные соединения. Они обеспечивают возможность передачи крутящего момента при углах между соединяемыми валами до 3°. Упругое двойное промежуточное соединение (рис. 52) состоит из двух эластичных сочленений и составного телескопического вала.

Рис. 52. Карданная передача

1 - болт кардана; 2,3 - гайка; 4 - втулка; 5 - резиновая втулка; 6 - головка кар­дана; 7 - передняя вилка кардана; 8 - шкив тормозка; 9 - щиток; 10 - рычаг тормозка; 11 -упор пружины; 12 - контргайка; 13 - колодка тормозка; 14 -упорный болт; 15 - ведущая вилка кардана; 16 - уплотнение вала кардана; 17 -вал кардана; 18 - ведомая вилка кардана; 19 - гайка: 20 - задняя вилка кардана

В каждое эластичное сочленение входят две крестообразно распо­ложенные вилки 7, соединенные с расположенной между ними голов­кой б карданного механизма упругими резиновыми втулками 4. Головка изготовлена из двух штампованных и сваренных между собой дисков с четырьмя цилиндрическими гнездами, в которые запрессованы резино­вые втулки. В них запрессованы стальные втулки, через которые прохо­дят соединительные болты 2.

Карданные передачи (рис. 53, а и б) предназначены для передачи крутящего момента между агрегатами, оси валов которых могут сме­щаться при движении. Их применяют, главным образом, на автомоби­лях и колесных тракторах для соединения ведомого вала коробки пере­дач с валом раздаточной коробки и ведущих мостов.

Рис 53. Карданные передачи: а - автомобиля с одним ведущим мостом; б - автомобиля с тремя ведущими мостами; в - жесткий карданный шарнир;

1 - коробка передач; 2 - промежуточная опора; 3 - карданный вал; 4 - задний ведущий мост; 5 - вал среднего моста; 6 - межосевой дифференциал; 7 - сред­ний ведущий мост; 8 - вал заднего моста; 9 - задний мост; 10 - подшипник; 11 - масленка; 12 - предохранительный клапан; 13 и 15 - вилки; 14 - крестови­на; 16 - балансировочная пластина

Простая карданная передача 3 состоит из карданных шарниров и вала. Карданные шарниры обеспечивают угловое перемещение кардан­ного вала (до 24°), а свободные шлицевые соединения вилок карданного шарнира о валом - изменение расстояния между шарнирами. По числу шарниров на валу различают одинарные и двойные (с карданами на обоих концах) карданные передачи. Валы карданной передачи изготовлены из тонкостенных стальных труб. На концах к трубке приварены вилки карданных шарниров (или с одной стороны - вилка, а с другой -шлицевая втулка). Для уменьшения вибрации двух последовательно расположенных карданных валов применена промежуточная опора 2. Наибольшее распространение на тракторах и автомобилях получила карданная передача с жесткими карданными шарнирами (рис. 53, в).

Жесткий карданный шарнир состоит из закрепленных на валах двух вилок - 13, 15 и шарнирно соединяющей их крестовины 14, уста­новленной в ушках вилок на игольчатых подшипниках. На шлифован­ные шины крестовины надевают подшипники и закрепляют в проуши­нах вилок стопорными пластинами или кольцами. Сальниковое уплот­нение 10 препятствует вытеканию из подшипников масла, которое на­гнетают через масленку 11 и каналы в крестовине Избыточное количе­ство масла выходит наружу через предохранительный клапан 12.

Коробка передач (КП) служит для изменения силы тяги и скорости движения трактора или автомобиля в зависимости от условий работы. С помощью КП можно изменить направление движения на задний ход и отключить работающий двигатель от трансмиссии при остановке. Дей­ствие КП основано на том, что вращение от коленчатого вала двигателя передается на ходовую часть через зубчатые шестерни с определенным передаточным числом на каждой передаче.

На рисунке 54 показана схема простейшей шестеренной коробки передач, имеющей три скорости переднего хода и одну заднего. Введе­ние в зацепление самой малой шестерни, расположенной на ведущем (первичном) валу 3 с самой большой шестерней на ведомом валу (вто­ричном) валу позволяет получить I (низшую) передачу. При этом часто­та вращения ведомого вала будет наименьшая по сравнения с частотой его вращения при зацеплении других пар шестерен, а крутящий момент - наибольший. Подвижные шестерни (каретки) ведущего вала передви­гают рычагом 7 переключения передач через вилки 5, которые переме­щаются либо вместе с ползунами 9, либо по ним как по направляющим. Для фиксации включенной передачи и для того, чтобы не было само­произвольного переключения, предусмотрены фиксаторы 8. Чтобы ис­ключить одновременное передвижение двух ползунов и включения двух передач, в коробке имеется направляющая пластина - кулиса 6.

При работе выбирают по возможности более высокую передачу, так как это обеспечивает большую экономичность работы двигателя и более высокую производительность. Чем больше передач в коробке, тем полнее используется мощность двигателя при переменной нагрузке.

Шестеренные (ступенчатые) коробки передач классифицируют по следующим признакам:

 

Рис 54. Схема простейшей коробки передач:

1 - двойная шестерня заднего хода; 2 - ведомый вал; 3 - ведущий вал; 4 — корпус коробки; 5 — вилки; 6 — кулиса; 7 — рычаг переключения передач; 8 - фиксатор; 9 – ползуны по числу валов; двух-, трех-, четырехвальные;

по расположению валов относительно продольной оси трактора; с продольным и поперечным расположением;

по способу переключения передач: с остановкой для переключения передач и с переключением передач на ходу;

по типу переключения передач: механические, гидравлические и автоматические; по числу передач или ступеней переднего хода: четырех-, пяти-, шестиступенчатые и т.д.;

по числу подвижных шестерен (кареток): двух-, трех- и четырехходовые;

по конструктивному исполнению: съемные, выполненные в виде самостоятельного агрегата, и смонтированные в общем корпусе с другими механизмами.

Передачи тракторов можно условно разделить на три группы: ос­новные, транспортные и замедленные.

Небольшое число ступеней (передач) коробок передач автомобилей позволяет применить простую кинематическую схему. Основу коробки передач (рис. 55) составляют картер 10 и крышка 5. Внутри картера на шариковых подшипниках вращаются 3 вала ведущий 1, ведомый 8 и промежуточный 11. Ведущий вал изготовлен заодно с ведущей шестер­ней 2 и зубчатым венцом 3.

 

Рис. 55. Схема автомобильной коробки передач:

1 - первичный (ведущий) вал; 2 - шестерня первичного нала; 3 - зубчатый ве­нец; 4 - рычаг переключения передач; 5 - крышка; 6 - подвижная шестерня III и IV передач; 7 - подвижный блок шестерен 1 и II передач; 8 - вторичный (ведо­мый) вал; 9 - блок шестерен заднего хода; 10 - картер; 11 - промежуточный вал; 12 - шестерня постоянного зацепления

Передний конец вала установлен на подшипнике в торцовой вы­точке коленчатого вала, а задний — в гнезде передней стенки картера. Ведомый вал имеет шлицы и передним концом опирается на роликовый подшипник, установленный в торцовой выточке ведущего вала. Другой конец ведомого вала опирается на подшипник, смонтированный в зад­ней стенке корпуса. Оси первичного и вторичного валов совпадают ме­жду собой. На шлицах ведомого вала установлены передвижные шес­терни. На промежуточном валу расположены шестерни различного диаметра, выполненные в виде блока и жестко закрепленные на нем.

Передняя шестерня 12 промежуточного вала находится в постоян­ном зацеплении с шестерней первичного вала, поэтому промежуточный вал вращается всегда вместе с первичным валом. Шестерни 9 заднего хода, выполненные в виде двухвенцового блока, вращаются на оси, за­крепленной в отверстиях стенок корпуса. В отверстие блока шестерен запрессована бронзовая втулка. Механизм переключения передач смон­тирован в крышке корпуса. Передвижные шестерни 6 и 7 перемещаются вдоль вторичного вала вилками, которые свободно входят в их кольце­вые выточки. Вилки закреплены на ползунах и перемещаются вместе с ними. Передвижение ползунов производится нижним концом рычага 4 переключения передач. Рычаг установлен средней частью на шаровой опоре в крышке корпуса коробки передач. Описанная выше коробка передач имеет четыре передачи для движения вперед и одну передачу заднего хода. Передачи I и II включаются перемещением блока 7 шестерен соответственно назад или вперед, III передача включается перемещением шестерни 6 назад. Если же переместить ее вперед, то она внутренними зубьями, выполненными в ее передней торцовой части, войдет в зубчатый венец 3 первичного вала и соединит вместе вторичный и первичный валы. В этом случае (на VI передаче) вторичный и первич­ный валы будут вращаться с одной частотой вращения (напрямую).

Задний ход автомобиля включается перемещением блока 9 шесте­рен заднего хода до ввода их в зацепление с шестернями 1 передачи вторичного и промежуточного валов. Для перемещения рычага пере­ключения передач в положение, соответствующее включению заднего ход а, необходимо дополнительно преодолеть сопротивление пружины предохранителя, расположенного в головке ползуна заднего хода. Это устраняет возможность случайного включения заднего хода при движе­нии автомобиля.

Контрольные вопросы

1. Назначение трансмиссии и их классификация.

2. Что называется передаточным числом?

3. Расскажите устройство муфты сцепления.

4. Для чего служит коробка передач?

5. По каким признакам классифицируют коробки передач?