Конструирование коробок передач с неподвижными осями

Общие сведения

Применяемые на транспортных машинах двигатели внутрен­него сгорания имеют коэффициент приспособляемости 1,15-1,35 для поршневых и 2,0-2,3 для газотурбинных двигателей. В то же время коэффициент сопротивления движению гусеничной машины может изменяться в 10-12 раз. Диапазон изменения оборотов двигателя также во много раз меньше требуемого диапа­зона изменения скоростей движения машины. Все это приводит к тому, что за двигателем необходимо устанавливать дополнитель­ный агрегат, который приводил бы в соответствие имеющиеся диапазоны работы двигателей с требуемыми. Таким агрегатом является коробка передач (КП). Ее назначение:

1) изменять тяговые усилия и скорости движения машины в требуемом диапазоне за счет введения различных передаточных чисел;

2) обеспечивать движение задним ходом;

3) отключать на длительное время работающий двигатель от силовой передачи за счет «нейтрального положения».

Первое назначение вытекает из вышеизложенного, два осталь­ных обусловлены свойством поршневого двигателя. Газотурбин­ные двигатели в принципе могут быть и реверсивными (за счет регулируемого соплового аппарата), и работать при неподвижном вале тяговой турбины. В этом случае задний ход и нейтральное положение в коробке передач могут не потребоваться.

Основные требования. К коробкам передач предъявляются следующие требования: обеспечение требуемого диапазона пере­дач; рациональная разбивка передаточных чисел по передачам; высокий к. п. д.; быстрота и легкость переключения передач; надежность работы в течение срока службы; простота изготовле­ния, обслуживания и ремонта; малые габариты и вес.

Под диапазоном передач d понимается отношение максимального передаточного отношения (на первой передаче) к минимальному (на высшей передаче).

Требуемый диапазон, т. е. диапазон изменения сопротивления движению, в случае механической трансмиссии перекрывается за счет диапазона передач и коэффициента приспособляемости двигателя, тогда при поршневом двигателе 10…12=(1,15…1,35) d. Отсюда легко определить, что диапазон передач должен лежать в пределах d =7,5…10,5. В выполненных конструкциях быстроходных гусеничных машин d≈ 7…11. В некоторых слу­чаях малый диапазон передач, создаваемый коробкой, увеличи­вается до требуемых величин за счет использования механизмов поворота. Обычно при использовании двигателей с высокой удельной мощностью диапазон передач снижается.

Разбивка передаточных чисел по пере­дачам имеет два аспекта – число передач и разбивку переда­точных чисел. В настоящее время наиболее часто используются коробки с пятью-восемью передачами, хотя известны образцы, в которых число передач доходит до 10. Большое число передач приводит к лучшему использованию мощности двигателя, и поэ­тому применяется в машинах с низкой удельной мощностью. Но большое число передач, особенно более восьми, приводит к услож­нению КП и ее механизмов управления, а также ухудшает усло­вия вождения. Поэтому оптимальное число передач для поршне­вого двигателя составляет пять-восемь, для газотурбинного – три-четыре. Верхний предел необходимо использовать на маши­нах с малой удельной мощностью и большим диапазоном передач.

Разбивка передаточных чисел производится на основании тяго­вого расчета. Наиболее полно мощность двигателя используется при разбивке по геометрической прогрессии. Но в этом случае может оказаться, что число передач будет чрезмерно большим. На практике первую передачу «отрывают» и используют ее только для движения в наиболее тяжелых условиях. В этом случае отно­шение передаточных чисел на первой и второй передачах примерно равно двум. Остальные передачи разбивают примерно по геометри­ческой прогрессии с некоторым сближением высших передач.

Высокий к. п. д. обеспечивается рациональным выбором кинематической схемы коробки, в которой отсутствует циркуля­ция мощности, минимальным числом пар шестерен, находящихся в рабочем зацеплении (на переднем ходу две-три), высококаче­ственным изготовлением и правильной организацией системы смазки.

Быстрота и легкость переключения пе­редач достигается правильным выбором механизма переклю­чения и приводом управления. В простых ступенчатых КП в ка­честве механизмов переключения большое распространение полу­чили синхронизаторы. По сравнению с обычными муфтами они убыстряют и облегчают переключение, особенно при использо­вании гидравлического сервопривода.

Параметры переключения можно повысить по сравнению с син­хронизаторами путем осуществления переключения с помощью фрикционных элементов. Такое переключение применяется в пла­нетарных передачах, но в настоящее время оно распространяется и на простые ступенчатые коробки. В этом случае переключение производится индивидуальными фрикционами.

Наиболее совершенным является автоматическое переключение.

Надежность работы в течение срока службы до­стигается: правильным выбором запасов прочности, учитывающих передачу мощности двигателя, циркуляции и рекуперации; предо­хранением коробки от крутильных колебаний (постановкой демп­феров, гибких валиков и др.) и ударных нагрузок при переключе­нии передач (установкой синхронизаторов, индивидуальных фрик­ционов, а также устройств в гидроприводе, обеспечивающих плав­ность включения); предохранением от самовыключения передач и одновременного включения двух передач (применением фикса­торов, замков, специальных блокировочных клапанов); использо­ванием дифференцированного рабочего давления в гидроприводе; правильной организацией системы смазки и качественными уплот­нениями; обеспечением достаточной жесткости валов, опор и картера; соответствующим подбором конструкционных материа­лов и соблюдением технологии изготовления и сборки.

Простота изготовления, обслуживания и ремонта обеспечивается: конструктивными и технологи­ческими мероприятиями (упрощением конфигурации деталей, улучшением их технологичности, унификацией деталей и узлов, уменьшением их числа, рациональным изготовлением и сборкой); применением центральной смазки; использованием устройств для автоматического регулирования зазоров и ходов; легким доступом к местам обслуживания и т. д.

Малые габариты и вес обеспечиваются выбором оптимальных схем, конструктивными мероприятиями (нахожде­нием равнопрочных сечений деталей, применением различных модулей для шестерен и т. д.), подбором оптимальных конструк­ционных материалов, технологическими мероприятиями.

Классификация коробок передач. Механические коробки пере­дач по характеру изменения передаточ­ного числа делятся на бесступенчатые и ступенчатые. Бесступенчатые КП позволяют изменять передаточное число в соответствующем диапазоне непрерывно; к ним относятся фрикционные и импульсные передачи. Ступенчатые коробки изменяют передаточное число дискретно, по передачам. В за­висимости от подвижности осей КП делятся на про­стые и планетарные. В простых КП оси всех шестерен непод­вижны. В планетарных оси некоторых шестерен (сателлитов) вращаются вокруг осей центральных шестерен, т. е. эти шестерни участвуют не только в относительном, но и в переносном вра­щении.

По количеству валов КП подразделяются на двух-, трех-, четырехвальные и с разрезными валами; по располо­жению валов – с поперечным или продольным их располо­жением.