Материал: Базовые шасси пожарных автомобилей и спасательной техники. Жулай В.А., Тюнин В.Л

Практическая работа №4 изучение устройства трансмиссии пожарных автомобилей и спасательной техники

4.1. Цель работы

Изучение различных видов трансмиссий пожарных автомобилей и спасательной техники, принципов их формирования и определение общих передаточных чисел трансмиссий.

4.2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В качестве базового шасси пожарных и аварийно-спасательных автомобилей в основном полноприводные автомобили с колёсными формулами 4х4 и 6х6 (рис. 4.1). Колёсная формула – это условное обозначение общего числа колёс транспортного средства и числа ведущих колёс двумя числами. Крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания 1 через сцепление 2 передаётся к коробке передач 3.

Рис. 4.1. Структурные схемы трансмиссий:

а – автомобиль 4х4; автомобиль 6х6

В механической коробке передач крутящий момент изменяется в соответствии с включённой передачей, которую выбирает водитель в зависимости от дорожных условий. В последнее время на грузовых автомобилях так же применяется гидромеханическая коробка передач, которая позволяет изменять передачу автоматически. От коробки передач крутящий момент через карданную передачу 4 поступает к раздаточной коробке передач 5, от которой подводится к переднему и заднему ведущим мостам. Ведущий мост автомобиля включает в себя главную передачу с межколёсным дифференциалом 6. Главная передача обладает постоянным передаточным числом и увеличивает поступающий на неё крутящий момент. Межколёсный дифференциал распределяет крутящий момент между правым и левым колёсами и позволяет им в некоторых дорожных условиях вращаться с различной угловой скоростью. От дифференциала к ведущим колёсам крутящий момент передаётся полуосями 8, а в некоторых случаях дополнительно через колёсные редукторы 7. Передние ведущие мосты в приводе колёс имеют карданные шарниры равных угловых скоростей 10, которые передают крутящий момент к управляемым колёсам. Привод переднего моста может быть отключаемым (ЗИЛ – 433420, Урал – 5557) или дифференциальным (КамАЗ – 43101). Во втором случае в раздаточной коробке предусматривается межосевой дифференциал 9, который распределяет крутящий момент между ведущими мостами в определённом соответствии и позволяет ведущим колёсам мостов вращаться с различной угловой скоростью.

У трёхосных автомобилей привод к среднему и заднему мостам может быть общим (ЗИЛ – 433420, Урал – 5557) или раздельным (КамАЗ – 43101). В первом случае применяют главную передачу с проходным ведущем валом. При раздельном приводе мостов в раздаточной коробке между задними ведущими мостами устанавливается межосевой дифференциал.

Сцепление служит для кратковременного разъединения вала двигателя от трансмиссии и последующего их плавного соединения, необходимого при трогании машины с места или после переключения передач во время движения. Кроме того, сцепление должно ограничивать динамические нагрузки в трансмиссии и устранять резонансные колебания. Вращающиеся детали сцепления относят либо к ведущей части, соединенной с валом двигателя, либо к ведомой части, разъединяемой с ведущей при выключении сцепления. В зависимости от характера связи между ведущей и ведомой частями различают фрикционные, гидравлические и электромагнитные сцепления.

Наиболее распространены фрикционные сцепления, у которых крутящий момент передается с ведущей части на ведомую без преобразования его величины силами трения, действующими на поверхностях соприкосновения этих частей.

Фрикционные сцепления выполняются обычно дисковыми, а для замыкания поверхностей трения используют усилие нескольких периферийно расположенных пружин или одной центральной пружиной. По количеству ведомых дисков сцепления подразделяются на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. Двухдисковые сцепления применяются на мощных автомобилях большой грузоподъемности и тракторах, а многодисковые, работающие обычно в масляной ванне, - в автоматических трансмиссиях.

По конструкции нажимного механизма сцепления бывают постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые. У непостоянно замкнутых сцеплений нажимной механизм рычажный, позволяющий не только включать и выключать сцепление, но и оставлять его в выключенном состоянии.

По способу управления сцепления подразделяются: с непосредственным управлением мускульной силой водителя и с помощью усилия (сервопривод).

Коробка передач служит для изменения соотношения между частотами вращения вала двигателя и ведущих колес машины. Обладая переменными передаточными числами, коробка передач позволяет изменять крутящий момент на ведущих колесах и скорость движения машины, что необходимо при постоянной мощности двигателя для преодоления сил инерции при разгоне и повышенных сопротивлений движению. Коробка передач обеспечивает движение машины задним ходом, длительное отключение работающего двигателя от остальных агрегатов трансмиссии при стоянке, а так же отбор мощности для привода вспомогательных механизмов. Коробка передач должна иметь достаточное число передач с рационально выбранными передаточными числами, которые обеспечат необходимые тягово-скоростные и экономические качества машины в заданных условиях, высокий КПД, небольшие размеры и вес, быть простой по конструкции, надежной и долговечной в работе, легкой в управлении, удобной при обслуживании и ремонте.

Коробки передач классифицируются: по типу конструкции - простые, с неподвижными осями валов, и планетарные, с вращающимися осями валов; по числу передач переднего хода - трех-, четырехступенчатые и т. д.; по числу режимов работы - одно- и двухрежимные; по конструкции шестерен - с прямозубыми и косозубыми шестернями; по конструкции переключающих устройств - со скользящими шестернями (каретками), с зубчатыми муфтами, с синхронизаторами, с фрикционными муфтами.

Наибольшее распространение имеют ступенчатые коробки передач с неподвижными осями валов, так как они просты по конструкции, имеют высокий КПД и надежны в работе.

Недостатком ступенчатых коробок передач является ограниченное число передаточных чисел, что не всегда удовлетворяет разнообразным условиям работы лесовозных автомобилей и трелевочных тракторов.

Увеличение числа передач автомобилей повышенной проходимости достигается применением, кроме основной, дополнительной, обычно двухступенчатой коробки, которая одновременно является раздаточной коробкой и служит для распределения мощности между несколькими ведущими мостами автомобиля.

Автомобильные коробки передач (рис. 4.2) выполняются трехвальными соосными. Они имеют три вала: ведущий 1, промежуточный 7 и ведомый 6. Ведущий вал шестерней 2 постоянного зацепления связан с промежуточным валом. Ведомый вал установлен соосно с ведущим, а свободно сидящие на нем шестерни (кроме каретки 5) сцеплены шестернями промежуточного вала. Достоинство трехвальных коробок является наличие прямой передачи, на которой шестерни не участвуют в передаче и изменении крутящего момента, что способствует повышению КПД и сроку службы коробки. На остальных передачах переднего хода в зацеплении находятся всегда две пары шестерен.

Рис. 4.2. Схема пятиступенчатой коробки передач грузового автомобиля

Для повышения бесшумности работы и срока службы коробки шестерни основных, используемых в эксплуатации передач (II - V) выполняются косозубыми, постоянного зацепления.

В этой коробке четвертая передача прямая, а пятая - ускоряющая, с передаточным числом менее единицы. Ускоряющая передача способствует снижению частоты вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно - экономии топлива и уменьшению износа деталей двигателя при движении автомобиля с малыми нагрузками.

Включение второй, третьей, четвертой и пятой передач производится двумя синхронизаторами 3 и 4, установленными на шлицах ведомого вала 6.

Первая передача и задний ход включаются при перемещении прямозубой шестерни - каретки 5, входящей в зацепление с соответствующей шестерней 9 промежуточного вала или шестерней 8 блока заднего хода. В отличие от тракторов, у автомобилей переключение передач при разгоне или изменении дорожных сопротивлений производится на ходу. В этих условиях для бесшумного, безударного и быстрого, без потери скорости, переключения передач используются специальные приспособления - синхронизаторы, автоматически выравнивающие угловые скорости шестерни и ведомого вала и обеспечивающие их безударные соединение. При переходе с низших на высшие передачи синхронизатор, уравнивая угловые скорости каретки и шестерни, уменьшает частоту вращения деталей, связанных с ведущим валом, при переходе с высших на низшие - увеличивает.

4.3. Последовательность выполнения работы

1. Изучить принципы работы основных узлов трансмиссий (муфты сцепления, коробки перемены передач, карданного вала и задне­го моста) по макетам.

2. Используя рисунок 4.2 и данные преподавателя вычис­лить общие передаточных чисел на всех режимах работы коробки перемены передач. Например, общее передаточное число на 1-ой передаче: , где z – число зубьев соответствующего зубчатого колеса.

4.4. Форма отчета

Практическая работа №4

1. Цель работы.

2. Описание конструкции и принципа работы трансмиссии автомобиля, составление кинематической схемы.

3. Определение общих передаточных чисел КПП автомобиля.

Выводы.

Практическая работа №5 исследование работы автомобильного дифференциала

5.1. Цель работы

Целью работы является изучение принципа действия и основных кинематических свойств конического автомобильного дифференциала теоретически и экспериментально.

5.2. Краткие теоретические сведения

Коническая зубчатая дифференциальная передача входит в конструкцию ведущих мостов автомобилей.

При помощи дифференциальной зубчатой передачи (конического дифференциала) осуществляется передача вращательного движения от двигателя к ведущим колёсам или колёсным редукторам. Эта передача обеспечивает качение колёс без буксования или юза при движении самоходной машины на поворотах (особенно крутых), по неровной поверхности и различных радиусах качения колёс из-за различной степени накачивания шин и различной нагрузки на колёса и др. Применение передачи уменьшает износ шин ведущих колёс на транспортном режиме.

На рис. 5.1 показана схема ведущего моста автомобиля с коническим дифференциалом. Собственно дифференциальный механизм состоит из зуб­чатых колёс 1, 2, 3 с числами зубьев Z₁, Z₂, Z₃ и звена Н, называемого водилом и являющегося коробкой дифференциала. Геометрические оси одинако­вых колёс Z₁, и Z₃ совпадают с общей осью механизма 0-0, и поэтому эти ко­лёса называются центральными или солнечными колёсами. Колесо Z₂ сво­бодно вращается в подвижном подшипнике водила Н и вместе с ним движет­ся вокруг обшей оси механизма 0-0, оставаясь в то же время в постоянном зацеплении с колёсами Z₁, и Z₃. Колесо Z₂ обычно называется сателлитом. Коробка Н дифференциала жёстко скреплена с большим коническим (ведо­мым) зубчатым колесом Z₄. Центральные конические колёса Z₁, и Z₃ жёстко посажены на отдельные валы, связанные с ведущими колёсами моста и назы­ваемые полуосями. Коническая зубчатая передача, состоящая из колёс Z₄ и Z₅, обычно называется главной передачей моста. Вращающий момент от дви­гателя автомобиля через коробку передач, карданную передачу 8 и кониче­ские колёса Z₅ и Z₄ главной передачи передаётся к коробке Н дифференциа­ла, а затем от коробки через сателлит Z₂ равномерно распределяется по полу­осям 7 колёс К₁ и К₃. Второй сателлит, расположенный напротив сателлита Z₂, показан штриховыми линиями, ставится в механизм для возможности пе­редачи большей мощности и разгрузки центральных подшипников и в кине­матическом отношении не играет роли. В обращенном механизме, когда во­дило Н неподвижно вследствие добавления ко всем звеньям минус n_н оборо­тов, обороты колеса Z₁ равны (n₁-n_н), а обороты колеса Z₃ равны (n₃-n_н), по­этому передаточное отношение равно

Для смазки ступиц шестерен второй, третьей и пятой передач ведомого вала в нем сделаны сверления, через которые подается масло под давлением от масляного насоса, имеющего привод от носка промежуточного вала. Для отбора мощности на промежуточном валу имеется прямозубая шестерня 10 (см. рис. 4.2). Уплотнения выходящих из коробки концов ведущего и ведомого валов выполняются каркасными резиновыми самоподвижными сальниками.

Приведённая зависимость представляет собой основную формулу диф­ференциального механизма, позволяющую по заданным оборотам двух его звеньев определить число оборотов третьего звена. Для определения угловых скоростей колёс К₁ и К₃ воспользуемся формулой

(5.1)

Рис. 5.1. Схема ведущего моста с коническим дифференциалом

При движении автомобиля по прямому ровному участку дороги, при одинаковом сопротивлении движения ведущих колёс (правого и левого) и их одинаковых радиусах качения сателлиты, находящиеся в коробке дифференциала, не будут иметь вращения вокруг своих осей, они кажутся как бы жёстко соединёнными с коробкой и полуосями, а следовательно, и с колёсами. При таком положении сателлиты вместе с коробкой дифференциала будут вращаться с числом оборотов n₁ = n₃ = n_н = n_ср. В этом случае дифференциал ведущего моста работает как жёсткая муфта, соединяющая карданный вал через главную передачу с полуосями колёс. На прямолинейном участке путь, проходимый ведущими колёсами в одну секунду, равен

где r_к – радиус качения ведущего колеса, ω_к – угловая скорость ведущего колеса на прямолинейном участке пути.

Если колесо К₁ притормаживается, а его скорость вращения уменьшается, то число оборотов колеса К₃ согласно уравнению (5.1)

возрастает и, когда колесо остановится, т.е. n₁ = 0, число оборотов колеса К₃ будет равно удвоенному числу оборотов коробки дифференциала, т.е. n₃=2n_н.

Такое положение возможно только в том случае, если одно колесо стоит на плотном грунте, а второе не касается грунта или слабо сцепляется (попало на лёд или переувлажнённый грунт и т.д.) с опорной поверхностью, т.е. буксует.

Таким образом, дифференциальный механизм, встроенный в трансмиссию автомобилей, обеспечивает автоматическое регулирование чисел оборотов колёс в зависимости от сил сопротивления на колёсах и их сцепления с опорной поверхностью.

При движении автомобиля по криволинейной траектории (рис. 5.2) ведущие колёса за единицу времени пройдут разные пути: правое, катящееся по внешней кривой с числом оборотов n_нар, проходит в одно и то же время больший путь, чем левое колесо, катящееся по внутренней кривой с числом оборотов п_вн. На рис. 5.2 видно, что правое колесо пройдёт путь

, (5.2)

а левое

, (5.3)

где R – радиус закругления траектории, b – колея колёс.