Тема: Коробки передач, роздавальні коробки і ходозменшувачі

2. Основні деталі і елементи коробок передач.

5. Ведучі мости тракторів і автомобілів.

1. Загальні відомості. Коробка передач – основний багатоступінчастий редуктор трансмісії трактора та автомобіля. Коробка передач призначена для зміни крутного моменту за величиною і напрямом, а також для довготривалого вимикання працюючого двигуна від трансмісії при зупиненій машині.

За способом перетворення крутного моменту коробки передач поділяють на механічні та гідромеханічні. Найбільшого поширення отримали механічні ступінчасті коробки передач.

Ступінчасті (шестерневі ) коробки передач класифікують по слідуючи основних признаках:

- типу шестерневої передачі: з нерухомими осями валів і з обертовими осями (планетарні);

- числу валів, які визначають кінематичну схему: двохвальні, трьохвальні , чотирьохвальні;

- способу зачеплення шестерень: з рухомими шестернями і шестернями постійного зачеплення;

- процесу перемикання передач: з зупинкою трактора для перемикання і з перемиканням на ходу;

- типу механізму перемикання передач: механічні, гідравлічні, автоматичні;

- розміщенню валів відносно поздовжньої вісі трактора: з поздовжнім і поперечним розміщенням;

- монтажним якостям: з’ємні, виконані в окремому агрегаті, і зібрані в загальному корпусі з іншими механізмами.

Число передач (ступенів) тракторних коробок передач складає від 5 до 22, а діапазон основних швидкостей руху вперед від 0,03 до 9,5 м/с (0,1-34 км/год) і вище. Чим більше число передач, тим більше можливостей вибрати оптимальну швидкість руху, що відповідає оптимальному завантаженню двигуна. В той же час, ускладнення кінематичної схеми веде до втрат потужності на тертя, складність виготовлення і ремонту.

Передачі тракторів можна умовно розділити на три групи:

- основні (робочі) передачі, які призначені для виконання робочих операцій. Число основних передач, залежно від типу трактора і його конструкції складає, від 4 до 7 (і більше). У сучасних тракторів цим передачам відповідають швидкості руху 1,4–4,2 м/с
(5-15 км/год.).

- транспортні передачі призначені для використання тракторів як транспортних засобів, а також для холостих переїздів. Число транспортних передач колісних тракторів складає 3-5, а відповідні їм швидкості лежать у межах 4,2-9,5 м-с; для гусеничних тракторів ці показники становлять відповідно 1-2 передачі та 4,2 м/с.

- сповільнені передачі призначені для виконання спеціальних робіт. Швидкість руху у такому випадку становить 0,4...0,03 м/с. Таких передач може бути 2–4.

Коробки передач автомобілів мають від 3 до 5 передач (і більше). Така кількість передач пояснюється призначенням автомобіля, яке має більш вузькі межі використання.

Передачі автомобілів можна розділити на дві групи:

- вищі і нижчі.

Вищими передачами користуються при русі в хороших дорожніх умовах. Їх, в свою чергу, поділяють на прямі (коли передатнє число і_к=1) і прискорювальні (при і_к<1);

Нижчі передачі служать для руху машини з місця, при переміщені на підйомах і важких дорожніх умовах.

На тракторах і авто передбачені передачі заднім ходом. Автомобіль має одну передачу заднім ходом для маневрування при розвертанні. Призначення передач заднім ходом у тракторів більш розширене: їх використовують також і для виконання технологічних операцій. Число передач заднього ходу тракторів досягає 7.

2. Основні деталі і елементи коробок передач. Прикладом найпростіших коробок передач є двох і трьох вальні коробки передач. На багатьох тракторах та автомобілях застосовують прості у виготовленні, надійніші в експлуатації, менш складні в обслуговуванні механічні коробки передач. Принцип роботи найпростішої двох вальної коробки передач такий. Ведучий вал 9 (рис.5) називається первинним і одержує обертання від вала головного зчеплення. Ведений вал 8 – вторинний, з'єднаний безпосередньо або за допомогою карданної передачі з механізмами заднього моста, передає їм обертання від первинного вала через зубчасті колеса (шестерні), що перебувають у зачепленні.

На одному з валів (у даному випадку вторинному) зубчасті колеса 5, 6 і 7 закріплено нерухомо, а на другому (первинному) – шестерні 1, 2 і 3 можна рухати уздовж вала по шліцах і почергово вводити їх у зачеплення з відповідними зубчастими колесами вторинного вала. Шестерні, що рухаються вздовж вала, називають каретками.

Рис.5. Схема двох вальної коробки передач:а – нейтральне положення зубчастих коліс: б, в і г – положення зубчастих коліс при включенні передач, відповідно, першої, другої і заднього ходу: 1, 2, 3 – зубчасті колеса первинного вала; 4 – проміжне зубчате колесо; 5, 6 і 7 – зубчасті колеса вторинного вала; 8, 9 – відповідно, вторинний і первинний вали

Якщо шестерні первинного вала не входять у зачеплення із зубчастими колесами вторинного вала (рис.5, а) – обертання на вторинний вал не передається, трактор (автомобіль) нерухомий або ж рухається накатом.

Для включення першої (найнижчої) передачі каретку із шестернями 1 і 2 переміщають по первинному валу вліво і вводять у зачеплення шестерню 1 із зубчастим колесом 7 (рис.5, б).

Для включення другої передачі цю ж каретку перемішують вправо по первинному валу і вводять у зачеплення шестерню 2 із зубчастим колесом 6 (рис. 5, в). Оскільки шестерня 2 має більше зубців, ніж шестерня 1, а колесо 9 – менше, ніж колесо 7, передаточне число при зачепленні зубчастих коліс 2 і 6 менше передаточного числа при зачепленні зубчастих коліс 1 і 7, тому вторинний вал буде обертатися швидше. Пропорційно підвищиться і швидкість руху трактора або автомобіля.

Задній хід забезпечується зміною напряму обертання вторинною вала. Для цього каретку із шестернями 1 і 2 виводять із зачеплення, каретку із шестернею 3 перемішують вправо і вводять у зачеплення з проміжним зубчастим колесом 4, яке постійно зачеплене із зубчастим колесом 5 вторинного вала (рис. 5, г).

Трьохвальна схема відрізняється від двохвальної наявністю проміжного вала.

Основними деталями механічних коробок передач є шестеренні, вали з опорами і ущільненнями і механізми переключення передач. Шестерні, вали, підшипники, розміщені в картерах, які несуть велике навантаження. Забезпечення великого терміну служби без ремонту (не менше 6000 год.) вимагає правильного вибору кінематичних і силових схем, матеріалів і технології виготовлення картерів. Особливе значення відіграє надійність ущільнень і якість мастила. Поширене до даного часу мащення розпиленням замінюють примусовим.

У коробках передач найбільш поширені механічні пристрої переключення передач, які приводяться в дію мускульною силою водія. Рухомі шестерні вмикаються чи встановлюються в нейтральне положення з допомогою важільного пристрою. Для безударного вмикання у шестернях вмонтовані синхронізатори. Механізм блокування не допускає виходу шестерень із зачеплення за допомогою замків-фіксаторів.

3. Роздавальні коробки і ходозменшувачі. Роздавальні коробки колісних тракторів (МТЗ-82, Т40АМ, К-701, Т-150К та ін.) та автомобілів (ГАЗ-66 та ін.) призначені для передачі частини потужності двигуна на передні ведучі колеса (рис. 6).

Роздавальна коробка трактора МТЗ-82 (рис.6, а) – одноступінчастий редуктор з двома муфтами – вільного ходу і зубчастою.

Обертання від коробки передач передається на приводну шестерню 4 роздавальної коробки і далі, через ролики 5 муфти вільного ходу, що заклинюються, або через зубчасту муфту 6 на вал 1.

Муфта вільного ходу складається з внутрішньої 2 і зовнішньої 3 обойм з роликами 5, що заклинюються. Вмикається муфта автоматично, коли буксування задніх ведучих коліс перевищує 6% і частота обертання вала 1 зменшується настільки, що зовнішня обойма 3 випереджає внутрішню 2.

Під час роботи трактора в особливо важких польових або дорожніх умовах вмикають постійний привод передніх ведучих коліс. У цьому разі вал 1 і шестерні 4 з'єднуються жорстко за допомогою зубчастої муфти 6, а муфта вільного ходу блокується.

Роздавальна коробка трактора Т-150К– двоступінчастий редуктор (рис.6, б), який забезпечує привод заднього і переднього ведучих мостів трактора та вала відбору потужності.

Роздавальна коробка автомобіля ГАЗ-66– двоступінчастий редуктор (рис.6, в) з прямою і знижувальною передачами та приводом задніх і передніх ведучих коліс.

Вмикання і вимикання роздавальної коробки при русі трактора проходить автоматично завдяки муфті вільного ходу.

Цілий ряд сільськогосподарських робіт виконується на сповільнених швидкостях, що спричинені агротехнічними вимогами. Для отримання сповільнених технологічних швидкостей тракторних агрегатів служать ходозменшувачі. Ходозменшувач може бути обов’язковим елементом трансмісії трактора або його з`ємним обладнанням.

По характеру регулювання крутного моменту ходозменшувачі поділяють на ступеневіі безступеневі. До перших відносяться механічні шестерневі ходозменшувачі, до других – електричні, гідравлічні, а також деякі механічні передавачі ходозменшувача (наприклад клинопасові варіатори фрикційні передачі). Конструкція аналогічна конструкції будь-якого редуктора - як правило планетарного.

Рис. 6.Кінематичні схеми роздавальних коробок:а)трактора МТЗ-82: 1 – вал; 2, 3 – відповідно, внутрішня і зовнішня обойми; 4 – приводна шестерня; 5 – ролики муфти вільного ходу: 6 – зубчаста муфта; б) трактора Т-150К: 1 – ведучий вал, 2, 9, 4, 5 - шестерні постійного зачеплення II і І ступенів редуктора; 3 – зубчаста муфта; 6 і 7 – відповідно вали привода заднього і переднього мостів; 8 – каретка вмикання переднього моста; в) автомобіля ГАЗ-66: 1 – ведучий вал; 2– каретка включення прямої і знижувальної передач; 3, 4 – відповідно, шестерні і вал прикола заднього моста; 5 – каретка включення переднього моста; 6 – проміжний вал; 7, 8 – відповідно, шестерня і вал привода передньою моста; 9 – нерухома шестерня

4. Проміжні з’єднання і карданні передачі. Проміжні з’єднанняслужать для передачі крутного моменту валам, геометричні вісі яких не співпадають або можуть мати деяке відносне зміщення. Наявність проміжних з’єднань зумовлена такими факторами:

- точністю виготовлення деталей;

- відхиленнями, які виникають при збиранні вузлів;

- деформуванням рам і корпусів;

- змінами розташування валів у процесі експлуатації машин.

Проміжні з’єднання встановлюють між валом зчеплення (або двигуна, коли зчеплення немає) і первинним валом коробки передач трактора.

Залежно від кількості шарнірів проміжні з'єднання поділяють на одинарні та подвійні, а за конструкцією – жорсткі, напівжорсткі, пружні і комбіновані.

Жорсткі з з’єднання застосовують у безрамних тракторах, де можна точніше відцентрувати вали. З'єднання є жорсткою муфтою, яка складається з двох напівмуфт, з'єднаних між собою болтами, що забезпечує високу надійність і довговічність у роботі при незначних перекосах валів.

Напівжорстке проміжне з'єднання (найчастіше зубчасте) компенсує зміщення з’єднаних валів зазорами у зачепленні шестерень. Таке з'єднання застосовують для зв'язку вала головного зчеплення із первинним валом коробки передач тракторів Т-150 і
Т–150К

Пружні з'єднання виготовляють з пружними (гумовими) елементами, які компенсують кутові зміщення з'єднувальних валів.

Комбіновані з'єднання об'єднують одночасно жорсткий і пружний елементи. На тракторах К-701 такі з'єднання використовують для передачі крутного моменту від колінчастого вала до коробки передач.

Карданні передачі призначені для передачі крутного моменту між складальними одиницями трансмісії або допоміжними механізмами при зміні положення (кути повороту, відстань, велика не співвісність) з'єднувальних валів під час руху машини. Карданна передача складається з карданних шарнірів і валів (інколи вал має проміжну опору).

За числом карданних шарнірів карданні передачі поділяють на одно-, дво-, три- і багатошарнірні. Найпоширеніші двошарнірні карданні передачі (рис. 7), які складаються з двох карданних шарнірів 7 і карданного вала 6, що з'єднує їх

Рис. 7. Карданна передача:а – будова; б – схема: 1,3 – вилки: 2 – хрестовина; 4 – стакан. 5 – ковзаюча вилка; 6 – карданний вал; 7 – карданний шарнір

Карданні шарніри забезпечують передачу крутного моменту при змінних кутах нахилу з'єднувальних валів, а ковзна вилка 5 – при зміні відстані між валами. При значній відстані між складальними одиницями трансмісії їх з'єднують тришарнірною карданною передачею із проміжною опорою.

Залежно від кінематики розрізняють карданні шарніри нерівних і рівних кутових швидкостей. Перші (асинхронні) застосовуються у карданних передачах, що з'єднують коробки передач з ведучими мостами, другі (синхронні) – у передніх ведучих мостах.

Найпоширеніший асинхронний жорсткий карданний шарнір (рис. 8, а), який складається з двох вилок 5 і 9, закріплених на валах, хрестовини 7, з'єднуючої ці вилки Хрестовини мають чотири шліфовані цапфи із каналами для мащення. Кожна цапфа обертається у голчастих підшипниках З, а вилки – на хрестовині у взаємно перпендикулярних площинах, передаючи обертання від одного вала до другого, розмішеного під кутом відносно першого (див. рис. 7, б).

Суттєвий недолік цього шарніра у тому, що при рівномірному обертанні ведучої вилки 9 ведена 5 обертається нерівномірно, що призводить до швидкого зносу елементів трансмісії. Для усунення нерівномірного обертання веденого вала застосовують подвійну карданну передачу з жорсткими карданними шарнірами або одинарну карданну передачу із шарніром рівних кутових швидкостей.

Кульковий синхронний карданний шарнір (рис. 8, б) складається з двох однакових вилок 11 і 12 із фігурними гніздами 15 для чотирьох ведучих кульок 18 і центруючої кульки 17, яка фіксується за допомогою шпильки 16, що утримується штифтом 14. Форма фігурних гнізд така, що кульки 18, незалежно від кутових переміщень вилок, завжди розміщені у площині, яка ділить кут між осями вилок навпіл, забезпечуючи тим самим рівномірне обертання півосей.

Рис. 8. Карданні шарніри:

а – жорсткий; б – кульковий; в – дисковий (кулачковий): 1 – пластина кріплення підшипника: 2– стакан; 3 – голчастий підшипник; 4 – ущільнення; 5, 9. 19 і 23 – вилки; 6 – запобіжний клапан; 7 – хрестовина; 8 – маслянка; 10, 13 – півосі: 11, 12 – вилки (півсфери); 14 – штифт; 15 – фігурні гнізда (ділильні канавки); 16 – шпилька; 17 – центруюча кулька; 18 – ведучі кульки: 20, 12 — кулаки-вкладиші; 21 – диск

Дисковий синхронний карданний шарнір (рис. 8, в) складається з вилок 19 і 23, з'єднаних із півосями, двох циліндричних кулаків-циліндрів 20 і 22 з напівкруглими виточками для диска 21, який є проміжною ланкою шарнірів.

5. Ведучі мости тракторів і автомобілів. Ведучі мости тракторів та автомобілів – це сукупність механізмів, з'єднаних у загальному корпусі, за допомогою яких крутний момент передається від коробки передач до рушія. Крім того, ведучі мости сприймають зусилля, що діють між рушієм машини і підвіскою. В автомобілях кількість ведучих мостів від одного до трьох, у колісних тракторах – один або два.

Основними механізмами ведучого моста автомобіля є головна передача, диференціал і півосі; ведучого моста колісного трактора – головна передача, диференціал, кінцеві передачі. У гусеничних тракторів на місці диференціала знаходиться механізм повороту. В деяких тракторів у корпусі заднього моста розміщено коробку передач.

Для зменшення маси автомобіля картери ведучих мостів виконуються зварними із штампованих профілів, до яких приварюються фланці кріплення редукторів головних передач Корпуси більшості задніх мостів тракторів відливаються із сірого чавуну або сталі.

Механізм трансмісії автомобіля, який перетворює крутний момент і розміщений перед його ведучими колесами, називається головною передачею. У тракторів головна передача виконує ті ж функції, але розміщується перед кінцевими передачами.

Головні передачі виготовляються з конічними спіральними або циліндричними прямозубими шестернями. Головні передачі із циліндричними шестернями встановлюються на тракторах з коробками передач, які мають поперечні вали.

Головні передачі автомобілів поділяються наодинарніі подвійні. Якщо обидві пари шестерень головної двійної передачі розміщені у загальному картері, то вона називається центральною. Якщо у подвійної головної передачі друга пара шестерень розміщена у приводі до кожного ведучого колеса, то вона називається рознесеною.

Для забезпечення кращих динамічних якостей автомобіля застосовуються головні передачі, які мають дві передачі, з різними передатними числами. Такі передачі називають двохступеневими.

Диференціал забезпечує обертання ведучих коліс з різними кутовими швидкостями, що важливо під час руху по криволінійній траєкторії і нерівній поверхні, а також розподіляє підведений до нього крутний момент між правим і лівим колесами.

За конструкцією розрізняють диференціали шестерневі, кулачкові, червячні і з механізмом вільного ходу.За місцем встановлення диференціала на автомобілі розрізняють міжколісні, міжвісеві і міжбортові диференціали.

Міжколісний диференціал встановлюється між правим і лівим ведучими колесами однієї осі автомобіля (трактора).

Міжвісевийдиференціал розміщений між ведучими мостами автомобіля (трактора).

Міжбортовийдиференціал встановлюється між ведучими колесами з правої і лівої сторін автомобіля.

Міжколісні диференіали, як правило симетричні, оскільки дозволяють у певні моменти рівномірно розподіляти зусилля між ведучими валами. Для забезпечення фіксації валів диференціали обладнують механізмами блокування.

Розрізняють блокуючі і самоблокуючі диференціали. Привід блокуючого диференціала може бути механічним, гідравлічним або пневматичним. У самоблокуючих диференціалів нерівність моментів на вихідних валах досягається автоматично.

Вали ведучих коліс. Вал ведучого колеса передає крутний момент від диференціала (автомобілі і колісні трактори) або механізму повороту (гусеничні трактори) до ведучих коліс. Вал ведучого колеса, який безпосередньо з’єднаний з диференціалом, називають піввіссю(автомобілі).У тракторах вал ведучого колеса служить складовою частиною кінцевої передачі. Півосі (вали ведучих коліс) залежно від навантаження, яке вони сприймають, поділяють на напів розвантажені, розвантажені на ¾ та розвантажені.

Для зміни напрямку руху гусеничних тракторів використовують механізми поворотів, конструкція яких передбачає від’єднання від трансмісії тієї гусениці, в сторону якої необхідно здійснювати поворот. Якщо необхідно зробити крутий поворот, то від’єднану гусеницю пригальмовують.

Конструкція механізму повороту є самостійним вузлом, розміщеним поза головною передачею трактора. Можлива і інша схема, коли функцію механізму повороту виконує коробка передач. Тоді, вона має два вторинних вали.

Трансмісії із розподілом потоку потужності поза головною передачею називають одно потоковими. Якщо розподіл потоку потужності відбувається у коробці передач, то трансмісію називають двох потоковою. Застосування двох потокових трансмісій дозволяє зменшити масу трактора. В однопотокових трансмісіях, у якості механізмів повороту, використовуються планетарні механізми і сухі фрикційні багатодискові муфти – муфти керування.

Кінцеві передачі.Кінцеві передачі забезпечують збільшення крутного моменту, який передається від головної передачі до валів ведучих коліс трактора. В автомобілів підвищеної вантажопідйомності роль кінцевої передачі виконує друга пара шестерень рознесеної двійної головної передачі. У гусеничних тракторів кінцеві передачі розміщують за механізмом повороту, а у колісних – за диференціалом. За кінематичною схемою вони бувають одно- і двохступеневі.