Автопрактикум. Часть 2. Трансмиссия большегрузных автомобилей

Трансмиссией называется совокупность агрегатов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам автомобиля и для изменения величины и направления этого момента.

К трансмиссиям предъявляют следующие основные требования: высокая надежность и возможно меньшие потери передаваемой энергии (высокий КПД) во всем диапазоне режимов работы машины; обеспечение функциональных требований, предъявляемых к машине данного типа; возможно меньшие габаритные размеры и масса; рациональный подбор передаточных чисел для обеспечения требуемых значений тяговых усилий и скоростей движения машины; вращение колес с различной скоростью и осуществление блокировки как межосевых, так и межколёсных дифференциалов для улучшения проходимости в тяжелых условиях эксплуатации; легкость управления; удобное расположение органов управления; доступность и малая трудоёмкость технического обслуживания и ремонта; шум и вибрация от трансмиссии в пределах установленных норм; возможность отбора мощности для привода рабочего оборудования, дополнительных механизмов и устройств.

3.1.1 Классификация трансмиссий

По способу передачи энергии трансмиссии делят на механические, гидромеханические, электромеханические, гидрообъёмные.

В механических трансмиссиях передача энергии происходит за счёт механического трения в сцеплениях, а также соединениями валов, шарнирами и зубчатыми колёсами.

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механической частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор или гидромуфту, осуществляя гидравлическую связь двигателя с трансмиссией. Гидромуфты не изменяют передаваемый вращающий момент и всегда работают с проскальзыванием турбинного колеса относительно насосного, а следовательно, и с потерей мощности. При большой частоте вращения проскальзывание составляет 2…3 %, при малой приближается к 100 %. При холостом ходе, когда подпитка жидкостью отсутствует, гидромуфта передает остаточный вращающий момент. Большой момент инерции колёс гидромуфты препятствует безударному включению зубчатых колёс. Поэтому после турбинного колеса необходимо устанавливать обычное фрикционное сцепление. Из-за высокого расхода топлива, больших массы, габаритных размеров и стоимости на отечественных автомобилях гидромуфты не применяют.

В электромеханической трансмиссии двигатель (как правило, дизель) вращает ротор электрогенератора, энергия которого по электрическому кабелю передаётся электродвигателю и далее через зубчатый редуктор ведущим колёсам или электродвигателям, вмонтированным в ведущие колёса. Электромеханическая трансмиссия при наличии соответствующей регулирующей аппаратуры обладает высокими преобразующими свойствами и автоматически приспосабливается к меняющейся нагрузке, а двигатель работает в оптимальном режиме. Ввиду высокой стоимости, сложности конструкции, использования дефицитных материалов и большой массы электрические трансмиссии экономически выгодно применять на автомобилях грузоподъёмностью выше 80 т (БелАЗ-7549 и др.).

В гидрообъёмных трансмиссиях двигатель приводит в действие гидронасос, который под высоким давлением нагнетает масло в гидромоторы, расположенные в ведущих колёсах и приводящие их во вращение. В гидрообъёмных трансмиссиях используется гидростатический напор жидкости. Вращающий момент и частота вращения ведущих колёс изменяются или за счёт изменения параметров гидромашин при возможном постоянном режиме работы двигателя внутреннего сгорания, или в результате регулирования мощности двигателя. Преимущества гидрообъёмной трансмиссии: широкий диапазон изменения ведущего момента и скорости движения автомобиля, дистанционность (агрегаты, расположенные в разных частях машины, связаны между собой маслопроводами), простота и удобство автономного подвода мощности к ведущим колёсам, полная замена механической трансмиссии, возможность торможения машины. Однако в гидрообъёмных трансмиссиях невозможно автоматическое изменение момента, поэтому их оснащают регулирующей аппаратурой, реагирующей на изменение нагрузки.

Недостатки гидрообъёмной трансмиссии: сложность и высокая стоимость конструкции. Эту трансмиссию устанавливают только в специальных машинах.

Небольшая стоимость, высокие надёжность и КПД, простота конструкции, сравнительно небольшие масса и габаритные размеры обусловили широкое применение механических трансмиссий. Однако они требуют ручного управления и не всегда обеспечивают работу двигателя в оптимальном режиме. Трансмиссия и двигатель недостаточно защищены от динамических нагрузок. В автомобилях сельскохозяйственного назначения, грузовых автомобилях общетранспортного назначения и их модификациях используют в основном механические трансмиссии.

3.1.2 Компоновка трансмиссий

Схема трансмиссии зависит от типа и компоновочной схемы самого автомобиля, а потому определяется конструкцией, местом и последовательностью расположения отдельных механизмов, сборочных единиц трансмиссии конкретного автомобиля, заданными эксплуатационными свойствами.

Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки (двигатель установлен впереди, ведущие колёса сзади) и с колёсной формулой 4x2 представлена на рисунке 3.1. За двигателем расположены сцепление 1, коробка передач 2, карданный вал 3, главная передача 4, дифференциал 5, полуось 6.

Рисунок 3.1 – Классическая компоновка трансмиссии

Автомобили той же компоновочной схемы, но с колёсной формулой 4x4 оснащены дополнительно: раздаточной коробкой, карданным валом, передним ведущим мостом. Раздаточная коробка присоединена непосредственно к коробке передач.

В трансмиссии автомобилей с колёсной формулой 6x4 и 6х6 (рисунок 3.2) установлены соответственно два и три ведущих моста с приводом от раздаточной коробки через два карданных вала, или последовательно расположенных, или каждый на отдельный ведущий мост.

1 – сцепление; 2 – коробка передач; 3 – карданная передача; 4 – главная передача; 5 – дифференциал; 6 – полуось; 7 – раздаточная коробка

Рисунок 3.2 – Трансмиссия полноприводных автомобилей

Компоновочные схемы трансмиссий автомобилей весьма разнообразны на разных этапах развития конструкций машин.

3.2.1 Назначение и устройство сцепления

Сцепление на автомобиле предназначено для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии, а также для кратковременного отсоединения и плавного соединения коленчатого вала двигателя с трансмиссией. При помощи сцепления осуществляются плавное трогание с места и разгон автомобиля, переключение передач во время движения и предохранение деталей трансмиссии от перегрузок.

На изучаемых автомобилях устанавливают одно и двухдисковое фрикционные сцепления. Основные размеры фрикционного сцепления определяются из условия передачи за счет сил трения максимального крутящего момента от двигателя.

Фрикционное сцепление автомобиля состоит из трех частей: ведущей, ведомой и привода выключения.

Сцепление устанавливают на маховике двигателя. Диски фрикционного сцепления, воспринимающие крутящий момент от маховика, называются ведущими, а диски, передающие момент на первичный вал коробки передач – ведомыми. По числу ведомых дисков сцепления делят на однодисковые и двухдисковые.

3.2.2 Однодисковое сцепление автомобилей

На автомобилях ЗИЛ и МАЗ с двигателями ЗИЛ-508.10 и ЯМЗ-236 устанавливается однодисковое сцепление (рисунок 3.3, рисунок 3.4). К маховику 15 (рисунок 3.3) при помощи болтов присоединен стальной штампованный кожух 4 сцепления. Чугунный нажимной диск 1 соединен с кожухом четырьмя парами пружинных пластин 2, передающих окружное усилие с кожуха на нажимной диск. Между кожухом и нажимным диском установлены шестнадцать нажимных пружин 3. Каждая пружина центрируется выступами, выполненными на нажимном диске и кожухе. Между пружинами и нажимным диском установлены теплоизолирующие шайбы.

Четыре рычага 9 выключения сцепления при помощи осей 12 с игольчатыми подшипниками соединены с нажимным диском и кожухом вилками 11. Опорами вилок на кожухе служат сферические гайки 10. Этими гайками регулируют положение рычагов выключения.

Ведущий диск сцепления ЯМЗ – 236 имеет аналогичную конструкцию, однако между кожухом и нажимным диском установлены двадцать четыре нажимные пружины.

1 – нажимной диск; 2 – пружинная пластина; 3 – нажимная пружина; 4 – кожух сцепления; 5 – подшипник выключения сцепления; 6 – муфта; 7 – оттяжная пружина муфты; 8 – вилка выключения сцепления; 9 – рычаг выключения сцепления; 10 – регулировочная гайка; 11 – опорная вилка оси рычага выключения; 12 – оси рычага выключения; 13 – венец маховика; 14 – ведомый диск; 15 – маховик; 16 – первичный вал коробки передач; 17 – передний подшипник первичного вала; 18 – коленчатый вал

Рисунок 3.3 – Однодисковое сцепление автомобилей ЗИЛ

Ведомый диск (рисунок 3.5) устанавливается между маховиком и нажимным диском на первичном валу коробки передач. Он снабжён гасителем крутильных колебаний (демпфером – пружинным устройством). Пружины демпфера 2 обеспечивают упругую связь ведомого диска сцепления с его ступицей. Передача крутящего момента от ведомого диска к его ступице осуществляется через демпферные пружины.

1 – маховик; 2 – ведомый диск; 3 – нажимной диск; 4 – рычаг выключения; 5 – опорная пластина; 6 – болт кропления опорной пластины; 7 – вилка рычага выключения; 8 – стопорная шайба; 9 – регулировочная гайка; 10 – пружина нажимного рычага; 11 – муфта выключения сцепления; 12 – шланг для смазки муфты; 13 – пружина; 14 – вилка выключения сцепления; 15 – упорное кольцо; 16 – вал выключения сцепления; 17 – рычаг; 18 – тяга выключения сцепления; 19 – вилка; 20 – крышка люки картера сцепления; 21 – кожух; 22 – нажимная пружина; 23 – теплоизоляционная шайба; 24 – картер сцепления; 25 – крышка люка картера маховика; 26 – болт; 27 – первичный вал коробки передач

Рисунок 3.4 – Сцепление ЯМЗ – 236

Гаситель предохраняет трансмиссию от появления на ее валах угловых колебаний, которые могут возникнуть из-за неравномерного вращения коленчатого вала, а также в результате резких изменений угловых скоростей в трансмиссии при движении автомобиля по неровным дорогам. Кроме того, гаситель обеспечивает большую плавность включения сцепления.

1 – ведомый диск; 2 – пружина гасителя; 3 – опорная пластина; 4 – маслоотражатель; 5 – диск гасителя; 6 – ступица ведомого диска; 7 – фрикционная накладка гасителя; 8 – фрикционная накладка ведомого диска; 9 – балансировочная пластина

Рисунок 3.5 – Ведомый диск сцепления автомобилей ЗИЛ

Ведомый диск сцепления соединяется со ступицей 6 при помощи восьми пружин 2. Каждая пружина вместе с двумя опорными пластинами 3 размещается в отверстиях ведомого диска 1 и диска 5 гасителя. Ступица 6 ведомого диска вместе с приклёпанными к ней с двух сторон дисками гасителя и маслоотражателями 4 (предохраняющими фрикционные накладки 8 от попадания на них масла со стороны ступицы) может поворачиваться относительно ведомого диска в обе стороны на небольшой угол, в пределах сжатия пружин. Для увеличения трения (гашение колебаний) в гасителе устанавливают фрикционные накладки 7. Крутильные колебания, возникающие на валах, вызывают угловые смещения ведомого диска относительно его ступицы вследствие деформации пружин, что сопровождается трением между дисками в гасителе и тем самым гашением колебаний.

Ведомый диск сбалансирован. Устранение дисбаланса производят установкой балансировочных пластин 9.

3.2.3 Двухдисковое сцепление автомобилей

На автомобилях КамАЗ сцепление (рисунок 3.6) установлено в картере 5, который изготовлен из алюминиевого сплава и выполнен заодно с картером делителя коробки передач. Картер 5 по передней привалочной плоскости соединяется болтами с картером маховика двигателя, а с задней стороны к нему крепится картер коробки передач.

Сцепление фрикционное, сухое, двухдисковое с периферийным расположением нажимных пружин. Ведущие, ведомые части и муфта выключения сцепления размещены в расточке маховика 1 под картером сцепления 5.

К ведущим частям сцепления относятся ведущий диск, состоящий из нажимного диска 4, кожуха 6, рычагов выключения 8, опорных вилок 7, двенадцати нажимных пружин 12 и среднего ведущего диска 2. Средний ведущий и нажимной диски имеют на наружной поверхности по четыре шипа, которые входят в пазы цилиндрической поверхности маховика и передают на ведущие диски крутящий момент от двигателя. При этом одновременно обеспечивается возможность осевого перемещения дисков 2 и 4.

К ведомым частям сцепления относятся два ведомых диска 3 Ведомые диски стальные, снабжены фрикционными накладками, изготовленными из асбестовой композиции, соединяются со своими ступицами каждый через гаситель крутильных колебаний пружинно-фрикционного типа.

Ступицы, ведомых дисков установлены на шлицах первичного вала коробки передач или делителя. Между кожухом 6 нажимным диском 4 установлены нажимные пружины 12, под действием которых ведомые диски зажимаются между нажимным диском и маховиком с суммарным усилием 10500…12200 Н (1050…1220 кгс).

1 – маховик; 2 – средний ведущий диск; 3 – ведомый диск; 4 – нажимной диск; 5 – картер; 6 – кожух; 7 – опорная вилка; 8 – рычаг выключения; 9 – муфта выключения с подшипником; 10 – вилка выключения; 11 – упорное кольцо рычагов выключения; 12 – нажимная пружина; А – зазор между упорным кольцом рычагов выключения и подшипником муфты выключения

Рисунок 3.6 – Сцепление автомобилей КамАЗ

При включенном сцеплении крутящий момент передается от маховика через шиповое соединение на средний ведущий и нажимной диски, затем на фрикционные накладки; ведомых дисков и через гасители крутильных колебаний на их ступицы, которые установлены на первичном валу делителя передач. Когда сцепление включено, упорное кольцо рычагов выключения 11 отходит от подшипника муфты выключения 9 так, что образуется зазор А = 3,2…4,0 мм, обеспечивающий полноту включения сцепления.

При выключении сцепления муфта выключения с подшипником 9 через упорное кольцо 11 воздействует на внутренние концы рычагов выключения 8, которые поворачиваются на игольчатых подшипниках опорных вилок 7. Наружные концы рычагов выключения при этом отводят нажимной диск 4 от заднего ведомого диска 3. Средний ведущий диск 2 с помощью рычажного автоматического механизма, смонтированного на диске, самоустанавливается в среднее положение между торцами нажимного диска 4 и маховика 1, освобождая передний ведомый диск 3. Таким образом, между ведущими и ведомыми дисками сцепления при полном его выключении имеются зазоры, которые обеспечивают разъединение ведущих и ведомых частей и «чистоту» выключения сцепления.

На автомобилях Урал, КрАЗ и некоторых модификациях МАЗ с двигателями ЯМЗ-238 устанавливается двухдисковое сцепление, имеющее аналогичную конструкцию.

Кожух сцепления (рисунок 3.7) соединён с маховиком двумя установочными штифтами и шестнадцатью болтами с пружинными шайбами. Кожух изготовлен из листовой стали, усилен отбортовкой и ребром жёсткости. К внутренней стороне кожуха приварены контактной сваркой направляющие стаканы 25 для нажимных пружин. К кожуху крепятся нажимной диск 34, четыре рычага выключения 7 и двадцать восемь нажимных пружин 31.

Нажимной диск отлит из серого чугуна. На внешнем торце имеются четыре шипа, которыми диск центрируется в пазах маховика. Рабочая поверхность нажимного диска шлифована. На другой стороне диска отлиты бобышки для установки нажимных пружин и кронштейны для установки рычагов выключения. Нажимной диск статически балансирован. Балансировку производят путем высверливания металла из бобышек для нажимных пружин.

Между кожухом и нажимным диском расположены нажимные пружины 31, сцентрированные бобышками диска и направляющими стаканами. Для предохранения пружин от чрезмерного нагревания при пробуксовке сцепления, со стороны нажимного диска под пружины установлены теплоизолирующие шайбы 24 из прессованного асбестового картона толщиной 3 мм.

1 – отжимная пружина; 2 – контргайка; 3 – регулировочный винт; 4 – рычаг выключения; 5 – вилка рычага выключения; 6 – регулировочная гайка; 7 – стопорная шайба; 8 – опорная пластина; 9 – болт крепления опорной пластины; 10 – петля пружины рычага выключения; 11 – муфта выключения сцепления; 12 – шланг подачи смазки: 13 – вилка выключения сцепления; 14 – упорное кольцо; 15 – вал вилки выключения; 16 – рычаг вала вилки; 17 – палец; 18 – крышка люка картера сцепления; 19 – кожух сцепления; 20 – нажимная пружина; 21 – термоизолирующая шайба пружины; 22 – нажимной диск; 23 – крышка люка картера маховика; 24 – маховик; 25 – ведомые диски; 26 – средний ведущий диск