Автомобиль «Урал-4320» грузоподъемностью 5тонн с разработкой раздаточной коробки

Основные части коробки: картер  (рисунок 6) с крышками; первичный вал 2 с шестерней, муфтой 3 и подшипниками; вал привода мостов задней тележки с шестерней  и подшипниками; вал 6 привода переднего моста с шестернями и муфтами 1, 7; механизм переключения передач, управление включением переднего моста.                                                                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Раздаточная коробка автомобиля ЗИЛ-131:

1 – муфта включения низшей  передачи; 2 – первичный вал; 3 –  муфта включения прямой передачи; 4 – вал привода задней тележки; 5 – барабан стояночного тормоза;  6 – вал привода переднего моста; 7 – муфта включения переднего моста

 

Картер коробки чугунный, разъемный; в задней части закрывается крышкой; на верхний люк, закрываемый крышкой, может устанавливаться коробка  отбора мощности. В верхней крышке имеется сапун. Контрольно-наливное и сливное отверстия с пробками находятся в задней крышке, сливная пробка имеет магнит. Выходы валов из картера уплотняются сальниками, на валу переднего моста имеется маслосгонная шайба.

Шестерня  первой передачи установлена  на шпонке, муфта 3 включения второй (прямой) передачи может перемешаться по шлицам вала. Шестерня  изготовлена заодно с валом. Между подшипниками вала  расположен червяк привода спидометра, шестерня привода спидометра размещается в приливе крышки заднего подшипника вала; указанная крышка является одновременно опорным кронштейном стояночного тормоза. Промежуточные шестерни   вращаются на валу 6 на игольчатых подшипниках. На ступицах шестерен размещается муфта 1 включения первой передачи, на ступице шестерни  кроме этого, размещается муфта 7 включения переднего моста. Эта муфта может соединяться с зубчатым венцом, выполненным непосредственно на валу 6.

К механизму переключения передач  относится: рычаг с серьгой, две  тяги, стяжная пружина, два штока  с вилками, два фиксатора и  замковое устройство.

Управление включением переднего  моста электропневматическое. Оно  включает в себя электровоздушный клапан, пневмокамеру, два микровыключателя  и реле,  включатель и сигнальную лампочку. Электровоздушный клапан установлен на поперечине рамы, пневмокамера закреплена на передней стенке картера, микровыключатель 3 расположен на корпусе фиксаторов, микровыключатель  находится на корпусе пневмокамеры, включатель  и сигнальная лампочка  в кабине, реле  под капотом.

При включении первой передачи водитель перемещает рычаг вперед, при этом рычаг поворачивается вокруг точки крепления верхней тяги  и нижним концом через тягу, шток  и вилку перемещает муфту 7 назад, соединяя между собой шестерни. При перемещении шток воздействует на микровыключатель, который замыкает цепь реле, а оно, в свою очередь, замыкает цепь электровоздушного клапана. Якорь электромагнита опускается вниз, при этом открывается впускной  и закрывается выпускной клапан. Сжатый воздух из пневмосистемы автомобиля поступает в пневмокамеру, которая через шток  перемещает муфту 1 назад, соединяя ее с зубчатым венцом вала 6. Крутящий момент передается с ведущего вала через шестерни, муфту 1 на шестерню, где момент распределяется на шестерню и вал 4 к мостам задней тележки и через муфту 7 на вал привода переднего моста.

При выключении первой передачи размыкается  цепь электромагнита, закрывается впускной клапан и открывается выпускной, возвратная пружина пневмокамеры автоматически  выключает передний мост.

Для включения второй передачи рычаг поворачивается относительно точки крепления нижней тяги и через тягу, шток и вилку перемещает муфту 3 назад, соединяя ее с внутренним зубчатым венцом шестерни. Крутящий момент передается с ведущего вала на вал привода мостов задней тележки напрямую.

При необходимости включить передний мост на прямой передаче (например на скользкой  дороге) цепь электромагнита замыкается принудительно включателем. В этом случае крутящий момент на вал привода  задней тележки передается напрямую, кроме того, через шестерни и муфту 7 момент передается на вал привода переднего моста.

На всех передачах при включенном переднем мосте крутящий момент распределяется пропорционально нагрузкам, приходящимся на передний мост и мосты задней тележки.

При включении переднего моста  микровыключатель замыкает цепь, и в кабине загорается сигнальная лампочка.

Смазка раздаточной коробки  осуществляется разбрызгиванием. В  картер коробки заливается 3,3 л масла.

На рисунке 6 показана конструкция двухступенчатой РК трехосного полноприводного автомобиля КамАЗ – 4310. Раздаточная коробка имеет несимметричный межосевой цилиндрический дифференциал и постоянно включенный передний мост.

Картер чугунный, разъемный, сверху имеется люк, закрытый крышкой. Контрольно-наливное и сливное отверстия с пробками находятся на передней крышке, сливная пробка имеет магнит. Выходы валов из картера уплотняются сальниками.

На переднем валу 1 закреплено колесо 2, входящее в зацепление с колесом 5, установленным неподвижно на промежуточном  валу 8. Шестерни низшей ступени 7 и высшей 14 свободно установлены соответственно на промежуточном валу 8 и пустотелом валу 15 корпуса дифференциала. Включение низшей ступени производится перемещением муфты 6, а высшей – муфты 16. Ведомый вал 10 привода мостов тележки соединен с эпициклическим колесом 11 дифференциала. Вал 13 привода переднего моста соединен с центральной шестерней 12 дифференциала. Отношение моментов на валах 10 и 13 равно отношению чисел зубьев эпициклического колеса 11 (z_B) и центральной шестерни 12 (z_A) и выбрано равным двум, что приближенно соответствует распределению массы автомобиля между тележкой передним мостом. Для блокировки дифференциала установлена муфта 17. Блокировка происходит при соединении этой муфтой валов 13 и 15. Предусмотрены отбор мощности от шестерни 3, а также от заднего конца ведущего вала 1. Картер раздаточной коробки имеет разъем в плоскости, перпендикулярной осям валов. На его основной части 4 справа и слева выполнены приливы-площадки для крепления раздаточной коробки к раме [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Раздаточная коробка автомобиля КамАЗ-4310:

1 – ведучий вал; 2, 3, 5 – шестерни; 4 – картер; 6 – муфта включения низшей передачи; 7 – шестерня низшей передачи; 8 – промежуточный вал; 9 – водило; 10 – ведомый вал; 11 – эпицикл; 12 – центральная шестерня дифференциала; 13 – вал привода переднего моста; 14 – шестерня высшей передачи; 15 – пустотелый вал; 16 – муфта включения высшей передачи; 17 – муфта блокировки дифференциала.

 

 

1.2 Эффект циркуляции «паразитной» мощности при движении полноприводного автомобиля

 

На полноприводных автомобилях  большой грузоподъемности, имеющих  к тому же довольно длинную (более 4500 мм) колесную базу, при последовательном переезде колесами неровностей пути возникает так называемая циркуляция "паразитной" мощности в блокированной трансмиссии. Различные пути, проходимые колесами в данный момент (передние перекатываются через выбоину, а задние еще идут по ровному участку), вызывают деформации деталей трансмиссии, в частности, закрутку карданных валов. Она дополнительно нагружает детали трансмиссии (шестерни, шарниры и другие), что приводит к их повышенному износу или поломкам. Поэтому необходим встроенный в трансмиссию элемент, который бы страховал ее от возникновения этих, порой трудно поддающихся учету "паразитных" нагрузок.

Обгонные муфты типа примененных  на НАМИ-018 сводили время включения  обоих ведущих мостов к минимуму (следовательно, и время, в которое  могли возникнуть "паразитные" нагрузки). Межосевой же дифференциал на пути разделения крутящего момента  между передними и задними ведущими колесами исключал возникновение этих дополнительных нагрузок, так как создавал свободу относительно углового перемещения звеньев трансмиссии. Но при наличии межосевого дифференциала стоило забуксовать колесу одного из ведущих мостов, как парализовалась передача (благодаря действию своего, межколесного, дифференциала) вообще крутящего момента. Как следствие, связанные через межосевой дифференциал с передним ведущим мостом два (или один) задних ведущих моста тоже переставали передавать тяговое усилие.

Очевидно, что применение межосевого дифференциала должно сопровождаться оснащением устройствами, выключающими его в нужный момент из работы: либо по команде водителя, либо автоматически. Поэтому прежде чем создать раздаточные  коробки для дифференциального привода ведущих мостов, потребовалась немалая теоретическая и экспериментальная работа в области блокируемых и самоблокирующих дифференциалов. Ее вели специалисты НАМИ, ГАЗа, МАЗа, других организаций. Были исследованы механизмы с принудительной блокировкой, а также дифференциальные механизмы повышенного трения (с фрикционными муфтами, червячными парами, скользящими сухарями). В конечном итоге приоритет получили несколько конструкций, которые в дальнейшем нашли применение в серийном производстве [6].

 

1.3 Рассмотрение конструкций планетарных дифференциалов и обгонных муфт

1.3.1 Конструкции планетарных дифференциалов

Конструкции планетарных рядов  достаточно разнообразны. Познакомимся с устройством планетарного ряда на примере наиболее простого и часто используемого (рисунок 1). Он состоит из малого центрального колеса (солнца), которое находится в постоянном зацеплении с шестернями, называемыми сателлитами. Сателлиты могут вращаться относительно осей, установленных в водиле. Зубчатое колесо внутреннего зацепления, называемое большим центральным колесом (эпициклом, короной), находится в постоянном зацеплении с сателлитами и окружает всю конструкцию. Следует отметить, что малое центральное колесо, водило и большое центральное колесо вращаются относительно одной общей оси, в то время, как сателлиты планетарной передачи вращаются относительно собственных осей и вместе с водилом относительно общей оси. При этом следует отметить, что сателлиты планетарной передачи являются составной частью водила.

Рисунок 7 – Кинематическая схема  планетарного дифференциала:

1 – малое центральное колесо; 2 – большое центральное колесо; 3 – водило; 4 – сателлиты

Название этого механизма происходит от сателлитов, которые подобно планетам, вращаются относительно своих осей и в то же время вокруг малого центрального колеса (солнца).

Здесь можно перечислить несколько  пунктов:

1. Все элементы планетарной передачи вращаются относительно общей оси, что делает ее компактной.

2. Планетарные передачи, не смотря на их компактные размеры, могут передавать большие крутящие моменты по сравнению к другим типами передачи. Это объясняется тем, что момент передается несколькими сателлитами планетарной передачи, что позволяет значительно снизить контактные напряжения на поверхностях зубьев при передаче момента.

3. Расположение элементов планетарного ряда позволяет относительно легко организовывать их систему управления (имеется в виду оборудование тормозами и блокировочными муфтами).

4. При удачном выборе кинематической схемы КПД таких передач имеет высокое значение

Основным параметром, определяющим свойства планетарного ряда, является внутреннее передаточное отношение. В  общем случае любой планетарный ряд характеризуется шестью внутренними передаточными отношениями. Однако, на практике обычно используется только одно, определяемое как отношение частоты вращения малого центрального к частоте вращения большого центрального колеса при остановленном водиле

,            (1) 

где	1 – индекс малого центрального колеса;
	2 – индекс большого центрального колеса;
	3 – индекс водила.

В зависимости от того, как вращаются  центральные колеса при остановленном  водиле, внутреннее передаточное отношение  планетарного ряда может быть либо положительным, либо отрицательным. Если они вращаются в одном и  том же направлении, то внутреннее передаточное отношение положительное, в противном случае оно отрицательное. Так для простого планетарного ряда, представленного на рисуноке 7, центральные колеса при остановке водила будут вращаться в различных направлениях, и, следовательно, внутреннее передаточное отношение этого ряда - отрицательное.

Все планетарные ряды в зависимости  от знака внутреннего передаточного  отношения, определенного при остановленном  водиле, классифицируются на два класса:

1. Планетарные ряды с положительным  внутренним передаточным отношением.

2. Планетарные  ряды с отрицательным внутренним  передаточным отношением.

Как уже отмечалось, кинематических схем построения планетарных  рядов имеется достаточно большое  количество. Наиболее известным планетарным  рядом для всех автолюбителей является дифференциал (рисунок 8), без которого не обходится не один современный автомобиль. Наверное, не многие догадываются, что дифференциал есть не что иное, как планетарный ряд.

 

Рисунок 8 – Кинематическая схема  планетарного дифференциала:

1 –  центральное колесо; 2 – водило; 3 - сателлиты

Отличительной особенностью дифференциала  является то, что он имеет центральные  колеса одинакового размера, поэтому  внутреннее передаточное отношение  этого механизма равно –1. Минус, очевидно, означает, что дифференциал относится ко второму классу планетарных механизмов, т.е. при остановленном водиле центральные колеса вращаются в разные стороны.

Рассмотрим другие типы планетарных рядов. На рисунке 9 представлены планетарные ряды, относящиеся к первому классу.

 

 

Рисунок 9 – Планетарные дифференциалы  первого класса:

1 – малое центральное колесо; 2 – большое центральное колесо; 3 – водило; 4 – одновенцовые сателлиты; 5 – двухвенцовые сателлиты

Примеры построения планетарных рядов, относящихся ко второму классу, представлены на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Планетарные дифференциалы  второго класса:

1 – малое центральное колесо; 2 – большое центральное колесо; 3 – водило; 4 – сателлиты; 5 – двухвенцовые сателлиты

Планетарные ряды, изображенные на рисунках 10а, 10в, 10б, 10в, построены с использованием двухвенцовых сателлитов. Планетарный ряд, построенный по схеме 10в, носит название несимметричного дифференциала, а ряд, представленный на рисунке 10г называется планетарным рядом со сцепленными сателлитами.