К.т.н., профессор Овчаров М.С., магистр транспорта Ошанов Е.З.

Карагандинский государственный университет имени Е.А. Букетова, Казахстан

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЬНОГО

ТРАНСПОРТА И ТРАКТОРОВ

Роликовый осевой вариатор

Автомобилисты давно уже оценили преимущество вариаторов по сравнению со ступенчатыми коробками передач. Однако значительная трудоемкость изготовления, сложность конструкции, низкая надежность и работоспособность сдерживает их повсеместное внедрение в производство.

Характерная особенность всех вариаторов – необходимость сильного прижатия колес одного к другому с целью создания потребной силы трения и снижения проскальзывания тел качения в зоне контакта.

Конструкции существующих вариаторов несовершенны:

- они не обеспечивают изменение силы прижатия колес друг к другу с уменьшением или увеличением передаваемого крутящего момента;

- они создают большие радиальные нагрузки на валы и оси;

- они имеют большие размеры, вес и сложность конструкции.

Конструкция роликового осевого вариатора имеет ряд преимуществ по сравнению с другими вариаторами:

- отсутствуют радиальные нагрузки;

- вариатор имеет одну геометрическую ось;

- конструкция вариатора может быть применена к любым типам машин (легковых, грузовых, автобусов);

- крутящий момент на выходном валу выбирается автоматически, от нагрузки возникающей в трансмиссии автомобиля;

- имеет компактные размеры, трудоемкость изготовления низка и доступна для любых машиностроительных предприятий;

- конструкция легка в обслуживании и эксплуатации.

Устройство осевого вариатора работает за счет центробежных сил.

В период начала движения автомобиля водитель постепенно увеличивает число оборотов коленчатого вала двигателя. Первичный вал также увеличивает вращение цилиндра с поршнем и наполнителем. Давление в наполнителе за счет центробежных сил растет и оно, воздействуя на поршень, перемещает его вправо и создает осевое усилие, которое действует на плунжер. Плунжер сжимает наполнитель в цилиндрических пазах скользящей гильзы и, воздействуя на тонкие стенки гильзы, деформирует их. При малых осевых усилиях деформация стенок незначительна и ролики вращаются, но не обеспечивают трогание автомобиля с места. При дальнейшем увеличении числа оборотов двигателя деформации тонких стенок гильзы увеличивается и ролики зажимаются между беговыми дорожками подшипников, создавая такую силу трения, при которых обеспечивается трогание автомобиля с места. Автомобиль разгоняться.

После разгона автомобиля, сопротивление движению автомобилю снижается, и если водитель не изменяет угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя, то появляются излишки сил трения. Ролики прекращают перекатываться и заклиниваются. Ведомый вал вращаться со скоростью первичного вала. Движение автомобиля будет осуществляться на прямой передаче.

При любом изменении сопротивления движению автомобиля или изменении скорости вращения коленчатого вала двигателя, усилия, действующие на ролики, автоматически будет изменяться и тем самым, будет изменяться крутящий момент на ведомом валу и соответственно скорость движения автомобиля.

Рисунок 1. Роликовый осевой вариатор

1- корпус; 2- картер стартера; 3- первичный вал; 4- цилиндр; 5- поршень; 6- наполнитель; 6- скользящая гильза; 8,12- ролики подшипников; 9- промежуточный осевой вал; 10- цилиндр; 11- ведомый осевой вал; 13- плунжер; 14- соединительная втулка; 15- болты; а,в- цилиндрические пазы; с,е - радиальные отверстия; d- центральная полость.

Универсальное сцепление

Универсальная конструкция сцепления объединяет в себе два механизма трансмиссии, которое выполняет одновременно функции механизма сцепления и бесступенчатой коробки передач (осевого вариатора).

Преимущество универсального сцепление, по сравнению с существующими сцеплениями:

- полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемых к сцеплениям;

- обеспечивает конструктивную простоту (отсутствуют: кожух, пружины, нажимные и ведомые диски, фрикционные накладки, гасители крутильных колебаний и другие детали);

- позволяет заменить процесс трение скольжения на трение качения, что обеспечивает его высокую работоспособность, надежность и нормальный тепловой рабочий режим;

- дает возможность отказаться от коробок передач, что значительно упрощает трансмиссию автомобиля;

- имеет малый вес и малые габаритные размеры;

- работает от системы смазки двигателя;

- обеспечивает удобство обслуживания.

Рисунок 2. Универсальное сцепление:

1- маховик; 2- коленчатый вал; 3- корпус сцепления; 4- обойма первичного вала; 5- ролики; 6- муфта включения сцепления; 7- цилиндрическая виулка; 8- наполнитель; 9- поршень; 10- плунжер; 11- стержень; 12- палец радиальный; 13- радиальный паз; 14- пружина; 15- канал; 16- поршневая полость.

Принцип работы заключается в следующем.

Двигатель внутреннего сгорания не работает. Насос системы смазки двигателя тоже не работает. Под действием упругого состояния цилиндрической стенки корпуса и наполнителя, плунжеры давят на поршень и он занимает крайнее левое положение, ролики не зажаты и находятся в свободном состоянии, первичный вал коробки передач центрируется обоймой на роликах и находится в неподвижном состоянии. Сцепление выключено.

При запуске двигателя внутреннего сгорания насос системы смазки включается, маховик 1 с корпусом сцепления 3 начинает вращаться. Жидкость от насоса системы смазки по магистралям под давлением поступает к коренным шейкам коленчатого вала 2 и, соответственно через осевой канал 15 в поршневую полость 16, механизма сцепления. За счет давления жидкости поршень перемещается вправо, воздействует на плунжеры 10 и подвижный стержень 11. Плунжеры, смещаясь вправо, за счет разности площадей поршня и плунжеров, создают давление в наполнителе, которое воздействует на упругую цилиндрическую стенку корпуса 3, деформирует её и прижимает ролики 5 к внутренней цилиндрической поверхности обоймы. Любое включение сцепления сопровождается его буксованием. В нашем случае буксование характеризуется прокручиванием роликов и постепенным прижатием их к внутренней цилиндрической поверхности обоймы первичного вала коробки передач до их полного защемления. В этом случае, отсутствует процесс трения скольжения и имеет место процесса трения качения, что обеспечивает значительное снижение температуры нагрева деталей сцепления и их износ.

Выключение сцепления осуществляется следующим образом: водитель надавливает на педаль сцепления и, воздействуя через систему рычагов на муфту выключения сцепления, перемещает её влево. Через палец (рис.2) муфта воздействует на подвижный стержень и соответственно на поршень и смещает их влево. Усилие выключения, а соответственно и усилие на педали сцепления, в нашем случае определяется только площадью центрального поршня, усилием пружины и текущим давлением жидкости в системе смазки двигателя. При смещении поршня влево, плунжеры освобождаются от сил действия поршня и, за счет упругого состояния стенок цилиндрической поверхности корпуса сцепления, тоже смещаются влево. Давление в замкнутой полости корпуса сцепления падает. Ролики освобождаются от заклинивающих сил и освобождают первичный вал коробки передач от зацепления. Трансмиссия автомобиля отключается от двигателя.

В предлагаемой конструкции универсального сцепления имеется одна существенная особенность. В период от начала включения сцепления, при малых оборотах (начала деформации цилиндрической стенки корпуса), до полного заклинивания роликов будет происходить постепенный рост сил трения качения между роликами и цилиндрической поверхностью обечайки. Эти силы трения создадут крутящий момент, который будет крутить первичный вал коробки передач с передаточным отношением, равным отношению внутреннего диаметра обоймы к наружному диаметру деформируемой стенки корпуса сцепления. Такая конструкция сцепления позволит изменять общее передаточное отношение трансмиссии уже на первичном валу, а это, в свою очередь, обеспечит значительное расширение диапазона передаточных отношений коробок передач существующих автомобилей и отказаться от низшей (первой) передачи. Для легковых автомобилей предлагаемая конструкция сцепления может быть использована непосредственно как передаточный механизм «Сцепление- вариатор».