Двухступенчатая главная передача: принцип работы и применение

Назначение и целесообразность применения двухступенчатых передач. Двухступенчатая главная передача — это инженерное решение, позволяющее существенно увеличить количество ступеней в трансмиссии автомобиля без необходимости применения сложных многоступенчатых коробок передач или дополнительных демультипликаторов. Использование таких передач считается особенно целесообразным для транспортных средств, эксплуатирующихся в тяжелых условиях, например, в горной местности, для седельных тягачей, а также для специальных автомобилей, созданных на базе стандартных моделей. Конструкция предоставляет возможность варьировать как максимальное передаточное число, так и общее количество доступных передач. Эта функциональность является критически важной для эффективного преодоления постоянно меняющихся дорожных сопротивлений, которые зависят от профиля пути и степени загруженности автомобиля.

Конструктивное исполнение и цилиндрический редуктор. Конструктивно двухступенчатые передачи могут быть реализованы в виде цилиндрического или планетарного редуктора, выполняющего функцию понижающей ступени. На рис. 107 представлен вариант с цилиндрическим демультипликатором. В данной схеме цилиндрические шестерни устанавливаются на промежуточном валу свободно, используя подшипники скольжения, а между ними на шлицах располагается зубчатая муфта. Процесс переключения между различными передаточными числами осуществляется путем механического перемещения этой муфты. Важно отметить, что в таком механизме постоянно находятся в зацеплении рабочие зубчатые пары, поэтому механические потери аналогичны обычным двойным главным передачам, однако добавляются значительные потери на разбрызгивание масла.

Рис. 107. Двухступенчатая главная передача: 1 — промежуточный вал; 2 - зубчатая муфта переключения

Планетарный редуктор в двухступенчатой передаче. Альтернативную конструкцию демонстрирует рис. 108, где в качестве второй ступени используется планетарный редуктор. В данной компоновке водило планетарного механизма жестко соединено с корпусом конического дифференциала. Переключение режимов работы осуществляется с помощью планетарных цилиндрических зубчатых колес, расположенных между ведомым коническим зубчатым колесом и дифференциалом. На высшей (прямой) передаче солнечная шестерня механически блокируется с корпусом планетарного механизма, в результате чего весь узел вращается как единое целое. Для активации низшей (понижающей) передачи солнечная шестерня фиксируется относительно картера моста, что заставляет коронное зубчатое колесо передавать крутящий момент через сателлиты и водило, снижая выходную частоту вращения.

Рис. 108. Двухступенчатая планетарная главная передача: 1 — колесо; 2 — зубчатый венец коронной шестерни; 3 — сателлит; 4 — ось сателлита; 5 — муфта переключения; 6 — зубчатые венцы для включения низшей передачи

Система управления и основные недостатки конструкции. Управление переключением ступеней в двухступенчатой главной передаче осуществляется дистанционно с места водителя посредством привода, который может быть механическим, гидравлическим, пневматическим или электрическим. Подобный вариант расширения силового диапазона считается рациональным для автомобилей с одним ведущим мостом. Однако для многоприводных автомобилей необходимость синхронного переключения нескольких мостов значительно усложняет систему управления, что ограничило их широкое распространение. К ключевым недостаткам таких передач относят отсутствие синхронизации, требующее переключения до начала движения, общее усложнение конструкции и увеличение неподрессоренных масс, что негативно сказывается на плавности хода.

Расчет передаточного числа и интеграция в трансмиссию. Передаточное число для понижающей ступени двухступенчатой главной передачи определяется по специальной формуле. Оно рассчитывается как

,

где u_oпредставляет собой высшее передаточное число основной главной передачи, а q_ср является средним значением шага передаточных чисел установленной на автомобиле ступенчатой коробки передач. Такой методический подход к выбору величины u_oн обеспечивает формирование ряда передаточных чисел всей ступенчатой трансмиссии, который является близким к геометрической прогрессии. Это способствует более оптимальному и эффективному использованию крутящего момента двигателя чрез весь диапазон скоростей движения транспортного средства.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.