Geraet4501 (kedoki) wrote,
Geraet4501
kedoki

Category:

Трансмиссия танка. Часть вторая: простая двухвальная КПП

Оригинал взят у kedoki в Трансмиссия танка. Часть вторая: простая двухвальная КПП
В предыдущем посте мы рассмотрели пары шестерён и научились рассчитывать их скорости вращения. Теперь посмотрим, как из пар шестерён на общих валах можно сделать нечно полезное - коробку передач. Заодно распишем, зачем она нужна, как передачи переключаются и сколько этих самых передач нам нужно.

КДПВ - 3D-модель трёхвальной коробки передач Zahnradfabrik AK-7-200


Как и в прошлый раз, возьмём два вала - ведущий и ведомый. Ведущий вал соединим с двигателем, а ведомый с колёсами. На валах закрепим шесть шестерён, образующих три пары. Получилось как-то так:


На ведущем валу шестерни закреплены жёстко, своего месторасположения они не меняют. На ведомом валу нарезаны шлицы. По ним скользят шестерни ведомого вала. То есть шестерни ведомого вала могут перемещаться, скользя на шлицах, но при этом постоянно с ним вращаются. Такие шестерни называются каретками. Как тут не вспомнить Лего?

Передаточные числа таковы. Первая пара: i = 13. Вторая пара: i = 4. Третья пара: i = 1, т.е. шестерни одинаковые. Я за минуту набросал тяп-ляп схему, лишь на глаз сохраняя пропорции. Нам большего и не нужно:


Обратите внимание на условные обозначения. С верхними шестернями и валом вопросов нет, палочки и в Африке палочки. А вот нижние шестерни могут скользить по шлицам, это показано нехитрым условным обозначенеим - двумя треугольниками, которые как бы вцепились в вал яко зубы.

В нейтральном положении (показано на схеме выше) все шестерни расцеплены, а если вращать ведущий вал, то ведомый будет без движения. Такое положение называется нейтральной передачей. Она очень полезна во время коротких остоновок. Зачем заглушать двигатель для того, чтобы остановиться, а затем снова его запускать, сокращая моторесурс стартёра? Можно просто включить нейтральную передачу: двигатель будет вращать ведущий вал и его шестерни, но ведомый вал и связанные с ним колёса вращаться не будут.

Включим первую передачу, для чего сдвинем шестерню z1 влево. Она сцепится с шестернёй z2 и ведомый вал начнёт вращаться. Это ясно видно на схеме:
1 передача.png
Данная передача является понижающей, так как ведомый вал сделает оборот за 13 оборотов ведущего вала. В данной передаче используются только шестерни z1 и z2, поэтому их называют нагруженными. Остальные четыре шестерни будут вращаться просто так для красоты.

Теперь включим вторую передачу. Шестерня z1 сдвигается вправо на своё исходное место, после чего шестерня z3 скользит по шлицам и входит в зацепление с шестернёй z4:

Теперь ведомый вал делает один оборот уже только за 4 оборота ведущего.

Осталась третья передача. Так как шестерни z5 и z6 одинаковы, то i = 1 и скорость ведущего и ведомого валов будет одинакова. Расцепим z3 и z4, после чего сдвинем шестерню z5 влево:
1 передача.png

Если во время движения включать разные передачи, то машина будет ехать с разными скоростями. Предположим, включена третья передача, а машина едет по шоссе с большой скоростью. Затем шоссе закончилось и началась извилистая разбитая мухосранская дорога. Водитель не успевает следить за дорогой на такой большой скорости и переключается на вторую передачу, при этом скорость снижается в 4 раза (при прочих равных). Но коробка передач не только обеспечивает движение с нужной максимальной скоростью. Это, конечно, полезная возможность, но далеко не главная. О главной же функции речь впереди.

Охарактеризуем нашу гипотетическую коробку. Мы можем двигаться на трёх разных передачах, следовательно, это трёхскоростная КПП. В конструкции есть один ведущий и один ведомый вал, то есть это двухвальная коробка. В следующих постах мы, конечно, познакомимся и с другими конструкциями, например, с трёхвальными КПП.

Скорость и тяга.
Пересядем из машины в танк и будем кататься по всяким говнам. При движении по асфальту сопротивление окружающей среды практически отсутствует, а транспортное средство легко и быстро едет. При движении по говнам сила сопротивления движению многократно возрастает. Для того, чтобы преодолеть эту силу и начать движение нужна сила тяги. Если тяги не хватает, то танк застревает и не может ехать. В данном случае вообще:

Как не трудно догадаться, тягу создаёт двигатель, а вовсе не крутящий педали мехвод. Любой двигатель на определённых оборотах может создать максимально возможную для него силу тяги. Предположим, мы едем даже не по очень плохой дороге, а просто по направлению. Сопротивелние движению такое, что требуется значительная тяга. Как её повысить при неизменной максимальной мощности двигателя?

Оказывается, прыгнуть выше головы в нашем случае очень просто. Если приделать к двигателю понижающий редуктор (вроде того, что мы рассматривали в самом начале цикла статей), то скорость вращения ведомого вала снизится в i раз, но при этом в i раз возрастёт сила тяги. То есть мы можем разменять скорость движения на проходимость. Langsam, aber immer voran - медленно, но всегда вперёд, так говорят немцы. Ну а по-русски это медленно, но верно.

Поставим на танк нашу трёхскоростную коробку передач. Какой русский не любит быстрой езды? Включаем третью передачу и едем с ветерком. Неожиданно начинаются лютые говны и силы тяги уже не хватает. Если проявить упрямство, то вскоре мощности двигателя перестанет хватать и он просто напросто заглохнет. Но мы поступим разумнее, выключим третью передачу с i = 1 и включим вторую передачу с i = 4. Сила тяги возрастёт в 4 раза, хотя и ценой снижения скорости в те же 4 раза. Но лучше так, чем пешком, не так ли? Если же дорога испортилась вконец да ещё и нужно заехать на холм, то нужно включить первую передачу с i = 13. Тяга возрастёт ещё больше, но танк уподобится бронелохани Первой мировой войны, плетущейся со скоростью пешехода.

Вывод: понижающие передачи позволяют ездить в сложных дорожных условиях, а повышающие подходят для хороших дорог и обеспечивают хорошую скорость.

Сколько передач нам хватит?
Каких только схем не придумали люди. На Ford T ставилась двухскоростная КПП, на Т-34 образца 1940 года четырёхскоростная, а на Pz.III ausf.E аж десятискоростная КПП! По количеству передач все эти КПП отличаются друг от друга. Но сколько же нам нужно передач? Давайте разберёмся.

Предположим, в нашем воображаемом танке стоит двухскоростная КПП и двигатель, работающий на максимальных оборотах 3000 об/мин. Первая передача обеспечивает скорость 5 км/ч, вторая передача - 50 км/ч, то есть, грубо говоря, одна передача для грязи, а другая для асфальта. Такая схема совершенно не практична, и вот почему. Мы едем по хорошей щебёнчатой дороге на второй передаче со скоростью около 50 км/ч. Затем мы сворачиваем на вспаханное поле и совротивление движению резко возростает. Так как силы тяги на второй передаче недостаточно, мы включаем первую (выбор не ахти какой богатый) и скорость с 50 км/ч сразу падает до 5 км/ч. А ведь мощности двигателя вполне достаточно, чтобы в данных условиях ехать со скоростью 15 км/ч, но коробка передач этого не позволяет. Вывод: двигатель используется нерационально, в этом вина коробки передач.

Добавим ещё две промежуточные передачи для 10 км/ч и 25 км/ч. Теперь вторая передача соответствует 10 км/ч, а пятая 50 км/ч. При движении по пахоте мы можем включить вторую передачу и ехать уже со скоростью 10 км/ч, что вдвое больше, чем на более примитивной двухскоростной КПП. Если добавить ещё две промежуточные передачи, например, на 15 и 35 км/ч, то скорость движения в данных условиях ещё возрастёт.

Вывод: чем больше передач, тем рациональнее используется мощность двигателя и тем выше средняя и максиальная скорости движения танка. Но чем больше передач, тем сложнее, тяжелее и больше сама КПП, поэтому инженерам приходится искать компромисс в каждом конкретном случае сообразно техзаданию и возможностям проихводства.

Механизм включения передач.
В разговоре о нашей простейшей КПП осталось лишь разобрать механизм переключения передач. Итак, для включения передачи нам нужно сдвинуть определённую шестерню, введя её в зацепление. Для этого служат вилки, закреплённые на скользящих валах. Выглядит это примерно так:


Вернитесь к рисунку нашей трёхскоростной КПП. На нём видно, что каждая каретка состоит не только из самой шестерни, но и из металлического цилиндра с углублением, то бишь канавкой. В эти канавки входят вилки. Если какой-либо вал сдвинуть, то вместе с ним сдвинется и связанная с ним вилка, увлекающая за собой шестерню. Вилки не только служат для переключения передач, но и удерживают шестерни в определённом положении, препятствуя их самопроизвольному выключению. В самом механизме включения передач предусмотрен замок, делающий невозможным одновременное включение нескольких передач, ведь в этом случае КПП заклинит.

Ладно, на сегодня хватит, порция информация получилась преизрядной. В следующий раз пощупаем трёхвальные КПП, а там и до реальных конструкций один шаг.
Tags: танкач, трансмиссии
Subscribe

  • Обзор двухтактных дизелей, часть 2

    В первой части статьи мы говорили о принципах двухтактных двигателей и разобрали схему двухтактного двигателя со встречно-движущимися поршнями на…

  • Дайджест из ВК #2

    Очередная подборка небольших постов из ВК о бронетехнике: Богатый внутренний мир ARL 44 И снова обозначения немецкой бронетехники (всё никак не…

  • Хромоногий «Ягдтигр»

    На Warspot вышла моя новая статья об истории Ягдтигра с точки зрения его ходовой части, вернее, ходовых частей. В ней рассказывается о развитии…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 4 comments