ТРАНСМИССИЯ ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в трансмиссии полноприводного автомобиля.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является трансмиссия полноприводного автомобиля, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами / Вершигора В.А. Автомобиль ВАЗ-2121. Многокрасочный альбом. - М.: Машиностроение. - 1983. - С.45-50 /.
Недостаток описанного устройства заключается в вибрациях, которые возникают и во время начала движения, и во время движения автомобиля. Описанная конструкция является жесткой, а потому вибрации приводят и к возникновению резонансных режимов в силовой передаче, из-за совпадения ее собственных частот колебаний с частотой колебаний момента сопротивления движению автомобиля. Эти вибрации возникают, в частности, и потому, что радиусы качения всех колес не являются идеально тождественными, а потому во время движения автомобиля в описанной трансмиссии неизбежно возникают вибрации из-за паразитных моментов. Упомянутые вибрации увеличивают затраты горючего в особенности при резонансных режимах, а также отрицательно влияют и на здоровье лиц, находящихся в автомобиле. Так сердце, легкие, брюшная полость, мозг человека - это объемные резонирующие системы, склонные к интенсивным колебаниям при совпадении частоты их собственных колебаний с частотами внешних колебаний (в основном колебаний инфразвуковых частот - в диапазоне 1...16 Гц). Инфразвуковые колебания, возникающие в трансмиссии во время движения, так называемое "акустическое нейтрино", которые не воспринимаются ухом, легко проникают через различные преграды (металл, звукоизоляцию) - сложное и коварное явление. Недаром вибрационная болезнь стоит на первом месте в длинном списке профессиональных заболеваний. Из-за инфразвуковых колебаний ослабляется зрение, слух, повышается артериальное давление, наблюдается повышенная усталость, уменьшается реакция водителя, а при частоте инфразвука 7 Гц возможна даже остановка сердца. Кроме резонанса мозга, как упруго-инерционного тела, имеется возможность "перекрестного" эффекта резонанса инфразвука с частотами α и β-волн, существующих в
мозге человека, а это может значительно влиять на психофизиологическое состояние человека.
Поэтому в основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой трансмиссии полноприводного автомобиля, которая позволила бы существенно уменьшить уровень вибраций. Поставленная задача решается в предлагаемой конструкции благодаря установлению демпферов на экспериментально выявленных участках кинематической схемы полноприводного автомобиля. Упомянутые демпферы существенно уменьшают паразитные моменты и уменьшают вероятность образования резонансных колебаний в трансмиссии. Роль демпферов в предлагаемом устройстве выполняют упругие муфты.
Предлагаемая, как и известная трансмиссия полноприводного автомобиля, включает коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а в соответствии с предложением, кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами содержит, по меньшей мере, одну упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент.
Эластичный элемент дает возможность изменения положения фланцев относительно друг друга в пределах упругой деформации эластичного элемента. Основное свойство эластичного элемента в упругой муфте предлагаемого устройства - это преобразования энергии механических колебаний в тепловую энергию.
Особенностью предлагаемой трансмиссии является и то, что на каждом конце каждого карданного вала установлена упругая муфта.
Еще одной особенностью предлагаемой трансмиссии является и то, что карданный вал, расположенный между выходом раздаточной коробки и задним мостом, изготовлен из двух частей, которые соединенные между собою упругой муфтой.
Также особенностью предлагаемой трансмиссии является и то, что эластичный элемент упругой муфты выполнен в виде резинового кольца.
Особенностью предлагаемой трансмиссии является и то, что упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, а внешняя - тороидальной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее
цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью взаимного передвижения в пределах допуска.
Муфта - это устройство для соединения валов, тяг, труб, канатов. В предлагаемом устройстве использован один из видов компенсационной муфты - упругая муфта, позволяющая соединять валы, оси которых установлены с погрешностью / Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение. - 1987. - С.229 /. Использованный в предлагаемом устройстве эластичный элемент упругой муфты является элементом с нелинейной характеристикой. Введение упругих элементов с нелинейной характеристикой, имеющих широкий диапазон изменения жесткости и демпфирования, позволяет сдвинуть область резонансных частот в силовой передаче в нерабочую зону частотных колебаний, а незначительные по амплитуде колебания за счет демпфирования сгладить. Установление же упругих муфт в местах трансмиссии, названных выше, позволяет существенно уменьшить уровень вибраций и ударных динамических нагрузок.
Сущность полезной модели поясняется на схематическом чертеже.
Предлагаемая трансмиссия полноприводного автомобиля включает предназначенную для соединения с двигателем 1 коробку переключения передач 2. Выход коробки переключения передач 2 кинематически связан с раздаточной коробкой 3. Выходы раздаточной коробки 3 кинематически связаны с передним 4 и задним 5 мостами. Кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки 3 с передним 4 и задним 5 мостами включает упругую муфту 6. Кроме этого, кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки 3 с передним 4 и задним 5 мостами включает карданные валы 7 и 8. На одном конце каждого карданного вала 7 и 8 расположена упругая муфта 6. Карданный вал 8 может быть изготовлен из двух частей, которые соединены между собой упругой муфтой 6. Каждая упругая муфта 6 выполнена в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собою через эластичный элемент /не показано/. Фланцы закреплены с возможностью изменения их положения относительно друг друга в пределах упругой деформации эластичного элемента. Эластичный элемент упругой муфты может быть изготовлен из эластичного маслостойкого материала - резины или полиуретана в форме кольца или пластины со сквозными отверстиями для элементов крепления и валов /не показано/. Кроме этого, эластичный элемент может быть изготовлен в виде цилиндрических пружин сжатия, или пневмо-гидро цилиндров /не показано/. Упругая муфта 6 снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня жестко закреплено кольцо, внутренняя
поверхность которого выполнена цилиндрической, а внешняя - тороидальной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью взаимного передвижения конца центрирующего стержня одного фланца в центральном центрирующем отверстии второго фланца в пределах допуска /не показано/. Использованная в примере упругая муфта 6 создана на основе упругой муфты автомобиля ВАЗ-2121, из которой исключена крестовина / Вершигора В.А. Автомобиль ВАЗ-2121. Многокрасочный альбом. - М.: Машиностроение. - 1983. - С.45, поз.36-48 /.
Предлагаемая трансмиссия полноприводного автомобиля работает так. С выходного вала двигателя 1 вращательное движение передается на коробку переключения передач 2, с выхода которой на раздаточную коробку 3. Из раздаточной коробки 3 через карданные валы 7 и 8 вращательное движение передается на соответствующие передний 4 и задний 5 мосты. Во время начала движения автомобиля или переключения передач в коробках 2 и 3, или же торможения автомобиля двигателем, возникают толчки, удары, амплитуда которых, благодаря муфтам 6, расположенным на концах карданных валов 4 и 5, обращенных к раздаточной коробке 3, существенно уменьшается. Во время установленного равномерного движения автомобиля создаются вибрации, связанные с необходимыми технологическими люфтами в трансмиссии, в основном в главных парах и дифференциалах / не показаны / ведущих мостов 4 и 5 и раздаточной коробки 3, что приводит и к возникновению автоколебаний. Но в предлагаемой конструкции, благодаря муфтам 6, упомянутая вероятность возникновения автоколебаний очень мала.
В случае использования карданного вала 8 большой длины, например как в автомобиле ВАЗ-2131, уровень вибраций существенно уменьшен благодаря использованию карданного вала 8, изготовленного из двух частей, соединенных между собою упругой муфтой 6.
Авторами были проведены исследования относительно измерения уровня вибраций, которые возникали в автомобиле марки ВАЗ-2123 до внедрения упругих муфт 6 в трансмиссии и после дополнения трансмиссии упругими муфтами 6, установленными на одном конце каждого карданного вала 7 и 8. Во время исследования были использованы вибрационные датчики, расположенные на участке под сидением водителя и анализатор типа 3348 фирмы Bruel & Kjaer /Дания/. По результатам исследований было установлено, что уровень вибраций после дополнения трансмиссии упругими муфтами 6, установленными на одном конце каждого карданного вала 7 и 8, был существенно снижен. Уменьшение вероятности возникновения резонансных режимов в трансмиссии во
время работы в режиме, который постоянно изменяется, способствует уменьшению затрат топлива до 5%, позволяет выполнить плавное взаимодействие привода с дорогой (снижая при этом буксование привода со сцеплением), что существенно уменьшает износ трансмиссии.