СИСТЕМА И СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАСЦЕПЛЕНИЯ ПОДВЕСНОГО ЛОДОЧНОГО МОТОРА
SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC DECOUPLING OF AN OUTBOARD BOAT MOTOR

Данное изобретение относится к системе и способу автоматического расцепления трансмиссии подвесного мотора.
На лодочных подвесных двигателях с коробкой передач „ вперед-нейтраль-назад “ переключение передач выполняют при работе двигателя на холостом ходу. Такие коробки передач не синхронизированы, они представляют собой весьма примитивные устройства, либо приводящие в зацепление, либо выводящие из зацепления соответствующие шестерни в зависимости от движения вперед или назад. Отсутствует плавный переход между режимами „ход“ и „стоп“. То есть механизм находится или в зацепленном или в расцепленном состоянии.
Мощность от коленчатого вала двигателя передается через верхнее зубчатое колесо на шестерню коробки передач. Верхнее зубчатое колесо передает крутящий момент двум шестерням ниже при зацеплении с ними. Нижние шестерни вращаются в противоположных направлениях. Ведущая и ведомые шестерни вращаются постоянно, пока работает двигатель. Рычаг, обычно расположенный на левой стороне подвесного двигателя или на месте размещения дистанционного управления, управляет муфтой сцепления, расположенной между шестернями. Муфта сцепления установлена на шлицах (гребного вала), по которым может скользить вперед и назад, сохраняя крутящий момент.Муфта сцепления перемещается в заданном направлении в сторону одной или другой зубчатой передачи. При вхождении муфты в зацепление с одной из двух шестерен соответствующей конфигурации она вращает гребной винт, приводящий в движение судно. Для переключения на другую передачу муфту сцепления перемещают на противоположную шестерню. При среднем положении муфты сцепления между шестернями коробка передач находится на нейтральной передаче.
Сцепление представляет собой металлическое устройство, имеющее конфигурацию, рассчитанную на зацепление с зубцами одинаковой формы на внутренней стороне каждой шестерни. Муфта сцепления двигается вперед и назад по металлическим шлицам между двумя шестернями, перемещаемая П-образной металлической вилкой, пальцы которой скользят внутри круговой канавки по центру торца муфты сцепления. В нейтральном положении муфта сцепления не касается ни одной из шестерен, находясь между ними. В силу этого, при переключении передач на больших оборотах двигателя переход с нейтральной передачи на ходовую может оказаться толчкообразным и шумным, а резкое переключение передач может вызвать повреждение механизма. Для уменьшения трения все детали механизма сцепления погружены в трансмиссионное масло.
Почти во всех подвесных моторах для соединения гребного винта с двигателем использован простой механизм типа кулачковой муфты. Подобное устройство представляет собой традиционное техническое решение, обеспечивающее при малых габаритах передачу очень большого крутящего момента относительно его размеров при относительно низкой стоимости и простоте изготовления. Эти свойства применимы в судоходстве, где корпус редуктора должен быть как можно меньше для снижения сопротивления при движении под водой. Муфта с кулачками установлена на шлицах гребного вала с возможностью свободного перемещения вперед-назад до зацепления с зубцами, выполненными на боковых поверхностях шестерен переднего и заднего хода. При работающем двигателе оба зубчатых колеса постоянно свободно вращаются на гребном валу. Кулачковая муфта перемещается для зацепления желаемой шестерни с помощью поперечного штифта и тяги переключения передач внутри полого гребного вала. Поскольку шестерни вращаются постоянно, в момент переключения кулачковая муфта подвергается воздействию сил износа.
Максимальный срок службы кулачковой муфты достигается соблюдением некоторых простых правил. Во-первых, переключением передачи на возможно минимальных оборотах, при двигателе на холостом ходу и судне не на ходу. Низкие обороты холостого хода двигателя являются ключевыми для системы. Во-вторых, быстрым включением передачи. При медленном переключении кулачки муфты сцепления проскальзывают и „гремят“, входя в зацепление с ведомыми шестернями, при том что для минимального износа желательно моментальное разовое вхождение кулачков в контакт при каждом переключении передач. В-третьих, не переключением передачи при заглушенном двигателе (если кто-то не поворачивает гребной вал). Если кулачки муфты и зацепные выступы шестерни встречаются плашмя, возможно искривление элементов рычажного механизма переключения передач, ведущее к неправильному зацеплению кулачковой муфты и в результате - к биению и проскакиванию шестерен. Наконец, регулярно проверяйте систему переключения передач: кулачковая муфта должна перемещаться до полного зацепления с шестерней.
Изношенные тросики или рычаги, уменьшающие ход кулачковой муфты, могут привести к перескакиванию и биению шестерен под нагрузкой, что быстро разрушает боковые поверхности кулачков муфты и вносит дополнительное усилие типа «удара молотком», воздействующее на остальную часть трансмиссии (в результате, ощущение биения зубчатого механизма обычно воспринимают как нечто между серьезным пропуском зажигания двигателя и невидимым великаном, бьющим по корме лодки громадным молотом). Как правило, в больших двигателях у кулачковых муфт предусмотрен некоторый „угол запирания“, выполненный на зубьях кулачков посредством машинной обработки. Этот угол помогает удерживать кулачок в зацеплении, когда крутящие силы двигателя действуют на его разъединение с шестерней. За счет износа уменьшаются угол запирания и площадь соприкосновения зубьев кулачковой муфты с шестерней передачи. Когда износ зубьев достигает степени, при которой кулачок не может противодействовать оказываемым на него крутящим усилиям, он начинает выскальзывать в противоположную от шестерни сторону, что вызывает проскакивание зубчатого механизма. Поскольку проскакивание зубчатой передачи оказывает разрушительное воздействие на всю систему привода, это явление требует немедленного внимания. Если данная неполадка обнаружена своевременно и вызвана только неправильной регулировкой или износом рычажных тяг, ее устранить не сложно. Однако, если такая неисправность имеет место уже в течение некоторого времени, требуется замена шестерни и кулачковой муфты. Поверхности шестерней и кулачковой муфты закалены, поэтому их восстановление посредством ручной шлифовки не приемлемо. Восстановление поверхностей будет лишь временной мерой, поскольку менее твердые поверхности подвержены намного более быстрому износу, чем в заводском исполнении. Угол запирания на зубьях кулачковой муфты одновременно увеличивает усилие, необходимое для выключения передачи, в особенности, на быстроходных судах, где применен гребной винт с большим шагом. Поэтому большинство крупных подвесных двигателей оснащены устройством прерывания переключения передач „Shift Interrupter“, которое на мгновение прерывает зажигание при переключении передачи, чтобы на долю секунды снять нагрузку с зубчатого механизма. Обычно это пружинный выключатель в рычажных механизмах переключения передач на двигателе, который заземляет цепь зажигания, если нагрузка на трос или тягу переключения передач превышает заданный минимум.
Обычный подвесной мотор снабжен коробкой переключения переднего-нейтрального-заднего хода, размещенной в нижнем блоке, где включение и выключение передней и задней передач выполняется из нейтрального положения. Детали трансмиссии переднего-нейтрального-заднего хода расположены в нижнем блоке. Нижний блок соединен с блоком двигателя посредством средней секции корпуса. Коленчатый вал двигателя соединен с ведущей (входной) шестерней нижнего блока приводным (входным) валом. Когда двигатель вращает входную шестерню, передняя выходная шестерня и задняя выходная шестерня в нижнем блоке вращаются вокруг выходного вала за счет мощности, отбираемой от двигателя через входной вал.
Входной вал и механизм, шестерня переднего хода и шестерня заднего хода всегда вращаются когда запущен двигатель. Однако, вращаясь, они не обязательно передают мощность вращения на выходной вал. Шестерни передней и задней передачи имеют внутреннее отверстие с подшипником, который позволяет им вращаться вокруг выходного (гребного) вала, пока выходной вал остается неподвижным. Выходной вал имеет шлиц машинной обработки между расположением входного и выходного зубчатых колес. На этом шлицованном участке размещена кулачковая муфта сцепления. На обеих боковых сторонах кулачковой муфты путем механической обработки выполнены зубья. На внутренних поверхностях как входного зубчатого колеса, так и выходных зубчатых колес механической обработкой выполнены зубья, предназначенные для зацепления с кулачковой муфтой. Кулачковая муфта перемещается для зацепления с шестерней задней передачи или с шестерней передней передачи посредством механизма переключения передач.
Разные производители изготавливают разные конструкции механизма переключения передач, однако во всех конструкциях муфта сцепления перемещается вдоль шлицевого выходного вала для зацепления с шестерней выбранной передачи.
При запуске двигателя, зубья кулачков муфты свободны от зацепления с какой-либо из шестерней. После запуска двигателя водитель судна выбирает направление вращения гребного винта - вперед или назад - перемещая кулачок муфты сцепления в выбранном направлении с помощью механизма переключения передач. В это время шестерни передней и задней передачи вращаются от мощности двигателя с частотой приблизительно 400 - 500 об./мин. Кулачковая муфта сцепления, выходной вал и гребной винт находятся в покое. Кулачки муфты должны войти в зацепление с шестерней и сразу же начать вращать гребной вал и гребной винт.В этот момент гребной вал и винт должны перейти из состояния покоя в состояние вращения с той же самой частотой (об/мин), с которой вращается шестерня выбранной передачи. Из-за воздействия сил инерции и сопротивления воды на лопасти гребного винта зубья зацепления шестерен и кулачковой муфты иногда подвержены отклонению относительно друг друга до начала и завершения зацепления. Несмотря на то, что шестерни и муфта сцепления точно взаимно подогнаны и выполнены с закаливанием, в ходе этого процесса они подвергаются определенной степени износа. Более того, если передача включена не до конца, возможно повреждение.
В других, не судовых, коробках переключения передач переднего-нейтрального-заднего хода применяют расцепляюще-зацепляющую трансмиссию. Приводной элемент разъединяется с входным валом зубчатого привода. Этот отсоединяемый участок снабжен муфтой расцепления-сцепления, которая останавливает вращение входного вала редуктора при работающем двигателе. Остановленный входной вал с приводной шестерней позволяют переключать передачи с передней через нейтральную на заднюю при неподвижности всех компонентов редуктора, при этом входная шестерня и выходной вал не находятся в зацеплении с двигателем, благодаря чему кулачковая муфта сцепления, выключаясь из одной и включаясь в другую выбранную передачу, может спокойно вставать в надлежащее положение.
На подвесных моторах судоходных средств может быть исключена муфта расцепления-сцепления, поскольку ведомый компонент вращается в воде. Соответственно, между гребным винтом и водой отсутствует жесткое зацепление. Вместо этого присутствует то, что в морском мире именуется „пробуксовкой“. Начальная нагрузка при запуске здесь намного меньше, чем нагрузка на ведомый элемент на наземном транспортном средстве. На автомобиле в состоянии покоя при работающем двигателе передняя или задняя передача не может быть включена без механизма расцепления-сцепления. Нагрузка на колеса, землю и трансмиссию не позволяет переключать коробку передач вперед или назад при вращающемся ведущем вале и зубчатом колесе. На подвесном моторе водного судна, находящегося в состоянии покоя, передача может быть переключена на передний или задний ход, поскольку нагрузка между водой и гребным винтом в начале вращения из-за пробуксовывания значительно меньше.
На подвесном моторе, если он не работает на достаточно малом холостом ходу - большем, чем нормальный холостой ход конкретного подвесного моторе, переключение передней или задней передачи будет затруднено. Зубчатые колеса передней и задней передач вращаются быстрее, чем необходимо, при этом скорость прямолинейного движения кулачковой муфты недостаточна для надлежащего зацепления ее зубьев с шестернями передней или задней передачи. Сопрягающиеся зубы отклоняются относительно друг друга, вызывая преждевременный износ или повреждение. Такое же затруднение может возникнуть при нахождении судна на мелководье или в воде с обильной растительностью. Лопасти гребного винта могут соприкасаться с илистым или жестким дном водоема, травой или водорослями, создающими большую нагрузку вследствие меньшего или отсутствия пробуксовывания выходного вала и зубчатых колес в начале вращения гребного винта. Эта нагрузка на винт вызывает чрезмерную нагрузку на кулачки муфты сцепления и систему переключения передач при переходе с нейтральной на переднюю или заднюю передачу.
Даже когда подвесной мотор работает на холостом ходу надлежащим образом, и лопасти гребного винта находятся в глубокой открытой воде, нагрузка при вращении гребного винта полностью не снимается. Масса винта, в особенности, выполненного из нержавеющей стали, а не алюминия, сопротивление воды вращению винта и нагрузка от воды, толкаемой винтом в начале вращения - все это делает переключение передач в какой-то степени резким и скачкообразным. В мире подвесных моторов это всегда воспринималось как норма, но это - не идеал, и есть простор для совершенствования.
И наконец, при работе в условиях заиления или зарослей водорослей, создающих сильное сопротивление вращению винта, существующие системы трансмиссии подвесных моторов весьма неудовлетворительны. Для выхода из подобного затруднительного положения желаемым способом действий является запуск гребного винта на реверсе на большой мощности. Но поскольку гребной винт вообще не вращается свободно, переключение на задний ход может быть просто невыполнимо, или будет резким и лязгающим и даже при осуществлении переключения может повредить компоненты редуктора.
Следовательно, существует потребность в системе расцепления трансмиссии, которая работала бы автоматически и была бы совместимой и встраиваемой в существующие подвесные моторы.
Краткое описание изобретения
Данное изобретение предусматривает систему и способ автоматического расцепления трансмиссии лодочного подвесного мотора, обеспечивающую улучшенные средства переключения передачи между передним и задним ходом, переключение передач в условиях отсутствия свободного вращения гребного винта, таких как заросли водорослей или заиливание, и оптимизированное переключение передач с меньшим риском повреждения зубчатых механизмов в любых условиях. Автоматическая система расцепления может быть встроена в подвесной лодочный двигатель или установлена позже как совместимое средство дооборудования. Автоматическая система расцепления подвесного лодочного мотора содержит электрическую муфту сцепления, управляемую сенсорным переключателем, который активируется и деактивируется рычажным механизмом системы переключения передач подвесного двигателя.
Краткое описание чертежей
Далее следуют ссылки на чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами, и где: на фиг.1 схематически представлена автоматическая система расцепления для лодочного подвесного двигателя по изобретению; на фиг. 2 схематически представлена автоматическая система расцепления для лодочного подвесного двигателя по изобретению в действии на передней передаче; на фиг.3 схематически представлена автоматическая система расцепления для лодочного подвесного мотора по изобретению в действии на нейтральной передаче; и на фиг. 4 схематически представлена автоматическая система расцепления для лодочного подвесного мотора по изобретению в действии на задней передаче.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 и остальных чертежах показана автоматическая система расцепления 10 подвесного мотора согласно изобретению.
Устанавливаемый на судоходном средстве подвесной мотор 21 имеет коробку передач (редуктор) 22, заключенный в нижнем блоке 23, находящемся под водой. Приводной вал 24 передает мощность двигателя на коробку передач 22. Тяга 25 перемещения кулачковой муфты сцепления поднимается и опускается для переведения толканием или натяжением кулачковой муфты в переднее, нейтральное или заднее положение. Водитель судна манипулирует органом управления переключением передач 26, посредством него перемещая в основном в горизонтальном направлении соединительную тягу постоянной длины, которая в свою очередь толкает или тянет шарнир тяги 27, другим концом соединенный с тягой перемещения кулачковой муфты сцепления 25, в результате преобразуя в основном горизонтальное движение органа управления переключением передач 26 в главным образом вертикальное движение тяги перемещения кулачковой муфты 25. На чертежах показано перемещение шарнира тяги.
Система автоматического расцепления 10 подвесного лодочного мотора включает электрическую муфту расцепления-сцепления 1, обеспечивающую прерывание вращения приводного вала 24. Эта электрическая муфта расцепления-сцепления 1 отличается от кулачковой муфты сцепления подвесного лодочного дмотора. Когда электрическая муфта расцепления-сцепления 1 находится в зацеплении, мощность от двигателя передается на приводной вал 24, а когда электрическая муфта расцепления-сцепления 1 не зацеплена, мощность от двигателя не передается.
Управление состоянием сцепления или расцепления электрической муфты 1 осуществляется посредством управляющего переключателя 2. Управляющий переключатель 2 представляет собой тип выключателя с мгновенным замыканием контакта с самовозвратом, например, пружинную кнопку или тумблер в самом простом варианте исполнения, или оптический, магнитный (эффект Холла) или бесконтактный датчик расстояния в более сложных конструктивных решениях. Управляющий переключатель 2 установлен относительно шарнира тяги 27 таким образом, что какой-либо элемент шарнира тяги 27 нажимает или иным способом воздействует на переключатель для его срабатывания, когда рычажок 26 управления переключением передач находится в переднем или в заднем положении. При нейтральном положении органа управления переключением передач 26 управляющий переключатель остается в ненажатом состоянии, поскольку ни один из элементов шарнира тяги 27 не находится в непосредственной близости от него.
Питание муфты расцепления-сцепления 1 через управляющий переключатель 2 может поступать от аккумуляторной батареи 3 или иного автономного источника электроэнергии. Автономным источником питания может служить как уже имеющаяся на борту аккумуляторная батарея, питающая лодочный подвесной мотор, так и установленная специально для расцепляющей-сцепляющей муфты 1.
Нормальным состоянием муфты расцепления-сцепления 1 не под напряжением может быть либо в зацеплении, когда при срабатывании управляющего переключателя 2 происходит расцепление, либо не в зацеплении, когда при подаче питания от управляющего переключателя 2 выполняется сцепление. В зависимости от вида расцепляющей-сцепляющей муфты 1 нормальным состоянием управляющего переключателя 2 может быть либо замкнутое либо разомкнутое. Расцепляющая-сцепляющая муфта 1 должна находиться в зацеплении, когда шарнир тяги 27 находится в позиции, соответствующей переднему или заднему положению рычажка управления переключением передач 26, и должна быть расцеплена, когда шарнир тяги 27 находится в позиции, соответствующей нейтральному положению рычажка 26. Поскольку орган управления переключением передач 26 и шарнир тяги 27 должны проходить через нейтральное положение при переключении между передним и задним ходом, муфта расцепления-сцепления 1 при переключении передач обязательно будет хотя бы на мгновение расцепляться. Расцепление расцепляющей-сцепляющей муфты 1 снимает с коробки передач 22 усилие от приводного вала 24 и таким образом позволяет перемещать кулачковую муфту сцепления в нижнем блоке редуктора для включения передней или задней передачи, пока передняя и задняя шестерни не вращаются, находясь в покое и давая возможность перемещать их в положение выбранной передачи свободно и плавно без излишнего трения и заедания. Благодаря достижению более плавного переключения передач автоматическая расцепляющая муфта подвесного мотора позволяет применять более «агрессивные» встречные зубья кулачковой муфты и шестерен передач 22. Без автоматической расцепляющей муфты в подвесном моторе не могут быть применены конструкции с более агрессивным зацеплением, поскольку такие агрессивные конструкции имеют углы запирания на контактирующих поверхностях зубьев, что затрудняет переключение при действии крутящего момента от ведущего вала 24.
Система автоматического расцепления лодочного подвесного двигателя позволяет быстро и эффективно использовать реверс в условиях мелководья. Такая возможность быстрого реверсирования важна для прохождения по мелководью, для замедления хода или остановки судна при швартовке или сближении с другим судном, как и при маневрировании в условиях чистой воды.
Система автоматического расцепления подвесного лодочного двигателя 10 обеспечивает „нейтральную передачу“ помимо нейтрального положения кулачковой муфты сцепления. Это может иметь свой положительный эффект в случаях, например, серии кратковременных толчков или рывков в одном направлении, когда кулачковая муфта сцепления не перемещается в нейтральное положение, что позволяет избегать многочисленных расцеплений и повторных зацеплений зубьев в редукторе 22 и, следовательно, их износа.
Существующие системы быстрого реверсирования гребного винта, применимые в настоящее время на подвесных двигателях для мелководья, плохо работают на мелкой, засоренной или чистой воде, поскольку гребной вал погружен в воду под углом относительно приводной шестерни или шкива приводного ремня, которые находятся над водой. Реверсная тяга направлена к поверхности воды и атмосфере. Атмосфера не обеспечивает достаточную массу вещества для достижения винтом тяги, чтобы тянуть лодку назад. Проблему усугубляет перемещаемый гребным винтом к поверхности поток воды, который, сталкиваясь с транцем, противодействует тяге винта. При использовании данного изобретения не на скоростях глиссирования нижний блок/редуктор находится под водой. Нижний блок/редуктор может быть опущен еще ниже путем усиления дифферента. Гребной вал расположен почти параллельно поверхности воды, и тяга гребного винта не направлена в ее сторону. Наоборот, она направлена в толщу воды. Толща воды обеспечивает существенную массу для создания эффективной тяги судна назад при реверсировании гребного винта.
Возможность движения нижнего блока типового лодочного подвесного мотора в засоренных водоемах обеспечивается за счет устранения вертикальной части форштевня нижнего блока, в воде проходящего перед гребным винтом. Во время движения на вертикальной кромке форштевня под действием потока воды накапливается мусор растительного и прочего происхождения. Растительность и мусор препятствуют или блокируют работу двигателя. Аналогичным образом при встрече с твердым объектом, таким как камень, бревно или пень, нижний блок и двигатель получают сильный удар. Был добавлен скег 4 (шпора), проходящий от костыля из-под винта под углом вверх и выступающий над поверхностью воды перед редуктором. Скег 4 отражает мусор и направляет под нижний блок и винт. При встрече твердого объекта длинный скошенный скег 4 обеспечивает подъем (наклон мотора) в отличие от резкого удара при обычной конструкции костыля и скега.
На фиг. 2 показано, что при перемещении органа управления переключением передач 26 в переднее положение он тянет вперед одно плечо шарнира тяги 27, при этом второе плечо шарнира тянет вверх тягу перемещения кулачковой муфты 25, вызывая срабатывание управляющего переключателя 2, посредством чего приводит в зацепление электрическую муфту расцепления-сцепления 1 для передачи мощности от приводного вала 24 на редуктор 22.
На фиг. 3 показано, что при перемещении, случайном или намеренном, органа управления переключением передач 26 в нейтральное положение шарнир тяги 27 перемещается в промежуточную позицию, при этом ни одно из плеч шарнира не вызывает срабатывание управляющего переключателя 2, что в свою очередь приводит к расцеплению электрической муфты расцепления-сцепления 1.
На фиг. 4 показано, что при перемещении органа управления переключением передач 26 в заднее положение он толкает одно плечо шарнира преобразования тяги 27, другое плечо которого толкает тягу перемещения кулачковой муфты 25 вниз, вызывая срабатывание управляющего переключателя 2, посредством чего приводит в зацепление электрическую муфту расцепления-зацепления 1 для передачи мощности от приводного вала 24 на коробку передач 22.
В систему и способ по данному изобретению может быть внесено множество других изменений и усовершенствований без выхода за пределы его существа. В силу сего настоятельная просьба ограничить права на настоящее изобретение только объемом прилагаемой формулы изобретения.