На полушариях по бездорожью
Как известно, современный автомобиль пока не обходится без дифференциала в трансмиссии. Этот механизм обеспечивает вращение ведущих колес одной оси с разными угловыми скоростями, что просто необходимо, например, при поворотах машины.
Но как работает дифференциал? На прямых участках и твердой дороге он обеспечивает вращение обоим ведущим колесам. На поворотах через него приводится только соответствующее колесо, а другое отстает. На скользкой дороге, если одно из колес начинает буксовать, то другое просто перестает вращаться. Таким образом, в самых сложных условиях автомобиль как бы остается совсем без ведущих колес: преодолевать грязь и топь может только за счет инерции.
А потому конструкторы ставят дифференциал в систему трансмиссии, можно сказать, от безысходности - ведь ничего лучшего они пока не придумали, хотя попытки найти ему достойную замену продолжаются.
А если попробовать обойтись вообще без дифференциала? Мне скажут: на колесных транспортных средствах это невозможно - сразу же возникнут проблемы.
Тем не менее созданное мною колесное вездеходное транспортное средство (разработана конструкция и изготовлен действующий макет) работает без диф-ференциалов (как межколесных, так и межосевых), хотя имеет постоянный привод на все четыре колеса, который не отключается ни в каких ситуациях: ни на поворотах, ни на бездорожье, ни на асфальте. При этом все колеса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, повороты машина совершает легко и с небольшим (относительно своей базы) радиусом.
Все эти, казалось бы, несовместимые технические решения осуществлены благодаря особой форме движителей - в виде полушарий. Хотя угловые скорости таких колес всегда одинаковы, но диаметры обкатки отклоняющихся полусфер (относительно центра поворота) различные.
Вынося на суд читателей свою конструкцию, прошу не быть строгими к упрощенному ее исполнению и некоторым несовершенным техническим решениям второстепенных для нее узлов. Все-таки это еще не готовая машина, а пока только ее шасси, действующий макет.
В конструкции все подчинено доказательству возможности передвижения с помощью постоянного полного привода машины с колесными движителями в форме полушарий без дифференциалов (как межколесных, так и межосевого).
Рама машины хотя и прочная, но упрощенная. Она хребтового типа, двух-секционная, сочлененная ("ломающаяся") Основные силовые элементы рамы изготовлены из дюралюминиевых труб разного диаметра: лонжероны (передний и задний) - из 100-мм; балки мостов (спаренные траверсы) - из 50-мм; подкосы - из 40-мм. Рулевые тяги - тоже из таких же труб, но диаметром еще меньше - около 20 мм. У обеих секций рамы (полурам) - одинаковые конструкции и треугольная (Т-образная с подкосами) форма. Аргонной сварки для скрепления дюралюминиевых деталей у меня нет, а потому соединения деталей в секциях производил посредством хомутов, клеммовых зажимов и стремянок, тем более что в некоторых узлах пришлось скреплять детали из разных материалов (дюралюминиевые со стальными). Между собой полурамы связаны "ломающимся" узлом, причем к задней половине узла приварен рычаг управле-ния "изломом". Другой Г-образный двуплечий рычаг установлен на задней полураме. Рычаги соединены тягой. Еще одна короткая тяга соединяет другой конец Г-образного рычага с задней рулевой тягой.
Силовой агрегат, а точнее двухтактный двигатель (без коробки перемены передач и сцепления) мощностью 12 л.с. (9 кВт) с принудительным воздушным охлаждением использован от мотоцикла "Тула". Компактный глушитель - самодельный. Расположен силовой агрегат на задней полураме (хотя это не принципиально).
Трансмиссия действующего макета вездехода, вообще-то, малоприменяемая - с гибкими валами. Но в принципе ничто не мешает сделать ее обычной - только при этом усложнится конструкция переломного узла и машина немного утяжелится за счет применения карданных валов.
В трансмиссии отсутствуют механизм сцепления и коробка перемены передач (КПП) - они демонтированы, как было сказано, уже из силового агрегата. Крутящий момент отбирается непосредственно с доработанного коленчатого вала двигателя, который в этом случае является и выходным. КПП снята для того, чтобы не увеличивать крутящий момент, передаваемый на гибкие валы трансмиссии, так как для них он весьма ограничен - всего до 0,4 кгс-м, при числе оборотов до 4000 в минуту. Ну а сцепление демонтировано потому, что оно находилось вместе с КПП в одном блоке.
Первая ступень трансмиссии - карданный вал. Он передает вращение от выходного вала двигателя на раздаточную коробку с тремя одинаковыми шестернями: ведущей (соединенной непосредственно с карданным валом) и двумя ведомыми.
От каждой ведомой шестерни раздатки крутящий момент передается посредством гибких валов (вторая ступень трансмиссии) к переднему и заднему колесам одного борта. Но поступает он (крутящий момент) не сразу на полуось колеса, а сначала на цепную передачу, затем на червячный редуктор и уж потом на колесо. Этот узел составляет третью - последнюю ступень трансмиссии.
Гибкий вал - стальной трос диаметром 12 мм, заключенный в бронированную гибкую оплетку Наконечники троса установлены в шарикоподшипниках 1000901 (d х D х b = 12x24x6), где: d - посадочный диаметр внутреннего кольца, D - наружный диаметр внешнего кольца, b - ширина.
Цепная передача - очень короткая и служит не для передачи крутящего момента на расстояние, а для понижения числа оборотов в 2,5 раза. Цепь и звездочки - с шагом 12,7 мм. Колесный редуктор - червячный, с передаточным отношением 1:40. Ведущая звездочка насажена на наконечник гибкого вала, а ведомая - на входной вал редуктора (вал червяка). Выходной вал редуктора (он же - вал червячного колеса) является полуосью - приводным валом движителя.
Движитель - колесо в форме полушария - главный "герой", ради которого и создавалась конструкция. Его заслуга в том, что машина может обходиться без, казалось бы, незаменимого узла - дифференциала.
Необычна не только форма, но и конструкция колеса, и материал, из которого он изготовлен. Оболочка колеса состоит из двух основных частей: наружного полушария с небольшим углублением по центру (оно же выполняет функции шины) и внутреннего усеченного конуса (аналог диска и обода обычного автомобильного колеса). Обе детали выклеивались из стеклоткани на эпоксидном вяжущем. Для их изготовления были сделаны матрицы-поверхности на одном пенопластовом болване. С одной стороны болван имел такую же форму поверхности, что и наружная оболочка, а с другой - форму внутреннего усеченного конуса. Толщина каждой оболочки - около 4 мм.
Колеса сделал достаточно большими - с диаметром сферы около 1 м: такие лучше покажут или опровергнут ожидаемые результаты.
После выклейки обеих оболочек по их центрам прикреплены болтами М6 стальные фланцы с приваренной к ним осевой втулкой. Сами оболочки вставлены одна в другую (конусная в полушаровую), а их края склеены и тоже соединены болтами М6 по всей окружности. На концах полуосей с противоположных сторон сделаны лыски, а во втулках - ответные отверстия. Колеса надеты на полуоси и закреплены на них центральными (осевыми) болтами М10 с обычными плоскими и еще пружинными шайбами. Первоначальное положение колес - с развалом, со средним радиусом обкатки.
Рулевое управление транспортного средства, можно назвать, смешанного типа. Управление передних колес осуществляется как у обычного автомобиля: от "баранки" (рулевого колеса), через червячный редуктор (оба от ЗАЗ-968 "Запорожец") и короткую рулевую тягу. Рулевую трапецию заменяет одна длинная поперечная (межколесная) тяга. Но на этом сходство с автомобильным управлением заканчивается, потому что тяга не поворачивает колеса, а наклоняет их в сторону поворота. Одновременно поворот (а точнее, сокращение его радиуса) происходит от "перелома" рамы, как, например, у тяжелого трактора К-700 "Кировец". Далее от "перелома" рамы, через систему рычагов и тяг производится соответствующий наклон и задних колес, которые подруливают передним, еще более сокращая радиус поворота. Наклон колес осуществляется за счет шарнирного крепления колесных редукторов к балкам моста.
Надо сказать, что такой способ управления машиной (осуществления поворотов) аналогов не имеет, хотя довольно прост.
При наклоне колес-полушарий одновременно в одну сторону радиус обкатки внутреннего (относительно центра поворота) колеса будет уменьшаться, а внешнего - увеличиваться при одинаковых угловых скоростях всех колес. А раз так, то надобность в колесных и межосевом дифференциалах просто отпадает.
Компоновка и геометрическая схема вездеходного транспортного средства:
1 - колесо; 2 - рулевой механизм (от автомобиля ЗАЗ-968); 3 - сиденье; 4 - стойка и подкос сиденья; 5 - раздаточная коробка; 6 - карданный вал; 7 - двигатель (от мотоцикла "Тула"); 8 - кожух вентилятора воздушного охлаждения двигателя; 9 - подкос задней балки (дюралюминиевая труба 40, 2 шт.); 10 - задний лонжерон (дюралюминиевая труба 100); 11 - сочленяющий переломный узел; 12 - передний лонжерон (дюралюминиевая труба 100); 13 - подкос передней балки (дюралюминиевая труба 40, 2 шт.); 14 - гибкий вал (4 шт.); 15 - траверса балки (дюралюминиевая труба 50, 4 шт.); 16 - поперечная рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20, 2 шт.); 17 - стойка-кронштейн крепления рулевого механизма (стальной лист s3); 18 - площадка крепления траверс (стальной лист s3); 19 - площадка для ног водителя (стальной лист s2); 20 - переломный рычаг (стальной лист s4); 21 - задняя рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20); 22 - глушитель двигателя; 23 - задняя короткая рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20); 24 - Г-образный рычаг задних рулевых тяг (стальной лист s3); 25 - задняя монтажная площадка (стальной лист s2); 26 - шестерни раздаточной коробки (3 шт.); 27 - цепная передача от гибкого вала к колесному редуктору (t = 12,7, i = 2,5, 4 шт.); 28 - червячный колесный редуктор (i = 40, 4 шт.); 29 - полуось выходной вал колесного редуктора (4 шт.); 30 - винт М10 крепления колеса на полуоси (4 шт.); 31 - втулка колеса (сталь, круг 40, 4 шт.); 32 - площадка крепления червячного колесного редуктора (стальной лист sЗ, 4 шт.); 33 - шарнир соединения площадок (4 шт.); 34 - передняя короткая рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20).
Узел привода колеса:
1 - траверсы; 2 - площадка крепления траверс; 3 - поперечная (межколесная) рулевая тяга; 4 - шарнир; 5 - площадка крепления червячного редуктора; 6 - серьга рулевой тяги; 7 - кронштейн крепления серьги тяги к редуктору; 8 - червячный редуктор; 9 - внутренний фланец колеса; 10 - соединительные болты М6 (по потребности); 11 - наружная оболочка колеса; 12 - внутренняя оболочка колеса; 13 - большая (ведомая) звездочка цепной передачи; 14 - цепь; 15 - малая (ведущая) звездочка ценной передачи, 16 - гибкий вал; 17 - подкос
Узел распределения вращающею момента:
1 - двигатель; 2 - выходной вал двигателя (со шкивами демонтированной клиноременной передачи); 3 - карданный вал; 4 - ведущая шестерня раздаточной коробки; 5 - ведомые шестерни раздаточной коробки; 6 - гибкие валы (4 шт.); 7 - корпус раздаточной коробки (стенки без кожуха).
"Переломный" узел рамы:
1 - продольная тяга; 2 - рычаг "переломного" узла; 3 - подкос задних балки и лонжерона рамы; 4 - задний лонжерон рамы; 5 - задняя вилка "переломного" узла (стальной лист s3); 6 - ось переломного узла (болт М10); 7 - передняя вилка "переломного" узла (стальной лист s3); 8 - передний лонжерон рамы; 9 - подкос передних балки и лонжерона рамы
Кинематическая схема привода:
1 - двигатель; 2 - карданные шарниры; 3 - ведущая шестерня раздаточной коробки; 4 - ведомая шестерня раздаточной коробки; 5 - подшипник качения (14 шт.); 6 - малая (ведущая) звездочка цепной передачи (4 шт); 7 - цепь (t=12,7, 4 шт.); 8 - ведомая (большая) звездочка цепной передачи (4 шт.); 9 - червячная шестерня; 10 - червячное колесо; I - выходной вал двигателя; II - карданный вал; III - гибкий вал в бронеоплетке, (4шт.); IV - приводной вал червячного редуктора (4 шт.); V - выходной вал редуктора полуось, (4 шт.).
Схема стыковки и крепления колеса на полуоси (выходном валу колесного редуктора):
1 - винт крепления с пружинной и плоской шайбами; 2 - внешний фланец наружной оболочки; 3 - наружная оболочка колеса; 4 - втулка с приваренными внутренними фланцами оболочек; 5 - внешний фланец внутренней оболочки; 6 - колесный червячный редуктор; 7 - площадка редуктора; 8 - внутренняя оболочка колеса.
Помогает гравитация <Предыдущая | Следующая> Моделист Конструктор выпуск июнь №6 2006 |
---|