Использование коробки передач в качестве реверсредуктора
Наиболее простым конструктивным решением, позволяющим осуществить
передний и задний ход на катере, оснащенном конвертированным
автомобильным двигателем, является использование в качестве
реверсредуктора штатного сцепления и коробки передач. При этом передний
ход обеспечивается работой на прямой или на одной из понижающих передач,
а задний - включением заднего хода. Однако такое решение имеет ряд
существенных недостатков.
Так, при работе на прямой передаче (если не применяется дополнительный
редуктор) частота вращения гребного винта, как правило, значительно выше
оптимальной, что приводит к уменьшению КПД винта и скорости катера.
Оценить потери мощности на таком винте по сравнению с винтом,
работающим в области оптимальной частоты вращения, для двигателей ГАЗ-21
и УМЗ-412 можно по графикам (рис. 1Ь, а, б). На них представлены
отношения упора Р винта, работающего через коробку передач, к упору
винта Роит, работающего с оптимальной частотой вращения. Кривые
построены для трех значений снимаемой мощности: 60, 40 и 20 л.е., для
двух винтов- нормального Я и тяжелого Т с шагом, на 15- 20%'
превышающим, нормальный, при работе двигателя на прямой П и второй В
передачах. Предполагается,, что при полностью открытом дросселе
двигателя. с нормальным винтом развивают: УМЗ-412- 4800 об/мин (72
л.е.), ГАЗ-21 -3700 об/мин (73 л.е.), а при частично прикрытой
дроссельной заслонкой - соответственно 60 л.с. при 4500 об/мин и 3400
об/мин, т. е. именно те мощности, которые рекомендованы как
эксплуатационные при конвертировании данных двигателей. С тяжелым винтом
при полностью открытой дроссельной заслонке двигатели развивают 60 л.с.
при 3900 об/мин (УМЗ-412) и 2700 об/мин (ГАЗ-21). Естественно, что
максимальная скорость при установке тяжелого винта будет меньше, однако
для водоизмещающих катеров, двигатели которых эксплуатируются
преимущественно на частичных нагрузках, применение тяжелого винта
позволяет уменьшить часовой расход топлива (см. 2).
Несмотря на то, что на больших скоростях потери на тяжелом винте не
очень велики, катера очень плохо выходят на глиссирование, так как на
скоростях выхода (18-22 км/ч) потери на таком винте остаются весьма
значительными. Поэтому применение прямой передачи на катере,
глиссирующем со скоростью 35-45 км/ч, заставит судоводителя уменьшить
водоизмещение судна на 30-40% по сравнению с тем, каким оно могло бы
быть при нормальном винте, работающем на оптимальной частоте вращения.
Увеличить КПД винта можно путем применения понижающих передач штатной
коробки - как правило, второй (см. рис. 15, а, б). Однако нужно
учитывать, что понижающие передачи, особенно у коробок легковых
автомобилей, не предназначены для длительной работы на режиме
максимальной: мощности.
На графиках рис. 15, в даны расчетные значения ресурса работы шестерен в
зависимости от снимаемой мощности (режимы работы двигателя аналогичны
показанным на рис. 15,а, б"). Отметим, что длительная работа на второй
передаче допустима только при принудительном охлаждении коробки.
Изменение направления вращения гребного винта счет включения шестерен
заднего хода также не лишено недостатков. Отсутствие синхронизаторов у
шестерен приводит к появлению треска при включении заднего хода даже с
отжатым сцеплением при движении катера вперед по инерции. Это
объясняется тем, что после выключения переднего хода винт под действием
набегающего потока воды продолжает вращаться в прежнем направлении. Диск
сцепления е промежуточным блоком шестерен медленно поворачивается также
в направлении переднего хода. При включении заднего хода этот диск
(поскольку его момент инерции меньше, чем у винта) почти мгновенно
должен изменить направление вращения, что сопровождается ударом зубьев
шестерен. Другим недостатком является то, что из-за большого
передаточного отношения шестерен заднего хода частота вращения винта на
заднем ходу значительно меньше, чем на переднем. Так как упор винта
пропорционален квадрату частоты вращения, скорость катера на заднем ходу
оказывается слишком малой. На рис. 15, г даны ориентировочные значения
максимальной скорости на заднем ходу в зависимости от максимальной
скорости переднего хода (обозначения те же, что на рис. 15,а, б).
Поскольку различие между частотой вращения заднего и переднего хода при
использовании на переднем ходу второй передачи меньше, то и скорость на
задаем ходу в этом случае выше.
Винт при использовании заднего хода, коробки является "легким", поэтому
при полностью открытой дроссельной заслонке частота вращения двигателя
может быть больше максимально допустимой. В этом случае нужно или
контролировать частоту вращения двигателя по тахометру, или
предусмотреть упор для тяги дроссельной заслонки, сблокированный с
рычагом включения заднего хода. Чтобы добиться достаточной маневренности
катера на заднем ходу, следует обеспечить скорость заднего хода не менее
7-8 км/ч. При использовании на водоизмещающем катере для движения вперед
прямой передачи,, а для движения назад - заднего хода передаточное
отношение коробки получается недостаточным.
Установка цепной передачи позволяет получить приемлемые передаточные
отношения на заднем ходу, а наличие синхронизаторов обеспечивает мягкое
включение как переднего, так и заднего хода.
Так, в коробке двигателя ГАЗ-21 срезают зубья шестерен первой и второй
передач на блоке промежуточных шестерен и вместо шестерни второй
передачи на уступ, проточенный на шестерне второй передачи выходного
вала, устанавливают ведущую звездочку. При этом сохраняются
синхронизаторы, и переключение производится одним рычагом. Такая
переделка возможна у коробок передач двигателей УМЗ-412, ВАЗ, ЗМЗ-24 при
использовании на прямой и на второй передачах (рис. 16).
Рис. 16. Реверсредуктор из коробки УМЗ-412 с
цепной передачей заднего хода. 1 - распорная шайба; 2-зубчатое колесо;
3-шестерня второй передачи (зубья удалены); 4-синхронизатор в сборе;
5-шестерня первой передачи (зубья удалены); 6-звездочка; 7- корпус под
шил ник а; 8-подшипник 210; 9-медная трубка охлаждения (8x1, два-три
витка, паять ПМЦ, ПОС-40): 10-крышка сальника; 11-фланец; 12-стопорная
гайка; 13-втулка; 14-вторичный вал (обрезан); 15-сальник (от коленчатого
вала двигателей ВАЗ. "Урал" М-62); 16, 19, 23-распорная втулка; 17-
звездочка; 18-цепь 2ПВ-9. 525 ; 20-шестерня; 421 - промежуточный вал;
22-болт М10 (приваривается ко вторичному валу коробки); 24-втулка
(приваривается к вилке кардана): 25- гайка .
Переделка коробки ГАЗ-21 при работе на второй передаче менее
целесообразна из-за отсутствия синхронизатора и а первой передаче и
необходимости переключения хода двумя рычагами.
Для изготовления цепной передачи лучше использовать двухрядные моторные
цепи от мотоцикла или приводы кулачкового вала двигателей УМЗ-412 и ВАЗ
с шагом 9,525 мм. В случае применения для коробок передач двигателя
ГАЗ-21 пли УМЗ-412 одинаковых звездочек с нечетным числом -зубьев на
цепь нужно устанавливать натяжное устройство. Более простым вариантом
для двигателя ГАЗ-21, не требующим натяжного устройства, будет установка
на промежуточном валу звездочки с 26 зубьями, а на вторичном - с 18
(можно использовать ведущую звездочку УМЗ-412).
Другим мероприятием, увеличивающим ресурс промежуточных шестерен,
является повышение их износоустойчивости. С этой целью применяют
шестерни с цементированным зубом, имеющим твердость HRC 57-65, вместо
цианированных шестерен двигателя ГАЗ-21 с твердостью HRC 48-56.
Известны рекомендации по увеличению ширины зубчатых колес для повышения
их нагрузочной способности. Расчеты показывают, что увеличение ширины
колес в 2 раза приводит к повышению их долговечности при малых нагрузках
в 5-10 раз, а при больших нагрузках в 3-5 раз. Однако такое увеличение
достижимо лишь при идеальном соблюдении как узлов наклона зубьев, так и
параллельности валов. При действительности же всегда имеется перекос
зубьев, связанный как с погрешностью обработки шестерен, так и с
прогибом валов под нагрузкой, причем погрешности тем больше, чем шире
зубчатые колеса. В результате при увеличении ширины шестерен и малой
точности изготовления (а также малой жесткости валов, что характерно для
коробок передач) ресурс может даже уменьшиться. Если есть уверенность в
качественном изготовлении новых шестерен, можно наиболее просто решить
задачу путем переделки только второй, наиболее нагруженной пары шестерен
(эскиз такой переделки см. на рис, 16).
Коробка, взятая от более мощного двигателя, позволяет увеличить ресурс
при работе на промежуточных передачах. Например, можно установить на
двигатель УМЗ-412 коробку от ГАЗ-21 или, что еще лучше, от ЗМЗ-24. В
этом случае, помимо изготовления переходной проставки, необходимо
провести доработку первичного вала под подшипник, запрессованный в
коленчатый вал, и шлицев ведомого вала Оцепления. Поскольку первичный
вал термообработки, проще изготовить новую ступицу ведомого диска
сцепления под увеличенные шлицы; материал ступицы - сталь 40Х или 45,
термообработка до 160-240. Такая замена повысит ресурс перепаяй в 2-3
раза по сравнению с использованием штатной коробки двигателя.
Рис. 17. Резерсредуктор на базе коробки ГАЭ-53 с
цепной передачей заднего хода. /-входной вал', втулка подшипника;
3-подпгияняк 50209К; 4-бронзовая втулка; 5- шестерня первичного вала; б
-муфта переключения 3-й и 4-й передач с деталями синхронизатора; 7
-крышка коробки передач с меха виз. ком переключения; 8-втулка (из
шестерен 3-й передачи); 5-звездочка с цепью; 10-втулка (осевой зазор 0,2
мм); //-подшипник307К', 12-крышка подшипника; 18-подшипник 42207К;
/4-тестер а я промежуточного блока (ведомая); 16-втулка шестерен;
звездочка; 17- выходной вал; 1-8- распорная втулка; 19-подшипник 50307К;
20-выходной фланец; 21 - сальник ГаЗ-53; 22-крышка подшипника.
Весьма надежный реверсредуктор можно изготовить, использовав коробки
передач грузовых автомобилей ГАЗ-53 или ЗИЛ-130, шестерни которых имеют
синхронизаторы (рис. L7).
; Переделка коробки сводится к следующему. На отрезном круге отрезают
шестерню от первичного вала. На внутришлифовальном станке растачивают I
л осадочное отверстие в шестерне (его диаметр должен быть больше
внутреннего диаметра под ролики шарикоподшипника); допустимое радиальное
и торцевое биение наружного диаметра зубьев при расточке - 'не более
0,02 мм. На оправке шлифуют торец шестерни (в месте отрезки) и
запрессовывают в нее .втулку из бронзы Бр. ОФ, ОЦС (S на рис. 4). С
шестерни третьей передачи срезают зубья и протачивают ее под посадку
звездочки 9. Шестерню с промежуточного вала, срезают при помощи
кислородно-ацетиленовой резки (зубья при этом обматывают мокрыми
тряпками) и растачивают ее для приварки к переходной втулке 15.
Валы 1. 17 изготовляют из сталей 35Х, 40Х, 45. Термообработка вала 1 в
районе шлицев и шеек под бронзовые втулки - закалка до HRC 48-55. Форма
первичного вала зависит от места расположения реверередуктора: если он
расположен на месте коробки передач, то конфигурация свободного конца
первичного вала должна повторять форму вала штатной коробки передач
двигателя. Наличие мощных синхронизаторов позволяет производить
переключение с заднего На передний ход на холостых оборотах двигателя
без использования сцепления. Упор винта передается на шариковый
подшипник 19. - Недостаток коробок грузовых автомобилей - большие
габариты и большая масса корпуса. Их можно значительно уменьшить, если
изготовить корпус сварным (рис. 18). При передаче упора на штатный
подшипник коробки передач ресурс подшипника будет ограничен (см. 12).
Увеличение ресурса этого узла достигается установкой дополнительного
упорного подшипника и применением охлаждения путем подачи воды в
припаянный к крышке змеевик (рис. 19). Выходной вал коробки передач
Двигателя ГАЗ-21 имеет большую длину, так как на нем установлен корпус
ручного тормоза. Уменьшить габариты можно, установив в коробку выходные
валы от двигателей ГАЗ-69 или М-20, более короткие и вместе с тем
взаимозаменяемые.
Рис. 18. Реверсредуктор в сварном корпусе с
использованием готовых шестерен коробки ГАЗ-53. 1 - корончатая гайка;
2~фланец выходного нала; 3-входной вал; 4-крышка подшипника; 5 -корпус
подшипника 5G209K;; шестерня первичного вала; 7-муфт а переключения с
деталями Синхронизатора; 8 - механизм переключения; 9-втулка (шестерни
3-й передачи); 10- звездочка; 11 - крышка коробки; 12-рычаг реверса;
13-вариант с первичным валом под стандартную коробку; 14 - выходной
фланец редуктора; /tf-крышка подшипника с сальником ГАЗ-53; 16-подшипник
309; 17-выходной вал; -шестерня промежуточного блока; 19-втулка
шестерни; 20-втулка звездочки; 21 - распорная втулка; 22 -подшипник
503G7K (ГАЭ-53); 23- корпус редуктора; крышка подшипника; 25- вариант е
выходом на "прямую сторону".
Как показывает опыт эксплуатации, охлаждения Только крышки достаточно
для нормальной работы коробки даже на второй передаче. Однако при
экслуатации коробки на понижающих передачах целесообразно размещать
змеевик в нижней части, чтобы площадь его, омываемая маслом, составляла
не менее 40-50 см2.
В коробке передач двигателя УМЗ-412 упор на Цитатный подшипник можно
передать при условии, если зафиксировать скользящую вилку кардана на
ведомом валу. На рис. 16,6 показан простейший способ крепления, при
котором к торцу вала приваривается резьбовая бобышка, а в отверстие
вилки - Кольцо. Более сложная переделка (рис. 16, а) -обрезка вторичного
вала, изготовление "нового корпуса под более мощный подшипник и приварка
к концу вала втулки 13 со шлицами или шпонкой.
