Я облажался. С самого начала цикла нужно было стремиться к тому, чтобы как можно раньше приступить к рассмотрению какого-нибудь реального танка. Для этого нужно понять принцип работы КПП (первые два поста), принцип синхронизации (третий пост), суть главного фрикциона и механизмов поворота (четвёртый пост). После этого пятым постом должно быть подробное описание трансмиссии какого-либо танка, ну а трёхвальные КПП можно было бы и на потом оставить.
Но вместо этого Т-34-76 мы пощупаем только в седьмой части, хотя могли бы сделать это уже вчера или сегодня. Жаждущий сладких хлебов и зрелищ зритель негодует.
Расцепление и сцепление двигателя с коробкой передач.
Представим, что будет, если двигатель жёстко соединить с коробкой передач, а коробку передач через бортовые редукторы к ведущим колёсам танка. Мы едем на 40-тонном гробу на второй передаче и решили перейти на третью. В момент переключения передачи окружные скорости шестерней должны выровняться, а это означает изменение скоростей вращения ведущего и ведомого валов КПП. Но как изменить скорости вращения валов, когда ведущий вал связан с двигателем, а ведомый будет продолжать вращаться из-за того, что 40-тонный танк движется по инерции? Каким-то жалким конусным синхронизатором 40-тонный танк не притормозить, равно как и двигатель.
Решение напрашивается само собой: если отключить коробку передач от двигателя, то относительно лёгкий ведущий вал будет вращаться по инерции. Его скорость можно без труда изменить конусным синхронизатором, что позволит произвести уравнивание окружных скоростей зубьев и безударно включить нужную передачу.
Но если мы добавим зубчатую муфту для расцепления двигателя, результат будет неудовлетворительным. В момент включения этой муфты всё равно произойдёт сильный удар, поскольку обороты коленвала и ведущего вала КПП обязательно не совпадут (как бы сейчас сказал Мерфи, если они могут отличаться, они обязательно будут разными). Помимо этой проблемы есть ещё одна, куда более серьёзная. Представим, что я напился и сел за рычаги танка. Ничего не соображая я еду вперёд, газую со всей силы и впиливаюсь в бетонный ДОТ. Как не трудно догадаться, ДОТ я никак с места не сдвину, потому танк оказывается неподвижным. Значит, ведущие колёса тоже перестают вращаться, а вместе с ними и валы КПП. Но двигатель-то работал и вращал валы со значительной силой! Поэтому в момент столкновения вся трансмиссия испытывает огромное напряжение, зубья шестерён крошатся, валы стремятся скручиваться, а двигатель тупо клинит. Вывод: нам нужно не только сцеплять и расцеплять двигатель, но и предохранять трансмиссию при движении танка. Кулачковой муфты или подвижной шестерни тут явно не достаточно.
Фрикционная муфта или просто фрикцион.
Разрешить эти проблемы можно с помощью муфты, передающей вращение посредством трения, то есть фрикционной муфты или просто фрикциона. Простейший фрикцион устроен следующим образом:
На ведущем валу неподвижно закреплён металлический диск. На ведомом валу также находится диск, который может скользить на шлицах. В разомкнутом состоянии между дисками есть зазор, поэтому ведущий вал вращается, а ведомый неподвижен. Если прижать один диск к другому с большой силой, то ведущий и ведомый валы начнут вращаться как одно целое. То есть во фрикционе вращение передаётся не при помощи зубьев или кулачков, а при помощи силы трения.
Предохранительная функция главного фрикциона.
Соединим двигатель с коробкой передач при помощи фрикциона, который называется главным. Повторим опыт с употреблением алкоголя и неаккуратным вождением танка. Что случится, если мы теперь впилимся в ДОТ? Ведущие колёса и связанные с ними валы и шестерни резко остановятся, остановится и ведомый диск фрикциона. Ведущий диск фрикциона сцеплен с маховиком двигателя, который имеет большой запас энергии. Двигатель стремится вращать ведущий диск фрикциона, ведомый же диск останется неподвижным, поэтому фрикцион начнёт пробуксовывать, а поломки не произойдёт. Конечно, диски будут интенсивно изнашиваться, но лучше износить и заменить один-единственный главный фрикцион, чем выбрасывать всю трансмиссию и двигатель в придачу.
Есть главный фрикцион и на автомобилях, автохолопы называют его сцеплением.
Работа фрикциона при начале движения.
Залезем в танк и заведём двигатель, который начнёт вращать ведущий вал КПП. Так как включена нейтральная передача, танк с места не сдвинется. Расцепим главный фрикцион, включим первую передачу и снова его сцепим. Танк плавно тронется с места. Плавное трогание - заслуга именно главного фрикциона.
Посмотрим, что происходит в момент включения фрикциона. Водитель плавно, но быстро отпускает педаль сцепления и ведомый диск прижимается к ведущему. В первый момент времени фрикцион практически полностью пробуксовывает. Мехвод продолжает плавно отпускать педаль и диски всё сильнее и сильнее прижимаются друг к другу, сила трения постепенно увеличивается, а скорость танка без рывка возрастает. Самое главное - не просто плавно нажимать и отжимать педаль, но ещё и делать это быстро, поскольку в противном случае фрикцион будет дольше пробуксовывать и, как следствие, сильнее изнашиваться и чрезмерно нагреваться.
Модель фрикциона из Лего.
От безделия и праздного бытия я соорудил из подручных деталей полнофункциональную модель фрикциона. Выглядит эта штука следующим образом:
Так как гладкие пластиковые поверхности постоянно пробуксовывают, в качестве дисков используются резиновые шины, обеспечивающие лучшее трение. На ведомом и ведущем валах посажены колёса, одно из которых подвижное, а другое неподвижное. Если нажать на рычаг, то колёса сцепятся и фрикцион включится:
За красной крышкой скрывается механизм включения и выключения фрикциона. Посмотрим, что там такое:
С рычагом связана пружина, которая прижимает чёрный нажимной диск к ведущему колесу, придавливая его к ведомому колесу.
Включим фрикцион. Нажимной диск сдвигается. Так как корпус снят, ось перекашивается. Так-то она через пластины прижималось к стенкам корпуса:
Теперь осталось соединить фрикцион с коробкой передач (кот решил понюхать валы, мало ли что не так):
В настоящих фрикционах используется несколько пружин, равномерно прижимающих один диск к другому. У меня была только одна пружина, поэтому неизбежный перекос пришлось компенсировать направляющими плоскостями и массивным корпусом. Другое отличие настоящих фрикционов от моего поделия заключается в том, что прижимной диск вращается вместе с прижимающимся диском, у меня же он неподвижный. Это приводит к трению между прижимаемым колесом и диском, которое съедает часть силы. И хотя конструкция моя выглядит хлипкой, она на удивление надёжна и работоспособна. Я долго туда-сюда двигал рычаг насилуя механизм, но даже после всех экзекуций фрикцион продолжал работать без сбоев. Да и прижимной силы хватает для того, чтобы в штатном режиме работы вращение передавалось вообще без пробуксовок.
Настоящий фрикцион.
А вот так выглядит настоящая конструкция.
Не трудно разобрать, что ведомый диск зажимается между маховиком и нажимным диском. Нажимной и ведомый диски отходят под воздействием чашки с шариками, к которой подведён рычаг управления, тяга от которого идёт к педали сцепления.
Многодисковые фрикционы.
Если взять только два стальных диска, то возникающей между ними силы трения не хватит для движения не то, что танка, даже трактора. Увеличивать силу сжатия дисков нерационально, так как в этом случае фрикцион очень трудно будет выключить.
Силу трения увеличивают двумя способами. Во-первых, на диски приклёпывают накладки из материалов, значительно повышающих силу трения, которые называются фрикционными накладками. В моей модели резина служит своего рода накладкой на пластиковые диски. Во-вторых, вместо однодисковых применяют многодисковые фрикционы. В рассмотренных выше фрикционах был только один ведущий диск, но их можно сделать много. Вот так выглядит схема многодискового главного фрикциона танка Пантера:
1 - ведущий вал; 2 - картер фрикциона; 3 - ведущий барабан; 4 - ведомые диски; 5 - нажимной диск; 6 - нажимные рычаги; 7 - опорная муфта (регулировочная); 8 - нажимная пружина; 9 - вал, передающий крутящий момент на поворотный механизм; 10 - скользящая муфта выключения фрикциона; 11 - ведомые диски; 12 - ведомый вал фрикциона.
Но и это не предел совершенства. Если погрузить фрикцион в масло, то оно будет эффективно отводить тепло и уменьшать износ дисков. Конечно, сила трения снизится, но это можно скомпенсировать фрикционными накладками и многодисковой схемой.
Беспружинный фрикцион.
Нажатие на педаль сцепления требует значительных усилий. Облегчить труд мехвода можно при помощи гидравлического привода:
В принципе, раз для выключения фрикциона используется давление жидкости, то можно сделать ещё один шаг и вообще отказаться от пружин. Такой фрикцион называется беспружинным, а сжатие дисков осуществляет гидравлика:
Достоинство такой схемы заключается в удобстве управления. Кроме того, привод к фрикциону не требует регулировки, поскольку нужное давление обеспечивается редукционным клапаном.
Ну а на сегодня всё. В следующий раз поговорим о механизмах поворота, тормозах и, если хватит места, о заднем ходе.