Юный техник - для умелых рук 1965-08, страница 4

БЕРМАН Л. В.

ИЗУЧАЙТЕ АВТОМОБИЛЬ

Маховик установлен на заднем конце коленчатого вала. Если сзади посмотреть на двигатель, еще не поставленный на машину, перед нами окажется задняя поверхность маховика — совершенно гладкий металлический круг. Вот его-то вращение нам надо передать на ведущие колеса. Как это сделать? Прежде всего — применением механизма, который называется сцеплением.

По задней поверхности маховика, по ее окружности, стоймя поставлено несколько шпилек, а на них своими отверстиями надет диск с большим прорезом посередине, делающим его похожим на плоское кольцо. Сразу ясно, что этот диск — во-первых, будет вращаться заодно с маховиком, а во-вторых,— может продвинуться и подальше от маховика и поближе к нему (одна степень свободы).

Теперь снимем на минуту этот диск (кстати, он называется нажимным) и вставим между ним и маховиком другой диск, поменьше (чтоб не помешали шпильки, посреди которых он ляжет). Этот диск называется диском сцепления. Маховик вместе с диском сцепления напоминает нам площадку проигрывателя с пластинкой, только поставленную стоймя. Зафиксируем диск сцепления на маховике, только не штифтом, как в проигрывателе, а продев сквозь него стальной вал, который одним концом входит в углубление в самом центре маховика. Этот вал независим от маховика: он при его вращении сам вращаться не будет, тем более, что конец его лежит в подшипнике. Что касается диска сцепления, то он сидит на этом валу с одной степенью свободы, как шестерня-каретка. Иначе говоря, на валу нарезаны шлицы, и диск может сдвигаться по ним вперед и назад, но, завертись диск,— с ним заодно будет вращаться и ва/i, так как диск своими выступами заведен в эти шлицы.

На маховике закреплена круглая коробка (кожух), в которой и скрыт весь этот механизм. Вал, одним концом вставленный в маховик, другим концом свободно проходит наружу сквозь эту коробку. А между крышкой коробки и нажимным диском поставлено несколько сильных витых пружин. Когда им дана воля,

в кожухе и расходящихся Наподобие лучей качающихся рычажков. Хвосты всех рычажков направлены к центру сцепления. А на вал надеТ кольцевой подшипник, который может свободно передвигаться по нему. Когда водитель нажимает педаль сцепления, подшипник надвигается на хвосты рычажков, и рычажки своими противоположными концами, Преодолевая пружины, оттягивают нажимной диск и Ьтключают, или, как говорят, разобщают двигатель от передачи. Диск сцепления при таком положении не зажаГ и не будет вращаться, хотя бы двигатель и работал и Маховик вместе с нажимным диском вращались.

Теперь понемногу будем отпускать педаль сцепления. Нажимной диск надвинется на диск сцепления, и он войдет в соприкосновение с вращающимся маховиком. Пока трение слабое, диск сцепления начнет только медленно вращаться (а вместе с ним и первичный вал и далее по всей передаче, включая и ведущие колеса). Иначе говоря, диск буксует, но не так внушительно, как колеса локомотива — он не так нагружен. Понемногу отпуская педаль сцйпления, мы все более зажимаем диск сцепления, и он| вращается все скорее, пока его скорость не совпадет со скоростью маховика и он не пойдет с ним заодно. Таким образом, работая педалью сцепления, мы довиваемся плавности при тро-гании с места и при переключении передач. Правда, эта плавность зависит и от того, насколько плавно мы сами действуем педалью ацепления.

Когда мы совсем снимаем ногу с педали, пружины опять зажимают диск сцерления.

Задний конец первичного вала входит в следующий механизм — в коробку передач и несет на себе шестерню. Вообще надо сказать, что коробка передач — это царство шестерен, и тут нам особенно понадобится то, что было раньше рассказано о шестернях. К заднему концу первичного i вала подходит вторичный, являясь как бы его продолжением. Под ними проходит еще один вал, который называется промежуточным. Непосредственно поД шестерней первичного вала на промежуточном валу [сидит ее пара, только она примерно вдвое больше первой шестерни. Обе шестерни находятся в постоянном зацеплении. А на промежуточном валу, кроме ток-о, имеется еще ряд других шестерен—все меньших и меньших. Они отлиты из одного куска и называются блоком шестерен. Когда вращается ведущая шестерня первичного вала, вращаются и все шестерни промежуточного. Но делают уже оборотов настолько меньше, насколько не ведомой шестерне промежуточного вала больше зубцов, чем на ведущей первичного.

Рис. 1. Сцепление Рис. 2. Схема сцепления

1. Ведомый диск сцепления; 2. Накладки ведомого диска; 3. Маховик; 4. Нажимной диск; 5. Рычажок выключения сцепления; 6. Картер сцепления; 7. Подшипник выключения сцепления; 8. Первичный вал передачи; 9. Вилка выключения сцепления; 10. Педаль сцепления; 11. Тяга педали; 12. Пружина сцепления; 13. Кожух сцепления; 14. Возвратная пружина

они толкают нажимной диск на диск сцепления, он скользит по шлицам — и оказывается зажатым между маховиком и нажимным диском. Вместо трения, вызванного весом пластинки в нормально действующем проигрывателе, мы используем трение, вызванное действием пружин. Для усиления трения диска сцепления о маховик и нажимной диск на диск сцепления с двух сторон наклепаны накладки из особого материала — феррадо. Надо ли говорить, что когда маховик вращается — будет вращаться и диск сцепления, а с ним, через посредство диска и вал, на шлицах которого сидит диск сцепления. Этот вал называется первичным валом передачи.

Если считать, что автомобиль начинает двигаться со скоростью пешехода, т. е. примерно 60—70 метров в минуту, его колеса должны делать примерно 20 оборотов в минуту. А двигатель и маховик сразу начинают с нескольких сот оборотов. Не получится ли при тро-гании с места ни с чем несообразный рывок?

Нет, если мы используем сцепление и в момент пуска двигателя отожмем нажимной диск подальше от маховика. Для этого по краям нажимного диска сделаны утолщения, а в них заведены концы укрепленных

А на вторичном валу находится две, иногда три каретки. Только они посложнее каретки из одной шестерни: две шестерни разного размера с шейкой между ними, сидящие на шлицах вторичного вала.

Над всем этим механизмом находятся два или три стержня, от которых книзу отходят вилки. Дуга каждой вилки охватывает шейку одной из кареток. Так что,

Рис. 3. Коробка передач

Рис. 4. Схема работы коробки передач

A. Нейтральное положение (холостой ход); 1. Первичный вал; 2. Шестерня первичного вала; 3. Шлицы на вторичном валу; 4. Вторичный вал; 5. Промежуточный вал; 6. Большая шестерня промежуточного вала; Б. 1-я передача; 7. Большая шестерня вторичного вала (каретка); 8. Малая шестерня промежуточного вала;

B. 2-я передача; 9. Шестерня второй передачи на вторичном валу; 10. Шестерня второй передачи на промежуточном валу; Г. 3-я передача; 11. Муфта включения; 12. Шестерня 3-й передачи на вторичном валу;

13. Шестерня 3-й передачи на промежуточном валу; Д. (4-я| прямая передача; Е. Передача заднего хода;

14. Ось шестерни заднего хода; 15. Шестерня заднего

хода (каретка) (На схемах А—Д эти детали не показаны и находятся в нейтральном положении. При включении заднего хода каретка 15 сдвинута вперед и введена в зацепление с шестернями 7 и 8]

подвигая стержни вперед или назад (эти стержни называются ползунами), можно подвинуть каретку в ту или -другую сторону. Если подвинули вперед — ее передняя шестерня вошла в зацепление с одной из шестерен блока (или, как мы увидим, установит прямое соединение с первичным валом); назад — пройдя через положение, при котором она совсем не связана с шестернями блока (нейтральное), она входит другой шестерней в зацепление со следующей шестерней блока. Вторая каретка точно так же — с другими двумя шестернями блока.

Что это дает? А то, что через шестерни постоянного зацепления и вторую пару шестерен (блок-каретка) первичный вал приводит во вращение вторичный. Можно сказать, что это получается как бы в обход, через промежуточный вал. А так как в каждой паре ведомая шестерня больше ведущей, скорость вращения вторичного вала каждый раз уменьшается. На первой передаче уменьшение наибольшее, на второй — несколько меньше и так далее.

А нет ли прямой передачи с первичного на вторичный вал? Есть! Для этого в торце, в центре утолщенной шестерни первичного вала сделано фигурное уг

лубление, в которое, точно, зубец в зубец, входит шестереночка передней каретки. Когда каретку подвигают вперед, она входит в это углубление — вторичный вал получает скорость вращения первичного.

С самой маленькой шестерней блока в постоянном зацеплении находится, на отдельном валике, особая шестеренка. И только через нее шестерня блока соединяется с кареткой. Благодаря этой третьей шестерне направление вращения вторичного вала изменяется на обратное—получается задний ход.

Качающийся рычаг переключения передач нижним концом входит в выемку, сделанную в ползуне, и благодаря этому может двигать его в ту или другую сторону (при рычаге, установленном на рулевой колонке это несколько сложнее). Может, когда его отклоняют в сторону, перейти и в другой ползун.

В крышке коробки над каждым ползуном в углублении сидит пружинка, которая давит на ползун стальным шариком. А в ползуне сделаны три лунки. Их места рассчитаны так, что когда ползун включает любую из своих передач, шарик садится в лунку. Это делает включение передач более надежным. Третья же лунка удерживает стержень в нейтральном положении. Чтобы двинуть ползун, требуется небольшое дополнительное усилие. Шарик, преодолевая пружинку, выходит из лунки на поверхность ползуна. Это приспособление называется фиксатором.

Есть одна опасность: конец рычага, не совсем выйдя из углубления в одном ползуне, зайдет во второе — в соседнем. При этом могли бы включиться сразу две передачи, а это привело бы к поломке.

Для предупреждения этого в ползунах сделаны один против другого (когда оба ползуна находятся в нейтральном положении) два выреза, а между ними поставлен штифт с закругленными концами. Длина штифта равняется расстоянию между ползунами плюс глубина только одного выреза. Благодаря этому возможно двинуть только один ползун, так как второй не пускает штифт. А что если надо двинуть именно его? Переведем рычаг переключения на его нейтральное положение. Штифт выдавится, как это было и с шариком фиксатора, из углубления нашего ползуна, зато запрет другой. Это приспособление называется замком коробки передач.

А как обстоит дело с зацеплением шестерен блока с шестернями кареток? Ведь случаи, когда скорость зубцов у них одинакова, не так уж часты, а при разных скоростях зубцов неизбежны удары. Правда, и мы должны это помнить, «мягкость» включения во многом зависит от того, как мы работаем сцеплением. Но полностью полагаться на него нельзя.

Вот почему зацепление шестерни, сидящей на промежуточном валу со «своей» шестерней на вторичном валу сделали постоянным. Зато посадили эту шестерню совершенно свободно, так что она вращается как бы вхолостую, не заставляя вал вращаться вместе с собой. Рядом с этой шестерней на вторичном валу установили вторую, которая сидит на шлицах вала и может вращать его. Чтобы получить нужную передачу, остается соединить первую шестеренку со второй. Для этого на вторую шестерню надели муфту — короткий отрезок трубки с поперечными канавками, расположенными поперек ее внутренней поверхности. Зубцы шестерни введены в эти канавки, поэтому, когда муфта вертится, то вертится и шестерня. Сбоку же «холостой» шестерни сделали зубчатый венец. Муфту можно сдвинуть так, чтобы, не сойдя со второй шестерни, она могла бы надвинуться на этот венец. Тогда вращение первой шестерни, работавшей до сих пор вхолостую, передастся на вторую, а через нее на вторичный вал.

Вместо кареток рычагами переключения передач в такой коробке передвигают муфты. При этом удары, от которых нам надо избавляться, могли бы быть только между муфтой и венцом «холостой» шестерни. А между ними установлено сложное приспособление, которое называется синхронизатором, уравнивателем времени оборотов. Рассказывать о его устройстве я не буду. Скажу только, что оно тем же способом буксования уравнивает скорости зубцов, перед тем, как им входить в зацепление. Этот механизм можно назвать крохотным сцеплением, работающим во время переключения передачи.

А как обстоит дело с силой, которая получается на вторичном валу? Чем медленней его вращение по сравнению с первичным валом, тем с большей силой он вращается. Поэтому самая сильная передача была бы первая, если бы он не вращался еще медленнее на заднем ходу. Задняя передача самая медленная, зато самая сильная. И, если машина не пойдет на крутой подъем на первой передаче, она имет шансы преодолеть его задним ходом.

Коробка передач дает возможность последовательно переходить от самой медленной (зато самой сильной) передачи (первой) через все более скорые (но менее сильные) к высшей передаче — прямой.

Коробка передач — большая подмога двигателю. Если бы нелвзя было, уступив в скорости, выиграть в силе, то на машину пришлось бы ставить такой двига-

Рис. 5. Задний мост 1. Кожух |балка) заднего моста; 2. Полуоси; 3. Корпус дифференциала; 4. Сателиты; 5. Большая шестерня главной передачи; 6. Полуосевые шестерни; 7. Малая шестерня главной передачи (хвостовик); 8. Карданный вал; 9. Тормозной барабан

тель, который мог бы справиться с самым большим сопротивлением движению машины. И это ради таких случаев, которые в общем-то редко встречаются. Благодаря же коробке передач требования к мощности двигателя значительно понижаются.

Мы переходим к другим механизмам передачи. Но тут кончается рассказ о тех из них, которыми водитель управляет. Остальные, решая не менее важные для машины задачи, работают без всякого вмешательства водителя.

Двигатель, установленный в машине, помещен значительно выше его задней оси, на которую на большинстве машин передается от него вращение. Значит, передача к задней оси неизбежно идет под углом. К тому же этот угол в пути непрерывно изменяется. Когда колеса бегут по дороге, они не отрываются от нее, каковы бы ни были ее неровности: без этого автомобиль был бы плохо управляем. Двигатель же (а так же пассажиров и груз) мы при помощи рессор избавляем от тряски. Поэтому непрерывно меняется и высота двигателя над задней осью. О^т этого зависит еще одно усложнение в передаче: она: должна идти не просто под углом, а под непрерывно изменяющимся углом.

Тут нельзя не вспомнить к|врданное сочленение —- в таком виде, в каком оно используется для передачи вращения с передней машины на прицеп.

Однако в кардане есть один недостаток: делая полный оборот, каждая вилка кардана встречает затруднение и замедляет свое движение в одной части оборота и очень легко идет, ускоряя свое движение, в другой. Это легко проверить, сделав самую простую модель кардана из проволоки и спичек. Поэтому он вращается неравномерно.

После вторичного вала к задней оси машины идет карданный вал. Чтобы он передавал равномерное вращение, его делают с двумя карданными сочленениями, поставленными наперекрест ¹ (перпендикулярно) друг другу. Задний конец вторичного вала и несет на себе первую вилку первого кардана. Когда один кардан замедляет свое вращение — другой его ускоряет. И получается равномерная передача.

Тот участок вала, который после второго кардана подходит непосредственно к задней оси машины, называется хвостовиком. И здесь перед передачей встает новая задача. До сих пор все валы у нас шли вдоль машины; задняя же ось с ее ведущими колесами идет поперек. Тут направление вращения надо повернуть под прямым углом. Для этого ставят так называемую главную передачу из пары конических шестерен. И почему-то на хвостовике ставится малая, а в пару ей придается большая.

Дело в том, что сколько бы ни уменьшали количество оборотов коленчатого вала в коробке передач автомобиля (а есть там и прямая передача!), всего этого мало. Ее нужно уменьшить еще раз в 5—7.

Вторая задача, которую решает главная передача, и сводится к тому, чтобы уменьшить обороты (зато дать выигрыш в силе). Поэтому ведомая коническая шестерня имеет в 5—7 раз больше зубцов, чем ведущая.

Ведущие колеса, имея, как я говорил, принудительное вращение, должны быть намертво закреплены на задней оси, а эта ось получает вращение от двигателя. Посмотрим, однако, что происходит при движении машины.

На повороте левое колесо машины, поворачивающей направо, идет по внешней дуге поворота и должно пройти большее расстояние, чем правое, идущее по внутренней дуге. А при повороте налево — наоборот. К тому же и, проезжая по прймой дороге, автомобиль нередко то подает налево, то направо — например, при обгоне.

А ведь это тоже повороты!

Если мы на сухом асфальте посмотрим следы, оставленные мокрыми шинами автомобиля, мы увидим, что его колея редко бывает абсолютно прямой. Так что повороты происходят чаще, чем мы обычно думаем. И каждый раз нарушается равенство путей, которые пробегают правые и левые колеса.

Если бы мы имели в машине цельную заднюю ось, которая вращается от двигателя, машина на повороте плохо бы слушалась руля: для колеса, идущего по внешней дуге поворота, оборотов было бы мало, для другого — много. А так как колеса имеют трение о дорогу, для одного колеса не только уменьшается сопротивление, которое оно должно преодолевать, но трение о дорогу как-бы стремится прибавить ему оборотов. А другое — наоборот.

Получается, что, в зависимости от поворотов разно-гр радиуса, колеса — правое и левое — должны получать разное количество оборотов. А ведь двигатель-то один и давать им разные обороты не может. Это делает последний механизм передачи—дифференциал.

Цельной задней оси не может быть. Она разделена на две полуоси. На наружном конце каждой намертво посажено колесо, на внутреннем — коническая шестерня. Эти две шестерни с противоположных сторон входят в коробку дифференциала—последнего механизма передачи.

К ведомой конической шестерне главной передачи более всего подходит наше сравнение со шляпой с отогнутыми полями, на которых и нарезаны зубцы. Она вращается в паре с ведущей конической шестерней главной передачи, а вместе с ней вращается и прикрепленная к ней коробка дифференциала. Но введенные внутрь через отверстия в боках коробки дифференциала полуосные шестерни от этого вращаться не будут.

В узкое пространство между полуосными шестернями вставлена и закреплена в коробке дифференциала крестовина, на каждом конце которой, как на оси, посажена маленькая коническая шестерня — сателнт. Сате-лит своими противоположными зубцами введен в зацепление правым зубцом с правой полуосной шестерней, левым —■ с левой.

Когда вертится коробка дифференциала, вертится и крестовина. А она несет на себе сателиты. Пока колеса — правое и левое — встречают одинаковое сопротивление, как это обычно бывает при движении по прямой, одинаковое сопротивление встречают и правые и левые зубцы всех сателитов. Сателиты будут сидеть на своих осях неподвижно, но, пределывая вместе с коробкой круги, своими зубцами заставляют вращаться обе полуосные шестерни, а с ними и колеса с одинаковой скоростью.

Но стоит только на одном колесе сопротивлению увеличиться, а на другом —уменьшиться, что естественно получается на повороте, сателиты начнут, кроме своего кругового движения вместе с коробкой, поворачиваться на своих осях. При этом они к скорости своего кругового движения прибавят одной полуосной шестерне скорость своего оборота, а у другой (так как по ту сторону зубцы сателита идут в обратном направлении) — убавляют ее. И колеса приобретут разную скорость.

Плохо только, что когда одно колесо попадает на скользкое место, дифференциал, встречая сопротивление с одной стороны, перестает вращать это колесо, а другому, не встречающему сопротивление,— передает двойную скорость. И водителю, чтобы выйти из положения, приходится искать, чтобы подложить под свободное колесо. В крайнем случае подложит и собственный полушубок.

ТРУДНОСТИ ПОВОРОТА

Много уже пришлось сделать: изменять скорость и силу вращения, а иногда сменять передний ход задним, переходить с одной передачи на другую, передать вращение под изменяющимся углом, повернуть ось вращения с продольной на поперечную. Но этого все-таки мало: нам нужно иметь возможность и поворачивать автомобиль и быстро останавливать его.

Для поворота служат передние «направляющие» колеса. И тут тоже нельзя не считаться с тем, что внешняя дуга каждого поворота длиннее его внутренней дуги. Казалось бы, небольшая беда, так как передние колеса автомобиля свободно вращаются на своих осях, и сколько оборотов они делают — нам безразлично. Но дело в том, что угол, под которым должно повернуться колесо, идущее по внутренней дуге поворота, должен быть круче.

Не значит ли это, что для поворота автомобиля нужно иметь два руля, применяясь к крутизне поворота каждого из направляющих колес? Нет, это было бы слишком сложно.