Как устроена двухступенчатая коробка передач

Причины, которые привели к появлению двухскоростных передач, хорошо знакомы не только водителям скоростных катеров, но и многим владельцам прогулочно-туристских мотолодок.

Чтобы разобраться в этом, посмотрим, как ведет себя на ходу обычная легкая глиссирующая мотолодка (вес — 150 кг), имеющая кормовую центровку, при использовании "Нептуна-23" со штатными винтами с разным шагом.

С "красным" винтом (Н=280 мм) лодка очень долго выходит на глиссирование. Обороты при этом не превышают 3500 об/ мин, т.е. мотор развивает не более 16-17 л.с. После выхода на глиссирование скорость движения превышает 45 км/ч, а число оборотов повышается до 6000 об/мин, т.е. превышает максимально допустимое. В принципе для этой скорости было бы необходимо применять "бирюзовый" (Н=300 мм) винт, имеющий, как видим, больший шаг, но под этим винтом лодка на глиссирование выходит медленно.

Под белым винтом (Н=220 мм) лодка быстро выходит на глиссирование, но уже на скорости 30 км/ч обороты двигателя начинают превышать номинальные.

В этом случае помог бы винт регулируемого шага (ВРШ), использование которого позволило бы изменять шаг винта в процессе выхода на глиссирование от 220 до 300-320 мм. Вместо ВРШ можно было бы установить двухскоростной редуктор и скоростной "бирюзовый" винт. При выходе на глиссирование включалась бы понижающая передача — таким образом, чтобы общее передаточное отношение мотора составило 2.2. После выхода на глиссирование включалась бы передача с меньшим передаточным отношением, таким же, как у стандартного редуктора "Нептуна-23" (1.73).

И ВРШ, и двухскоростной редуктор — устройства достаточно сложные. ВРШ, к тому же, уязвим и при эксплуатации легко повреждается, поэтому у двухскоростного редуктора есть определенные преимущества. Основное требование к такому редуктору — сохранение упора винта в самый момент переключения передач, иначе наша лодка потеряет скорость — сойдет с глиссирования, и все придется начинать сначала.

Интересно, что с такой же проблемой столкнулись конструкторы пропашных тракторов. Так, если при пахоте попадался участок с более плотной почвой и мощности двигателя не хватало, приходилось переходить на повышающую передачу, однако за время переключения передачи трактор останавливался. Не помогали даже коробки с синхронизаторами, выполненные по типу автомобильных. Многократные остановки снижали производительность. В 50-е годы появились первые увеличители крутящего момента (УКМ) — громоздкие устройства, содержащие планетарный редуктор, обгонную муфту и муфту сцепления. Дальнейшее совершенствование УКМ было связано с использованием фрикционных многодисковых муфт с гидравлическим управлением. На современных тракторах (К-701, Т-150, МТЗ-100) появились уже четырехскоростные коробки передач, позволяющие производить переключение на ходу — без разрыва потока мощности (при переключении сцепление не используется и не сбрасываются обороты двигателя).

Рассмотрим принцип работы таких передач на примере двухступенчатой коробки передач. На первичном валу 2 на подшипниках установлены шестерни 3 с барабанами муфт 5. Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями вторичного вала 1. В пазы барабанов входят стальные диски 4, а на шлицы вала 1 — металлокерамические диски 6. Поджим дисков осуществляется кольцевыми поршнями 7, причем давление подается по отверстиям в первичном валу. От первичного вала работает масляный насос 11, поддерживающий в схеме давление порядка 10 кг/см². От насоса масло поступает к распределителю 9, и далее, через узел 8 подвода масла, к валу — к фрикционным муфтам.

При запуске двигателя выбранная передача включается не сразу, так как сначала масло поступает в соответствующую полость гидроаккумулятора 10 и давление повышается плавно — по мере того, как поршень гидроаккумулятора сжимает пружину. При переключении передачи передвигается распределитель 8. При этом выключается, скажем, левая передача, однако не сразу, так как давление в цилиндре под поршнем 7 уменьшается плавно — пока пружина аккумулятора выдавливает масло через жиклер распределителя ("А"). Давление в правом цилиндре также растет постепенно, так как происходит зарядка соответствующей стороны гидроаккумулятора 10.

Подбирая производительность гидронасоса и жиклеров распределителя, можно обеспечить такой режим работы, при котором уменьшение передаваемого момента при отключении левой муфты компенсируется увеличением момента, передаваемого правой муфтой. Таким образом, при переключении не происходит уменьшения передаваемого момента.