Чем заменить шестерни?

Мотоциклисты со стажем хорошо помнят машины 30-х годов. Владелец 250-кубового мотоцикла испытывал законное чувство гордости за 12 сил, заключенных в его цилиндре. Еще три-четыре года назад кроссовые «чезеты» того же класса с мотором в 26 л. с. были только у фирменных гонщиков. А сегодня обычные серийные машины имеют 20—22 л. с. Короче, мощность мотоциклетных двигателей, точнее — литровая мощность, растет, образно выражаясь, не по дням, а по часам. Не будем говорить о том, какими средствами это достигается. У нас другая тема. Дело в том, что, как это обычно бывает в технике, наступает предел, когда росту мощности начинает сопутствовать нежелательное явление — сужается рабочий диапазон двигателя по числу оборотов. Что это значит? Чтобы наиболее полно использовать его мощность — для быстрого разгона мотоцикла или при езде по плохим дорогам, уже необходима многоступенчатая трансмиссия. А она, в свою очередь, создает трудности для водителя, поскольку требует почти беспрерывного переключения передач. Девятиступенчатая коробка вызвала, как известно, серьезное неудовольствие даже такого аса, как многократный чемпион мира Хейлвуд. Для «среднего» же мотоциклиста, которому, кстати, часто приходится проводить за рулем без перерыва больше времени, чем «кольцевику», и пяти передач много.

Конструкторы видят выход в применении бесступенчатых трансмиссий, где передаточное число меняется плавно и автоматически в зависимости от нагрузки и числа оборотов двигателя.

Пока для мотоциклов (и других двухколесных машин) удалось создать лишь одну надежно действующую систему — клиноременную бесступенчатую передачу (вариатор), которая нашла применение на мопедах и легких мотоциклах (классов 50—75 см3). Советские специалисты веду поиск конструкций бесступенчатой коробки передач, пригодных в первую очередь для более мощных мотоциклов классов 175—350 см3. Они используют известные принципы и выдвигают новые идеи и конструктивные решения.

Сразу оговоримся. Речь пойдет об опытных образцах, работа над которыми определила конкретные направления, но не дала еще во всех случаях практических результатов. Поиск есть поиск, и, естественно, на пути его встают трудные препятствия.

На рис. 1 представлена разработанная на Ковровском заводе схема двигателя класса 175 см3 с бесступенчатой коробкой передач, смонтированных в общем картере. Коробка способна передавать мощность 17 л. с. и крутящий момент на входном валу 5 кгм. Она выполнена в виде фрикционного тороидно-сферического вариатора с двумя противоположными роликами.

Рис. 1. Схема двигателя с бесступенчатой фрикционной тороидно-сферической коробкой передач: 1 — коленчатый вал; 2 — фрикционный ролик; 3 — правая чашка; 4 — звездочка главной передачи; 5 — обойма; 6 — левая чашка; 7 и 12 — шестерни моторной передачи; 8 — палец; 9 — рычаг кик-стартера; 10 — муфта; 11 — сцепление; 13 — ось обоймы; 14 — рычаг управления; 15 — зубчатый сектор.

От коленчатого вала 1 через сцепление 11 и шестерни 12 и 7 вращение передается левой чашке 6 трансмиссии, а через ролики 2, за счет сип трения, — правой чашке 3 вариатора, на оси которой расположена ведущая звездочка 4 цепной главной передачи. Оси роликов 2 свободно вращаются в специальных обоймах 5. Бесступенчатое регулирование скорости вращения ведущей звездочки достигается изменением положения осей 43 обойм 5 при помощи рычага управления 14. Синхронный поворот обоих роликов 2 обеспечивается зубчатыми секторами 15, жестко сидящими на осях 13.

Бесступенчатая коробка прекращает передачу вращения, когда рычаг управления 14 находится в крайнем положении и ролики 2 выходят из контакта с левой чашкой 6.

Двигатель заводится от рычага 9 кик-стартера через муфту 10 и установочный палец 8.

Рассмотренная трансмиссия дает возможность осуществить прямую передачу, движение накатом, торможение двигателем на всем диапазоне регулирования, переход от наката к тяге двигателем на ходу‚ отключение коробки передач (установка нейтрали). Передаточное число изменяется бесступенчато, но не автоматически.

Схема, как видим, принципиально работоспособна. Но конструкция страдает существенным недостатком: интенсивно изнашиваются контактные поверхности роликов и чашек. Если же для уменьшения износа поместить их в масло, то, чтобы избежать проскальзывания, потребуется с большей силой прижимать ролики к чашкам Тогда значительно возрастут нагрузки на валы и подшипники, а это поведет к увеличению их размеров и т. д.

Тем же Ковровским заводом совместно с Московским институтом гражданской авиации также сконструированы и изготовлены опытные образцы двигателей (175 см3) дорожного мотоцикла, имеющих гидромеханическую и механическую бесступенчатые коробки передач. Принцип их действия разработан советскими специалистами. На него выдано авторское свидетельство.

Гидромеханический вариатор (рис. 2а) представляет собой пару, состоящую из гибкого кольцевого тора 1, заполненного жидкостью (ведомый элемент), и планшайбы 2 с разводными пальцами (ведущий элемент). Регулируется передаточное число изменением диаметра вращения разводных пальцев с одновременным перемещением оси планшайбы.

Рис. 2. Схема гидромеханического (а) и механического (б) вариаторов: 1 — кольцевой тор; 2 — планшайба с разводными роликами.

Разновидностью этой конструкции является механический вариатор (рис. 26). Кольцевой тор в нем заменен набором роликов (игл), уложенных на амортизационной подкладке. Вместо круглых пальцев ведущего элемента используются зубчатые. При работе зуб ведущего элемента внедряется в среду роликов, передавая крутящий момент.

У этих вариаторов тоже есть слабое место — кольцевой тор (ролики), вернее его материал. Он должен выдерживать без разрушения часто повторяющееся смятие пальцами при плюсовых и минусовых температурах. Пока подобрать такой материал не удалось.

Ижевские мотоциклостроители создали целую серию двигателей с автоматическими инерционными, фрикционными и гидравлическими бесступенчатыми коробками передач для мотоциклов «ИЖ-Юпитер». Среди них особый интерес представляет конструкция двигателя с бесступенчатой фрикционной многодисковой коробкой передач (рис. 3).

Рис. 3. Двигатель с автоматической фрикционной многодисковой коробкой передач: 1 — диафрагменная пружина; 2 — выходной вал трансмиссии; 3 — редуктор; 4 — ось обоймы; 5 — обойма; 6 — ведомые диски; 7 — ведущие диски; 8 — первичный вал; 9 — барабан.

Эта трансмиссия работает следующим образом. От коленчатого вала двигателя через шестерни вращение передается на первичный вал 8 многодискового трансформатора. На валу расположен пакет конических дисков 7, находящихся в контакте с дисками 6 барабана 9. От барабана через понижающий редуктор 3 вращение передается выходному валу 2 с ведущей звездочкой главной передачи. Обойма 5 может совершать качательное движение в вертикальной плоскости вокруг оси 4, благодаря чему связанные с ней диски 6 входят в контакт с дисками 7 на переменном плече. В зависимости от величины плеча и изменяется крутящий момент. Управляется коробка левой рукояткой руля через два троса, маховик и зубчатую передачу. Для предварительного поджатия дисков служит диафрагменная пружина 1.

Передача обеспечивает жесткую связь двигателя с ведущим колесом в прямом и обратном направлениях во всем диапазоне регулирования. Двигаться накатом можно при выключенном сцеплении.

На Тульском заводе, выпускающем мотороллеры, спроектирован и изготовлен опытный двигатель с гидромеханической коробкой передач (рис. 4) для перспективного мотороллера. Мощность тульского двигателя — 17 л. с. Максимальный крутящий момент 2,5 кгм при 4000 об/мин. В качестве преобразователя крутящего момента используется комплексный гидротрансформатор, включенный в общий картер двигателя.

Рис. 4. Двигатель с гидромеханической коробкой передач: 1 — первичный вал; 2 — вторичный вал: 3 и 4 — реакторы; 5 — турбинное колесо; 6 — насосное колесо.

Здесь крутящий момент от коленчатого вала передается на насосное колесо 6 гидротрансформатора. Турбинное колесо 5 гидротрансформатора закреплено на валу 1, являющемся одновременно первичным валом двухступенчатой коробки передач. От ее вторичного вала 2 крутящий момент цепью передается на ведущее колесо мотороллера. Реактивный момент, воспринимаемый реакторами 3 и 4 в режиме трансформации, передается посредством роликовых муфт свободного хода на неподвижное основание трансформатора. Как и в автомобильных гидропередачах, при работе в режиме гидромуфты реакторы под действием кольцевого потока жидкости вращаются вместе с насосом и турбиной. Рабочее давление в гидротрансформаторе поддерживается шестеренчатым насосом и клапаном избыточного давления. Гидротрансформатор работает совместно с двухступенчатой механической коробкой передач, имеющей педальное переключение.

Коробки этого типа довольно широко применяются на автомобилях. Основной их недостаток, особенно резко проявляющийся при использовании на менее мощных мотоциклетных двигателях, — более низкий (по сравнению с механическими коробками) коэффициент полезного действия.

Своеобразную конструкцию создал ВНИИМотопром. Здесь спроектирован и изготовлен двигатель, снабженный клиноременным вариатором с постоянным межцентровым расстоянием и двумя раздвижными шкивами (рис. 5) для мопеда типа «Рига». Схема его работы аналогична описанной в журнале (1969, № 4)

Рис. 5. Двигатель с клиноременной передачей.

Из рассмотренных вариантов бесступенчатых коробок передач наиболее перспективными являются фрикционная многодисковая и гидромеханическая трансмиссия для мотоциклов и мотороллеров, клиноременная — для мопедов. Поэтому Ижевский и Тульский заводы, а также ВНИИМотопром продолжают работу по доводке двигателей для мотоцикла, мотороллера и мопеда с бесступенчатой трансмиссией.

Недалеко время, когда бесступенчатые коробки передач начнут наступление и в мотоциклостроении.

Р. БЕСЧАСТНОВ, кандидат технических наук. г. Ковров.

«За рулем», 01/70

Комментарии