НА ПОЛУШАРИЯХ — ПО БЕЗДОРОЖЬЮ

НА ПОЛУШАРИЯХ — ПО БЕЗДОРОЖЬЮ

Как известно, современный автомобиль пока не обходится без дифференциала в трансмиссии. Этот механизм обеспечивает вращение ведущих колес одной оси с разными угловыми скоростями, что просто необходимо, например, при поворотах машины.

Но как работает дифференциал? На прямых участках и твердой дороге он обеспечивает вращение обоим ведущим колесам. На поворотах через него приводится только соответствующее колесо, а другое отстает. На скользкой дороге, если одно из колес начинает буксовать, то другое просто перестает вращаться. Таким образом, в самых сложных условиях автомобиль как бы остается совсем без ведущих колес: преодолевать грязь и топь может только за счет инерции.

А потому конструкторы ставят дифференциал в систему трансмиссии, можно сказать, от безысходности – ведь ничего лучшего они пока не придумали, хотя попытки найти ему достойную замену продолжаются.

А если попробовать обойтись вообще без дифференциала? Мне скажут: на колесных транспортных средствах это невозможно – сразу же возникнут проблемы.

Тем не менее созданное мною колесное вездеходное транспортное средство (разработана конструкция и изготовлен действующий макет) работает без диф-ференциалов (как межколесных, так и межосевых), хотя имеет постоянный привод на все четыре колеса, который не отключается ни в каких ситуациях: ни на поворотах, ни на бездорожье, ни на асфальте. При этом все колеса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, повороты машина совершает легко и с небольшим (относительно своей базы) радиусом.

Все эти, казалось бы, несовместимые технические решения осуществлены благодаря особой форме движителей – в виде полушарий. Хотя угловые скорости таких колес всегда одинаковы, но диаметры обкатки отклоняющихся полусфер (относительно центра поворота) различные.

Вынося на суд читателей свою конструкцию, прошу не быть строгими к упрощенному ее исполнению и некоторым несовершенным техническим решениям второстепенных для нее узлов. Все-таки это еще не готовая машина, а пока только ее шасси, действующий макет.

В конструкции все подчинено доказательству возможности передвижения с помощью постоянного полного привода машины с колесными движителями в форме полушарий без дифференциалов (как межколесных, так и межосевого).

Рама машины хотя и прочная, но упрощенная. Она хребтового типа, двух-секционная, сочлененная (“ломающаяся”) Основные силовые элементы рамы изготовлены из дюралюминиевых труб разного диаметра: лонжероны (передний и задний) – из 100-мм; балки мостов (спаренные траверсы) – из 50-мм; подкосы – из 40-мм. Рулевые тяги – тоже из таких же труб, но диаметром еще меньше – около 20 мм. У обеих секций рамы (полурам) – одинаковые конструкции и треугольная (Т-образная с подкосами) форма. Аргонной сварки для скрепления дюралюминиевых деталей у меня нет, а потому соединения деталей в секциях производил посредством хомутов, клеммовых зажимов и стремянок, тем более что в некоторых узлах пришлось скреплять детали из разных материалов (дюралюминиевые со стальными). Между собой полурамы связаны “ломающимся” узлом, причем к задней половине узла приварен рычаг управле-ния “изломом”. Другой Г-образный двуплечий рычаг установлен на задней полураме. Рычаги соединены тягой. Еще одна короткая тяга соединяет другой конец Г-образного рычага с задней рулевой тягой.

Силовой агрегат, а точнее двухтактный двигатель (без коробки перемены передач и сцепления) мощностью 12 л.с. (9 кВт) с принудительным воздушным охлаждением использован от мотоцикла “Тула”. Компактный глушитель – самодельный. Расположен силовой агрегат на задней полураме (хотя это не принципиально).

Трансмиссия действующего макета вездехода, вообще-то, малоприменяемая – с гибкими валами. Но в принципе ничто не мешает сделать ее обычной – только при этом усложнится конструкция переломного узла и машина немного утяжелится за счет применения карданных валов.

Компоновка и геометрическая схема вездеходного транспортного средства: 1 - колесо; 2 - рулевой механизм (от автомобиля ЗАЗ-968);
Компоновка и геометрическая схема вездеходного транспортного средства: 1 – колесо; 2 – рулевой механизм (от автомобиля ЗАЗ-968); 3 – сиденье; 4 – стойка и подкос сиденья; 5 – раздаточная коробка; 6 – карданный вал; 7 – двигатель (от мотоцикла “Тула”); 8 – кожух вентилятора воздушного охлаждения двигателя; 9 – подкос задней балки (дюралюминиевая труба 40, 2 шт.); 10 – задний лонжерон (дюралюминиевая труба 100); 11 – сочленяющий переломный узел; 12 – передний лонжерон (дюралюминиевая труба 100); 13 – подкос передней балки (дюралюминиевая труба 40, 2 шт.); 14 – гибкий вал (4 шт.); 15 – траверса балки (дюралюминиевая труба 50, 4 шт.); 16 – поперечная рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20, 2 шт.); 17 – стойка-кронштейн крепления рулевого механизма (стальной лист s3); 18 – площадка крепления траверс (стальной лист s3); 19 – площадка для ног водителя (стальной лист s2); 20 – переломный рычаг (стальной лист s4); 21 – задняя рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20); 22 – глушитель двигателя; 23 – задняя короткая рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20); 24 – Г-образный рычаг задних рулевых тяг (стальной лист s3); 25 – задняя монтажная площадка (стальной лист s2); 26 – шестерни раздаточной коробки (3 шт.); 27 – цепная передача от гибкого вала к колесному редуктору (t = 12,7, i = 2,5, 4 шт.); 28 – червячный колесный редуктор (i = 40, 4 шт.); 29 – полуось выходной вал колесного редуктора (4 шт.); 30 – винт М10 крепления колеса на полуоси (4 шт.); 31 – втулка колеса (сталь, круг 40, 4 шт.); 32 – площадка крепления червячного колесного редуктора (стальной лист sЗ, 4 шт.); 33 – шарнир соединения площадок (4 шт.); 34 – передняя короткая рулевая тяга (дюралюминиевая труба 20).

В трансмиссии отсутствуют механизм сцепления и коробка перемены передач (КПП) – они демонтированы, как было сказано, уже из силового агрегата. Крутящий момент отбирается непосредственно с доработанного коленчатого вала двигателя, который в этом случае является и выходным. КПП снята для того, чтобы не увеличивать крутящий момент, передаваемый на гибкие валы трансмиссии, так как для них он весьма ограничен – всего до 0,4 кгс-м, при числе оборотов до 4000 в минуту. Ну а сцепление демонтировано потому, что оно находилось вместе с КПП в одном блоке.

Узел привода колеса:
Узел привода колеса: 1 – траверсы; 2 – площадка крепления траверс; 3 – поперечная (межколесная) рулевая тяга; 4 – шарнир; 5 – площадка крепления червячного редуктора; 6 – серьга рулевой тяги; 7 – кронштейн крепления серьги тяги к редуктору; 8 – червячный редуктор; 9 – внутренний фланец колеса; 10 – соединительные болты М6 (по потребности); 11 – наружная оболочка колеса; 12 – внутренняя оболочка колеса; 13 – большая (ведомая) звездочка цепной передачи; 14 – цепь; 15 – малая (ведущая) звездочка ценной передачи, 16 – гибкий вал; 17 – подкос

Первая ступень трансмиссии – карданный вал. Он передает вращение от выходного вала двигателя на раздаточную коробку с тремя одинаковыми шестернями: ведущей (соединенной непосредственно с карданным валом) и двумя ведомыми.

От каждой ведомой шестерни раздатки крутящий момент передается посредством гибких валов (вторая ступень трансмиссии) к переднему и заднему колесам одного борта. Но поступает он (крутящий момент) не сразу на полуось колеса, а сначала на цепную передачу, затем на червячный редуктор и уж потом на колесо. Этот узел составляет третью – последнюю ступень трансмиссии.

 Узел распределения вращающею момента:
Узел распределения вращающею момента: 1 – двигатель; 2 – выходной вал двигателя (со шкивами демонтированной клиноременной передачи); 3 – карданный вал; 4 – ведущая шестерня раздаточной коробки; 5 – ведомые шестерни раздаточной коробки; 6 – гибкие валы (4 шт.); 7 – корпус раздаточной коробки (стенки без кожуха).

Гибкий вал – стальной трос диаметром 12 мм, заключенный в бронированную гибкую оплетку Наконечники троса установлены в шарикоподшипниках 1000901 (d х D х b = 12x24x6), где: d – посадочный диаметр внутреннего кольца, D – наружный диаметр внешнего кольца, b – ширина.

Цепная передача – очень короткая и служит не для передачи крутящего момента на расстояние, а для понижения числа оборотов в 2,5 раза. Цепь и звездочки – с шагом 12,7 мм. Колесный редуктор – червячный, с передаточным отношением 1:40. Ведущая звездочка насажена на наконечник гибкого вала, а ведомая – на входной вал редуктора (вал червяка). Выходной вал редуктора (он же – вал червячного колеса) является полуосью – приводным валом движителя.

"Переломный" узел рамы:
“Переломный” узел рамы: 1 – продольная тяга; 2 – рычаг “переломного” узла; 3 – подкос задних балки и лонжерона рамы; 4 – задний лонжерон рамы; 5 – задняя вилка “переломного” узла (стальной лист s3); 6 – ось переломного узла (болт М10); 7 – передняя вилка “переломного” узла (стальной лист s3); 8 – передний лонжерон рамы; 9 – подкос передних балки и лонжерона рамы

Движитель – колесо в форме полушария – главный “герой”, ради которого и создавалась конструкция. Его заслуга в том, что машина может обходиться без, казалось бы, незаменимого узла – дифференциала.

Необычна не только форма, но и конструкция колеса, и материал, из которого он изготовлен. Оболочка колеса состоит из двух основных частей: наружного полушария с небольшим углублением по центру (оно же выполняет функции шины) и внутреннего усеченного конуса (аналог диска и обода обычного автомобильного колеса). Обе детали выклеивались из стеклоткани на эпоксидном вяжущем. Для их изготовления были сделаны матрицы-поверхности на одном пенопластовом болване. С одной стороны болван имел такую же форму поверхности, что и наружная оболочка, а с другой – форму внутреннего усеченного конуса. Толщина каждой оболочки – около 4 мм.

Кинематическая схема приводам
Кинематическая схема привода: 1 – двигатель; 2 – карданные шарниры; 3 – ведущая шестерня раздаточной коробки; 4 – ведомая шестерня раздаточной коробки; 5 – подшипник качения (14 шт.); 6 – малая (ведущая) звездочка цепной передачи (4 шт); 7 – цепь (t=12,7, 4 шт.); 8 – ведомая (большая) звездочка цепной передачи (4 шт.); 9 – червячная шестерня; 10 – червячное колесо; I – выходной вал двигателя; II – карданный вал; III – гибкий вал в бронеоплетке, (4шт.); IV – приводной вал червячного редуктора (4 шт.); V – выходной вал редуктора полуось, (4 шт.).

Колеса сделал достаточно большими – с диаметром сферы около 1 м: такие лучше покажут или опровергнут ожидаемые результаты.

После выклейки обеих оболочек по их центрам прикреплены болтами М6 стальные фланцы с приваренной к ним осевой втулкой. Сами оболочки вставлены одна в другую (конусная в полушаровую), а их края склеены и тоже соединены болтами М6 по всей окружности. На концах полуосей с противоположных сторон сделаны лыски, а во втулках – ответные отверстия. Колеса надеты на полуоси и закреплены на них центральными (осевыми) болтами М10 с обычными плоскими и еще пружинными шайбами. Первоначальное положение колес – с развалом, со средним радиусом обкатки.

 Схема стыковки и крепления колеса на полуоси (выходном валу колесного редуктора):
Схема стыковки и крепления колеса на полуоси (выходном валу колесного редуктора): 1 – винт крепления с пружинной и плоской шайбами; 2 – внешний фланец наружной оболочки; 3 – наружная оболочка колеса; 4 – втулка с приваренными внутренними фланцами оболочек; 5 – внешний фланец внутренней оболочки; 6 – колесный червячный редуктор; 7 – площадка редуктора; 8 – внутренняя оболочка колеса.

Рулевое управление транспортного средства, можно назвать, смешанного типа. Управление передних колес осуществляется как у обычного автомобиля: от “баранки” (рулевого колеса), через червячный редуктор (оба от ЗАЗ-968 “Запорожец”) и короткую рулевую тягу. Рулевую трапецию заменяет одна длинная поперечная (межколесная) тяга. Но на этом сходство с автомобильным управлением заканчивается, потому что тяга не поворачивает колеса, а наклоняет их в сторону поворота. Одновременно поворот (а точнее, сокращение его радиуса) происходит от “перелома” рамы, как, например, у тяжелого трактора К-700 “Кировец”. Далее от “перелома” рамы, через систему рычагов и тяг производится соответствующий наклон и задних колес, которые подруливают передним, еще более сокращая радиус поворота. Наклон колес осуществляется за счет шарнирного крепления колесных редукторов к балкам моста.

Надо сказать, что такой способ управления машиной (осуществления поворотов) аналогов не имеет, хотя довольно прост.

При наклоне колес-полушарий одновременно в одну сторону радиус обкатки внутреннего (относительно центра поворота) колеса будет уменьшаться, а внешнего – увеличиваться при одинаковых угловых скоростях всех колес. А раз так, то надобность в колесных и межосевом дифференциалах просто отпадает.

С.КОЧАНОВ-СОРОКИН, г. Омск

Рекомендуем почитать

  • «БЕЗРАЗМЕРНЫЙ» ФАРТУК«БЕЗРАЗМЕРНЫЙ» ФАРТУК
    В рубрике «Советы со всего света» публиковалось описание «быстрого» фартука, у которого на концах подвязок крепились-крючки, чтобы не завязывать их на узел. Хочу предложить еще один...
  • ПЕЧЬ НА… РЕССОРАХПЕЧЬ НА… РЕССОРАХ
    В России баня - это не только место помывки, «лечебница», место отдыха, но и часть культуры. Ну а про гараж и говорить не стоит - это отдельный мужской мир! А одна из главных вещей в...
Тут можете оценить работу автора: