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

  • ЗАЩИТА ОТ СПИЦЗАЩИТА ОТ СПИЦ
    Частая причина прокола велокамер — выступающие в ободе концевики спиц. Защитные кольцевые ремни из резины, устанавливаемые на ободах заводами-изготовителими, мало эластичны, а со...
  • АМФИБИЙНАЯ МАШИНА, СКОЛЬЗЯЩАЯ ПО ВОЛНАМАМФИБИЙНАЯ МАШИНА, СКОЛЬЗЯЩАЯ ПО ВОЛНАМ
    Современная концепция ведения десантных операций Корпуса морской пехоты США требует производить высадку войсковых подразделений на амфибийную технику за пределами прямой видимости берега...
Тут можете оценить работу автора: