.

Вы здесь

Реверс-редукторы любительской постройки

Реверс-редукторы любительской постройки

26.02.2013 Автор: 0 13537

 

Ю. Н. Мухин, Б. Е. Синильщиков

«Катера и яхты» №1 (65) январь-февраль 1977г.

 

Реверс-редукторы любительской постройки (Часть первая)

 

B практике самостоя­тельной постройки катеров со стацио­нарным конвертированным двигате­лем любитель встречается с необхо­димостью иметь редукционно-разобщительное устройство. И вполне естественно желание использовать серийные агрегаты от автомобилей — дифференциалы и коробки передач.

Известны несколько конструкций достаточно сложных реверсивных устройств, созданных любителями на базе автомобильного дифференциала (см. книгу «15 проектов судов для любительской постройки» и «КЯ» № 50). Следует иметь в виду, что диф­ференциальные и планетарные устрой­ства применяют в редукторах с ше­стернями постоянного зацепления, ко­торые имеют тормозную и фрикцион­ную муфты. Наличие фрикционных муфт позволяет производить реверси­рование на средних оборотах двигате­ля. Это особенно важно для тяжелых водоизмещающих катеров, работаю­щих с частыми швартовками. В лю­бительских конструкциях переключе­ние производится кулачковой муф­той без упомянутых тормозной и фрикционной муфт. Таким образом в них не используется основное достоинство данной схемы и поэтому, на наш взгляд, они не имеют особых преимуществ перед реверс-редуктора­ми, созданными на базе коробок пе­редач.

Наиболее простым конструктив­ным решением, позволяющим иметь на катере, оснащенном конвертиро­ванным автомобильным двигателем, передний и задний ход является ис­пользование в качестве реверс-редук­тора штатного сцепления и коробки передач. При этом передний ход обеспечивается работой на прямой или одной из понижающих передач, а задний — включением заднего хода. Однако такое решение обладает целым рядом весьма существенных экс­плуатационных недостатков.

Так, при работе на прямой пере­даче (если не применяется дополни­тельный редуктор) число оборотов гребного винта будет, как правило, значительно выше оптимальных, что приводит к уменьшению к. п. д. вин­та и скорости катера. Оценить поте­ри мощности на таком винте по срав­нению с винтом, работающим в об­ласти оптимальных оборотов для двигателей «ГАЗ-21» и «УМЗ-412» можно по графикам (рис. 1, 2).

На них представлены отношения упора Р винта, работающего через коробку передач, к упору винта Ропт, работающего с оптимальным числом оборотов. Кривые построены для трех значений снимаемой мощно­сти — 60, 40 и 20 л. с. для двух вин­тов — нормального (на кривых обо­значен Н) и тяжелого (Т) с шагом больше нормального на 15—20°/о>при работе двигателя на прямой (Я) и второй (В) передачах. При этом предполагалось, что при полностью открытом дросселе двигатели с нор­мальным винтом развивают: «УМЗ-412»—4800 об/мин (72 л. с), «ГАЗ-21»—3700 об/мин (73 л. с), а при частично прикрытой дроссельной за­слонке— 60 л. с. при 4500 об/мин для «УМЗ-412» и 3400 об/мин для «ГАЗ-21», т. е. именно те мощности, которые рекомендованы как эксплуа­тационные при конвертировании дан­ных двигателей. С тяжелым винтом при полностью открытой дроссельной заслонке двигатели развивают 60 л. с. при 3900 об/мин для «УМЗ-412» и 2700 об/мин для «ГАЗ-21». Естествен­но, что максимальная скорость при установке тяжелого винта будет мень­ше, однако для водоизмещающих ка­теров, двигатели которых эксплуати­руются основное время на частичных нагрузках, применение тяжелого вин­та позволяет уменьшить часовой расход

 ris1

Рис. I. Отношение упора винта, работающего через штатную ко­робку передач, к упору опти­мального винта для двигателя «ГАЗ-21».

ris2

Рис. 2. Отношение упора винта, работающего через штатную ко­робку передач, к упору оптималь­ного винта для двигателя «УМЗ-412».

ris3

Рис. 3. Ресурс шестерен 2-й передачи коробки {в часах).

ris4

Рис. 4. Скорость заднего хода.

          ______ коробка передач «ГАЗ-2Ь.

          ----- коробка передач «УМЗ-412».

ris5-small

Рис. 5. Реверс-редуктор из коробки «УМЗ-412» с цепной переда­чей заднего хода.

 Большой формат чертежа для печати  

топлива на 10—20% (в диапазо­не мощностей 10—45 л. с.) с одно­временным увеличением моторесурса. С учетом того, что к. п. д. тяжелого винта на небольших скоростях боль­ше на 8—10%, суммарная экономия горючего за счет применения такого винта может достигать 30% (см. статью «Моторесурс катерного двига­теля», «КЯ» № 64).

Следует иметь в виду, что хотя на больших скоростях потери на тяже­лом винте не очень велики, катера очень плохо выходят на глиссирова­ние, так как на скоростях выхода на глиссирование (18—22 км/ч) потери на таком винте весьма значительны. Поэтому применение прямой переда­чи на катере, глиссирующем со ско­ростью 35—45 км/ч, вынудит судово­дителя уменьшить водоизмещение судна на 30—40% по сравнению с тем, которое он мог бы иметь с нор­мальным винтом, работающим на оп­тимальном числе оборотов.

Увеличить к. п. д. винта можно за счет применения понижающих пере­дач штатной коробки (как правило 2-й) (см. рис. 1, 2). Однако нужно учитывать, что понижающие переда­чи, особенно у коробок легковых автомобилей, не предназначены для длительной работы на режиме мак­симальной мощности.

ris6-small

 Большой формат чертежа для печати  

Рис. 6. Реверс-редуктор на базе ко­робки «ГАЗ-53» с цепной передачей заднего хода.

1 — входной вал; 2—втулка подшипника; 3—подшипник 50209К; 4 — втулка бронзовая; 5—шестерня первичного вала; 6 — муфта переключения третьей и четвертой передач с деталями синхронизатора; 7 — крышка коробки передач с механизмом переключе­ния; 8— втулка (из шестерни третьей пе­редачи); 9— звездочка с цепью; 10—втулка (осевой зазор 0,2 мм); 11 — подшипник № 307К; 12 — крышка подшипника; 13 — под­шипник 42207К; 14 — шестерня промежуточ­ного блока (ведомая); 5—втулка шестерни; 16—звездочка; 17—вал выходной; 18 — втул­ка распорная; 19 — подшипник 50307; 20—фланец выходной; 21 — сальник «ГАЗ-53»; 22—крышка подшипника

 

На графиках (рнс. 3) приведены расчетные значения ресурса работы шестерен в зависимости от снимае­мой мощности (режимы работы дви­гателя аналогичны показанным на рис. 1 и 2). Следует отметить, что длительная работа на 2-й передаче допустима только при принудитель­ном охлаждении коробки.

Изменение направления вращения гребного винта за счет включения шестерен заднего хода также не ли­шено недостатков. Отсутствие син­хронизаторов у этих шестерен приво­дит к появлению треска при включе­нии заднего хода даже с отжатым сцеплением при движении катера впе­ред по инерции. Это объясняется тем, что после выключения переднего хо­да винт под действием набегающего потока воды продолжает вращаться в прежнюю сторону. Диск сцепления с промежуточным блоком шестерен медленно поворачивается также в направлении переднего хода. При включении заднего хода этот диск (поскольку его момент инерции мень­ше, чем у винта) почти мгновенно должен изменить направление враще­ния, что сопровождается сильным ударом зубьев шестерен. Другим, и пожалуй, еще большим недостатком, является то, что из-за большого пе­редаточного отношения шестерен коробки число оборотов винта на зад­нем ходу значительно меньше, чем на переднем. В связи с тем, что упор винта пропорционален числу оборо­тов в квадрате, скорость катера на заднем ходу оказывается слишком малой. На рис. 4 представлены ори­ентировочные значения максимальной скорости на заднем ходу в зависимо­сти от максимальной скорости перед­него хода (обозначения на графике такие же, что и на рис. 1 и 2). В связи с тем, что различие между 

 ris7-small

 Большой формат чертежа для печати

Рис. 7. Реверс-редуктор в сварном корпусе с использованием готовых шестерен коробки «ГАЗ-53».

1 — гайка корончатая; 2 — фланец выходного вала; 3 — входной вал; 4 — крышка подшип­ника; 5—корпус подшипника 50209К; 6 — шестерня первичного вала; 7 — муфта переключения с деталями синхронизатора; 8— механизм переключения; 9— втулка (шестерни третьей передачи); 10 — звездоч­ка; 11 — крышка коробки; 12—рычаг ревер­са; 13 — вариант с первичным валом под стандартную коробку; 14 — выходной фла­нец редуктора; /5—крышка подшипника с сальником «ГАЗ-53»; 16 — подшипник 309; 17 — вал выходной; 18 — шестерня промежу­точного блока; 19— втулка шестерни; 20 — втулка звездочки; 21 — распорная втул­ка; 22—подшипник 50307К («ГАЗ-53»); 23—корпус редуктора; 24—крышка подшипника; 25 — вариант с выходом на «прямую сторону».

ris8

Рис. 8. Усиление подшипникового узла выходного вала коробки «ГАЗ-21».

2  — подшипник 306; 2— подшипник упорный 8206; 3 — трубка охлаждения (8X1) (паять ПМЦ, ПОС 40); 4— корпус; 5 —втулка распорная; 6 — сальник «ГАЗ-21»; 7—фланец кар­дана; 8— стяжной болт МШ; 9 — шайба; 10 — полумуфта; II — предохранительный болт М10 (латунь, диаметр проточки 7—8 мм); 12— втулка; 13 — вал гребной.

 

Доработка коробок передач

 

В любительской практике произ­водится ряд переделок, позволяющих более эффективно использовать авто­мобильные коробки передач в каче­стве реверс-редукторов.

К ним относится установка вме­сто зубчатой цепной передачи задне­го хода. Подобная переделка подроб­но описана в статье И. И. Бореля («КЯ» № 41). Установка цепной пе­редачи позволяет получить приемле­мые передаточные отношения на зад­нем ходу, а наличие синхронизаторов помогает осуществлять мягкое вклю­чение как переднего, так и заднего хода.

В коробке двигателя «ГАЗ-21» срезаются зубья шестерен I и II пе­редачи на блоке промежуточных ше­стерен на место шестерни II пере­дачи устанавливается ведущая звез­дочка цепной передачи. Ведомая звездочка насаживается на уступ, проточенный на шестерне II переда­чи выходного вала. При этом полно­стью сохраняются синхронизаторы, на переключение производится одним рычагом. Такая переделка возможна у коробок передач двигателей «УМЗ-412», «ВАЗ», «ЗМЗ-24» как при ис­пользовании на прямой, так и на вто­рой передаче (рис. 5).

Переделка коробки «ГАЗ-21» при работе на второй передаче будет ме­нее удачной из-за отсутствия синхро­низатора на I передаче и необходи­мости переключения хода двумя ры­чагами.

Для изготовления цепной переда­чи лучше использовать двухрядные моторные цепи от мотоцикла «ИЖ-Ю» или привода кулачкового вала двигателей «УМЗ-412» и «ВАЗ» с шагом 9,525 мм. В случае примене­ния для коробок передач двигателей «ГАЗ-21» или «УМЗ-412» одинаковых звездочек с нечетным числом зубьев на цепь нужно устанавливать натяж­ное устройство (этот случай описан в упоминавшейся статье И. И. Боре­ля). Более простым вариантом, не требующим   натяжного   устройства, для двигателя «ГАЗ-21» будет уста­новка на промежуточном валу звез­дочки с 26 зубьями, а на вторичном с 18 (можно использовать ведущую звездочку «УМЗ-412»). Большее, но допустимое провисание цепи полу­чается, если на промежуточный вал коробок «ГАЗ-21» и «УМЗ-412» уста­новить звездочку с 19 зубьями (веду­щая звездочка двигателей «ВАЗ»), а на вторичном валу — с 17 зубьями (звездочка натяжного устройства дви­гателей «УМЗ-412»).

Другим мероприятием, позволяю­щим увеличить ресурс работы проме­жуточных шестерен является повы­шение их износоустойчивости. Это может быть достигнуто применением шестерен с цементированным зубом, имеющим твердость HRC = 57—65, вместо цианнрованных шестерен дви­гателя «ГАЗ-21» с твердостью HRC = = 48—56.

Встречаются рекомендации увели­чения ширины зубчатых колес для повышения их нагрузочной способно­сти. Действительно, расчеты показы­вают, что увеличение ширины колес в 2 раза приводит к увеличению их долговечности при малых нагрузках в 5—10 раз, а прн больших нагруз­ках в 3—5 раз. Однако такое увели­чение достижимо лишь при идеаль­ном соблюдении как углов наклона зубьев, так и параллельности валов. В действительности всегда имеется перекос зубьев, связанный как с по­грешностью обработки шестерен или перекосом шестерни, насаженной на вторичный вал, в связи с неравномер­ным износом бронзовой втулки, так и с прогибом валов под нагрузкой, причем эти погрешности оказываются

тем больше, чем шире зубчатые ко­леса. В результате этого увеличение ширины шестерни в два раза приво­дит к увеличению ее ресурса всего в 3 -г- 0,8 раз, т. е. при малой точности изготовления ресурс может даже уменьшиться. Если есть уверенность в качественном изготовлении новых шестерен, то наиболее просто эта за­дача решается, если ограничиться пе­ределкой только наиболее нагружен­ной второй пары шестерен (эскиз та­кой переделки представлен на рис.5).

Увеличить ресурс коробки при ра­боте на промежуточных передачах можно взяв ее от более мощного двигателя. Например, установить на двигатель «УМЗ-412» коробку от «ГАЗ-21» или, что еще лучше, от «ЗМЗ-24». В этом случае помимо из­готовления переходной проставки необходимо провести доработку первич­ного вала под подшипник, запрессо­ванный в коленчатый вал, и шлицов ведомого вала сцепления. Учитывая, что первичный вал термообработан, проще изготовить новую ступицу ве­домого диска сцепления под увели­ченные шлицы. Материал ступицы — сталь 40Х, 45, термообработка НВ = 160—240. Такая замена повы­сит ресурс передачи в 2—3 раза по сравнению со штатной коробкой двига­теля. Ее особенно целесообразно про­изводить для двигателей «МЗМА-402», «-407».

Весьма надежный реверс-редуктор (ресурс до 3000 и более часов) мож­но изготовить, используя коробки пе­редач грузовых автомобилей «ГАЗ-53» или «ЗИЛ-130>, шестерни кото­рых имеют синхронизаторы (рис. 6).

Последовательность переделки коробки следующая. На отрезном кру­ге отрезается шестерня от первичного вала. Далее на внутришлифовальном станке растачивается посадочное от­верстие в шестерне (его диаметр дол­жен быть больше внутреннего диа­метра под ролики подшипника). До­пустимое радиальное и торцевое бие­ние наружного диаметра зубьев при расточке не более 0,02 мм. Далее на оправке шлифуется торец шестерни (в месте отрезки) и в нее запрессо­вывается бронзовая втулка (ОФ, ОСЦ) (дет. 4, рис. 6). С шестерни третьей передачи зубья срезаются и она протачивается под посадку звез­дочки 9. Шестерня с промежуточного вала срезается при помощи кислородоацетиленовой резки (зубья при этом обматывают мокрыми тряпка­ми), и далее она растачивается для приварки к переходной втулке 15.

Валы (1, 17) изготовляют из ста­лей 35Х, 40Х, 45. Термообработка вала 1 в районе шлицов и шеек под бронзовые втулки — закалка HRC = = 48—55. Форма первичного вала зависит от места расположения ре­верс-редуктора. Если он располагает­ся на месте коробки передач, то конфигурация свободного конца пер­вичного вала должна повторять фор­му такого вала штатной коробки пе­редач двигателя. Наличие мощных синхронизаторов позволяет произво­дить переключение с заднего на пе­редний ход даже на повышенных холостых оборотах двигателя (до 1000—1200 об/мин) без использова­ния сцепления. Поэтому ведомый диск сцепления можно наглухо при­винтить к маховику, нарезав в нем 8—10 отверстий  М8, а нажимной диск, его кожух и другие детали сцепления не использовать.

Упор винта передается на шарико­вый подшипник 19 (50307). При при­менении редуктора на тяжелых кате­рах целесообразно разгрузить под­шипник, поставив дополнительный упорный. Недостаток коробок грузо­вых автомобилей — их большие габа­риты и вес корпуса. Значительно уменьшить их можно, если изготовить сварной корпус (рис. 7). Особенности изготовления сварного корпуса редук­тора будут даны в одном из следую­щих номеров при описании техноло­гии изготовления самодельного угло­вого редуктора.

 

Boatportal.ru

logo