Трансмиссии британских танков ВМВ
Здравствуй уважаемая коммуна! Видя вашу любовь к знаниям, я решил запилить эту статью, ибо тоже кое-что в этом понимаю. В данном посте я постараюсь описать работу трансмиссий Черчилля, Кромвеля (и всех машин на его базе), Центуриона, Конкерора и Чифтена. Надеюсь kedoki не обидится, что я отнимаю у него его работу, и, главное, не найдёт серьёзных ошибок. Итак, приступим:
[Бортредуктор Кромвеля]
Для начала определимся с общим описанием так называемых англоговорящими "трансмиссий с тройным дифференциалом" (или по разработчику доктору H.E. Merrit и производителю David Brown Ltd. "трансмиссий Merrit-Brown"). В СССР они характеризовались как двупоточные трансмиссии с циркулирующей мощностью и сохранением скорости центра масс в повороте. (кратко двупоточные МПП третьей группы первого типа). Значение этих слов будет объяснено ниже, а пока взглянем на общие схемы трансмиссий.
А теперь упростим их, выкинув из рассмотрения схему работы коробки передач, ибо в нашем случае она не играет роли (вальная коробка работает аналогично любой другой вальной коробке с синхронизаторами, а описание работы планетарной коробки - тема отдельной статьи, и даже не одной).
Тогда схема будет выглядеть так:
На этой схеме цветами выделены:
Зелёный - основной привод мощности, служащий для движения;
Голубой - вторичный привод мощности, служащий для поворота;
Синий - суммирующие планетарные ряды;
Серый - выходные валы трансмиссии с бортовыми редукторами и ведущими колёсами;
Для начала разберёмся с вторичным проводом, а именно с главной его частью - простым дифференциалом. Он служит для поворота и одновременно его корпус является «перекрёстком» потоков мощностей (приводит во вращение коробку передач, в отличие от Пантер и Тигров, у которых в трансмиссию входит 2 вала, каждый на свой привод). Крупно в 2 проекциях его устройство:
Вал от двигателя через коническое зацепление вращает корпус дифференциала. Так как 2 малые шестерни (голубая и зелёная) расположены не на главной оси, то они начинают вращаться вокруг неё (но не вокруг своей оси) и вращать 2 центральные шестерни с выходными валами (синие). Таким образом весь механизм вращается вокруг центральной оси как единое целое.
Если же мы попробуем затормозить один из выходящих валов, то с уменьшением его скорости начинает увеличиваться скорость другого вала. Притом, так как неосевые шестерни одинаковы, то на сколько уменьшится скорость одного выходного вала, настолько же увеличится второго, то есть если мы полностью остановим один вал, то второй будет вращаться с удвоенной скоростью.
Что это нам даёт? А то что в таком случае продольная ось машины будет двигаться с неизменной скоростью. Хорошо ли это? Безусловно, ведь таким образом увеличивается средняя скорость движения. Но есть и минусы. Во-первых, так как дифференциал в повороте не замедляет машину, увеличивая момент на гусеницах, то без достаточного запаса по мощности есть шанс просто-напросто заглохнуть. Во-вторых, так как дифференциал представляет собой механизм с 2 степенями свободы, то прямолинейное движение танка неустойчиво. Поясню: если у нас под одной из гусениц сопротивление грунта будет отличаться от второй, то мы получим самопроизвольное замедление одного из выходящих валов, и, следовательно, поворот.
Также именно из-за него трансмиссия называется "с тройным дифференциалом" в отличие от трансмиссий Пантеры и Тигра, у которых только 2 дифференциала (суммирующие планетарные ряды).
Рассмотрим работу всей трансмиссии вместе:
При прямолинейном движении все фрикционы отключены. Мощность от двигателя идёт через корпус дифференциала в коробку передач, из неё в суммирующие планетарные ряды, а вот дальше становится интереснее. Так как вторичный поток мощности соединён с суммирующими планетарными рядами через дополнительные маленькие шестерни, то при прямолинейном движении выходные валы дифференциала вращаются в сторону противоположную выходному валу коробки. Таким образом вторичный привод забирает мощность из суммирующих планетарных рядов и передаёт её обратно на корпус дифференциала, откуда она снова идёт в коробку. Этот процесс и называется циркуляцией мощности и представлен ниже.
Для чего это нам нужно? С одной стороны, мы увеличиваем диапазон коробки передач (для тех, кто не помнит, это отношение передаточных чисел на первой и на последней передачах, что есть то же самое что отношение максимальной и минимальной скоростей). Следовательно, мы увеличиваем максимальную скорость танка без увеличения количества передач. С другой же стороны, шестерни коробки становятся более нагруженными, а это ведёт либо к увеличению размеров, либо к необходимости более качественной (и дорогой) обработки поверхностей зубьев.
Задний ход Кромвеля (1 передача) и Чифтена (2 передачи) осуществляется включением соответствующих зацеплений в коробке передач, Центуриона (2 передачи) - первая передача аналогично, вторая - дополнительной затяжкой тормозов поворота.
Теперь же попробуем повернуть. Включим фрикцион Тпл, являющийся тормозом солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда. При этом скорость левой гусеницы увеличится из-за увеличения скорости вращения водила (синий цвет). Так как эта солнечная шестерня связана с левым выходным валом дифференциала, то тот тоже останавливается (серый цвет), и правый вал начинает вращаться быстрее (красный цвет). Как следствие водило правого суммирующего планетарного ряда и, соответственно, правая гусеница замедляются (голубой цвет). Мы поворачиваем вправо. Для того, чтобы мехводу было проще, правый рычаг поворота связан с тормозом солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда, и наоборот. Стоит отметить, что для каждой передачи мы получаем свой радиус поворота, притом, чем выше передача, тем больше радиус. Это позволяет предотвратить занос на больших скоростях движения.
И, наконец, развернёмся на месте. Ставим рычаг коробки передач в положение «нейтраль», перекрывая таким образом поток мощности через неё (тонкие линии). Для поворота вправо опять же включаем тормоз солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда, останавливая также левый выходной вал дифференциала (серый цвет). При этом мощность передаётся полностью через правый выходной вал на правый суммирующий планетарный ряд, где разделяется и частично идёт через водило на правую гусеницу (голубой цвет), а частично через эпицикл и выходной вал коробки передач на левый планетарный ряд (синий цвет). В этом случае поворот также неустойчив.
Торможение танка осуществляется тормозами То. Для поворота они не используются, так как при этом весь механизм трансмиссии превращается в простой дифференциал, и потери мощности становятся чересчур велики. Если же мы затянем оба остановочных тормоза во время движения, то танк просто-напросто заглохнет и остановится.
Что же нам дало параллельное размещение коробки передач и дифференциала:
1. Линейные размеры не увеличились, так как хитрые британцы совместили корпус дифференциала с входным валом коробки передач (см кинематическую схему танка "Центурион"). В случае Конкерора и Чифтена с их планетарными коробками это тоже верно, хоть дифференциал с коробкой не совмещён.
2. Так как через коробку всегда идёт мощность, то в движении обе гусеницы будут вращаться вне зависимости от внешних условий. Это не убирает неустойчивость движения, но предотвращает ситуации, когда из-за попадания одной из гусениц в жидкую грязь танк встряёт на месте.
3. В то же время постоянное вращение обеих гусениц приводит к тому, что поворот вокруг одной из них невозможен. В теории, конечно, мы можем развернуться на месте, но для этого нам необходимо включить нейтральную передачу в коробке. В случае длинного поворота постоянное переключение нейтраль-передача может утомить. Таблица радиусов поворота представлена ниже:
Поворот с бОльшими радиусами возможен при пробуксовке поворотного тормоза.
Напоследок стоит упомянуть бортовые редукторы. На всех вышеперечисленных танках кроме Черчилля стоят обычные редуктора (см первую картинку поста), на Черчилле же планетарные ряды. Что стояло на Конкерере мне точно выяснить не удалось.
Итого достоинства и недостатки такого типа трансмиссий:
+ Сохранение скорости прямолинейного движения в повороте;
+ Простое устройство (малое количество валов и фрикционов);
+ Возможность разворота на месте;
+ Увеличение радиуса поворота с увеличением передачи;
+ Увеличенный диапазон коробки передач;
- Неустойчивость прямолинейного движения и поворота на месте;
- Отсутствие увеличения момента в повороте;
- Невозможность (практическая) разворота вокруг гусеницы;
- Повышенная нагруженность шестерён коробки передач;
Спасибо за внимание.
[Бортредуктор Кромвеля]
Для начала определимся с общим описанием так называемых англоговорящими "трансмиссий с тройным дифференциалом" (или по разработчику доктору H.E. Merrit и производителю David Brown Ltd. "трансмиссий Merrit-Brown"). В СССР они характеризовались как двупоточные трансмиссии с циркулирующей мощностью и сохранением скорости центра масс в повороте. (кратко двупоточные МПП третьей группы первого типа). Значение этих слов будет объяснено ниже, а пока взглянем на общие схемы трансмиссий.
А теперь упростим их, выкинув из рассмотрения схему работы коробки передач, ибо в нашем случае она не играет роли (вальная коробка работает аналогично любой другой вальной коробке с синхронизаторами, а описание работы планетарной коробки - тема отдельной статьи, и даже не одной).
Тогда схема будет выглядеть так:
На этой схеме цветами выделены:
Зелёный - основной привод мощности, служащий для движения;
Голубой - вторичный привод мощности, служащий для поворота;
Синий - суммирующие планетарные ряды;
Серый - выходные валы трансмиссии с бортовыми редукторами и ведущими колёсами;
Для начала разберёмся с вторичным проводом, а именно с главной его частью - простым дифференциалом. Он служит для поворота и одновременно его корпус является «перекрёстком» потоков мощностей (приводит во вращение коробку передач, в отличие от Пантер и Тигров, у которых в трансмиссию входит 2 вала, каждый на свой привод). Крупно в 2 проекциях его устройство:
Вал от двигателя через коническое зацепление вращает корпус дифференциала. Так как 2 малые шестерни (голубая и зелёная) расположены не на главной оси, то они начинают вращаться вокруг неё (но не вокруг своей оси) и вращать 2 центральные шестерни с выходными валами (синие). Таким образом весь механизм вращается вокруг центральной оси как единое целое.
Если же мы попробуем затормозить один из выходящих валов, то с уменьшением его скорости начинает увеличиваться скорость другого вала. Притом, так как неосевые шестерни одинаковы, то на сколько уменьшится скорость одного выходного вала, настолько же увеличится второго, то есть если мы полностью остановим один вал, то второй будет вращаться с удвоенной скоростью.
Что это нам даёт? А то что в таком случае продольная ось машины будет двигаться с неизменной скоростью. Хорошо ли это? Безусловно, ведь таким образом увеличивается средняя скорость движения. Но есть и минусы. Во-первых, так как дифференциал в повороте не замедляет машину, увеличивая момент на гусеницах, то без достаточного запаса по мощности есть шанс просто-напросто заглохнуть. Во-вторых, так как дифференциал представляет собой механизм с 2 степенями свободы, то прямолинейное движение танка неустойчиво. Поясню: если у нас под одной из гусениц сопротивление грунта будет отличаться от второй, то мы получим самопроизвольное замедление одного из выходящих валов, и, следовательно, поворот.
Также именно из-за него трансмиссия называется "с тройным дифференциалом" в отличие от трансмиссий Пантеры и Тигра, у которых только 2 дифференциала (суммирующие планетарные ряды).
Рассмотрим работу всей трансмиссии вместе:
При прямолинейном движении все фрикционы отключены. Мощность от двигателя идёт через корпус дифференциала в коробку передач, из неё в суммирующие планетарные ряды, а вот дальше становится интереснее. Так как вторичный поток мощности соединён с суммирующими планетарными рядами через дополнительные маленькие шестерни, то при прямолинейном движении выходные валы дифференциала вращаются в сторону противоположную выходному валу коробки. Таким образом вторичный привод забирает мощность из суммирующих планетарных рядов и передаёт её обратно на корпус дифференциала, откуда она снова идёт в коробку. Этот процесс и называется циркуляцией мощности и представлен ниже.
Для чего это нам нужно? С одной стороны, мы увеличиваем диапазон коробки передач (для тех, кто не помнит, это отношение передаточных чисел на первой и на последней передачах, что есть то же самое что отношение максимальной и минимальной скоростей). Следовательно, мы увеличиваем максимальную скорость танка без увеличения количества передач. С другой же стороны, шестерни коробки становятся более нагруженными, а это ведёт либо к увеличению размеров, либо к необходимости более качественной (и дорогой) обработки поверхностей зубьев.
Задний ход Кромвеля (1 передача) и Чифтена (2 передачи) осуществляется включением соответствующих зацеплений в коробке передач, Центуриона (2 передачи) - первая передача аналогично, вторая - дополнительной затяжкой тормозов поворота.
Теперь же попробуем повернуть. Включим фрикцион Тпл, являющийся тормозом солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда. При этом скорость левой гусеницы увеличится из-за увеличения скорости вращения водила (синий цвет). Так как эта солнечная шестерня связана с левым выходным валом дифференциала, то тот тоже останавливается (серый цвет), и правый вал начинает вращаться быстрее (красный цвет). Как следствие водило правого суммирующего планетарного ряда и, соответственно, правая гусеница замедляются (голубой цвет). Мы поворачиваем вправо. Для того, чтобы мехводу было проще, правый рычаг поворота связан с тормозом солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда, и наоборот. Стоит отметить, что для каждой передачи мы получаем свой радиус поворота, притом, чем выше передача, тем больше радиус. Это позволяет предотвратить занос на больших скоростях движения.
И, наконец, развернёмся на месте. Ставим рычаг коробки передач в положение «нейтраль», перекрывая таким образом поток мощности через неё (тонкие линии). Для поворота вправо опять же включаем тормоз солнечной шестерни левого суммирующего планетарного ряда, останавливая также левый выходной вал дифференциала (серый цвет). При этом мощность передаётся полностью через правый выходной вал на правый суммирующий планетарный ряд, где разделяется и частично идёт через водило на правую гусеницу (голубой цвет), а частично через эпицикл и выходной вал коробки передач на левый планетарный ряд (синий цвет). В этом случае поворот также неустойчив.
Торможение танка осуществляется тормозами То. Для поворота они не используются, так как при этом весь механизм трансмиссии превращается в простой дифференциал, и потери мощности становятся чересчур велики. Если же мы затянем оба остановочных тормоза во время движения, то танк просто-напросто заглохнет и остановится.
Что же нам дало параллельное размещение коробки передач и дифференциала:
1. Линейные размеры не увеличились, так как хитрые британцы совместили корпус дифференциала с входным валом коробки передач (см кинематическую схему танка "Центурион"). В случае Конкерора и Чифтена с их планетарными коробками это тоже верно, хоть дифференциал с коробкой не совмещён.
2. Так как через коробку всегда идёт мощность, то в движении обе гусеницы будут вращаться вне зависимости от внешних условий. Это не убирает неустойчивость движения, но предотвращает ситуации, когда из-за попадания одной из гусениц в жидкую грязь танк встряёт на месте.
3. В то же время постоянное вращение обеих гусениц приводит к тому, что поворот вокруг одной из них невозможен. В теории, конечно, мы можем развернуться на месте, но для этого нам необходимо включить нейтральную передачу в коробке. В случае длинного поворота постоянное переключение нейтраль-передача может утомить. Таблица радиусов поворота представлена ниже:
Поворот с бОльшими радиусами возможен при пробуксовке поворотного тормоза.
Напоследок стоит упомянуть бортовые редукторы. На всех вышеперечисленных танках кроме Черчилля стоят обычные редуктора (см первую картинку поста), на Черчилле же планетарные ряды. Что стояло на Конкерере мне точно выяснить не удалось.
Итого достоинства и недостатки такого типа трансмиссий:
+ Сохранение скорости прямолинейного движения в повороте;
+ Простое устройство (малое количество валов и фрикционов);
+ Возможность разворота на месте;
+ Увеличение радиуса поворота с увеличением передачи;
+ Увеличенный диапазон коробки передач;
- Неустойчивость прямолинейного движения и поворота на месте;
- Отсутствие увеличения момента в повороте;
- Невозможность (практическая) разворота вокруг гусеницы;
- Повышенная нагруженность шестерён коробки передач;
Спасибо за внимание.