Наибольшее количество различных конструктивных исполнений имеют редукторы тяговых передач при рамной продольной подвеске двигателя, широко распространенной на рельсовом и безрельсовом подвижном составе.
Редукторы, применяемые при рамной продольной подвеске двигателя на подвижном составе, могут быть (см. рис. 14.1) одноступенчатые конические (схема в), червячные (схема а) и двухступенчатые шестеренные с конической и цилиндрической парами (схема б).
Передаточное число редуктора определяется по формуле
(14.10)
где nмакс — конструктивная скорость вращения якоря тягового двигателя в рад/сек;
vмакс — конструктивная скорость экипажа в м/сек,
Dк — диаметр движущих колес в м.
Величина передаточных чисел редукторов при продольном расположении тягового двигателя составляет для троллейбусных передач 10—12, для передач трамвайных вагонов 7—9.
Рекомендуемый интервал передаточных чисел одноступенчатой силовой червячной передачи от 7 до 80. Этот позволяет выполнять троллейбусные червячные редукторы одноступенчатыми.
В шестеренных же редукторах при i=104-12 обойтись одной ступенью зацепления нельзя. По ГОСТ 2185—66 для зубчатых пар допускается i=10, но такая передача оказывается более громоздкой, чем двухступенчатая. При разбивке передаточного числа между ступенями шестеренного редуктора исходят из удобства общей компоновки всех элементов передачи в корпусе и удобства смазки зацеплений каждой ступени. Рекомендуемые средние значения передаточных чисел зубчатой пары с цилиндрическими колесами от 3 до 5, зубчатой пары с коническими колесами от 2 до 3. Общее передаточное число двухступенчатого шестеренного редуктора определяется по формуле
і = ік/іц,
где ік и іц — передаточные числа первой и второй ступеней зацепления (конической пары и цилиндрической пары шестерен).
По рекомендуемым средним значениям для двухступенчатых коническо-цилиндрических редукторов наибольшее приемлемое передаточное число равно от 6 до 15.
Разбивка передаточного числа двухступенчатого редуктора обусловливается конструкцией тяговой передачи, ее габаритными ограничениями, местом установки редукторов на подрессоренных и неподрессоренных частях экипажа и т. д. Например, передаточное число бортовых редукторов стремятся сделать максимальным. Это позволяет, в частности, уменьшить величину вращающего момента, передаваемого полуосями, и, следовательно, уменьшить их диаметр и вес. В планетарных редукторах пои осевой подвеске тягового двигателя максимальное передаточное число последней ступени, связанной со ступицей колеса, позволяет уменьшить ширину зубчатого зацепления и т. д.
Одноступенчатые центральные редукторы при продольном расположении тягового двигателя выполняют с коническими и червячными зубчатыми парами. Конические зубчатые пары могут иметь прямые, косые, спиральные и гипоидные зубья.
Конические передачи с косым и спиральным зубьями или с гипоидным зацеплением обладают преимуществами перед конической передачей с прямым зубом. При одинаковых габаритных размерах зубчатых колес они обеспечивают более бесшумную работу и передачу больших вращающих моментов. Передаточное число при гипоидном зацеплении может быть несколько увеличено по сравнению с обычной конической передачей.
Червячная пара по сравнению с конической зубчатой передачей при прочих равных условиях обладает следующими преимуществами: а) возможностью осуществления большего передаточного числа при незначительных размерах редуктора; б) большей плавностью и бесшумностью в работе и в) отсутствием осевых нагрузок. Наряду с этим червячной паре свойственны существенные недостатки: к. п. д. ее ниже, чем у зубчатых пар, а для понижения трения червячное колесо изготовляют из дефицитной бронзы. Благодаря своим положительным свойствам червячная передача до последнего времени широко применялась на троллейбусах отечественного производства.
На рис. 14.7 показан редуктор тележки трамвайного вагона КТМ-5М, коническая зубчатая пара которого выполнена с зацеплением Новикова. Ведущая шестерня 1 на подшипниках 2 установлена в стакане 3, закрепленном в корпусе 4 редуктора. Ведомое зубчатое колесо 5 напрессовывается на ось 6 колесной пары. Картер 7 редуктора вместе с рукавами 8 и 9 образует мостовую конструкцию колесной пары. Передаточное число зубчатой пары редуктора i=6,45.
Рис. 14.7. Одноступенчатый центральный редуктор вагона КТМ-5М
Аналогичную конструкцию имеет одноступенчатый зубчатый редуктор трамвайного вагона Т-3. Его особенностью является гипоидное зацепление зубчатой пары.
Гипоидная передача в отличие от обычной зубчатой передачи не имеет взаимного пересечения осей ведущего и ведомого зубчатых колес. Смещение осей ведущей шестерни в гипоидной передаче может достигать 0,125 диаметра ведомой шестерни. По сравнению с другими зубчатыми передачами она обладает при прочих равных условиях наибольшей плавностью зацепления и большей прочностью зубьев. Нормальное усилие на зуб при гипоидных передачах на 12%, а осевое усилие (при ходе вперед) на 8% меньше, чем при конических передачах со спиральным зубом. Относительное скольжение в гипоидных передачах больше, чем в спиральных конических, и поэтому они требуют применения специальных смазок. Благодаря своим преимуществам гипоидные передачи в последнее время получают применение на всех видах подвижного состава городского электрического транспорта.
Червячные редукторы могут иметь верхнее и нижнее расположение червяка. На троллейбусах применяются редукторы с нижним расположением червяка. Это позволяет снизить высоту пола над задним мостом, опустить карданный вал и весь кузов, уменьшить общую высоту троллейбуса и понизить центр его тяжести. При нижнем расположении червяка создаются более благоприятные условия для смазки и охлаждения червячной пары, так как зацепление зубьев происходит в масляной ванне.
На рис. 14.8 в качестве примера конструкции приведено устройство червячного редуктора с глобоидальным червяком.
Стальной червяк 1 и червячное колесо 2 из оловянистой бронзы составляют червячную пару, передающую вращающий момент от карданного вала полуосям 3.
Червяк установлен на подшипниках 4 и 5 в картере 6 редуктора, который крепится к мостовой балке 9. Червячное колесо жестко укреплено на дифференциальной коробке 7, установленной в картере 6 на подшипниках 8.
Установка червячного колеса относительно червяка и осевой зазор в подшипниках дифференциала регулируются корончатыми гайками 10. Осевое положение червяка в картере редуктора регулируется прокладками 11 и 12, устанавливаемыми под крышки 13 и 14.
При сохранении тех же габаритных размеров применение червячного редуктора с глобоидальным червяком позволяет по сравнению с цилиндрическим значительно увеличить площадь зацепления зубьев, и, следовательно, уменьшить удельное давление. Это достигается тем, что в зацепление одновременно вводится большее количество зубьев.
По некоторым данным, поверхность контакта у червячной пары с глобоидальным червяком в 10 раз больше, чем у обычной червячной с цилиндрическим червяком при тех же размерах пары. Благодаря этой особенности характер зацепления глобоидальной пары практически не изменяется с износом зубьев в процессе их эксплуатации. У обычной же червячной пары с цилиндрическим червяком только средние витки червяка находятся в зацеплении с зубьями червячного колеса, и поэтому червяк изнашивается неравномерно, вследствие чего непрерывно изменяется характер зацепления. Преимуществом глобоидальной передачи является также больший к. п. д., чем у обычной червячной передачи.
Указанные особенности глобоидальной передачи позволяют в 2—3 раза увеличить передаваемую ею мощность и долговечность при сохранении размеров редуктора.
Большим недостатком глобоидальной червячной передачи, затрудняющим ее обслуживание, является необходимость весьма точной установки червяка в осевом направлении, что требует назначения очень жестких допусков на изготовление ряда деталей редуктора, в том числе червячной пары. Это повышает стоимость редуктора и требует квалифицированного ухода за ним.
Двухступенчатые шестеренные редукторы используют в тех случаях, когда требуемое передаточное число не может быть осуществлено одной парой зубчатых колес.
В качестве примера двухступенчатого шестеренного редуктора центрального типа безрельсового подвижного состава на рис. 14.9 приведена конструкция редуктора троллейбуса ЗИУ-5.
Рис. 14.9. Шестеренчатый двухступенчатый редуктор при продольном расположении тягового двигателя (троллейбус ЗИУ-5)
Ведущая коническая шестерня 1 установлена в стакане 2 на двух радиально-упорных подшипниках 3 и двухрядном радиально-сферическом роликовом подшипнике 4. Внутренние обоймы подшипников через фланец 5, установленный на шлицах ведущей шестерни, распорные кольца 6 и 7 и маслоотражатель зажимаются гайкой 8. Стакан в сборе с ведущей конической шестерней 1 установлен в картере 9 редуктора.
Для регулирования зацепления ведущей 1 и ведомой 10 конических шестерен между торцовыми поверхностями картера 9 редуктора и стакана 2 установлены тонкие стальные прокладки 11.
Ведомая коническая шестерня 10 установлена на валу-шестерне 12, опирающемся на роликовые подшипники 13 и 14. Подшипники 13 и 14 зажимаются крышками 15 и 16. Для регулировки зацепления конической пары изменением числа регулировочных прокладок 17 шестерня 10 перемещается в осевом направлении.
После сборки и регулировки редуктора в картер устанавливается ограничительный болт 18, предупреждающий отжатие ведомой конической шестерни от ведущей.
Ведущая цилиндрическая шестерня 14 передает вращающий момент ведомой цилиндрической шестерне 19, жестко соединенной с коробкой дифференциала 20.
Вращающий момент от дифференциала через сателлиты 21 передается двум полуосевым шестерням 22, в которые на шлицах устанавливаются полуоси.
Дифференциал установлен на конических роликовых подшипниках 23, помещенных в разъемных опорах картера редуктора. Положение дифференциала и его опорных подшипников в осевом направлении регулируется корончатыми гайками 23.
Коническая пара имеет спиральное зацепление, выполненное в форме кругового зуба. Зацепление цилиндрической пары косозубое. Общее передаточное число редуктора равно 12.
В двухступенчатом редукторе тяговой передачи трамвайного вагона передача вращающего момента осуществляется аналогично схеме, описанной выше, но ведомая цилиндрическая шестерня жестко связана непосредственно с осью колесной пары.
На рис. 14.10 показан двухступенчатый редуктор трамвайного вагона КТМ-2.
Рис. 14.10. Шестеренчатый двухступенчатый редуктор тяговой передачи трамвайного вагона КТМ-2
Картер редуктора с одной стороны подвешен к раме кузова (см. рис. 13.12), а с другой через подшипники 1 опирается на ось колесной пары 3, как показано на рис. 14.10.
Установка конической шестерни 4 в стакане 5, его крепление и регулировка зацепления с коническим колесом 7 аналогичны конической передаче редуктора З’ИУ-5. На валу конической шестерни 4 расположен фланец 6 для передачи вращающего момента конической шестерне от тягового двигателя. Коническое колесо 7 находится на промежуточном валу-шестерне 8, установленном на роликовых радиально-упорных подшипниках 9 в крышках 10. Коническое колесо устанавливается на валу- шестерне на шлицах н крепится к нему болтами. Регулировка подшипников 9 и зацепления конической пары 7 и 4 осуществляется прокладками. Большое цилиндрическое колесо 11 запрессовано на втулку 12, расположенную на оси колесной пары.
Редуктор трамвайного вагона Т-2 (рис. 14.11) размещен в картере 1, который с двумя боковыми осевыми трубчатыми деталями 2 образует мост. Зубчатое зацепление редуктора состоит из пары цилиндрических косозубых колес 3 и 4 и пары конических колес 5 и 6 с общим передаточным числом 7,36. Картер 1 опирается на ось 7 подшипниками 8. На конце вала цилиндрической шестерни установлен фланец для соединения редуктора с карданным валом.
В последнее время все большее распространение получают двухступенчатые разнесенные редукторы с одной или двумя коническими парами шестерен, расположенными в центральной части картера, и с двумя парами цилиндрических шестерен, расположенными у колес. Такие двухступенчатые шестеренные передачи получили название передач бортового типа.
Рис. 14.11. Шестеренчатый двухступенчатый редуктор тяговой передачи
На рис. 14.12 показана конструкция тяговой передачи с редукторами бортового типа троллейбуса ТС-2, кинематическая схема которой аналогична схеме б, рис. 14.2. Ее особенностью и определяют применение в тяговом приводе троллейбуса двух тяговых двигателей, что позволило исключить из схемы редуктора механический дифференциал.
Центральную часть редуктора составляют два одноступенчатых редуктора с коническими зубчатыми шестернями 1 и 2. Ведущая шестерня 1 установлена в стакане 3 на подшипниках 4 и 5. Стакан 3 укрепляется в корпусе 6 крышкой 7. Вращающий момент от тягового двигателя передается через наружную передачу на фланец 8. Зубчатое колесо 2 крепится на шлицевом стакане 9, установленном в картере 11 на подшипниках 10. Зацепление конической пары зубчатых колес регулируется корончатыми гайками 12 и прокладками 13.
Бортовой редуктор представляет собой пару цилиндрических зубчатых колес 14 и 15, помещенных в картер, оборудованный мостовой балкой 16 н осью колеса 17. Цилиндрическая шестерня 14 установлена на подшипниках 18, зубчатое колесо — на подшипниках 19. Подшипники 18 и 19 фиксируются на посадочных местах крышками 20 и 21. Вращающий момент тягового двигателя от центрального редуктора на бортовой передается центральной полуосью 22, установленной на шлицах в шлицевом стакане 9 зубчатого колеса 2 и в ведущей шестерне 14 бортового редуктора. На ступицу колеса 23 от зубчатого колеса 15 бортового редуктора вращающий момент передается бортовой полуосью 24 через шлицевой фланец 25.
Таким образом, привод каждого ведущего колеса троллейбуса осуществляется через двухступенчатый редуктор своим двигателем.
Рис. 14.12. Конструкция разнесенного редуктора троллейбуса ТС-2
Рис. 14.13. Конструкция разнесенного редуктора троллейбусов ЗИУ-5Г и ЗИУ-9
Перераспределение вращающих моментов на ведущих колесах при их неодинаковой нагрузке (например, при повороте машины или буксовании одного из колес) происходит только за счет электрической схемы и тяговых свойств электродвигателей.
Рассмотренную конструкцию разнесенного бортового редуктора троллейбуса ТС-2 можно рассматривать как переходный вариант к индивидуальному приводу ведущих колес безрельсового подвижного состава.
На рис. 14.13 показан разнесенный двухступенчатый редуктор тяговой передачи троллейбусов ЗИУ-5 и ЗИУ-9 с механическим дифференциалом в центральном редукторе и бортовым редуктором планетарного типа. Стакан 1 ведущей конической шестерни 2 центрального редуктора установлен в корпусе 3, связанном с мостовой балкой 4 болтами 5. Коническое зубчатое колесо 6 крепится на корпусе 7 дифференциала, установленного на конических подшипниках 8 в корпусе 3. Установка ведущей шестерни 2 на конических подшипниках 9 и 10 и регулировка производятся прокладками 11 и 12.
Корпус планетарного редуктора передачи образован ступицей 13 колеса, установленной на опорных подшипниках 14 и 16, и крышкой 15. Подшипники 14 и 16 опираются на ось 17 колеса, жестко связанную с мостовой балкой 4. Планетарный редуктор образуют коронная шестерня 16, установленная на шлицах детали 19, укрепленной на оси колеса гайкой 24, водило 20 с сателлитами 21 и солнечная шестерня 22, связанная шлицами с полуосью 23. Вращающий момент тягового двигателя от центрального редуктора распределяется между бортовыми редукторами через полуоси 23 и затем через солнечные шестерни 22 и водило 20 передается на ступицы колес.