Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Мои статьи

Статья 3. ВАЗ-2121 Нива как основа легкого вездехода.

Для  легких (полная масса 1500 кг) гусеничных вездеходов в качестве автомобиля – донора удобно использовать силовые установки заднеприводных и переднеприводных автомобилей. Гусениц – две, приводных колеса – тоже два.

Для легких колесных вездеходов с числом колес – 4 в качестве донора в большей степени подходят полноприводные автомобили.

Первым очевидным кандидатом на такую роль донора вездехода является автомобиль Нива.

Тут уже возникает значительное число вариантов применения узлов трансмиссии и всей силовой установки автомобиля Нива.

Максимальный крутящий момент доступных двигателей этого семейства составляет 135 Нм. Коробка переключения передач (КПП) имеет передаточное число 3,67 на первой передаче и 0,82 на пятой. Следовательно, КПП Нивы выдерживает на входе крутящий момент 135 Нм и при этом может создать на выходе крутящий момент до 135 Нм х 3,67 = 495 Нм.

После КПП у Нивы подключена двухскоростная раздаточная коробка (РК) с передаточными числами (ПЧ) 1,2 и 2,135. РК снабжена блокировкой дифференциала и именно по этой причине она обязана на каждом из двух выходных валов выдерживать крутящий момент 495 Нм х 2,135 = 1057 Нм. Итак, РК Нивы может выдержать крутящий момент на входе 495 Нм и создать на выходе крутящий момент 1057 Нм.  В этом месте (выход РК) начинается конфликт раздаточной коротки с мостами. Наличие блокировки дифференциала означает, что на выходе РК может появиться крутящий момент 1057 Нм, а мост Нивы может выдержать только половину этой нагрузки (528 Нм), поскольку это обычный (пусть и немного усиленный) мост семейства ВАЗ-2101 – ВАЗ-2107. В обычной жизни РК при блокировке дифференциала жестко связывает и приводит в движение два колеса Нивы - одно переднее и одно заднее, распределяя между ними избыточный крутящий момент.

Именно по этой причине ни в коем случае нельзя ставить на Ниву блокировки дифференциалов мостов. Эти блокировки неизбежно приводят к поломке полуосей мостов.

Нам при конструировании трансмиссии также следует придерживаться этого правила: если вы собираетесь делать блокировку дифференциала моста, то замените мост на более мощный. Какой? Выясним это позже.

Обычные мосты Нивы имеют ПЧ = 3,9.

Рассмотрим вариант колесного вездехода с переломной рамой или поворотными колесами. Здесь всю силовую установку Нивы будем использовать в полном объеме. Снова в качестве отправной точки берем минимальную скорость вездехода 1 км/час при 1000 об/мин двигателя. Делим 1000 об/мин на ПЧ 1-ой передачи КПП (3,67), затем на ПЧ пониженной передачи РК (2,135), затем на ПЧ главной передачи (ГП) моста (3,9) и получаем:

1000 / 3,67 / 2, 139 / 3,9 = 32,7 об/мин.

32.7 – это число оборотов в минуту полуосей мостов при минимальной скорости вездехода.

Возьмем для примера колеса чуть более скромного диаметра – 1300 мм, что позволит проектируемую трансмиссию сравнить с трансмиссией популярного вездехода ДИФ-4.

Длина окружности колеса 1300 мм х 3,14 = 4,08 м. 1км/час = 16,7 м/мин. При минимальной скорости колесо за минуту совершит 16,7 / 4,08 = 4,1 оборота.

Поскольку за минуту при минимальной скорости полуоси совершают 32,7 оборота, то между мостом и колесом необходимо установить бортовой редуктор (БР) с передаточным числом 32,7 / 4,1 = 8.

Получилась следующая схема трансмиссии колесного вездехода.

Рис.1

Подчеркну, что это вариант использования двигателя, трансмиссии и прочих узлов Ваз-2121 Нивы в максимально большом объеме. Из явных преимуществ схемы перед предыдущими схемами является наличие 10 скоростей, что в значительной степени снимает неудобство малой максимальной скорости вездехода.

При минимальной скорости 1 км/час максимальная скорость вездехода при 5600 об/мин составит 1 км/час х 5600 об/мин / 1000 об/мин х 2,135 (1 ПЧ РК) / 1,2 (2 ПЧ РК) х 3,67 (1 ПЧ КПП) / 0,82 (5 ПЧ КПП) = 44,6 км/час. Очень и очень неплохой результат.

Огромным преимуществом схемы является возможность включения блокировки главной передачи (ГП) раздаточной коробки (РК) только при необходимости. В обычном режиме все колеса движутся независимо, что самым благоприятным образом сказывается на проходимости по местности с сильно развитым рельефом и на ресурсе трансмиссии. Блокировку следует включать только при плохом сцеплении с почвой, когда жесткая связь колес между собой уже не столь пагубно сказывается на ресурсе трансмиссии.

Очень не рекомендую делать блокировку мостов. Лучше сделать раздельное торможение по бортам. Преимущество такого метода торможения рассмотрим в другой специализированной статье.

Что можно посоветовать по поводу бортового редуктора? Можно сделать двухступенчатый цепной редуктор, что, к сожалению, многие не любят. Такое решение трансмиссии позволяет обратить максимальное внимание на единственный сложный самодельный узел – бортовой редуктор (БР).

Можно пойти другим путем - найти ГП мостов Нивы с ПЧ более 4 и поставит поставить бортовые редукторы ГАЗ-71 с ПЧ тоже более 4. Минимальная скорость при этом будет несколько больше 1 км/час, но не настолько принципиально, чтобы отказаться от варианта трансмиссии, собранной на узлах заводского изготовления. Минимальная скорость будет порядка 2 км/час, что вполне допустимо для большинства типов почвы. Кроме того, повышение минимальной скорости вдвое означает и повышение максимальной скорости вдвое, что позволит вездеходу двигаться с динамикой небольшого грузового автомобиля.

Итак, вполне жизнеспособен вариант колесного вездехода с колесами 1300 мм и силовой установкой Нивы (двигатель, КПП, РК, мосты) плюс четыре бортовых редуктора ГАЗ-71. Это точно будет не хуже, чем трансмиссия ДИФ-4. И намного проще в реализации.

Еще лучше этот вариант с колесами БЕЛ-79.

Считаем тягу вездехода. На выходе РК максимальный крутящий момент будет 1057 Нм. Суммарный крутящий момент на колесах будет равен 1057 Нм х 3,9 (ПЧ ГП) х 8 (ПЧ БР) = 32978 Нм. Делим полученный момент на радиус колеса и получаем 32978 / 0,65 / 9,8 = 5177 кгс. Абсолютно чудовищная тяга, превышающая полную массу  вездехода более чем в три раза. Фактически это вариант для любителей динамичной езды. Будем считать, что запас – дело неплохое. Получили исключительно удачную тяговитую схему трансмиссии легкого колесного вездехода. Основные ходовые качества вездехода будут как минимум не хуже, чем у популярного вездехода ДИФ-4 при несравнимо более дешевой комплектации. Десять скоростей – тоже немаловажное преимущество перед ДИФ-4.

 

Рассмотрим теперь возможные реализации гусеничного и бортповоротного колесного вездеходов. Если перед нами стоит задача сохранить независимость всех колес при движении по сильно развитому ландшафту, то схема на рис. 1 полностью подходит для бортповоротного колесного варианта вездехода.

Если нас больше заботит вес вездехода (а также в случае гусеничной реализации вездехода), то необходимо расстаться с одним из мостов, поскольку он явно лишний. Сразу возникает проблема выравнивания крутящих моментов. Как это сделать? Ставить повышающий редуктор между раздаточной коробкой (РК) и мостом глупо. Убрать РК означает лишиться расширенного диапазона скоростей. Один из выходов следующий. Необходимо использовать двигатель с максимальным крутящим моментом, не превышающим 135 / 2 = 67,5 Нм. Это могут быть самые маломощные четырехцилиндровые двигатели ВАЗ с объемом двигателя до 1,2 литра. Можно дефорсировать двигатель Нивы. Можно использовать двигатели Оки или Матиза и аналогичные им. Главное – не превысить крутящий момент 67,5 Нм.

Считаем гусеничный вариант. Снова в качестве ведущей звездочки гусеницы используем автомобильный колесный диск диаметром 13 дюймов (330 мм). Длина окружности диска 330 мм х 3,14 = 1 метр. 1км/час = 16,7 м/мин. За минуту звездочка должна совершить 16,7 / 1 = 16,7 оборотов. Считаем ПЧ бортового редуктора (БР). Делим число оборотов полуосей моста при минимальной скорости (вычисляли выше) на число оборотов ведущей звездочки гусеницы и получаем 32,7 / 16,7 = 1,96. Это уже совсем интересно в плане разнообразия реализаций. Можно формально предложить рассчитать цепной редуктор, можно предложить бортовой редуктор переднего моста трактора Т-40, можно пойти по пути подбора передаточных чисел. В последнем случае следует найти ГП моста с максимальным ПЧ, а также уменьшить диаметр ведущей звездочки гусеницы.

Схема трансмиссии гусеничного вездехода будет выглядеть так.

Рис. 2

Считаем тягу. На мост не должен поступать крутящий момент более 528 Нм.

528 Нм х 3,9 (ПЧ ГП) х 1,96 ПЧ БР) / 0,165 (радиус ведущей звездочки гусеницы) / 9,8 = 2496 кгс (килограмм-сила), что также значительно превышает полную массу вездехода. Тяга борта будет составлять 1248 кгс, что гарантирует уверенный бортовой дифференциальный поворот.

Считаем колесный бортповоротный вариант. ПЧ бортового редуктора уже посчитано выше. ПЧ БР = 8. Тут ситуация совсем интересная. Если мы отказались от второго моста в угоду простоты и весу, то раздачу крутящего момента на колеса одного борта необходимо производить цепями. Именно для этого цепи и существуют, чтобы передавать крутящий момент на приличное расстояние. Если передаем момент цепью, то ничто не мешает сделать одноступенчатый цепной редуктор. Отсюда два решения. Либо от моста крутящий момент на колеса передается двухступенчатым цепным бортовым редуктором, либо от моста момент подается сначала на бортовой редуктор ГАЗ-71, а уже от БР ГАЗ-71 крутящий момент подается на колеса через одноступенчатый цепной бортовой  редуктор (ЦБР).

С учетом особенностей реализации трансмиссии тяга такого вездехода составит ровно половину от рассчитанного выше колесного варианта и составит 2589 кгс. Никаких проблем с дифференциальным бортовым поворотом, естественно не будет.

Схема трансмиссии колесного бортповоротного вездехода будет выглядеть так.

Рис. 3

Очень интересный вариант трансмиссии гусеничного вездехода получается, если оставить от Нивы двигатель, КПП и РК, а в качестве моста выбрать мост от УАЗа с максимально возможным передаточным числом главной передачи (ПЧ ГП = 5,38). В качестве приводной (ведущей) звездочки гусеницы выберем колесный диск автомобиля Ока на 12 дюймов. 12 дюймов = 304,8 мм. Радиус колеса 0,15 м. Длина окружности звездочки 0,957 м. 1 км/час = 16, 7 м/мин. За минуту звездочка должна при минимальной скорости совершить 16,7 / 0,957 = 17,45 оборота.

Считаем число оборотов полуосей моста при минимальной скорости.

1000 об/мин / 3,67 (1 ПЧ КПП) / 2,135 (1 ПЧ РК) / 5,38 (ПЧ ГП моста) = 23,72 об/мин.

Разница между оборотами полуосей и ведущей звездочки гусеницы при минимальной скорости не столь значительна, чтобы ставить бортовой редуктор. Схема трансмиссии вездехода получается очень простой.

Рис.4

Минимальная скорость вездехода будет равна 1 км/час х 23,72 / 17,45 = 1,36 км/час. Очень неплохой результат.

Считаем тягу. На выходе РК Нивы максимальный крутящий момент будет 1057 Нм.

1057 Нм х 5,38 (ПЧ ГП моста) / 0,15 (радиус звездочки гусеницы) / 9,8 = 3868 кгс (килограмм-сила). Тяга вездехода численно в 2,6 раза больше полной массы вездехода. Очень высокое значение.

Максимальная скорость составит 1,36 км/час х 5600 об/мин / 1000 об/мин  х 3,67 (1 ПЧ КПП) / 0,82 (5 ПЧ КПП) х 2,135 (1 ПЧ РК) / 1,2 (2 ПЧ РК) = 60,6 км/час при 5600 об/мин двигателя.

Получили схему скоростного тяговитого вездехода с минимальнейшими переделками заводских узлов. 

Таким образом, на базе ВАЗ-2121 Нива мы получаем большое количество возможных реализаций вездеходов как гусеничных, так и колесных с очень большой тягой, гарантирующей отличный дифференциальный поворот.

 

Отдельным заслуживающим внимание вариантов максимального использования частей автомобиля - донора является сборка колесного вездехода на базе кузова ВАЗ-2121 Нива.

Вместо двигателя ВАЗ-2121 и коробки ВАЗ-2121 ставим двигатель от автомобиля Ока ВАЗ-11113 с максимальным крутящим моментом 44,1 Нм и коробку переключения передач автомобиля Ока с передаточным числом главной передачи 4,1.

Получается следующая схема трансмиссии.

Рис. 5

Из схемы видно, что раздаточная коробки Нивы немного перегружена крутящим моментом, что требует достаточно аккуратного управления таким вездеходом. В остальном схема трансмиссии вполне пригодна для реализации. Очень хорошим обстоятельством является отсутствие бортовых редукторов и использование деталей автомобиля ВАЗ-2121 Нива в максимально возможном объеме.

Считаем минимальную скорость вездехода.

1000 об/мин / 3,7 (ПЧ КПП) / 4,1 (ПЧ ГП КПП) / 2,136 (1 ПЧ РК) / 3,9 (ПЧ ГП моста) = 7,9 об/мин. Это число оборотов полуосей мостов при минимальной скорости.

Длина окружности колеса 1,3 х 3,14 = 4,08 м. За минуту вездеход проедет 4,98 м х 7,9 об/мин = 32,2 м. За час вездеход проедет 32,2 м х 60 = 1932 м.

Минимальная скорость вездехода составит 1,9 км/час. Очень и очень неплохо с учетом отсутствия бортовых редукторов.

Тяга вездехода составит 1057 Нм (выход РК) х 3,9 (ПЧ ГП моста) / 0,65 (радиус колеса) / 9,8 = 647 кгс. Немного, но вполне хватит для очень легкого вездехода.

Если применить шины Бел-79 диаметром 1085 мм, то минимальная скорость будет 1,6 км/час а тяга 775, что существенно лучше, чем в варианте с колесами диаметром 1300 мм.

 

Здесь можно скачать PDF файл с нарисованными элементами трансмиссии.

http://off-roader.ru/load/ehlementy_transmissii/1-1-0-3

Категория: Мои статьи | Добавил: val_001 (21.02.2016)
Просмотров: 4381 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 2
avatar
1 лавр • 06:58, 02.03.2016
А чем плох цепной редуктор что его многие не любят
avatar
0
2 val_001 • 17:52, 03.03.2016
Специально выложил на эту тему сегодня статью. Резюме простое: мы просто не умеем делать цепные редукторы.
avatar