Коробка передач

Коробка передач предназначена для изменения в широком диапазоне крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

- обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;

- бесшумность в работе и переключении передач;

- легкость управления;

- высокий КПД.

Передаточное число коробки передач равно отношению частот вращения ее ведущего и ведомого валов. Необходимость изменения передаточного числа определяется тем, что сопротивление движению автомобиля, зависящее от дорожных условий, меняется в широком диапазоне, а крутящий момент поршневого двигателя при максимальной подаче топлива – всего на 10 - 30%. Для быстрого разгона при трогании автомобиля с места и для преодолении значительных сил сопротивления движению, например, при движении на подъеме, нужно увеличить силу тяги в несколько раз по сравнению с тем значением, которое соответствует максимальному моменту двигателя. Такое увеличение силы тяги обеспечивает изменение передаточного числа.

По принципу действия коробки передач различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные. Ступенчатые коробки передач имеют механический привод перемещения шестерен по валам, а бесступенчатые позволяют изменять крутящий момент на ведущих колесах не меняя положения педали газа.

По характеру связи между ведущим и ведомым валами коробки передач делят на механические, гидравлические, электрические и комбинированные, а по способу управления – на автоматические и неавтоматические.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач. Число изменяемых передаточных чисел (передач) в таких коробках обычно равно четырем – пяти, а иногда восьми и более. Чем больше число передач, тем лучше используется мощность двигателя и выше топливная экономичность, однако при этом усложняется конструкция коробки передач и затрудняется выбор передачи, оптимальной для данных условий движения.

Долгое время на автомобилях применялись только трехвальные коробки передач. Крутящий момент от двигателя передается с помощью сцепления на ведущий (первичный) вал коробки передач, на котором имеется шестерня. Параллельно ведущему валу располагается промежуточный вал с набором соединенных с ним шестерен. Ведущий вал находится на одной оси с ведомым (вторичным) валом и может быть соединен с ним напрямую для получения прямой передачи с передаточным числом равным единице. Кроме того, одна из шестерен промежуточного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней ведущего вала, а другие - со свободно вращающимися на ведомом вале шестернями.

На рис. 15 представлены схемы направлений крутящего момента на передачах.

Рис. 15. Схемы направлений крутящего момента на передачах:

а – первой; б – второй; в – третьей; г – четвёртой; д- заднего хода

Первая передача включается перемещением муфты синхронизатора первой и второй передач назад, вследствие чего её зубчатый венец блокирует шестерню первой передачи на ведомом валу. Крутящий момент передаётся парами шестерён постоянного зацепления с ведущего вала на промежуточный и далее на ведомый вал. Передаточное отношение первой передачи наибольшее из всех передач переднего хода.

Вторая передача включается перемещением муфты того же синхронизатора вперёд, в результате чего на ведомом валу блокируется шестерня второй передачи. Направление силового потока в этом случае проходит через соответствующие шестерни постоянного зацепления всех трёх валов.

Третья передача включается по аналогии с первой перемещением муфты синхронизатора третьей и четвёртой передач назад. При этом на ведомом валу блокируется шестерня третьей передачи.

Четвёртая передача включается при перемещении муфты синхронизатора третьей и четвёртой передач вперёд. Внутренние зубья муфты в этом случае находят на зубчатый венец ведущего вала и крутящий момент передаётся без изменения на ведомый вал. Четвёртая передача является прямой.

Задний ход включается вводом в зацепление промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельном валике с прямозубой шестернёй промежуточного вала и зубчатым венцом на муфте синхронизатора первой и второй передач. Введение в схему передачи крутящего момента промежуточной шестерни позволяет изменять направление вращения ведомого вала коробки на обратное.

Нейтральное положение коробки передач получается в том случае, когда муфты синхронизаторов не зацеплены с соответствующими шестернями ведомого вала и передвижная шестерня заднего хода сдвинута назад. В этом положении крутящий момент от двигателя к колёсам не передаётся.

Для переключения передач необходимо обеспечить возможность жёсткого соединения отдельных шестерён ведомого вала непосредственно с самим валом.

Для безударного включения передач необходимо, чтобы угловые скорости вращения шестерен на ведомом вале и скорость самого вала были равны.

Зубчатые механизмы автомобильных коробок передач состоят обычно из цилиндрических зубчатых колес и выполняются или с неподвижными геометрическими осями зубчатых колес или планетарными (геометрические оси некоторых зубчатых колес могут вращаться вокруг общей оси механизма). Из двух находящихся в зацеплении зубчатых колес меньшее называют шестерней, большее – колесом.

Передаточное отношение – отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Если в передаче несколько пар, то для определения передаточного отношения надо перемножить значения этих пар.

Синхронизатор – специальная фрикционная муфта, которая обеспечивает выравнивание угловых скоростей шестерен, свободно вращающихся на вале, с угловой скоростью самого вала и не допускает их соединения до момента, пока указанные скорости не сравняются.

Синхронизатор (рис. 16) состоит из ступицы 4, которая установлена на шлицах ведомого вала. На наружной поверхности ступицы, также имеющей шлицы, прорезаны три паза 6, в которые заложены сухари 3. Выступы сухарей входят в кольцевую проточку на зубьях муфты 2, которая надета на наружные шлицы ступицы. Сухари прижимаются к внутренним зубьям муфты пружинными кольцами 5. На конические поверхности включаемой шестерни посажены свободно бронзовые блокирующие кольца 1, зацепленные с концами сухарей. Пазы в блокирующих кольцах, куда входят сухари, имеют ширину, наполовину большую сухарей. Пазы в блокирующих кольцах, куда входят сухари, имеют ширину, наполовину большую сухарей. Кроме того, блокирующие кольца имеют снаружи зубья, одинаковые по размерам с зубьями ступицы венца включаемой шестерни.

Рис. 16. Синхронизатор

При включении передачи муфта 2 под действием вилки переключения передвигается в сторону включаемой шестерни. Конусная поверхность блокирующего кольца начинает соприкасаться с конусной поверхностью шестерни. Поскольку в начальный момент включения частоты вращения кольца и шестерни не совпадают, на поверхностях соприкосновения возникают силы трения, поворачивающие кольцо в направлении вращения на величину зазора между пазом и сухарём. Зубчатый венец муфты устанавливается против зубьев на поверхности кольца, упираясь в них.

В результате трения между коническими поверхностями соприкосновения муфты и шестерни их частота вращения выравнивается. В этот момент кольцо поворачивается против вращения, сухари занимают центральное положение относительно пазов и утапливаются в них, а зубья муфты входят в зацепление с зубьями кольца и включаемой шестерни, блокируя её на валу. Лёгкости окончательной фазы включения способствуют торцевые скосы на зубьях сопрягаемых венцов.

Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях.

Поперечное расположение коробки передач позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке применяется главная передача с коническими или гипоидными шестернями; последняя является более сложной в изготовлении и регулировке. Основные достоинства двухвальных коробок передач:

- простота конструкции;

- малая масса;

- высокий КПД на промежуточных передачах.

В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи и максимальный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.

Трехвальные коробки передач характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время как у двухвальной – одна. Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передапч.

Многовальные коробки передач представляют собой четырех – шестиступенчатую трехвальную коробку передач со встроенным или совмещенным редуктором. Редуктор может быть повышающим или понижающим. Повышающий редуктор (делитель) устанавливается перед коробкой передач и предназначен для уменьшения разрыва между передаточными числами соседних передач, незначительно увеличивая диапазон. Делитель имеет обычно две передачи – прямую и повышающую, что позволяет увеличить число передач вдвое.

Понижающий редуктор (демультипликатор) размещается за коробкой передач. Демультипликатор выполняют двух или трёхступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему ещё больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.

Поиск по сайту: