Коробки передач, назначение. Механические коробки передач, в

Некоммерческое образовательное учреждение «Русская Техническая Школа»
6. Механические коробки передач, в т.ч. раздаточные коробки передач и
коробки отбора мощности, общее устройство. Работа простой зубчатой
передачи. Понятие и термины: «ведущая шестерня», «ведомая шестерня»
«паразитная шестерня» «сателлитовая шестерня», «передаточное число».
Коробка передач служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов),
передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от
трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним
ходом.
Коробки передач, по характеру изменения передаточного числа, классифицируются
на:
1. Ступенчатые
2. Бесступенчатые;
3. Комбинированные;
По способу управления переключением передач различают коробки:
1. С непосредственным (ручным) управлением;
2. С дистанционным управлением;
3. С полуавтоматическим управлением;
4. С автоматическим управлением.
На автомобилях с ручным управлением трансмиссией применяются вальные
ступенчатые коробки передач с зубчатыми передачами. Зубчатые передачи КП
характеризуются фиксированными передаточными числами, обеспечивающими на всех
режимах работы нужное соответствие между рабочими характеристиками двигателя и
трансмиссии.
К основным элементам «ручных» коробок передач и элементам их управления
относятся:
1. «сухие» дисковые сцепления и их привод;
2. агрегат коробки передач с набором валов и зубчатых передач постоянного
зацепления;
3. механизм переключения передач.
Конструкции коробок передач могут различаться в зависимости от компоновочной
схемы автомобиля.
Наибольшее распространение получили двухвальные и трёхвальные коробки с
косозубыми шестернями постоянного зацепления. В единый блок с КП могут входить главная
передача и дифференциал, а у автомобилей с приводом на обе оси и раздаточный узел
(раздаточная коробка). В единый блок также может комплектоваться коробка отбора
мощности на вспомогательные механизмы (например, на лебёдку).
Коробки передач грузовых автомобилей дополнительно могут оборудоваться
мультипликатором (делителем) и/или демультипликатором*
*Делителем (мультипликатором) называется повышающий редуктор, демультипликатором называется понижающий
редуктор трансмиссии. Многовальные КП с делителями и демультипликаторами используют на грузовых автомобилях
большой грузоподъемности для увеличения числа передач с целью улучшения тягово-экономических свойств. Делитель
устанавливают перед КП; обычно он имеет две передачи – прямую и повышающую. Демультипликатор размещают за КП;
обычно он имеет две или три передачи. При применении указанных устройств число передач КП увеличивается и может
достигать значения 24 или выше.
Устройство ручной коробки передач показано на рисунке.
Так как для плавного и бесшумного переключения передач в коробке необходимо
синхронизировать (уравнивать) частоту вращения соединяемых элементов (валов, шестерён),
коробки оснащаются синхронизаторами (см. рис.).
Раздаточная коробка имеет устройство сходное с коробкой передач и служит для
распределения (раздачи) усилия на все имеющиеся ведущие мосты автомобиля. Иногда,
коробка передач и раздаточная коробка, конструктивно объединяется в одном корпусе.
Раздаточная коробка, как правило, имеет две передачи – высшую (прямую) и понижающую,
что удваивает общее число передач трансмиссии и позволяет подбирать передаточные числа
трансмиссии для движения в различных дорожных условиях, в том числе в условиях тяжёлого
бездорожья. В раздаточной коробке помещают механизм для включения/выключения одного
из мостов и главную передачу с междуосевым дифференциалом, если предусматривается
постоянный привод на все колёса. Так же, может иметься механизм блокировки междуосевого
дифференциала.
Работа простой зубчатой передачи
Изменение соотношения между числами оборотов коленчатого вала двигателя и
ведущих колёс автомобиля и изменение вследствие этого тягового усилия на колёсах
производится посредством зубчатых колёс (шестерён), из набора которых и состоит коробка
передач. При вращении малой ведущей шестерни находящаяся с ней в зацеплении большая
ведомая шестерня будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз её число зубьев
больше числа зубьев ведущей шестерни. Отношение числа зубьев (равно как, диаметра или
скорости вращения) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру/скорости вращения) ведущей
шестерни, называется передаточным числом (D2/D1 = n, где n – передаточное число пары
шестерён, D2 и D1 – диаметр ведомой и ведущей шестерни, соответственно).
Чем больше передаточное число пары шестерён, тем значительнее изменяются число
оборотов и крутящий момент, получаемые на валу ведомой шестерни по отношению к
ведущей шестерне.
На изменении передаточных чисел путём введения в зацепление шестерён с
различным диаметром основано действие коробки передач, раздаточной коробки и коробки
отбора мощности.
Задний ход автомобиля осуществляется способом введения в зацепление между
ведущей и ведомой шестернями, так называемой промежуточной шестерни, в результате чего
вал ведомой шестерни будет вращаться в противоположную сторону.
При работе передачи некоторая часть передаваемой мощности теряется на
преодоление сил трения в самих шестернях, в опорах их валов и на взбалтывание масла. Эти
потери оцениваются коэффициентом полезного действия (кпд) передачи, который
представляет собой отношение мощности полученной на валу ведомой шестерни, к мощности
на ведущей шестерне.
Для цилиндрической зубчатой передачи кпд составляет примерно 0,98, а для
конической пары шестерён примерно 0,97. Общий кпд нескольких зубчатых передач будет
равен произведению кпд отдельных пар шестерён.
Шестерёнчатые передачи широко применяются в различных приводах, включая
приводы валов. Типичным примером такого привода может служить шестерёнчатый привод
распределительного вала двигателя. В данном примере коленчатый вал и шестерня КВ
являются ведущими, а распределительный вал и его шестерня – ведомыми. Если валы удалены
друг от друга на расстояние, которое не позволяет соединить их посредством пары шестерён,
между ведущей и ведомой шестерней может помещаться одна или несколько шестерён,
именуемых промежуточными шестернями (см. рис). Промежуточная шестерня не несущая
полезной нагрузки, называется паразитной шестернёй.
Работу простой зубчатой передачи поясняет рисунок.
Работа ручной трёхвальной четырёхступенчатой коробки передач
Трёхвальная коробка передач (см. рис), имеет первичный (А), вторичный (В) и
промежуточный (С) валы. Валы опираются на подшипники качения, установленные в корпусе
коробки. Передний носок первичного вала опирается на подшипник, запрессованный в
выточку фланца коленчатого вала двигателя. Передний носок вторичного вала лежит в
игольчатом подшипнике, установленном в выточке шестерни (IV) ведущего вала. Шестерня
(IV) ведущего вала располагается на его заднем конце и изготовлена с валом, как одно целое.
На вторичном (ведомом) валу установлены косозубые шестерни первой (I), второй (II)
и третьей (III) передачи и синхронизаторы («d» и «f»). Шестерни имеют дополнительный
зубчатый венец для соединения с синхронизатором. Шестерни установлены на валу свободно
(т.е., не закреплены и могут вращаться независимо от вала). Синхронизаторы, в отличие от
шестерён первой, второй и третьей передач, закреплены на шлицах вторичного вала
посредством ступиц и поэтому могут вращаться с валом только совместно, а также могут
передвигаться по шлицам вала (ступицы) в осевом направлении. Синхронизаторы
управляются водителем посредством рычага переключения передач через штоки и вилки
механизма переключения
Промежуточный вал имеет четыре косозубые шестерни (1; 2; 3 и 4), выполненные
совместно с валом (как одно целое). Шестерни находятся в постоянном зацеплении с
одноимёнными шестернями вторичного вала.
При работающем двигателе, включённом сцеплении и нейтральном положении
синхронизаторов (т.е., муфты синхронизаторов не заблокированы ни с одной из шестерён), что
соответствует нейтральной передаче в коробке передач, ведущий вал (А) через шестерню (IV),
находящуюся в постоянном зацеплении с шестернёй (4) промежуточного вала (С), вращает
этот вал вместе с его шестернями 1, 2 и 3 и, входящие с ними в постоянное зацепление
шестерни I, II и III ведомого вала (В). Так как шестерни I, II и III сидят на валу свободно и не
могут передавать вращение, вторичный вал (В) остаётся неподвижным. Крутящий момент на
ведущие колёса не передаётся.
При включении любой из передач (например, первой передачи), скользящая муфта (в
рассматриваемом случае – f) посредством механизма переключения передач вводится в
зацепление с дополнительным зубчатым венцом шестерни первой передачи и, тем самым,
блокирует шестерню (I) на валу (В). Передача крутящего момента осуществляется по «цепи»:
первичный вал (А) и его шестерня (IV) – шестерня постоянного зацепления (4)
промежуточного вала (С) – шестерня (1) промежуточного вала (С) – шестерня (I) первой
передачи вторичного вала (В) – вторичный вал (В) – далее на трансмиссию.
При включении второй или третьей передачи в КП вращение на вторичный вал будет
передаваться через заблокированные синхронизатором шестерни, соответственно, второй или
третьей передачи.
При включении четвёртой передачи, первичный (А) и вторичный (В) валы
блокируются синхронизатором (d) «на прямую» через шестерню (IV) первичного вала (А).
Работа синхронизатора.
Синхронизатор (см. рис.) состоит из ступицы (1), скользящей муфты (2),
блокировочного кольца (3) и пружины (4).
Ступица шлицами посадочного отверстия установлена на шлицах вторичного
(ведомого) вала коробки передач (вал на рисунке не показан).
Скользящая муфта шлицами посадочного отверстия сидит на внешних шлицах
ступицы и может перемещаться по ним в осевом направлении посредством рычага
переключения передач через штоки и вилки механизма переключения. Внутренняя, рабочая
поверхность скользящей муфты (б) гладкая и имеет конусность (сужение конуса – внутрь
муфты).
Блокировочное кольцо, как правило, латунное (бронзовое), совместно с пружиной
закреплено посредством стопорного кольца (5) на дополнительном прямозубом венце (а)
шестерни передачи (6). Зубья внутренней части кольца входят в зацепление с краем
прямозубого дополнительного венца шестерни. Внешняя поверхность блокировочного кольца
имеет конусность (сужение в сторону скользящей муфты). На поверхность кольца нанесена
маслосгонная «резьба» (накатка) и имеются поперечные маслоотводящие канавки. Накатка и
канавки способствуют снятию и отводу с рабочей поверхности скользящей муфты излишек
масла. Шестерня свободно сидит на ведомом валу КП (вал на рисунке не показан).
При включении передачи скользящая муфта надвигается на шестерню (6), сжимая
пружину (4) и воздействуя на наружную конусную поверхность блокировочного кольца (3)
своей рабочей поверхностью, также имеющей конусность. При «затягивании» конусных
рабочих поверхностей блокировочного кольца, закреплённого на шестерне передачи и
скользящей муфты, закреплённой на шлицах вторичного вала через ступицу (1), за счёт
возрастающих сил трения происходит «притормаживание» как шестерни, так и вала и
уравнивание скоростей их вращения. Когда скорости вращения ведомого вала и шестерни
передачи сравняются, зубья внутреннего венца скользящей муфты войдут в зацепление с
зубьями дополнительного венца шестерни передачи. Передача будет включена.