Для движения автомобиля задним ходом необходимо добавить еще одну шестерню между шестерней промежуточного и шестерней ведомого вала, что позволит ведомому валу изменить направление своего вращения. Для переключения передач необходимо обеспечить возможность жесткого соединения от дельных шестерен ведомого вала непосредственно с самим валом. На практике задача переключения передач оказалась не такой простой. Для безударного включения передач необходимо, что бы угловые скорости вращения шестерен на ведомом вале и скорость самого вала были равны. Переключение передач на первых автомобилях было довольно трудной задачей, с которой мог ли справляться только опытные водители, которые могли сочетать управление автомобилем с четкой работой педалями сцепления, «газа» и рычагом переключения передач. Процесс переключения передач в механических трансмиссиях существенно упростился после изобретения синхронизатора.
В трех ступенчатых коробках передач, выпускавшихся в 1940-х гг., синхронизаторы применялись между второй и высшей передачами, а переключение на первую передачу требовало двойного выжима сцепления (так называемая перегазовка). Сегодня современные ступенчатые коробки передач имеют синхронизаторы на всех передачах, независимо от количества ступеней. Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях. Конструктивно их совмещают в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.
Поперечное расположение коробки передач (рис. 1) позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке (рис. 2) 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 (при передаче крутящего момента участвует только одна пара шестерен).
Рис. 1. Пятиступенчатая двухвальная коробка передач легкового автомобиля с поперечным расположением двигателя: 1 -- задняя крышка картера коробки передач; 2 -- ведущая шестерня V передачи; 3 -- шариковый подшипник первичного вала; 4 -- ведущая шестерня IV передачи первичного вала; 5 -- первичный вал; 6 -- ведущая шестерня III передачи первичного вала; 7 -- картер коробки передач; 8 -- ведущая шестерня II передачи первичного вала; 9 -- шестерня заднего хода; 10 -- промежуточная шестерня заднего хода; 11 -- ведущая шестерня I передачи первичного вала; 12 -- роликовый подшипник первичного вала; 13 -- сальник первичного вала; 14 -- сапун; 15 -- фланец муфты; 16 -- подшипник выключения сцепления; 17 -- направляющая втулка муфты; 18 -- роликовый подшипник вторичного вала; 19 -- вторичный вал; 20 -- ось сателлитов; 21 -- ведущая шестерня привода спидометра; 22 -- шестерня полуоси; 23 -- коробка дифференциала; 24 -- сателлит; 25 -- картер сцепления; 26 -- пробка для слива масла; 27 -- ведомая шестерня главной передачи; 28 -- регулировочное кольцо; 29 -- роликовый конический подшипник дифференциала; 30 -- сальник полуоси; 31 -- ведомая шестерня I передачи вторичного вала; 32 -- синхронизатор I и II передач; 33 -- ведомая шестерня II передачи вторичного вала; 34 -- стопорное кольцо; 35 -- упорное полукольцо; 36 -- ведомая шестерня III передачи вторичного вала; 37 -- синхронизатор III и IV передач; 38 -- ведомая шестерня IV передачи вторичного вала; 39 -- шариковый подшипник вторичного вала; 40 -- ведомая шестерня V передачи вторичного вала; 41 -- синхронизатор V передачи; 42 -- игольчатый подшипник; 43 -- вилка переключения передач
Рис. 2. Конструкция двухвальной пятиступенчатой коробки передач при переднем приводе и продольном расположении двигателя (Москвич-2141): 1 -- фланец полуоси; 2 -- подшипник дифференциала; 3 -- ведущая шестерня редуктора привода спидометра; 4 -- коробка дифференциала; 5 -- ведомая шестерня главной передачи; 6 -- манжета (сальник); 7 -- подшипник выключения сцепления; 8 -- картер сцепления; 9 -- первичный вал; 10 -- сателлит; 11 -- полуосевые шестерни; 12 -- ось промежуточной шестерни заднего хода; 13 -- промежуточная шестерня заднего хода; 14 -- шестерня передачи заднего хода первичного вала; 15 -- шестерня I передачи первичного вала; 16 -- синхронизатор I и II передач; 17 -- шестерня II передачи первичного вала; 18 -- ведущая шестерня III передачи; 19 -- синхронизатор III и IV передач; 20 -- ведущая шестерня IV передачи; 21 -- ведущая шестерня V передачи; 22 -- синхронизатор V передачи; 23 -- выключатель света заднего хода; 24 -- вал переключателя передач; 25 -- переключатель передач; 26 -- шток вилок переключения V передачи и заднего хода; 27 -- шток вилок переключения III и IV передач; 28 -- шток вилок включения I и II передач; 29 -- плунжер; 30-- ведомая шестерня V передачи; 31 -- ведомая шестерня IV передачи; 32 -- ведомая шестерня III передачи; 33 -- ведомая шестерня II передачи; 34 -- ведомая шестерня I передачи; 35 -- ведомая шестерня заднего хода; 36 -- ведущая шестерня главной передачи; 37 -- картер главной передачи; 38 -- пробка маслосливного отверстия; а -- отверстие-сапун
передача коробка автомобиль
В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи (когда в передаче крутящего момента не участвуют шестерни) и максимальный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.
Максимальное передаточное число одной зубчатой пары коробки передач не должно превышать некоторого предела, близкого к 4, превышение которого приводит к увеличению габаритов и повышению уровня шума. Это ограничивает область применения двухвальных коробок передач только легковыми автомобилями малого класса.
Если двигатели с такими коробками устанавливаются поперечно в перед ней части автомобиля, то для конструкторов двухвальных коробок передач увеличение числа передач, а следовательно, и числа пар шестерен, представляет определенные трудности.
Продольная коробка передач может быть легко увеличена по длине для размещения дополнительных передач. Поперечно расположенный двигатель и коробка передач имеют ограничение по ширине, определяющееся расстоянием между колесными арками автомобиля. Так, конструкторы компании Volvo столкнулись с этой проблемой, когда потребовалось установить поперечно на автомобиле Volvo 850 пятицилиндровый двигатель. Эта проблема была решена за счет использования в конструкции коробки передач М56 дополнительного третьего вала. Два вала являются вторичными валами, на одном установлены промежуточные шестерни для первой и второй передач, а на другом -- промежуточные для пятой и задней. Промежуточные шестерни для третьей и четвертой установлены на первичном вале. Коробка передач имеет пять передач, три вала и два комплекта шестерен. За счет уменьшения числа шестерен на отдельном вале, появилась возможность выполнить валы короче, что позволило уменьшить длину коробки (до 335 мм) и увеличить их жесткость. При этом снижается шум при работе коробки и повышается ее долговечность. В настоящее время Volvo выпускает еще более короткую коробку передач с четырьмя валами.
и грузовых автомобилях и автобусах наиболее распространены трехвальные коробки передач. Такая коробка передач имеет первичный (ведущий), вторичный (ведомый) и промежуточный валы, на которых установлены шестерни различных передач. Отличительной особенностью трехвальной коробки передач является наличие прямой передачи с передаточным числом, равным 1, на которой первичный и вторичный валы соединяются напрямую и автомобиль движется большую часть времени.
На прямой передаче КПД трехвальной коробки передач больше, чем двухвальной, и работает она менее шумно. На остальных передачах, кроме передачи заднего хода, в трехвальной коробке передач в зацеплении находятся две пары шестерен, что несколько снижает КПД коробки, но позволяет иметь на первой передаче большое передаточное число.
В трехвальной коробке передач (рис. 3, а) на любой передаче, кроме прямой и заднего хода, крутящий момент двигателя от первичного вала 7 передается через шестерни 2 и 7 постоянного зацепления, промежуточный вал 5 и шестерни 6 и 3 на вторичный вал 4, соединенный с ведущими колесами автомобиля. При этом крутящий момент на промежуточном валу 5 больше крутящего момента на первичном валу 7, так как диаметр и число зубьев шестерни 7 больше, чем шестерни 2. В то же время крутящий момент на вторичном валу 4 больше, чем на промежуточном валу 5.
Рис. 3. Схема работы трехвальной коробки передач: а, б -- движение вперед; в -- движение задним ходом; 1 -- первичный вал; 2, 3, 6, 7, 8, 9 и 10 -- шестерни; 4 -- вторичный вал; 5-- промежуточный вал
При включении прямой передачи (рис. 3, б) крутящий момент передается непосредственно с первичного вала 7 на вторичной вал 4. На передаче заднего хода (рис. 3, в) промежуточная шестерня 9 вводится в зацепление между шестернями 8 и 10. Вследствие этого вторичный вал 4 коробки передач вращается в сторону, противоположную вращению первичного вала 7, -- автомобиль движется задним ходом.
Конструкция трехвальной коробки передач и число ее передач во многом зависят от типа автомобиля. Широко применяют четырех- и пятиступенчатые коробки передач.
Коробка передач легкового автомобиля ВАЗ (рис. 4) -- механическая, трехвальная, четырехступенчатая, с постоянным зацеплением шестерен, синхронизаторами и ручным управлением (неавтоматическая).
Коробка имеет четыре передачи для движения вперед и одну передачу для движения назад. Шестерни всех передач (кроме заднего хода) -- косозубые, что уменьшает шум при работе коробки передач; шестерни передачи заднего хода -- прямозубые. Передачи для движения вперед включаются с помощью синхронизаторов, а для движения назад -- передвижением промежуточной шестерни заднего хода. Переключаются передачи с помощью рычага, который имеет три хода вперед и назад от нейтрального положения.
Рис. 4. Коробка передач легкового автомобиля ВАЗ: а -- общий вал; б, г -- схемы коробки и синхронизатора; в -- синхронизатор; 1 -- первичный вал, 2, 12, 14 и 19 -- крышки, 3, 5, 6, 9, 10, 16, 17 и 23 - шестерни; 4 и 7 -- синхронизаторы; 8 -- вторичный вал; 11 и 29 -- пружины; 13-- рычаг; 15-- вилка; 18-- ось; 20-- пробка; 27 -- промежуточный вал, 22 -- картер; 24, 26 и 28 -- ползуны; 25 -- фиксатор, 27 -- замок; 30 -- кольцо; 31 -- ступица; 32 -- муфта
В отлитом из алюминиевого сплава картере 22 коробки передач на подшипниках установлены первичный (ведущий) /, вторичный (ведомый) 8 и промежуточный 21 валы. Первичный вал выполнен как одно целое с шестерней 3, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 23 промежуточного вала, представляющего собой блок шестерен. На вторичном валу свободно установлены шестерни 5, 6 и 9, соответствующие III, II и I передачам. Эти шестерни находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала. На вторичном валу также жестко закреплены ступицы синхронизаторов 4 и 7 и шестерня 10 заднего хода. Промежуточная шестерня 16 заднего хода свободно установлена на оси 18, При включении I или II передачи синхронизатор 7 соединяет соответственно шестерню 6 или 9 с вторичным валом коробки передач. При включении III или IV передачи синхронизатор 4 соединяет соответственно шестерню 5 или первичный вал / с вторичным валом. Передача заднего хода включается вилкой 75 введением в зацепление шестерни 16 с шестернями 77 и 10. Картер коробки передач закрывается крышками 2, 14 и 19. Под нижнюю 19 и заднюю 14 крышки установлены прокладки.
Синхронизатор (рис. 4, в, г) состоит из ступицы 37, скользящей муфты 32, блокирующих колец 30 и пружин 29. Ступица синхронизатора, закрепленная на вторичном валу коробки передач, имеет наружные шлицы, на которых установлена скользящая муфта 32 с внутренними коническими поверхностями. Блокирующие кольца 30 имеют наружные конические поверхности и внутренние зубья со скосами. Блокирующие кольца постоянно прижимаются пружинами 29 к скользящей муфте 32. Работа синхронизатора основана на использовании сил трения. Включение передачи возможно только после предварительного выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи за счет трения между коническими поверхностями скользящей муфты 32 и блокирующего кольца 30. Тогда зубья муфты входят в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора, выполненным на шестерне. В результате шестерня с помощью синхронизатора соединяется с вторичным валом -- передача включается.
В механизм переключения коробки передач входят рычаг 13 переключения, ползуны 24, 26 и 28 с вилками, шариковые фиксаторы 25 и замок 27. Рычаг 13 прижимается пружиной 11 к сферической поверхности крышки 12 шаровой опоры. Его фигурный конец при переключении передач перемещается в пазах вилок, установленных на ползунах. Вилки входят в выточки скользящих муфт синхронизаторов 4 и 7 и промежуточной шестерни 16 заднего хода. Шариковые фиксаторы 25 удерживают ползуны в нейтральном и включенном положениях, а замок 27 исключает одновременное включение двух передач. Замок состоит из двух блокировочных сухарей и штифта между ними. При перемещении среднего ползуна 26 оба сухаря выходят из его углублений и запирают крайние ползуны 24 и 28, исключая их смещение. При перемещении одного из крайних ползунов сухарь выходит из его углубления, блокирует средний ползун и, действуя через штифт на другой сухарь, запирает также другой крайний ползун, что исключает включение двух передач одновременно
Коробка передач крепится к заднему торцу картера сцепления. В нее через резьбовое отверстие с пробкой 20 заливают трансмиссионное масло. Внутренняя полость коробки передач через сапун сообщается с атмосферой. Масло из коробки сливают через резьбовое отверстие с пробкой, расположенное в нижней крышке 19.
i. 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 трехступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему еще больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.
Механизм переключения передач должен обеспечить четкое переключение, надежную фиксацию включенной передачи и предотвратить возможность одновременного включения нескольких передач. В его состав входят штоки, вилки и фиксаторы. В приводе включения применяют рычаги, тросы и в последнее время гидростатический привод. Для уменьшения трения ползуны механизма переключения покрывают тефлоном или применяют игольчатые подшипники в шарнирах.
3.Синхронизатор
передача коробка автомобиль
Синхронизатор (рис. 5) -- специальная фрикционная муфта, которая обеспечивает выравнивание угловых скоростей шестерен, свободно вращающихся на вале, с угловой скоростью самого вала при переключении передач и не допускает их соединения до момента, пока указанные скорости не сравняются. Синхронизатор обеспечивает бесшумное переключение передач, увеличение долговечности шестерен, снижение нервно-мышечной напряженности водителя из-за облегчения управления коробкой, повышение динамических свойств автомобиля и безопасности движения.
Рис. 5. Конструкция синхронизатора: 1 -- шестерня II передачи; 2 -- блокирующие кольца; 3 -- скользящая муфта включения II и III передач; 4 -- ступица; 5 -- стопорное кольцо; 6 -- пружина; 7 -- сухарь; 8 -- шарик; 9 -- шестерня III передачи
Принцип действия синхронизатора заключается в использовании инерции соединяемых деталей трансмиссии для предотвращения преждевременного включения передачи путем поворота запирающего звена - блокирующих колец и пальцев - относительно скользящей зубчатой муфты. Включение передачи при этом состоит из трех этапов.