Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. В основном на автомобилях применяют простые ступенчатые коробки передач, переключение передач в которых происходит двумя способами: передвижением зубчатых колес или передвижением муфт.
Иногда автомобили оборудуют бесступенчатыми коробками передач с плавным изменением передаточного числа и комбинированными коробками передач, в которых использованы оба способа изменения передаточного числа.
В простой ступенчатой коробке передач (рис. 1) имеются три вала: ведущий (первичный) А, связанный через сцепление с коленчатым валом двигателя; ведомый (вторичный) Б, соединенный через карданную передачу и другие механизмы с ведущими колесами автомобиля; промежуточный В.
С ведущим постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 8, жестко соединенным с промежуточным валом. При включении сцепления вращаются ведущий и промежуточный валы.
Рис. 1. Схема трехступенчатой коробки передач: А - ведущий вал; Б - ведомый вал; В - промежуточный вал; Г - ось зубчатого колеса передачи заднего хода; 1-8 - зубчатые колеса
На ведомом валу установлены подвижные зубчатые колеса 2 и 3, а зубчатые колеса 7, 6 и 4, так же, как и колесо 8, жестко соединены с промежуточным валом. Отношение числа зубьев ведомого зубчатого колеса к числу зубьев ведущего колеса, обратное отношению их частот вращения, называют передаточным числом. Например, передаточное число передачи, состоящей из зубчатых колес 8 и 1,
где z8 - число зубьев ведомого зубчатого колеса 8;
z1 - число зубьев ведущего зубчатого колеса 1.
Когда какое-либо зубчатое колесо ведомого вала входит в зацепление с одним из зубчатых колес промежуточного вала, крутящий момент от двигателя через ведущий, промежуточный и ведомый валы коробки передач передается карданной передаче и далее на ведущие колеса автомобиля.
Для включения первой передачи колесо 3 передвигают вперед, вводя его в зацепление с шестерней 6 первой передачи промежуточного вала.
Общее передаточное число первой передачи определяют как произведение передаточных чисел отдельных пар зубчатых колес, т.е.
где z3 и z6 - числа зубьев соответственно колеса 3 и шестерни 6.
При включении первой передачи крутящий момент Мк на ведомом валу коробки передач увеличивается по сравнению с крутящим моментом двигателя Мд в u1 раз, т.е.
и имеет максимальную величину, так как шестерня 6 является наименьшей из зубчатых колес промежуточного вала, а колесо 3 - наибольшим из зубчатых колес ведомого вала.
Первой передачей пользуются при движении автомобиля в самых тяжелых дорожных условиях, на крутых подъемах, а также при трогании с места на плохой дороге и с грузом.
Вторая передача обеспечивается включением зубчатых колес 2 и 7. Тогда
где z2 и z7 - числа зубьев зубчатых колес соответственно 2 и 7.
Вторая передача является промежуточной. В приведенной схеме трехступенчатой коробки она единственная.
В четырех- и пятиступенчатой коробках передач может быть две или даже три промежуточные передачи.
При включении прямой (в данном случае третьей) передачи ведущий и ведомый валы соединяются непосредственно через зубчатые колеса 1 и 2 (u3 = 1). Прямая передача является основной передачей, используемой при движении автомобиля по хорошей дороге.
Переключение передач выполняют при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и их повышенным износом. Поэтому на автомобилях часто применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес, отличающиеся высокой долговечностью.
С зубчатым колесом 4 промежуточного вала в постоянном зацеплении находится промежуточное зубчатое колесо 5 передачи заднего хода, которое на рис. 1 условно изображено в плоскости чертежа. Для включения передачи заднего хода зубчатое колесо 3 передвигают назад, вводя его в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 5 передачи заднего хода, свободно вращающимся на своей оси.
1.2 Работа пятиступенчатой коробки передач
Пятиступенчатая коробка передач создана на базе четырехступенчатой коробки, поэтому схемы передачи крутящего момента с первичного вала на вторичный на всех передачах переднего хода, за исключением пятой передачи и заднего хода, аналогичны с четырехступенчатой коробкой передач. То есть крутящий момент от коленчатого вала двигателя через сцепление передается на первичный вал и через шестерни и постоянного зацепления на промежуточный вал.
Блок шестерен промежуточного вала имеет постоянное зацепление с шестернями третьей, второй и первый передач вторичного вала. Поэтому они вращаются от промежуточного вала как при включенной, так и при выключенной передаче. Кроме того, вместе с промежуточном валом вращается блок шестерен, от большого венца которого вращение передается на шестерню пятой передачи.
Так как шестерни свободно посажены на вторичном валу, то при нейтральном положении рычага переключения передач ни одна из этих шестерен не передает крутящий момент на вторичный вал. При трогании автомобиля с места и преодолении тяжелых участков дороги включается I передача. При этом скользящая муфта, входя в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора шестерни первой передачи, соединяет ступицу с шестерней. Крутящий момент от шестерни через муфту и ступицу передается на вторичный вал.
Передаваемый крутящий момент увеличивается в соответствии с передаточным числом первой передачи. При дальнейшем разгоне автомобиля переходят с первой передачи на вторую. В этом случае муфта соединяет ступицу с зубчатым венцом шестерни второй передачи, и крутящий момент от шестерни через муфту и ступицу передается на вторичный вал. Величина крутящего момента снижается и по сравнению с прямой передачей будет увеличена в 2,1 раза, скорость автомобиля увеличится.
При переходе на третью передачу скользящая муфта другого синхронизатора соединяет ступицу с венцом шестерни. Крутящий момент передается от шестерен через муфту и ступицу на вторичный вал. Величина крутящего момента несколько снижается, а скорость увеличивается. При включении четвёртой передачи муфта ходит в зацепление с зубчатым венцом ведущего вала, т.е. соединяет на прямую первичный и вторичный валы коробки передач.
В этом случае частота вращение первичного и вторичного валов будет одинаковой, и величина крутящего момента не изменяется. Эта передача называется прямой. При включении пятой передачи скользящая муфта соединяет ступицу с зубчатым венцом шестерни. Крутящий момент будет передаваться от первичного вала через шестерни постоянного зацеплении и на промежуточный вал. От него на блок шестерен и от большого венца блока на ведомую шестерню пятой передачи, затем через муфту и ступицу на вторичный вал. При этом величина крутящего момента будет минимальной, а скорость максимальной. Задняя передача включается перемещением рычага переключения передач вправо, затем нажатием на него вниз и перемещением назад по ходу автомобиля. При этом промежуточная шестерня заднего хода входит в зацепление с малым венцом блока шестерен и с венцом шестерни заднего хода.
При перемещении промежуточной шестерни головка штока нажимает на шарик штока включателя и утапливает его. Цепь лампы света заднего хода замыкается, и сигнализирует белым цветом о включенной задней передаче. При включённой передаче, когда вращается вторичный вал, происходит передача вращения на ведущую шестерню привода спидометра. От нее вращение передается на ведомую шестерню привода спидометра и через пару косозубых шестерен на валик привода троса спидометра; трос приводит в действие спидометр.
Детали коробки передач смазываются трансмиссионным маслом, которое заливается в количестве 1,55 л. При вращении валов и шестерен образуется масленый туман. Масло через радиальные отверстия в ведомых шестернях поступает к посадочным пояскам вторичного вала, на которых расположены эти шестерни. За счет каналов на этих поясках образуется масленая пленка, не допускающая прямого контакта металлических поверхностей шестерен и вала.
Герметичность картера коробки передач обеспечивается сальниками первичного и вторичного валов и уплотнительными прокладками, которые установлены между картером и нижней и задней крышками. Чтобы уменьшить напор масла на сальник вторичного вала, на валу устанавливается маслоотражательная шайба. Осевые усилия, возникающие при передаче крутящего момента через косозубые шестерни, воспринимаются шариковыми подшипниками валов, которые фиксируются в своих гнёздах установочными кольцами (промежуточный подшипник вторичного вала стопорной пластиной), а на валах пружинными шайбами и стопорными кольцами. Простая конструкция коробки передач, косозубые шестерни постоянного зацепления и синхронизаторы обеспечивают долговечную и бесшумную работу коробки передач. Ее обслуживание сведено к минимуму: проверке уровня и замене масла.
На автомобилях ВАЗ-2107 устанавливается пятиступенчатая коробка передач. Она создана на базе четырехступенчатой коробки и отличается по внешнему виду формой задней крышки, в полости которой на конце ведомого вала размещена пятая ступень. Введение дополнительной пятой передачи расширило диапазон скоростей движения автомобиля, за счёт чего достигается работа двигателя на наиболее экономичных режимах, а также улучшаются условия работы двигателя.
Это в свою очередь, увеличивает долговечность его работы. Передаточные числа одноименных передач у пяти- и четырехступенчатой коробок одинаковые. Передаточное число пятой передачи - 0.82. В связи с тем, что пятиступенчатая коробка передач сконструирована на базе четырехступенчатой коробки, многие её детали имеют одинаковое устройство и взаимозаменяемы. Коробка передач так же трехвальная, то есть состоит из первичного, вторичного и промежуточного валов. Первичный вал идентичен с валом четырехступенчатой коробки.
Вторичный вал отличается своей задней частью, на которой расположены детали пятой ступени. Промежуточный вал отличается тем, что в заднем торце имеет резьбовое отверстие для болта крепления блока шестерен пятой передачи и заднего хода. Ведомые шестерни третьей, второй и первой передач, детали синхронизаторов, подшипники валов унифицированы с одноименными деталями четырехступенчатой коробкой передач.
Таким образом, конструкция деталей, расположенных в полости картера коробки, одинакова с четырехступенчатой коробкой. Детали пятой передачи и заднего хода расположены в полости задней крышки. Вместе с ведомой шестерней заднего хода на ведомом валу одной шпонкой крепится ступица муфты синхронизатора пятой передачи. За ступицей расположена упорная шайба и втулка, на которой вращается шестерня пятой передачи. Между втулкой шестерни и ведущей шестерней привода спидометра зажата маслоотражательная шайба. Она уменьшает выброс масла в сторону сальника, улучшая условия его работы. Задний конец вторичного вала вращается на роликовом цилиндрическом подшипнике, т.к. нагрузка на задний конец вала увеличилась. На шлицах вала крепится фланец эластичной муфты. Все детали, расположены на вторичном валу, поджимаются гайкой, которая фиксируется стопорной шайбой.
На цилиндрическом пояске гайки расположен резиновый уплотнитель, а на конце вала центрирующее кольцо и ее стопорное кольцо. На шлицах промежуточного вала крепится стяжным болтом блок шестерен пятой передачи и заднего хода. Задней опорой для блока шестерен является роликовый цилиндрический подшипник. Блок шестерен имеет два венца.
Большой венец находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней пятой передачи. С малым венцом входит в зацепление промежуточная шестерня при включении задней передачи. Промежуточная шестерня расположена на оси, которая крепится в перегородке картера коробки гайкой с тарельчатой пружинной шайбой. Другой конец оси опирается в гнездо задней крышки. Привод переключения передач также незначительно отличается от привода четырехступенчатой коробки. Изменена конструкция штока и вилки включения задней и пятой передач.
На штоке крепиться стопорным болтом двойная вилка - она входит в паз промежуточной шестерни заднего хода, другая - в кольцевой паз муфты синхронизатора пятой передачи. Таким образом, при перемещении штока выполнено, так же, как и на других штоках, три гнезда под шарики фиксаторов. В вилке имеется паз, в который заходит нижний конец рычага переключения передач.
На конце штока крепится стопорным болтом головка, на которой выполнена лыска, которой головка воздействует на шток (шарик) включателя фонаря заднего хода. В дальнейшем при изменении конструкции привода планируется вместе с головкой штока изготовлять прилив с пазом под нижний конец рычага переключения передач, убрав этот прилив у вилки. В привод переключения передач введен новый механизм выбора передач. Он блокирует случайное включение задней передачи.
Механизм выбора передач состоит из направляющей пластины рычага, верхней и нижней шайб направляющей пластины, корпуса рычага переключения передач, блокировочной скобы заднего хода. Перечисленные детали стянуты тремя болтами, которыми механизм выбора крепится к гнезду задней крышки коробки передач. В пазах направляющей пластины установлены подпружинные направляющие планки, между которыми зажат нижний конец рычага переключения передач. Под действием пружин направляющих пластин рычаг переключения передач устанавливается в нейтральное положение, при котором конец рычага располагается в пазу головки включения III и IV передач.
При выключении V передачи, если рычаг перейдёт линию нейтрального положения, выступ рычага упрётся в отогнутый лепесток блокировочной скобы и дальнейшее перемещение рычага в сторону включения заднего хода прекращается. Этим самым исключается случайное включение задней передачи на ходу автомобиля и поломка деталей коробки передач. Чтобы включить заднюю передачи, следует нажать на рычаг вниз, чтобы сжать его пружину. При этом выступ рычага опустится ниже лепестка блокировочной скобы, и можно переместить рычаг переключения передач назад до полного включения задней передачи.