Переключения передач – устройство, необходимое каждому автомобилю с двигателем внутреннего сгорания. Необходимость этого механизма обусловлена тем, что у любого двигателя довольно узок диапазон оборотов, где крутящий момент и мощность достигают своего максимума. И, кроме того, у каждого двигателя существует так называемая «красная зона» — предел частоты оборотов, который нельзя превышать во избежание поломок мотора.
Данная статья будет полностью посвящена тематике КПП, а именно – ее механической разновидности (МКПП). Ведь и «бывалому» водителю, и автолюбителю-новичку необходимо знать устройство механической коробки передач и ее принцип работы. Также в статье будут представлены графические схемы МКПП, рассмотрены ее основные неисправности и даны советы по правильной эксплуатации этого жизненно важного для автомобиля механизма.
Помимо механической, существуют и другие виды КПП – вариаторная, и автоматическая.
Вариаторная коробка передач является бесступенчатой. Самые важные детали вариатора – это раздвижные шкивы (их два) и ремень, который их соединяет. Соединительный ремень в разрезе имеет форму трапеции. Основной плюс вариатора – это постоянная работа мотора авто в оптимальном режиме. Также есть и дополнительные преимущества, к которым относится динамичность разгона, плавность движения и экономичность. В сравнении с «автоматом» ( , автоматической коробкой переключения передач), вариатор отличается весьма простой конструкцией. Но если сравнивать его с механической коробкой, то вариатор все же уступает ей в плане динамики и экономичности.
Кроме того, вариаторную коробку передач практически невозможно совместить с мощным мотором, поскольку этого не позволит недолговечность ремня. Обслуживать и ремонтировать вариатор – достаточно дорогое удовольствие, проще и дешевле будет заменить КПП. И еще один минус – это необходимость дополнительных механизмов для движения задним ходом и трогания с места.
Роботизированная КПП почти ничем не отличается от механической – крутящий момент так же передается от мотора к трансмиссии при помощи классического «сухого» однодискового сцепления. Но все же имеется такой нюанс: в роботизированной коробке автоматизированы процессы переключения передач и вкл./выкл. сцепления. Поэтому «робот» способен значительно упростить процесс управления транспортным средством – исчезает нужда вручную и, теряя драгоценное время, думать над тем, какую из передач включить в данный конкретный момент. Также к плюсам коробки-«робота» можно добавить ее относительную дешевизну, экономичность и малый вес.
Однако существуют и недостатки. Роботизированная КПП работает не слишком плавно, а переключение передач происходит со значительной задержкой. Кроме того, при высокой скорости движения, «робот» может реагировать на переключения рывками и толчками. Ручной режим здесь не поможет, поскольку сцеплением «командует» все та же электроника. Если сравнивать роботизированную коробку даже с простой АКПП, то четкость переключений «робота» значительно уступает «автомату». Следует также помнить, что при начале движения автомобиль с роботизированной коробкой делает небольшой откат. Исходя из всех перечисленных минусов, РКПП традиционно ставят на самые «бюджетные» модели авто.
Теперь перейдем к нашему «виновнику торжества», которому и посвящен данный материал – к . Как известно, МКПП – это механизм, передающий, преобразующий и меняющий направление крутящего момента от маховика двигателя. В «механике» ступени переключаются соответственно механически – передвижениями рычага переключения передач. Крутящий момент сперва передается на вторичный вал, а затем на колесный привод.
Что же подразумевается под термином «ступенчатая передача»? Традиционно им определяется устойчивый коэффициент передачи (так называемое передаточное число) между взаимодействующими шестернями валов – ведущего и ведомого. Этим «механик» отличается от, например, вариатора, где упомянутый коэффициент не привязан к передаточному числу и является плавающим. Другими словами, отношение количества зубьев шестерни ведомой к количеству зубьев шестерни ведущей и дает передаточное число. Эти числа отличаются на разных ступенях КПП. Наибольшее передаточное число получается на низшей ступени, а наименьшее наоборот – на высшей.
В целом принцип работы механической КПП достаточно прост, а комплект ее деталей невелик
Механической коробки передач можно назвать относительно несложным. В комплектацию МКПП входят:
В картере установлены подшипники, в которых вращаются валы КПП. Валы оборудованы наборами шестерен с различным количеством зубьев. Для бесшумности и плавности включения передач служат синхронизаторы – они уравнивают угловые скорости шестерен в процессе их вращения. Работа механизма переключения передач заключается в смене передач – ею и управляет водитель при помощи рычага. Блокировочное устройство позволяет удерживать передачи от нежелательного самовыключения. Замковое устройство предназначено для избегания включения одновременно двух передач.
Как уже говорилось выше, передаточное число определяется через соотношение числа зубьев шестерен, находящихся во взаимодействии. Например: первая передача = меньшая ступень = наибольшее передаточное число. Все механические коробки передач делятся на виды по количеству ступеней. Различают четырех-, пяти- и шестиступенчатые МКПП. В наши дни наиболее распространена «пятиступка» – 5-ступенчатая коробка – а вот 4-ступенчатую удастся встретить уже очень редко.
Помимо количества ступеней, МКПП делятся на виды также и по числу валов. Существуют трехвальные и двухвальные коробки. Трехвальными оснащаются машины с и задним приводом (в том числе и большегрузы), а двухвальные коробки передач чаще всего ставят преимущественно на легковые автомобили с передним приводом.
Устройство трехвальной кпп
В комплектацию трехвальной КПП входят:
В трехвальных КПП, как видно из их названия, работают три вала – ведущий (первичный), промежуточный и ведомый (вторичный). Ведущий вал обеспечивает передачу крутящего момента на промежуточный, с которым соединен при помощи шестерни. Вал промежуточный тоже оборудован блоком шестерней. Вторичный (ведомый) вал вращается независимо от первичного, хотя и расположен на одной оси с ним и также имеет блок своих шестерен.
Корпус механической коробки передач изготавливается из легкого металла. Внутри корпуса крепится весь механизм КПП, туда же заливается смазка (чаще всего – трансмиссионное масло, хотя в старых моделях советского образца использовался нигрол).
Расположения рычага переключения может быть различным: иногда рычаг находится непосредственно в коробке, а иногда монтируется на кузове. Механизм, отвечающий за дистанционное переключение передач в просторечии зовется «кулиса».
В комплектацию двухвальной КПП входят:
Итак, этот вид МКПП имеет только два вала. В целом же расположение и предназначение деталей двухвальной коробки аналогично трехвальной. Отличие состоит только в расположении валов (они стоят параллельно) и в принципе создания передачи – если в трехвальной она создается двумя парами шестрен, то в двухвальной работает одна пара. У двухвальной МКПП отсутствует прямая передача. Также в двухвальных коробках может применяться не один, а сразу несколько ведомых валов.
Для передачи заднего хода и в двух-, и в трехвальных коробках применяется дополнительный вал и промежуточная шестерня. Чтобы удерживать передачу включенной (также для всех видов КПП), используются фиксаторы. Чтобы одновременно не включались две передачи – предусмотрено устройство блокировки.
Синхронизаторы в коробках передач служат для бесшумного включения передачи за счет выравнивания угловой скорости шестерни и вала. В обычную комплектацию синхронизатора входят два блокировочных кольца, муфта, сухари и проволочные кольца. При помощи синхронизатора можно поочередно включить две шестерни вторичного (ведомого) вала.
Чтобы КПП долгое время служила вам верой и правдой – обращайтесь с ней соответственно. Главный совет при использовании рычага переключения – будьте грамотны в этом процессе. Также не забывайте время от времени менять масло в картере коробки. Если соблюдать эти простые пункты – коробка передач способна прослужить столько же, сколько и сам автомобиль, не напоминая о себе никакими неисправностями.
Основная часть поломок КПП связана именно с некорректным обращением с рычагом управления. Не дергайте рычаг быстрыми и резкими движениями – такая жесткая эксплуатация может в итоге повлечь за собой капитальный ремонт всей коробки, поскольку механизм переключения и синхронизаторы выйдут из строя очень быстро (собственно, это же касается и валов с шестернями).
Переводите рычаг плавно, делайте мини-паузы в нейтральной позиции – тогда будут срабатывать синхронизаторы, которые защитят от поломок шестерни.
Не забывайте периодически проверять уровень масла в картере! Доливайте его, если возникнет такая необходимость. Также в свое время потребуется полная замена масла – ее сроки указаны в инструкции по эксплуатации машины.
Видео — Принцип работы механической коробки передач МКПП
И, конечно – классический, всегда актуальный совет: прислушивайтесь к своей машине! Хороший водитель всегда чувствует своего железного друга и относится к нему бережно. При таком подходе вам не придется ремонтировать ни коробку передач, ни другие устройства вашего автомобиля.
Генпрокуратура начала проверку автоюристов
Как утверждают в Генпрокуратуре, в России резко возросло количество судебных разбирательств, которые ведут «недобросовестные автоюристы», которые работают «не для защиты прав граждан, а для извлечения сверхприбылей». Как сообщают «Ведомости», информацию об этом ведомство направило в правоохранительные органы, ЦБ и Российский союз автостраховщиков. В Генпрокуратуре поясняют, что посредники пользуются отсутствием должной осмотрительности...
Владельцы кроссовера Tesla пожаловались на качество сборки
По словам автомобилистов, проблемы возникают с открытием дверей и стеклоподъемниками. Об этом в своём материале сообщает The Wall Street Journal. Стоимость Tesla Model X составляет около 138 000 долларов, но, если верить первым владельцам, качество кроссовера оставляет желать лучшего. К примеру, сразу у нескольких владельцев заклинили открывающиеся вверх...
Парковку в Москве можно будет оплатить картой Тройка
Пластиковые карты «Тройка», использующиеся для оплаты общественного транспорта, этим летом получат полезную для автомобилистов функцию. С их помощью можно будет оплатить стоянку в зоне платной парковки. Для этого паркоматы оборудуют специальным модулем для связи с центром обработки транспортных транзакций Московского метрополитена. Система сможет проверять, достаточно ли средств на балансе...
О пробках в Москве будут предупреждать за неделю
На такую меру специалисты центра пошли из-за работ в центре Москвы по программе «Моя улица», сообщает Официальный портал Мэра и правительства столицы. В ЦОДД уже сейчас анализируют автомобильные потоки в ЦАО. На данный момент на дорогах в центре бывают затруднения, в том числе на Тверской улице, Бульварном и Садовом кольце и Новом Арбате. В пресс-службе ведомства...
Отзыв Volkswagen Touareg добрался до России
Как сказано в официальном сообщении Росстандарта, причиной отзыва послужила вероятность ослабления фиксации стопорного кольца на опорном кронштейне педального механизма. Ранее компания Volkswagen объявила об отзыве 391 тысячи «Туарегов» по всему миру по той же причине. Как поясняет Росстандарт, в рамках отзывной кампании в России на всех автомобилях будет...
Владельцы Mercedes забудут, что такое проблемы с парковкой
По словам Цетше, которые приводит Autocar, в ближайшем будущем автомобили станут не просто транспортными средствами, а персональными помощниками, которые здорово упросят жизнь людям, перестав провоцировать стрессы. В частности, гендиректор Daimler заявил, что вскоре на автомобилях Mercedes появятся специальные датчики, которые «будут отслеживать параметры организма пассажиров и корректировать ситуацию...
Названа средняя цена нового автомобиля в России
Если в 2006 году средневзвешенная цена машины составляла примерно 450 тыс. рублей, то в 2016 - уже 1,36 млн рублей. Такие данные приводит аналитическое агентство «Автостат», изучившее ситуацию на рынке. Как и 10 лет назад, самыми дорогими на российском рынке остаются иномарки. Сейчас средняя цена нового автомобиля...
Названы регионы России с самыми старыми автомобилями
При этом самый молодой автопарк числится в Республике Татарстан (средний возраст - 9,3 года), а самый старый - в Камчатском крае (20,9 года). Такие данные в своем исследовании приводит аналитическое агентство «Автостат». Как оказалось, помимо Татарстана, лишь в двух российских регионах средний возраст легковых автомобилей менее...
Фото дня: гигантская утка против водителей
Путь автомобилистам на одной из местных автотрасс преграждала… огромная резиновая утка! Фотографии утки моментально разошлись по соцсетям, где у них нашлось немало поклонников. Как сообщает The Daily Mail, гигантская резиновая утка принадлежала одному из местных автомобильных дилеров. Судя по всему, на дорогу надувную фигуру снес...
Внедорожник GMC превратили в спорткар
телье Hennessey Performance всегда славилось своим умением щедро добавлять дополнительных скакунов «прокачиваемому» автомобилю, но в этот раз американцы явно поскромничали. GMC Yukon Denali мог бы превратиться в настоящего монстра, благо, что 6,2-литровая «восьмерка» позволяет это сделать, но мотористы Hennessey ограничились достаточно скромным «бонусом», увеличив мощность мотора...
КАК выбрать и купить автомобиль, Покупка и продажа.
Как выбрать и купить автомобиль Выбор автомобилей, как новых, так и подержанных, на рынке огромен. И не потеряться в этом изобилии поможет здравый смысл и практичный подход к выбору машины. Не поддавайтесь первому желанию купить понравившийся автомобиль, внимательно изучите все...
Самый дорогой во всём мире автомобиль
В мире существует огромное количество автомобилей: красивых и не очень, дорогих и дешёвых, мощных и слабых, своих и чужих. Однако самая дорогая в мире машина одна – это Ferrari 250 GTO, именно 1963 года выпуска и только этот автомобиль считается...
Самая дешевая машина в мире – ТОП-52018-2019года
Кризисы и финансовая ситуация не слишком располагают для покупки нового автомобиля, тем более в 2017 году. Только ездить приходится всем, а покупать автомобиль на вторичном рынке готов не каждый. На то есть индивидуальные причины - кому происхождение не позволяет ездить...
Рейтинг ТОП-5: самая дорогая машина в миреК ним можно относиться как угодно - восхищаться, ненавидеть, любоваться, испытывать отвращение, но равнодушным они не оставят никого. Часть из них - это просто памятник человеческой бездарности, выполненный из золота и рубинов в натуральную величину, часть настолько эксклюзивны, что при...
Какой автомобиль купить новичку Когда долгожданные водительские права наконец-то получены, наступает самый приятный и волнительный момент — покупка автомобиля. Автопром наперебой предлагает покупателям самые навороченные новинки и неискушенному водителю очень сложно сделать правильный выбор. А ведь часто именно от первого...
Рейтинг 2018-2019: видеорегистраторы с радар детекторомТребования, которые предъявляются к дополнительному оборудованию в салоне автомобиля, растут стремительными темпами. Вплоть до того, что в салоне элементарно не хватает места для размещения всей необходимой аппаратуры. Если раньше обзору мешали только видеорегистраторы и ароматизаторы воздуха, то сегодня перечень девайсов, ...
Где можно купить новую машину в Москве? Количество автосалонов в Москве скоро достигнет отметки в тысячу. Сейчас в столице можно купить практически любой автомобиль, даже Ferrari или Lamborghini. В борьбе за клиента салоны идут на всевозможные хитрости. Но ваша задача...
Самые покупаемые машины в 2018-2019 году в России
Как выбрать новый автомобиль? Кроме вкусовых предпочтений и технических характеристик будущего автомобиля, вам может помочь список или рейтинг самых продающихся и популярных автомобилей в России в 2016–2017 году. Если автомобиль пользуется спросом, значит, он заслуживает вашего внимания. Очевидный факт россияне...
) представляет собой одно из самых распространенных устройств, способное изменять крутящие моменты двигателя. Данная коробка передач получила свое название в связи с механическим (ручным) способом переключения передач.
Механическую коробку передач относят к ступенчатым коробкам, так как крутящие моменты в ней изменяются с помощью ступеней. Ступенью называют пару взаимодействующих шестерен. Каждая из этих ступеней обеспечивает функцию вращения, имеющую определенную угловую скорость, или другими словами определенное передаточное число.
Передаточное число – это отношение числа зубьев главной шестерни, к определенному числу зубьев ведущей шестерни. Таким образом, различные ступени механической коробки передач могут иметь различные передаточные числа. Низкая передаточная ступень имеет большое передаточное число, а высшая – наименьшее число.
Конструкции коробки передач различают в зависимости от числа ступеней. Конструкция коробки передач может быть четырех, пяти, шести ступенчатой. Практически все современные автомобили оснащены пятиступенчатой коробкой передач.
Так же из большого разнообразия механических коробок передач выделяют два основных вида коробок передач:
Трехвальная коробка передач состоит из следующих деталей:
Функции основных составляющих деталей механической коробки передач.
Ведущий вал выполняет соединение со сцеплением. На ведущем валу расположены шлицы необходимые для ведомого диска сцепления. От ведущего вала через шестерню передается крутящий момент.
Промежуточный вал находится параллельно первичному валу. На промежуточном валу расположен блок шестерен, также расположенный с ним в зацеплении.
Ведомый вал находится рядом с ведущим валом на одной оси. Технический процесс производится с помощью торцевого подшипника расположенного на ведущем валу. При этом блок шестерен расположенный на ведомом валу, как правило, не закрепляется с валом, таким образом, осуществляет свободное вращение на нем. Блок шестерен ведомого и промежуточного вала и шестерня промежуточного вала работают в постоянном зацеплении.
Муфты синхронизаторов расположены между определенными шестернями ведомого вала. Действия синхронизаторов основаны на совмещаемости угловых скоростей ведомого вала, с угловыми скоростями самого вала при помощи силы трения. Данные муфты могут иметь крепкое зацепление с ведомым валом, и двигаются по ведомому валу в продольном направлении при помощи шлицевого соединения. Далее, на торцах муфты расположены зубчатые венцы, входящие в соединение с зубчатыми венцами блока определенных шестерен ведомого вала. Практически все современные коробки передач оснащены синхронизаторами, устанавливаемыми на всех передачах.
Механизм (устройство) переключения трехвальной коробки находится на корпусе коробки. Данный механизм состоит из рычага управления, а также ползуны с вилками. Механизм переключения имеет блокирующее устройство, которое предотвращает одновременное включение двух или трех передач. Также данный механизм может оснащаться дистанционным управлением.
Картер коробки передач содержит конструктивные части и механизмы, а также предназначается для хранения масла. Картер может изготавливаться из магниевого или алюминиевого сплава.
Схема работы трехвальной коробки передач
В момент нахождения рычага в нейтральном положении на ведущие колеса не передается крутящий момент. Во время перемещения рычага управления необходимая вилка производит перемещение муфты синхронизатора. Данная муфта синхронизирует угловые скорости ведущего вала и необходимой шестерни. После синхронизации зубчатые венцы муфты заходят в зацепление с зубчатыми венцами шестерни, таким образом, обеспечивая блокировку шестерни на ведомом валу. Функцией коробки передач является передача крутящего момента с определенным передаточным числом на ведущие колеса от двигателя.
Также коробка передач обеспечивает выполнение движения автомобиля задним ходом. Смена направления вращений производиться с помощью шестерни заднего хода, которая устанавливается на отдельной оси.
Состав двухвальной коробки передач .
Двухвальная коробка передач состоит из следующих деталей:
Устройство двухвальной коробки передач
Основные функции в двухвальной коробке передач выполняет ведущий вал, на котором крепко зафиксирован блок шестерен. Именно ведущий вал производит соединение со сцеплением.
На одной оси с ведущим валом располагается ведомый вал с определенным блоком шестерен. Данные шестерни обеспечивают постоянное зацепление с шестернями ведущего вала, и могут вращаться на валу без каких-либо препятствий. Также на ведомом валу крепко зафиксирована ведущая шестерня. Между этими шестернями находятся муфты синхронизаторов.
Для того чтобы уменьшить линейные размеры и увеличить число ступеней в коробке, вместо одного вала иногда устанавливают два или три ведомых вала. Каждый вал имеет крепко зафиксированную шестерню главной передачи. Данная шестерня обеспечивает зацепление с ведомой шестерней, и осуществляет работу трех главных передачи.
Главная передача вместе с дифференциалом могут передавать крутящий момент к передним колесам автомобиля от вторичного вала. Функцией дифференциала является обеспечение вращения колес имеющих разные угловые скорости.
Механизмы переключения двухвальной коробки передач имеют дистанционные действия, и, как правило, и располагаются отдельно от самого корпуса коробки передач. Связь между механизмом и коробкой осуществляется при помощи тяг и тросов. Тросовое соединение является наиболее простым, поэтому оно чаще применяется в механизмах переключения.
Данный механизм состоит из следующих деталей:
Следует отметить, что понятие «выбор передачи» означает поперечный ход рычага управления параллельно оси автомобиля. Термин «включение передачи» означает продольный ход рычага (движение или ход к конкретной передаче).
Как работает двухвальная механическая коробка передач.
Схема работы двухвальной коробки передач аналогична трехвальной коробке. Основной акцент уделяется на механизм переключения передач.
При включении необходимой передачи движение рычага подразделяется на продольное и поперечное. При включении поперечного движения рычага основное усилие будет передаваться на трос выбора необходимой передачи. Трос будет воздействовать на рычаг управления выбора передач. Данный рычаг будет осуществлять повороты центральных штоков вокруг его оси, таким образом, обеспечивая выбор передачи.
При продольном ходе рычага, усилие будет передаваться на трос переключения передачи, и далее на сам рычаг переключения необходимой передачи. Далее рычаг будет производить горизонтальное передвижение штока с вилками. Определенная вилка на штоке будет перемещать муфту синхронизатора, и осуществлять блокирование зубчатого колеса ведомого вала. Таким образом, крутящие моменты от двигателя будут передаваться на ведущие колеса.
Автоматическая коробка передач, которая имеет сокращенное название АКПП, или часто в обиходе ее еще называют коробка автомат, является устройством, служащим для изменения крутящегося момента. АКПП применяется в автоматической трансмиссии автомобилей. Гидромеханическая коробка передач также часто называется автоматической.
Коробка автомат состоит из таких устройств:
В автоматических коробках передач, которые устанавливаются на легковые автомобили с передним приводом, еще дополнительно в конструкцию включены дифференциал и главная передача.
Гидротрансформатор – это устройство, выполняющее функцию передачи и изменения крутящегося момента двигателя к коробке передач.
Конструкция гидротрансформатора состоит из таких основных деталей:
С коленчатым валом двигателя соединено насосное колесо, тогда, когда турбинное колесо связано непосредственно с механической коробкой передач. В пространстве между турбинным и насосным колесом находится реакторное колесо, являющееся полностью неподвижной деталью. Колеса гидротрансформатора имеют лопасти специфической формы, позволяющей свободно проходить рабочей жидкости. Стоит отметить, что для этой цели на лопастях предусмотрены каналы.
Блокировочная муфта выполняет функцию блокировки трансформатора, которая необходима в некоторых режимах работы автомобиля. Как правило, рабочей жидкостью заполнены все элементы, которые расположены в корпусе гидротрансформатора. Гидротрансформатор работает по замкнутому циклу. Поток жидкости передается от насосного колеса на турбинное колесо и уже после – на реакторное колесо. Поток скорости усиливается за счет конструкции лопастей. Крутящийся момент увеличивается за счет потока рабочей жидкости, который направляется на насосное колесо. Крутящийся момент гидротрансформатора может развивать максимальную величину при самой минимальной скорости. Коленчатый вал двигателя увеличивает частоту вращения с увеличением угловой скорости турбинного и насосного колес, при этом поток жидкости меняет свое направление. Реакторное колесо начинает вращаться только тогда, когда срабатывает муфта свободного хода. В режиме гидромуфты может работать гидротрансформатор, при этом только передавая крутящийся момент.
Гидротрансформатор блокируется при замыкании блокирующейся муфты с дальнейшим ростом скорости. Напрямую происходит передача крутящегося момента от двигателя к коробке передач.
В составе автоматической коробки передач механическая служит для изменения крутящегося момента, и она также может обеспечить движение автомобиля задним ходом. Коробки автоматы имеют в своей конструкции планетарные редукторы, которые характеризуются своей компактностью и возможностью автономной работы. Из нескольких планетарных редукторов состоит механическая коробка передач, которые последовательно соединены для совместной работы. Обеспечить нужное число ступеней работы может некоторое объединение планетарных редукторов. Современные оснащаются шестиступенчатыми, семиступенчатыми и восьмиступенчатыми коробками передач.
Редуктор планетарный, как правило, имеет планетарный ряд, который состоит из таких деталей:
В условиях блокировки нескольких элементов планетарного ряда, таких как коронная шестерня, солнечная шестерня, водило, производится передача вращения. Фрикционные тормоза и муфта осуществляет необходимую блокировку. Все элементы планетарного ряда блокирует муфта, при этом обеспечивая крутящимся моментом передачу. Конкретные элементы удерживает тормоз за счет соединения с корпусом коробки. Тормоз и муфта работают с помощью гидроцилиндров, управляющихся из распределительного модуля. Обгонная муфта, которая находится в конструкции коробки передач, выполняет функцию удерживания водила от вращения в противоположную сторону. Фрикционный тормоз и муфта являются механизмами, с помощью которых осуществляется переключение передач в АКПП.
Работа автоматической коробки передач заключается в выполнении некоторого алгоритма выключения и включения тормозов и муфты. Шестеренный насос выполняет функцию передачи рабочей жидкости в коробке автомат. Ступица гидротрансформатора приводит в действие насос. В автоматической коробке передач имеется соответствующая система, которая осуществляет охлаждение рабочей жидкости. В системе охлаждения двигателя находится теплообменник, способствующий охлаждению рабочей жидкости. Некоторые конструкции автоматических коробок передач имеют в своей конструкции отдельный радиатор.
Современные автоматические коробки передач управляются с помощью электронной системы, которая состоит из таких элементов:
Система в своей работе использует такие датчики:
Электронный блок управления, находящийся в автоматической коробке передач осуществляет обработку сигналов датчика и управляет сигналами, идущими на распределительный вал. Данная система в процессе своей работы использует программу, которая предусматривает гибкий алгоритм перехода на низшую и высшую передачу. Блок управления двигателем взаимодействует с блоком управления коробкой передач.
В системе АКПП имеется распределительный модуль, который состоит из электромагнитных клапанов, выполняющих функцию управления рабочей жидкостью и переключения передач. Электронный блок управляет работой электромагнитных клапанов.
Рычагом селектора осуществляется непосредственное управление автоматической коробкой передач.
Необходимый режим работы АКПП производится перемещением рычага в соответствующее положение:
Некоторые коробки передач позволяют осуществлять быстрое ускорение авто с помощью режима «Кик-Даун» путем быстрого переключения передач.
Вариатор – это особый вид механической бесступенчатой трансмиссии, которая способна плавно менять соотношение скорости вращения и вращающего момента во всем интервале тяговых усилий и скоростей. Главным плюсом вариатора или бесступенчатой коробки передач является оптимальное использование двигателя за счет координации нагрузки на автомобиль с работой коленчатого вала, что дает в результате высокую экономию топлива.
У вариатора есть универсальное название – Continuously Variable Transmission (трансмиссия с плавно изменяющимся передаточным числом) и аббревиатура – CVT. Учитывая предельную мощность вариаторов, их обычно используют на легковых автомобилях, однако, с учетом новых разработок в автомобилестроении, сфера их применения постоянно расширяется.
В упрощенном виде структура вариаторной коробки передач выглядит следующим образом:
Для обеспечения нейтрального положения коробки передач предназначены такие устройства:
На практике в автомобилестроении используются два типа вариатора – клиноременной и тороидный.
Обычно клиноременная трансмиссия имеет в своем устройстве одну или две ременные передачи, которые включают два шкива, скрепленные клиновидным ремнем. Шкив – это соединение двух конических дисков, которые раздвигаются или сдвигаются, тем самым варьируя его диаметр. Сам ремень состоит из конических металлических пластин. Таким образом, за счет трения, которые происходит между шкивом и боковиной клиновидного ремня, осуществляется передача вращения. В устройстве вариаторов Lineartronic и используется цепь из металла, поэтому они называются клиноцепными.
Из-за специфики устройства вариаторная трансмиссия не имеет возможности обратного хода. Для обеспечения заднего хода в подобных коробках передач применяются особые конструкции. Обычно в таких конструкциях используется один из классов механических редукторов – дифференциальный (или планетарный) редуктор.
Часто производители оснащают вариаторную трансмиссию электронными системами управления, которые осуществляют синхронизацию диаметра шкивов с режимом оборотов двигателя, а, также управляют сцеплением и работой планетарного редуктора.
Для управления вариатором имеется рычаг переключателя. Эти режимы соответствуют режимам работы автоматической коробки передач. Иногда в вариаторе может присутствовать возможность выбора передаточных отношений в одном конкретном режиме. Эта функция призвана устранить субъективный фактор отрицательного восприятия водителем постоянства оборотов двигателя при наборе скорости.
Трансмиссия автомобиля состоит из множества конструктивных элементов, однако важнейшим из них, безусловно, является коробка передач. Данный модуль выполняет сразу несколько функций:
Существует несколько типов коробок передач, которые отличаются друг от друга принципом действия и во многом формируют тип трансмиссии автомобиля:
В ступенчатых коробках крутящий момент силового агрегата изменяется ступенчато, то есть каждая ступень обеспечивает вращение с жестко установленной угловой скоростью или, если говорить другими словами, имеет конкретное передаточное число. Под этим термином подразумевается соотношение между количеством зубьев у ведомой и ведущей шестернями. Таким образом, все ступени в такой коробке имеют различные передаточные числа, причем более низкие ступени имеют большие передаточные числа, а более высокие – соответственно меньшие.
В свою очередь ступенчатые коробки передач делятся на два типа:
Механическая коробка передач (в обиходе ее часто называют просто «механикой», а сокращенно – МКПП) является ни чем иным, как многоступенчатым цилиндрическим редуктором, переключение передач в котором происходит в ручном режиме. Такой редуктор может иметь разное количество ступеней и, соответственно, механическая коробка передач может быть четырех-, пяти-, шести-, семиступенчатой, а в отдельных случаях иметь и больше ступеней.
По сравнению с другими коробками передач, «механика» имеет несколько плюсов. Прежде всего, это простота конструкции, из которой выплывает следующее преимущество – надежность. Еще одной важной особенностью является возможность ручного управления при любых режимах движения автомобиля. Подобные качества сделали механическую коробку передач наиболее распространенной среди всех типов коробок. Впрочем, в последнее время наблюдается рост популярности автоматических коробок, речь о которых пойдет немного ниже.
Роботизированная коробка передач (иногда ее еще называют автоматизированной коробкой, а в обиходе просто «роботом») является вариацией механической коробки, где функции переключения передач и включения/выключения сцепления автоматизированы. Современные «роботы» комплектуются двойным сцеплением, благодаря которому передача крутящего момента происходит без разрыва потока мощности. К тому же, роботизированные коробки передач на основе двойного сцепления заметно снижают расход топлива и обеспечивают более высокую динамику разгона по сравнению с другими видами КПП. Подобные качества принесли «роботам» высокую популярность, которая с каждым годом только увеличивается. По сути, «робот» сочетает в себе удобство коробки-автомата с надежностью и экономичностью механической коробки передач. Сегодня преселективные КПП можно увидеть как на бюджетных автомобилях от таких производителей как , и др., так и на автомобилях класса премиум ( , ). Наиболее известными являются роботизированные коробки передач Direct Shift Gearbox (), Sequential M Gearbox (SMG) и Изитроник.
Что касается бесступенчатых КПП, то к ним, прежде всего, относится вариаторная коробка передач, которую в обиходе называют просто «вариатором». Главным отличием такой коробки от своих ступенчатых собратьев является то, что в ней передаточные числа изменяются плавно. Такой эффект достигается благодаря механическому или же гидравлическому преобразованию крутящего момента.
Благодаря такой конструкции, автомобили, оснащенные вариаторами, обладают оптимальными динамическими характеристиками. Вместе с тем, у вариаторных коробок есть и свои ограничения. Одним из самых существенных является ограничение величины передаваемого крутящего момента. К тому же, некоторые конструкции имеют проблемы с надежностью и общим ресурсом работы. Как правило, вариаторы устанавливаются на автомобили японского производства ( , ). Что касается европейских компаний, то здесь вариаторные коробки чаще всего использует концерн . Наиболее известными конструкциями вариаторных КПП являются Экстроид и Мультитроник.
В автоматических коробках переключения передач (в обиходе их называют «автоматами», а сокращенно ) используется комбинированный принцип действия. Классическая АКПП состоит из гидротрансформатора, который заменяет механическое сцепление и обеспечивает безступенчатое изменение крутящего момента и механической коробки передач, которая, как правило, имеет вид планетарного редуктора. Также в современную коробку-автомат входят такие узлы, как система охлаждения рабочей жидкости, насос для подачи рабочей жидкости и система управления коробкой. У современных автоматов насчитывается семь (так называемые 7G-Tronic), а в некоторых случаях даже восемь передач.
Коробки-автоматы имеют как преимущества, так и недостатки. К преимуществам можно отнести высокую надежность и плавное переключение передач. К недостаткам таких коробок обычно относят низкую разгонную динамику и повышенный (по сравнению с другими коробками) расход топлива. В последнее время на рынке появились автоматические коробки передач, в которых предусмотрена функция имитации ручного переключения (Стептроник, ).
Сегодня под термином «коробка-автомат» подразумевается не только классическая коробка на основе гидротрансформатора, но также вариаторные и роботизированные КПП. Все эти коробки имеют электронное управление.
Еще одной разновидностью автоматической КПП является так называемая адаптивная коробка передач, которая способна адаптироваться под стиль вождения водителя.
Сцепление автомобиля предназначено для плавной и безударной передачи крутящего момента от коленвала двигателя к коробке переключения передач. Сейчас на подавляющем большинстве автомобилей устанавливается однодисковое сцепление. Данный узел автомобиля был разработан в конце IXX века. Ранее двигатель был связан с коробкой передач посредством кожаного ремня с изменяемым натяжением. Автомобильное сцепление имеет свой собственный корпус и устанавливается на двигатель и уже к нему крепится коробка переключения передач.
Важнейшей задачей современного сцепления, независимо от его конструкции и устройства является плавное отключение и подключение двигателя к трансмиссии автомобиля. Кроме того, сцепление защищает детали и узлы трансмиссии от резких перегрузок. Автомобильное сцепление может быть фрикционным, гидравлическим или электромагнитным. На данный момент широко распространено фрикционное сцепление, которое в свою очередь делится на подвиды:
Также стоит отметить, что существует и так называемое «мокрое сцепление». В конструкции мокрого сцепления, ведомые и нажимные диски, работают в какой-либо жидкости, которой чаще является специальное масло. В сухом агрегате жидкость не используется и соединение двигателя и КПП осуществляется за счет сухого трения.
Как уже было сказано, на данный момент практически на всех легковых автомобилях с механической КПП используется сухое однодисковое сцепление. Двух- и многодисковые агрегаты устанавливаются на грузовые или мощные спортивные легковые автомобили.
Сухое однодисковое сцепление состоит из следующих основных составляющий:
Ведущий диск, который также является маховиком, на котором устанавливается зубчатый венец для стартера, жестко крепится к коленчатому валу двигателя автомобиля. Маховик может состоять как из одной, так и из двух частей. Ведущий диск, состоящий из двух частей, называется двухмассовым и позволяет максимально сгладить рывки при включении сцепления. На большинстве автомобилей установлен простейший маховик.
На маховике закрепляется корпус нажимного диска сцепления, который чаще называют корзиной. В корзине установлен непосредственно нажимной диск, который закреплен в корпусе при помощи специальной диафрагменной пружины. Между ведущим и нажимным диском устанавливается ведомый диск, который имеет шлицы на ступице для соединения с первичным валом КПП и жестко зажат между маховиком и корзиной сцепления. Ведомые диски для большинства легковых автомобилей оборудованы демпферными пружинами, которые способствуют сглаживанию рывков и вибраций.
Нажимной или как его чаще называют – выжимной подшипник, расположен на муфте выключения сцепления, непосредственно на корпусе коробки переключения передач. Выжимной подшипник предназначен для воздействия на диафрагменную пружину корзины сцепления, которая в свою очередь перемещает нажимной диск. Подшипник перемещается посредством вилки, на которую воздействует трос или гидропривод сцепления.
Двухдисковое сцепление сухого типа состоит практически из тех же конструктивных элементов. Отличия состоят лишь в наличии второго ведомого диска и проставки между ними. Такое сцепление способно передать от двигателя к трансмиссии намного больший крутящий момент и имеет довольно большой ресурс работы. Однако, как показала практика, для легкового автомобиля вполне достаточно простого однодискового агрегата.
Несмотря на то, что устройство сцепления кажется весьма сложным, принцип его действия довольно прост. При нажатии на педаль, вилка с выжимным подшипником воздействует на диафрагменную пружину, тем самым отводя на определенное расстояние нажимной диск от маховика и освобождая ведомый – происходит выключение сцепления и отсоединение двигателя от КПП . При нажатой педали сцепления, водитель имеет возможность включить, выключить или же, переключить передачу.
При отпускании педали, вилка отводит нажимной подшипник от лепестков корзины, тем самым прижимая нажимной диск к маховику. За счет того, что между маховиком и корзиной расположен ведомый диск с фрикционными накладками, происходит плавная передача крутящего момента. Насколько плавно была отпущена педаль сцепления, настолько плавно передастся крутящий момент.
Продвинутый механизм переключения коробки передач, дающий возможность контролировать динамику автомобиля при любом режиме работы двигателя принято называть типтроник (Tiptronic). Независимо от того, тормозите вы, ускоряетесь или едите на пониженной передаче, Типтроник прекрасно справляется с контролем динамики, что выгодно отличает коробку передач с функцией Типтроник от обычной АКПП.
Впервые о торговой марке Типтроник автомобилисты узнали в 1989 году – именно тогда известный гигант немецкого автопрома зарегистрировал ее. Изначально Типтроник разрабатывалась исключительно для спортивных автомобилей, которым был необходим удобный механизм переключения передач на больших скоростях. Система позволяла быстрее переключать передачи, за счет меньшей траектории рычага управления.
>
Многие автомобили концерна оснащены коробками передач с этой системой. Система Типтронник используется в роботизированных коробках передач , S-Tronic и вариаторе . В автомобилях реализован аналог Типтроника – Стептроник (Steptronic). Название системы Типтроник стало нарицательным ввиду распространения ручного режима на автоматических коробках передач.
Существует неверное мнение, что Типтроник – отдельный элемент автоматической коробки передач, позволяющий перейти на ручное управление, но это не так. Типтроник не конструкция, а функция – коробка передач проектируется и собирается уже с системой Типтроник. Выбирая автомобиль, многие автолюбители, интересующиеся этой системой, верят обещаниям продавца, что Tiptronic можно установить в классическую коробку передач позже. Знайте, что это обман!
Для включения режима Типтроник, воспользуйтесь рычагом селектора автоматической коробки передач. Чтобы вам было понятней, обратите внимание на кулис селектора – на нем имеется специальный вырез, на котором указаны обозначения «+» и «-».
Существуют модели автомобилей, в которых по рулевым колесом имеется специальный переключатель, позволяющий перейти на ручное управление коробкой передач. Эти подрулевые переключатели часто называют «лепестками», выбрав определенную передачу, вы увидите ее изображение на дисплее информации.
В электронном блоке, управляющим работой коробки передач, имеется специальная программа, предназначенная для запуска системы. За активацию функции Типтроник отвечают два устройства: переключатель в селекторе коробки передач и переключатель под рулевым колесом.
Селектор коробки передач может быть оснащен несколькими переключателями (1-3). Один переключатель отвечает за включение и выключение, два других позволяют переключиться на нижнюю и на наивысшую передачу. При нажатии переключателя, сигнал поступает в электронный блок, в котором происходит активация алгоритма программы. Переключение передач осуществляется через блок управления.
Нажимая на лепестки, водитель производит активацию механизма, переводящего автоматическую коробку передач в ручной режим, без переключения селекторного рычага. Если необходимость в использовании подрулевых переключателей отпала, и водитель некоторое время не использует их, в системе срабатывает алгоритм, возвращающий коробку передач в автоматический режим работы. Это очень полезно начинающим автолюбителям: даже если водитель забудет переключить режим – «умный» алгоритм все сделает сам.
Функция Типтроник, реализованная в вариаторе срабатывает в результате запрограммированного алгоритма фиксированных передаточных чисел в вариаторе.
Вариатор мультитроник – это лучшая бесступенчатая коробка передач из когда-либо создававшихся в мире. Благодаря использованию данного устройства не только повышается комфорт при управлении автомобилем, но и достигается невероятно высокая топливная экономичность двигателя, а также значительно улучшаются динамические качества транспортного средства. Мультитроник устанавливается, как правило, на автомобили Audi премиум-класса.
Данная коробка передач состоит из восьми устройств, обеспечивающих по-настоящему идеальную езду автомобиля. Мокрое сцепление здесь представляет собой совокупность многодисковых муфт-фрикционов переднего и заднего хода. Для того чтобы избежать перегрева фрикционов, в коробке передач предусмотрено их принудительное охлаждение посредством отдельного потока рабочей жидкости. Муфты, установленные в мультитронике, выгодно отличаются от гидротрансформаторов, применяемых в обычных АКПП. По сравнению с последними, муфты более компактны, легки и удобны в управлении.
Для обеспечения комфортного управления автомобилем при езде задним ходом используется планетарный механизм. Когда машина движется вперед, фрикцион переднего хода полностью блокирует редуктор. При движении в обратном направлении начинает действовать уже фрикцион заднего хода, блокирующий коронную шестерню, что заставляет планетарный редуктор двигаться в другую сторону. При этом развить чрезмерно высокую скорость не получится: при движении задним ходом она ограничивается электроникой.
В мультитронике также используется вариатор, необходимый для плавного изменения передаточного числа. Данное устройство состоит из ведущего и ведомого шкивов, каждый из которых включает в себя по два диска с поверхностью конической формы. Ведущий диск соединяется через промежуточную передачу с коленчатым валом, в то время как крутящий момент с ведомого идет на главную передачу. Кроме того, каждый шкив имеет один подвижный диск, что позволяет менять диаметр шкива прямо во время работы.
В мультитронике впервые было внедрено техническое решение, позволившее значительно увеличить количество передаточных чисел. Этого удалось достигнуть за счет использования металлической цепи, работающей максимально тихо. Снижения шума удалось добиться путем использования звеньев с разным размером.
Привод обоих шкивов включает в себя прижимной и регулировочный гидроцилиндры. Если первый необходим для того, чтобы прижимать цепь к дискам, то регулировочный гидроцилиндр служит для регулировки передаточного отношения.
В мультитронике используется уникальная система управления коробкой передач, состоящая из гидравлического блока, входных датчиков и электронного блока управления.
Первый из перечисленных элементов отвечает за работу фрикционов и их охлаждение с помощью эжекционного насоса, за функционирование прижимных и регулировочных цилиндров, регулировку давления рабочей жидкости.
Циркуляция рабочей жидкости обеспечивается масляным насосом шестерного типа. Охлаждается она посредством масляно-водяного теплообменника, который является составной частью системы охлаждения двигателя.
Все входные датчики делятся на следующие устройства:
Выбор оптимального передаточного числа в зависимости от пожеланий водителя и дорожных условий производит электронный блок управления. Ориентируясь на сигналы, поступающие от датчиков, блок управления определяет оптимальное давление рабочей жидкости на конкретный момент времени и обеспечивает это давление, оказывая воздействие на электромагнитные клапаны.
Режимы управления мультитроником, имеющим механическое соединение с селекторным рычагом, совпадают с режимами АКПП. Кроме того, для возможности быстрого ускорения автомобиля в данной коробке существует режим Kick-Down. Здесь также реализована функция Tiptronic специально для тех, кто привык пользоваться механической коробкой.
В настоящее время на поток концерна AG поставлено производство роботизированной DSG, известной как Direct Shift Gearbox, которая устанавливается почти на все современные модели легковых автомобилей массового производства, и обеспечивает быстрое переключение передач, не прерывая мощности двигателя. Именно эти качества коробки в большей мере привлекают внимание автолюбителей.
При использовании роботизированной коробки, непрерывное поступление крутящего момента непосредственно от двигателя к колесам достигается посредством двух сцеплений и соответствующих им рядов передач. Конструкции новой роботизированной коробке DSG имеют шесть и семь ступеней.
7-я коробка имеет крутящий момент около 250 Нм и устанавливается на автомобили класса В и С, а так же отдельные модели класса D. Коробка передач, имеющая шесть ступеней, создает крутящий момент почти в 350 Нм. Она, как правило, устанавливается на легковые автомашины с более мощным двигателем.
В новой коробке крутящий момент передается на два ряда передач сцеплением, включающим ведущий диск. Его работу обеспечивает маховик, соединенный с диском через входную ступицу, которая, в свою очередь, взаимодействует с двумя фрикционными многодисковыми муфтами, связанными с рядами передач при помощи все той же главной ступицы.
Двойное сцепление шестиступенчатой коробки передач является «мокрым» типом, так как заливается маслом, в то время как семиступенчатая имеет обычное сцепление. Такая конструкция DSG позволяет потреблять масла всего 1,7 л, что значительно сокращает энергозатраты и повышает экономичность двигателя. Немаловажную роль так же играет и электрический масляный насос, который заменил гидравлический.
Первый ряд механизмов коробки передач используется при движении задним ходом и имеет нечетное число передач. За движение автомобиля передним ходом отвечает четное количество передач коробки. Оба ряда имеют вид первичного и вторичного валов, снабженных блоками шестерен.
Для переключения передач и управления сцеплением разработаны специальные системы, которые снабжены:
Вся система объединена в единый модуль, известный как Mechatronic, расположенный в картере. Входными датчиками производится контроль частоты вращения на входе и выходе роботизированной коробки DSG, температуры и давления масла, положение вилок при включении передач. Электронным блоком управления осуществляется алгоритмом управления коробкой передач на основании сигналов датчиков.
Работа гидравлических контуров управления роботизированной коробкой отслеживается электрогидравлическим блоком управления, который имеет следующие устройства:
Встроенный в коробку передач мультиплексор осуществляет контроль работы цилиндров переключения при помощи электромагнитных клапанов. Клапаны регулирования давления и клапаны электромагнитные являются основными механизмами в системе управления роботизированной коробки Direct Shift Gearbox. Электромагнитными клапанами осуществляется переключение передач, а золотники-распределители включаются в работу посредством рычага селектора.
Работа новой DSG осуществляется последовательным включением передач всех рядов, причем во время работы одной из передач, автомат выбирает вторую и готовит ее к включению, которое производится синхронизатором и муфтой. Эта операция управляется электроникой с гидравлическим усилителем.
Все инновации, применяемые в DSG, позволяют автомобилю быстро набирать скорость, что с успехом используется в спортивных автомобилях и не позволяет терять драгоценные секунды. При ее создании преследовалась цель уменьшения потерь крутящего момента, который создает большие нагрузки на трансмиссию и сцепление. Автолюбителями отмечено, что новая модель коробки передач нежнее, хорошо работает на автомашинах с меньшим крутящим моментом и позволяет в значительной мере экономить топливо.
4.Раздаточная и дополнительная коробки передач.
1. Назначение и типы коробок передач.
Назначение коробки передач - изменять силу тяги, скорость и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с уменьшением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъемах, по плохим дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Для этой цели и служит коробка передач, в которую входит также передача, позволяющая автомобилю двигаться задним ходом. Кроме того, коробка передач обеспечивает разъединение двигателя с трансмиссией.
Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.
Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Обычно коробки передач легковых автомобилей, малогабаритных автобусов и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности имеют четыре ступени, а коробки передач больших автобусов и грузовых автомобилей значительной грузоподъемности - пять ступеней. Все легковые автомобили отечественного производства, автобусы семейств РАФ, КАвЗ, ПАЗ и грузовые автомобили семейств У АЗ и Г АЗ имеют четырехступенчатые коробки передач, а автобусы семейств ЗИЛ, ЛАЗ и грузовые автомобили семейств ЗИЛ, «Урал», МАЗ и КамАЗ - пятиступенчатые.
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. К последним относятся коробки передач автобусов семейства ЛиАЗ, состоящие из гидротрансформатора, работающего совместно с двухступенчатой коробкой передач, и коробки передач легковых автомобилей семейств «Чайка» и ЗИЛ, а также коробки передач автомобилей-самосвалов семейства БелАЗ, состоящие из гидротрансформатора, работающего совместно с автоматической планетарной трехступенчатой коробкой передач. Бесступенчатое изменение передаточного числа в этих коробках осуществлено при помощи гидротрансформатора.
2.Схема и принцип работы ступенчатой коробки передач.
В простой ступенчатой коробке передач (рис. 126) 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 валом как одно целое изготовлено ведущее зубчатое колесо 1, находящееся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 8, жестко соединенным с промежуточным валом. При включении сцепления вращаются ведущий и промежуточный валы.
Рис. 126 - 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 чисел 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,
Ив = Z8/Z1, где Z8 - число зубьев ведомого зубчатого колеса 8; Z 1 - 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 ZЗ. 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 Дм в N раз, т. е. Z8 ZЗ.
МК = ДмU1 = Дм
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. Для легковых автомобилей передаточное число первой передачи Щ = 3 -;- 4, для автобусов И! = 3 -;- 7, для грузовых автомобилей UJ = 4 -;- 7.
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 соединяется непосредственно через зубчатые колеса 1 и 2 (Из = 1). Прямая передача является основной передачей, используемой при движении автомобиля по хорошей дороге.
Переключение передач выполняется 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. 126 условно изображено в плоскости чертежа. Для включения передачи заднего хода зубчатое колесо 3 передвигается назад, вводя его в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 5 передачи заднего хода, свободно вращающимся на своей оси.
3.Механизм управления коробкой передач.
Механизм управления, переключающий передачи, обычно расположен в крышке коробки передач и приводится в действие качающимся рычагом. Например, в механизме управления коробкой передач автомобиля ЗИЛ-130 рычаг 51 (см. рис. 129), установленный непосредственно на коробке передач, свободно качается в сферическом гнезде крышки коробки передач, опираясь на него шаровым утолщением. Рычаг удерживают пружина и фиксатор 50. Нижний конец рычага 51 входит в паз одной из вилок, установленных на ползунах 54 и 55. Движение рычага вперед или назад вызывает перемещение в противоположную сторону ползуна, вследствие чего его вилка передвигает зубчатое колесо или муфту, включая одну из передач. Для уменьшения хода рычага переключения передач при включении первой передачи или передачи заднего хода служит промежуточный рычаг 52, установленный на оси 49. Таким образом, ход рычага одинаков для включения всех передач: и при перемещении ползунов, связанных вилками с синхронизаторами, и при движении ползуна, передвигающего при помощи вилки зубчатое колесо 16 первой передачи и передачи заднего хода.
Точную установку зубчатых колес во включенном и выключенном положениях обеспечивают фиксаторы, состоящие из шариков 9 и пружин 10, размещенных вертикально в приливах крышки картера коробки передач. Шарики входят в углубления ползунов. На каждом ползуне есть три углубления: одно (среднее) для нейтрального положения и два для соответствующих передач. Расстояние между углублениями обеспечивает зацепление зубчатых колес по всей длине зубьев.
Случайное включение одновременно двух передач предотвращает замок, состоящий из штифта 11 и двух пар шариков 12. В случае перемещения одного из ползунов два других оказываются запертыми шариками. Для шариков замка на ползунах имеются соответствующие углубления. При перемещении среднего ползуна шарики выходят из его углублений, входят в углубления крайних ползунов и запирают их. Если перемещается один из крайних ползунов, то шарики выходят из его углублений и входят в углубление среднего ползуна, а другой крайний ползун запирается вследствие того, что штифт 11 смещается в его сторону и давит на шарики с другой стороны среднего ползуна. Чтобы привести в движение один из ползунов, два других должны быть поставлены в нейтральное положение.
Для включения первой передачи или передачи заднего хода необходимо приложить дополнительное усилие, чтобы рычагом 51 сжать до упора пружину предохранителя 48. Только после этого можно перевести рычаг переключения передач в положение, соответствующее включению первой передачи или передачи заднего хода.
Раздаточную коробку применяют для распределения крутящего момента от коробки передач между ведущими мостами автомобиля. В раздаточной коробке помещают также устройство для включения и выключения переднего ведущего моста.
На автомобилях, предназначенных для работы в тяжелых дорожных условиях, устанавливают дополнительную коробку передач с двумя понижающими или одной прямой и одной понижающей передачами, которые позволяют еще больше увеличить силу тяги на ведущих колесах при любой передаче в основной коробке передач. Дополнительную коробку передач, как правило, конструктивно объединяют с раздаточной коробкой.
Обычно понижающую передачу раздаточной коробки включают при использовании автомобиля в качестве тягача, буксирующего тяжелые при цепы, при движении на крутых подъемах и в трудных дорожных условиях. Например, раздаточная коробка грузового автомобиля ГАЗ-66 повышенной проходимости с двумя ведущими мостами представляет собой один агрегат с дополнительной двухступенчатой коробкой передач (рис. 134,а).
Ведущий вал 4 раздаточной коробки соединен карданной передачей с ведомым валом коробки передач. Передний шарикоподшипник вала 4 расположен в стенке картера раздаточной ко" робки, а задний роликоподшипник - в выточке зубчатого колеса 6, изготовленного как одно целое с ведомым валом при вода заднего моста. Вал 11 при вода переднего моста, вал при вода заднего моста и промежуточный вал 9 вращаются на шарикоподшипниках.
Перемещаясь по шлицам, зубчатое колесо 10 промежуточного вала может входить в зацепление с зубчатыми колесами 6 и 12, а зубчатое колесо5 ведущего вала с колесом 13. У зубчатого колеса 6 кроме наружного зубчатого венца есть внутренний венец для зацепления с зубчатым колесом 5. Зубчатые колеса 13 и 12 неподвижно закреплены на шлицах валов.
На выходящих из картера раздаточной коробки концах валов привода переднего и заднего мостов на шлицах.
Рис. 134 - Раздаточная коробка:
а - конструкция; б - блокировочное устройство; 1, 2 и 14 - пробки; 3 ~ сапун; 4 - ведущий вал; 5 - зубчатое колесо ведущего вала; 6 - зубчатое колесо ведомого вала; 7 - червячное колесо привода спидометра; 8 - червяк привода установлены фланцы карданных шарниров, закрепленные гайками с шайбами. 9 - промежуточный вал; 10 и 13 - зубчатые колеса промежуточного вала; 11 - вал привода переднего моста; 12 - зубчатое колесо привода переднего моста; 15 - колпак; 16 - сухарь; 17 - пружина; 18 и 25 - вилки; 19 и 20 - ползуны; 21 - гайка; 22 - кольцо; 23 - шайба; 24 – сальник.
Крутящий момент от ведущего вала 4 раздаточной коробки передается к переднему мосту зубчатыми колесами 5, б, 10 и 12. При введении зубчатого спидометра; колеса 5 в зацепление с внутренним зубчатым венцом колеса 6 ведомого вала включается высшая (прямая) передача заднего моста. Если также ввести зубчатое колесо 10 в зацепление с зубчатыми колесами б и 12, то будет включена прямая передача переднего моста. При перемещении зубчатого колеса 5 влево до зацепления с колесом 13 (зубчатое колесо 10. остается включенным) включается понижающая передача. В этом случае крутящий момент к заднему мосту передается через зубчатые колеса 5, 13, 10 и 6, а к переднему мосту через зубчатые колеса 5, 13, 10 и 12. Передаточное число понижающей передачи равно 1,96. Для удобства включения переднего моста зубчатые колеса 10 и 6 входят в зацепление постоянно на неполную длину зуба.
Масло в картер заливают через закрываемое пробкой 2 отверстие, которое используют также для контроля уровня масла. Масло сливается через отверстие, закрытое пробкой 1. Сапун 3 служит для вентиляции картера раздаточной коробки. Механизм управления раздаточной коробкой автомобиля Г АЗ-66 состоит из рычага переключения прямой и понижающей передач и рычага переднего моста. Оба рычага тягами связаны с ползунами раздаточной коробки. При переднем положении левого рычага передний мост автомобиля включен, а при заднем положении этого рычага - выключен. В случае перемещения правого рычага из нейтрального положения вперед включается прямая передача, а из нейтрального положения назад - понижающая передача.
При движении автомобиля в тяжелых дорожных условиях (грязь, песок, снег) включают передний мост. Однако этого не следует делать без необходимости, так как повышается расход топлива и ускоряется изнашивание шин и деталей трансмиссии. Во время движения автомобиля с включенной прямой передачей в раздаточной коробке передний мост включают без выключения сцепления.
Понижающую передачу в раздаточной коробке включают при движении автомобиля на подъеме или в тяжелых дорожных условиях. Эту передачу можно включить только после остановки автомобиля и включения переднего моста. Передний мост можно выключить только после переключения понижающей передачи в раздаточной коробке на прямую. Все это предохраняет детали карданной передачи и заднего моста от перегрузки. Блокировочное устройство (рис. 134,6), имеющееся в системе управления раздаточной коробкой, не позволяет включить понижающую передачу при выключенном переднем мосте и выключать передний мост при включенной понижающей передаче.
В картере раздаточной коробки могут перемещаться ползуны 19 и 20, на которых винтами, зашплинтованными проволокой, укреплены вилки 18 и 25. Между ползунами в стенке картера помещены два сухаря 16 с пружиной 17 между ними. Выходное отверстие для сухарей закрыто ввернутой на резьбе пробкой 14. Отверстия со стороны наружных концов ползунов закрыты колпаками 15. С противоположной стороны в стенке картера установлены уплотнения, состоящие из сальников 24, шайб 23, колец 22 и гаек 21.
На ползуне 19, используемом для включения и выключения переднего моста, имеются две выемки разной глубины под сухари блокировочного устройства. На ползуне 20, который выключает прямую или понижающую передачу, сделаны три выемки под сухари: левая соответствует включению прямой передачи, средняя - нейтральному положению и правая - включению понижающей передачи. Между левой и средней выемками есть ласка. Положение сухарей на рис. 134, б соответствует выключенному переднему мосту. При этом ползун 20 может перемещаться из нейтрального положения в положение, соответствующее включенной прямой передаче. Благодаря наличию на ползуне ласки между выемками сухари не препятствуют этому перемещению. Дальнейшее же перемещение ползуна 20 невозможно, так как сухари, сжав пружину, упрутся один В другой и будут препятствовать движению.
При включении переднего моста напротив сухарей установится глубокая выемка ползуна 19. Сухари при перемещении ползуна 20 не будут упираться друг в друга, и включение понижающей передачи станет возможным. При этом выключить передний мост будет невозможно, не выключив предварительно понижающую передачу.
ЛЕКЦИЯ №8
ТЕМА: КАРДАННЫЕ ПЕРЕДАЧИ.
ПЛАН:
1.Типы карданных передач.
1.Типы карданных передач.
Задний ведущий мост подвешен к раме автомобиля на рессорах и во время движения меняет свое положение относительно рамы; коробка передач закреплена на раме неподвижно. Поэтому для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки передач на ведущий вал главной передачи, оси которых пересекаются и расположены под углом, изменяющимся при увеличении или уменьшении нагрузки, а также вследствие толчков при движении автомобиля по неровной дороге, при меняют карданные передачи.
Карданная передача состоит из валов, их опор и карданных шарниров. Карданные передачи устанавливают между сцеплением и коробкой передач, расположенной отдельно от двигателя; между коробкой передач и раздаточной или дополнительной коробкой; между главными передачами двух ведущих задних мостов трехосного автомобиля; между главной передачей и полуосям ведущих колес с независимой подвеской; между полуосями и передним управляемыми колесами; в приводе к лебедке и другим вспомогательным механизмам.
Карданные передачи по числу карданных сочленений делят на одинарные и двойные. Если передача имеет только один карданный шарнир, расположенный у коробки передач, то такую передачу называют одинарной. Подобные передачи применяют только в случае расположения валов под небольшим углом и в настоящее время на автомобилях устанавливают редко. В двойной карданной передаче карданные шарниры расположены на обоих концах карданного вала.
Независимо от скорости движения автомобиля карданный вал не должен испытывать сколько-нибудь значительных крутильных колебаний и биений. Для уменьшения биений выполняют динамическую балансировку карданного вала в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс устраняют приваркой на концах карданных труб балансировочных пластин, а в случае необходимости и установкой балансировочных пластин под крышки карданных шарниров. Правильное взаимное положение деталей шлицевого соединения после балансировки фиксируют специальными метками.
При наличии удлинителя коробки передач (рис. 136, а) карданную передачу легковых автомобилей (Г АЗ-24 «Волга», «Москвич-2140») выполняют в виде карданного вала 2 с двумя карданными шарнирами. Карданная передача непосредственно соединяет коробку передач с задним мостом 3. Внутри удлинителя помещают шлицевое соединение переднего карданного шарнира с ведомым валом коробки передач. Такой же тип карданной передачи применяют на короткобазном грузовом автомобиле МАЗ-5335 и его модификациях.
Автомобили Г АЗ-53А, Г АЗ-53-12, ЗИЛ-130, семейства ВАЗ «Жигули» и др. имеют карданную передачу (рис. 136), состоящую из промежуточного 4, главного 2 валов и трех шарниров. Это устраняет возможность возникновения сильной вибрации вала. В автомобиле Г АЗ-66 крутящий момент от коробки передач (рис. 136, в) через вал 4 переедается к раздаточной коробке 6, а от нее через валы 2 и 7 соответственно к заднему 3 и переднему 8 ведущим мостам. На концах валов помещены карданные шарниры, из которых один закреплен жестко, а другой имеет скользящее соединение с валом.
Карданная передача трехосных автомобилей (ЗИЛ-131, КрАЗ-260), имеющих колесную формулу 6 х 6, с последовательным сквозным приводом задних мостов показана на рис. 136, г. Первый задний ведущий мост имеет сквозной вал главной передачи, который через карданный вал 9 передает крутящий момент второму заднему ведущему мосту 10. На рис. 136, д показана карданная передача трехосных автомобилей (<<Урал-4320») с колесной формулой 6 х 6 с параллельным приводом задних мостов. В этом случае на картере первого заднего моста устанавливают промежуточную опору и привод второго заднего моста осуществляют от раздаточной коробки через валы 11 и 9.
У трехосных автомобилей с колесной формулой 6 х 4 отсутствует карданная передача к переднему мосту. Угловое перемещение карданных валов обеспечено конструкцией карданных шарниров, а l1Зменение расстояний между шарнирами - наличием шлицевых соединений вилок карданных шарниров с карданным валом. Обычно у неподвижно стоящего автомобиля углы между валам, соединяемыми карданными шарнирами, не превышают 5-90, но при движении они могут быть равны 20 - 300. В приводе между главной передачей переднего ведущего моста и ведущими управляемыми колесами при повороте эти углы могут достигать 30 - 400, в зависимости от величины углов между осями соединяемых валов можно применять мягкие и жесткие карданные шарниры. В первых угловое смещение валов происходит вследствие деформации упругих (обычно резиновых) элементов, а во вторых ~ благодаря шарнирным соединениям металлических деталей. В автомобилях применяют преимущественно жесткие карданные шарниры.
2.Устройство и работа карданных шарниров и валов.
Рис. 136 - Расположение карданных передач на автомобилях: а - легковом; б - грузовом; в - д - грузовом повышенной проходимости; 1 - коробка передач; 2, 4, 7, 9 и 11 - карданные валы; 3 и 10 - задние ведущие мосты: 5 - промежуточная опора; 6 - раздаточная коробка; 8 - передний ведущий мост.
Рис. 137 - Карданные шарниры:
а - в - неравных угловых скоростей; г и д - равных угловых скоростей; 1 - крышка; 2 - стопорная пластина: 3 - стакан подшипника; 4 - иголки; 5 - войлочные сальники; 6, 10. 24 и 28 - вилки; 7 - предохранительный клапан; 8 - крестовина; 9 - масленка; 11 - карданный вал; 12 - отражатель; 13 - самоподжимной сальник; 14 - стопорное кольцо; 15 и 16 - сальники радиального и торцового уплотнений; 17 - внутренний кулак; 18 - центральный шарик; 19 - наружный кулак; 20 - ведущие шарики; 21 - штифт; 22 - шпилька; 23 - полуось; 25 и 27 - полуцилиндрические кулаки; 26 - центральный диск.
По кинематике карданные шарниры делят на шарниры неравных и равных угловых скоростей. Обычно во всех автомобильных приводах, кроме привода к ведущим управляемым колесам, применяют шарниры неравных угловых скоростей.
Рассмотрим, например, карданную передачу автомобиля Г АЗ-53А с жесткими карданными шарнирами неравных угловых скоростей (рис. 137, а). Карданные передачи этого типа получили наибольшее распространение. Такие карданные шарниры состоят из закрепленных на валах двух стальных вилок 6 и 10 и шарнирно соединяющей их крестовины 8, установленной в ушках вилок на игольчатых подшипниках. Подшипники, состоящие из стаканов 3 и иголок 4, надеты на шлифованные шипы крестовины 8, изготовленной из хромистой стали, и закреплены в проушинах вилок 6 и 10 стопорными пластинами 2 с подложенными под них крышками 1. Сальники 5 препятствуют вытеканию из подшипников смазочного материала, который поступает через масленку 9 и каналы в крестовине. Для удаления избыточного количества смазочного материала служит предохранительный клапан 7.
Другой карданный шарнир с игольчатым подшипником, в котором использованы резиновые самоподжимные сальники 13, а стаканы подшипников закреплены в вилках стопорными кольцами 14, показан на рис. 137, б. Такие карданные шарниры при меняют на автомобиле ГАЗ-3102 «Волга». Для более надежной защиты игольчатых подшипников от вытекания масла иногда ставят два сальника - радиальный и торцовый, как, например, на автомобилях семейства КамАЗ (рис. 137,6). Конструкция одного из входящих в карданную передачу шарниров должна допускать осевое перемещение карданного вала. Обычно для этой цели используют шлицевое соединение одной из вилок карданного шарнира с валом.
Простой жесткий карданный шарнир при больших углах между осями соединяемых им валов не может обеспечить равномерное вращение ведомого вала. При равномерном вращении ведущей вилки ведомая вращается неравномерно. За один оборот карданного вала ведомая вилка при вращении дважды обгоняет ведущую и дважды отстает от нее. Вследствие этого возникают дополнительные нагрузки на детали главной передачи, дифференциала, полуосей и колес, увеличивается их износ. Чтобы устранить неравномерное вращение ведомого вала, применяют двойную карданную передачу с жесткими карданными шарнирами или одинарную карданную передачу с карданным шарниром равных угловых скоростей.
Если в двойной карданной передаче угол между осями ведомого вала коробки передач и карданного вала будет равен углу между осями карданного вала и ведущего вала главной передачи, то при равномерном вращении ведомого вала коробки передач ведущий вал главной передачи будет вращаться также равномерно. При этом обе вилки, установленные на карданном валу, необходимо располагать в одной плоскости.
Обеспечивающие равномерное вращение ведомого вала карданные шарниры равных угловых скоростей чаще всего бывают шариковые и кулачковые. В передних ведущих мостах автомобилей семейств ЗИЛ, Г АЗ и УАЗ применяют шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей с длительными канавками (рис. 137, г). Наpyжный кулак 19, на шлицах которого установлена ступица колеса, изготовлен как одно целое с ведомой вилкой, а внутренний кулак 17 со шлицами, входящими в отверстие полуосевого зубчатого колеса дифференциала, откован как одно целое с ведущей вилкой. Вилки соединены между собой при помощи четырех ведущих шариков 20, расположенных в канавках вилок. Для центрирования вилок служат сферические углубления на их торцах, в которые помещают центральный шарик 18. Ведущие шарики 20 передают крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Центральный шарик 18 не позволяет ведущим шарикам выкатываться из канавок. Центральный шарик имеет ласку, которую при сборке карданного шарнира поворачивают к вставленному ведущему шарику. Шпилька 22, расположенная в осевом канале ведомой вилки, одним концом входит в отверстие центрального шарика 18, запирая собранный карданный шарнир.
Делительные канавки имеют такую форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одинаковые частоты вращения.
Кулачковый карданный шарнир (рис. 137, д) состоит из вилок 24 и 28, полуцилиндрических кулаков 25 и 27 и центрального диска 26, вставленного во внутренние пазы этих кулаков, цилиндрические поверхности которых охватывают вилки 24 и 28. Такой шарнир работает подобно двум сочлененным шарнирам неравных угловых скоростей. В одной плоскости вилки поворачиваются относительно кулаков, а в другой плоскости - вместе с ними относительно центрального диска. Такие шарниры устанавливают на автомобиле «Урал-4320».
Для достижения достаточной прочности при небольшой массе карданные валы обычно изготовляют в виде стальных труб. Вилки карданных шарниров приваривают к валам или надевают на шлицы приваренного к трубе наконечника. Это скользящее соединение закрывают резиновым чехлом.
В легковых автомобилях с удлинителем в коробке передач применяют карданную передачу с одним карданным валом (рис. 138, а).
Рис. 138 - Карданные передачи:
а - с одним валом; б - с двумя валами (автомобиль ЗИЛ-l30); в - с двумя валами и упругим сочленением (автомобиль ВАЗ-2101 «Жигулю»; 1 и 3 - вилки; 2 и 19 - масленки; 4 - шлицевая втулка; 5 - наконечник со шлицами; 6. 14 и 18 - сальники; 7 - зашитый чехол; 8 - карданный вал; 9 - карданный шарнир; 10 - промежуточный карданный вал; 11 - подушка опоры; 12 - скоба крепления подушки; 13 - гайка крепления подшипника промежуточной опоры; 15 - игольчатый подшипник крестовины; 16 - крестовина; 17 - скользящая вилка; 20 - хомут; 21 - кронштейн опоры; 22 - шарикоподшипник; 23 - заглушка; 24 - упругая резиновая муфта из карданных шарниров, состоящий из вилок 1 и 3, может перемещаться по шлицам наконечника 5, приваренного к валу 8. К другому концу вала приварен наконечник карданного шарнира 9. Резиновый гофрированный чехол 7 защищает шлицевое соединение от грязи.
Смазочный материал поступает через масленку 2 и удерживается сальником 6.
В грузовых двухосных автомобилях с приводом на задний мост наибольшее распространение получила карданная передача, состоящая из промежуточного вала и вала заднего моста (рис. 138,6). В этом случае один карданный шарнир соединяет ведомый вал коробки передач с передним концом промежуточного вала 10. Другой - средний карданный шарнир соединяет промежуточный вал 10 и карданный вал 8 заднего моста.
Передача с упругим сочленением, состоящим из шарнира с упругой резиновой муфтой 24, автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» показана на рис. 138, в. На опоре промежуточного карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 138,6) внутри подушки 11 со скобой 12, закрепленной хомутом 20, помещается шарикоподшипник 22 с сальниками 18
ЛЕКЦИЯ №9
ТЕМА: МОСТЫ АВТОМОБИЛЕЙ.
ПЛАН:
1.Типы мостов.
2.Балка ведущего моста.
3.Управляемый мост.
1.Типы мостов.
Передний и задний мосты автомобиля воспринимают действующие между опорной поверхностью и рамой или кузовом автомобиля вертикальные, продольные и поперечные усилия. Задний мост выполняют обычно ведущим, а передний мост - управляемым. Вертикальные усилия передаются упругими элементами подвески, а продольные и поперечные - как подвеской, так и специальными штангами. При передаче крутящего момента на ведущем мосту возникает реактивный момент, стремящийся повернуть мост в направлении, противоположном направлению вращения ведущих колес. При торможении на мосты автомобиля действуют тормозные моменты, имеющие обратное направление. Обычно эти моменты передаются от мостов на раму через рессоры, но при балансирной, пневматической и независимой подвесках для их передачи используют рычаги или штанги.
Задний ведущий мост, как правило, изготовляют в виде пустотелой балки, внутри которой помещают главную передачу, дифференциал и полуоси, а снаружи крепят ступицы колес.
Рис. 139 - Мосты:
а - задний ведущий неразрезной; б - ведущий разрезной с независимой подвеской колес; в - передний неразрезной с зависимой подвеской колес; г - передний разрезной с независимой подвеской колес резные мосты - жесткие балки, связывающие правые и левые колеса (рис. 139, а). В автомобилях с независимой подвеской ведущий мост делают разрезным (рис. 139,6).
Передний мост также можно выполнять неразрезным (рис. 139, в) при зависимой подвеске колес или разрезным, если подвеска независимая(рис. 139, г) у автомобилей повышенной проходимости передний мост выполняют комбинированным, т. е. одновременно ведущим и управляемым. У многоосных автомобилей иногда применяют поддерживающие мосты, которые служат только для передачи вертикальных нагрузок от рамы к колесам.
2.Балка ведущего моста.
Балка ведущего моста может быть разъемной и состоять из двух соединенных болтами частей (легковые автомобили и грузовые автомобили малой и средней грузоподъемности) или неразъемной, выполненной в виде цельной балки с центральной частью кольцевой формы (легковые автомобили и грузовые автомобили средней и большой грузоподъемности).
На рис. 140 представлена балка заднего моста автомобиля ГАЗ-53А. К картеру 7 приварены цапфы 5, имеющие обработанные шейки 1 и 2 под подшипники ступиц колес. Сзади к картеру приварена крышка 13. Выемки 11 обеспечивают монтажные зазоры при установке редуктора. На цапфы 5 напрессованы и приварены стальные фланцы 4, к которым прикреплены тормозные щиты. запрессованная втулка 3 сальника служит упором для внутреннего кольца подшипника ступицы колеса. Подшипники ступиц устанавливают на шлифованные шейки 1 и 2 цапфы и крепят гайками и контргайками, навертываемыми на концы цапф. Скоба 8 и кронштейн 9, приваренные к задней стенке корпуса, служат для крепления тормозных трубок. Заливное отверстие для масла находится на картере главной передачи.
Типы главных передач. назначение главной передачи - увеличение крутящего момента и передача его на полуоси, расположенные под углом 900 к продольной оси автомобиля. Ее конструкция должна быть компактной, а работа плавной и бесшумной. Детали главной передачи испытывают большие нагрузки, поэтому необходима высокая точность при регулировке ее подшипников и зацепления зубчатых колес. Главные передачи могут быть зубчатые и червячные. Главная передача, в которой одна пара зубчатых колес, называется одинарной, две пары - двойной.
Рис. 141 – одинарная главная передача.
Одинарную главную передачу (рис. 141, а и 6), состоящую из пары находящихся в постоянном зацеплении конических зубчатых колес, применяют преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Ведущая шестерня в ней соединена с карданной передачей, а ведомое колесо - с коробкой дифференциала и через дифференциал - с полуосями. Одинарная главная передача может быть с обычными коническими (рис. 141, а) и гипоидными (рис. 141,6) зубчатыми колесами. Гипоидная передача работает.более надежно, плавно и бесшумно, чем передача с обычными коническими зубчатыми колесами со спиральными зубьями.
Рис. 140 - Балка заднего ведущего моста:
1 и 2 - шейки под подшипники ступиц; 3 - втулка сальника; 4 - фланец; 5 - цапфа; 6 - рессорная подушка"; 7 - картер; 8 - скоба; 9 - кронштейн тройника; 10 - отверстие для сапуна; 11 - выемки; 12 - отверстие для слива масла; 13 - крышка картера.
Одинарные передачи с коническими зубчатыми колесами со спиральными зубьями применяют на автомобилях семейств ЗАЗ и УАЗ, а гипоидные одинарные передачи - на автомобилях ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ГАЗ-3102 «Волга», семейства ВАЗ «Жигули». Гипоидная передача позволяет ниже опустить пол кузова легкового автомобиля, так как ось ее ведущего зубчатого колеса можно расположить ниже "оси ведомого зубчатого колеса (оси заднего моста). Вследствие этого опускается центр тяжести автомобиля и улучшается его устойчивость.
Двойные передачи устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности и на некоторых автомобилях средней грузоподъемности, когда общее передаточное число трансмиссии должно быть значительным, так как переедаются большие крутящие моменты. В двойной главной передаче (рис. 141,6) крутящий момент увеличивается последовательно двумя парами зубчатых колес, из которых одно - коническое, а другое - цилиндрическое. Общее передаточное число двойной передачи равно произведению передаточных чисел составляющих пар.
3.Управляемый мост.
Передний мост автомобиля Г АЗ-53А (рис. 154, а) представляет собой балку, в которой на неподвижно закрепленных в ней стопорами 15 шкворнях 11 установлены поворотные кулаки 10. Балка - штампованная двутаврового сечении, с двумя площадками для крепления рессор, соединяющих ее с рамой. Средняя часть балки выгнута для обеспечения более низкого расположения центра тяжести автомобиля.
К фланцам поворотных кулаков 10 прикреплены тормозные диски 9. Ступицы колес устанавливают на двух конических роликоподшипниках 4 и 5. Для крепления ступиц колес на поворотных кулаках имеются шайба и корончатая гайка, которую шплинтуют и закрывают колпаком.
Поворотные кулаки могут свободно повертывается на шкворнях благодаря подшипникам в виде двух бронзовых втулок, запрессованных в проушины поворотных кулаков, и упорному подшипнику 16, установленному между поворотным кулаком и проушиной балки переднего моста. Осевой зазор между поворотным кулаком и проушиной балки.
Рис. 153 - Элементы привода к передним ведущими колесам автомобиля Г АЗ-66:
1 - ведущий фланец; 2 ~ канал подвода воздуха; 3 - крышка фланца; 4 и 5 ~ гайки подшипников; 6 - стопорная шайба; 7 - подножка; 8 - ступица; 9 ~ наружный кулак; 10 - запорный воздушный кран; 11 - колесо; 12 - блок сальников; 13 - шкворень; 14 ~ рычаг; 15 - втулка; 16 - сальник; 17 - шаровая опора; 18 - внутренний кулак; 19 - цапфа; 20 - тормозной диск регулируют установкой шайб 12.
В подшипниках ступицы колеса закладывают пластичный смазочный материал, вытеканию которого препятствует сальник.
В конических отверстиях ушко в левого поворотного кулака закреплены гайками рычаги 13 и 21 рулевого привода. Болты 20 на рычагах 21 ограничивают предельные углы поворота колес, упираясь в балку переднего моста. Масленки 22 служат для смазывания упорного подшипника 16 и бронзовых втулок поворотной цапфы.
7 ..В коробках передач с прямым управлением возможны два варианта конструкции: с непосредственным и дистанционным управлением. В первом случае рукоятка управления устанавливается непосредственно на коробке передач, и нижний ее конец находится внутри коробки. Это самый простой вариант, но он возможен только
Рис. 3.20. Вариант конструкции механизма управления коробкой передач
при расположении коробки передач вблизи места водителя. При дистанционном управлении, когда коробка передач удалена от водителя, между ней и рукояткой управления располагается система тяг и рычагов, иногда весьма длинная и сложная.
В самой коробке передач основными деталями механизма переключения обычно являются скользящие ползуны, которые жестко связаны с вилками (7, 2, 7 на рис. 3.20) и вильчатыми втулками (5, 6 там же).
Втулки имеют впадины, в которые может заводиться нижний конец рычага управления, располагающегося обычно на верхней крышке. Для того чтобы верхний конец рычага располагался в удобном для водителя месте, крышку коробки в необходимых случаях удлиняют вперед или назад за пределы картера (рис. 3.21) или устанавливают рычаг на задней крышке.
Манипуляции рычагом состоят из двух движений. При поперечном качании его нижний конец, перемещаясь по канавке, образованной впадинами находящихся в нейтральном положении вильчатых втулок, вводится в зацепление с той из них, которая установлена на ползуне предполагаемой к включению передачи. Затем продольным перемещением рычага производится собственно включение передачи. Первое движение является избирательным, а второе исполнительным. Введение рычага в зацепление с крайними вильчатыми втулками не представляет трудностей, так как для этого достаточно довести рычаг до упора в боковую стенку впадины этих
Рис. 3.21. Вариант конструкции механизма управления коробкой передач
Рис. 3.22. Вариант конструкции механизма управления коробкой передач
втулок. Установка же нижнего конца рычага против средней втулки коробок весьма затруднена и сильно усложняла бы управление коробкой, если бы ее приходилось выполнять на ощупь. Для исключения этого применяются различные конструктивные приемы, из которых наибольшее распространение получили два следующих.
Первый заключается в том, что во впадину крайней втулки, обслуживающей наиболее редко включаемые передачи (или передачу), вводится подпружиненный упор. Этот упор (на рис. 3.22 он обозначен позицией 1 и установлен в промежуточном рычаге) ограничивает свободное поперечное качание рычага двумя оставшимися втулками, и выбор любой из них трудностей не вызывает. Для введения рычага в зацепление с третьей втулкой необходимо за счет дополнительного усилия, приложенного к рычагу, преодолеть сопротивление пружины. Оригинальное конструктивное выполнение этого технического приема (подпружиненный шарик 7) показано на рис. 3.21.
Во втором случае перемещение рычага ограничивается неподвижным упором, и для включения передачи (обычно такое конструктивное решение используется для заднего хода) необходимо нажать на рычаг вниз, что приведет к опусканию специального его выступа ниже поверхности упора.
В легковых автомобилях для удобства управления, часто при помощи дополнительных пружин (2 на рис. 3.21), фиксируют рычаг в зацеплении с втулкой двух наиболее используемых передач.
Для снижения вибраций рычага в его конструкцию вводят резиновые вставки.
В одной коробке часто соседствуют различные способы включения передач, которые требуют разных величин осевого перемещения подвижных элементов и прикладываемых к ним сил. Так, включение шестерен непосредственным перемещением и зубчатыми муфтами происходит при незначительных силах, а принудительное выравнивание скоростей шестерен синхронизатором требует больших осевых усилий.
С другой стороны, при использовании синхронизаторов и, особенно, при включении передач с помощью зубчатых муфт величины осевых перемещений вилок меньше, чем при включении непосредственным перемещением шестерен. Однако величина перемещений рычага управления при включении-выключении разных передач не должна быть существенно различной. Это повлекло бы за собой неудобство управления, заключающееся в том, что некоторые перемещения рычага были бы чрезмерно велики или же другие, будучи малыми, требовали бы приложения больших усилий. Для решения этой проблемы применяют механизмы, имеющие в приводе к различным вилкам разные передаточные числа. Под передаточным числом в данном случае понимается отношение исполнительного хода рукоятки рычага к соответствующему ходу вилки.
В связи с тем что в современных конструкциях коробок большинство передач синхронизировано, практически требуется уменьшение передаточного числа лишь в приводе к вилкам заднего хода и низших передач. Обычно это достигается введением дополнительного рычага между ползуном и вилкой или между основным рычагом и вильчатой втулкой (как на рис. 3.22, где промежуточный рычаг 2 передает усилие на втулку 3). Известны и другие способы решения этого вопроса, например использование для передачи усилия ползунам разных участков нижнего конца рычага.
Включение фонарей заднего хода легковых автомобилей производится нажатием соответствующим ползуном на шток включателя.
В тех случаях, когда конструктору удается сблизить ступицу вилки с вильчатой втулкой, их делают в виде одной детали (4 на рис. 3.5). Крепятся вилки и втулки к ползунам болтами с коническим концом. Ввиду невозможности в процессе эксплуатации контролировать состояние данного соединения, предохранение от самоотворачивания болтов должно отличаться повышенной надежностью и осуществляется почти всегда вязальной проволокой.
Для исключения самопроизвольного перемещения подвижных элементов применяются фиксаторы. В конструкции, показанной на рис. 3.5, они состоят из подпружиненных шариков 5 и лунок 6 на ползунах по числу фиксированных положений ползуна. Иногда по конструктивным и технологическим соображениям фиксаторы располагают непосредственно в шестернях (8 на рис. 3.9).
Если водитель случайно установит нижний конец рычага сразу против двух вильчатых втулок, то при дальнейшем движении рычага могло бы произойти одновременное включение двух передач, что при движении автомобиля привело бы к блокированию и поломке коробки передач. С целью недопущения этого применяют специальные замки. Они включают в себя: плунжеры (позиция 3 на рис. 3.20) или пары шариков (22 на рис. 3.5), расположенные между ползунами, и штифт (4 на рис. 3.20 и 21 на рис. 3.5), скользящий в отверстии среднего ползуна. Если ползунов всего два, то штифт отсутствует. При нейтральном положении коробки все лунки замка (8 на рис. 3.20) на ползунах находятся на одной прямой. Расстояние между донышками двух лунок, обращенных друг к другу, превышает длину плунжера или два диаметра шариков на величину глубины одной лунки. При выведении какого-либо ползуна из нейтрального положения шарики выталкиваются кромкой его лунки, смещаются и заходят в лунки других ползунов, запирая их в нейтральном положении, из которого один из этих ползунов можно вывести только после возвращения в нейтральное положение первого ползуна. Штифт 4 (рис. 3.20) предназначен для смещения плунжера или шариков и запирания одного крайнего ползуна при выведении из нейтрального положения другого крайнего ползуна.
В некоторых конструкциях запирание коробки производится плунжером или другой деталью, входящей во впадину вильчатой втулки всегда, когда ее покидает нижний конец рычага управления (выступы 3 на рис. 3.21).
Наиболее простым получается обычно привод коробки передач автомобиля классической компоновочной схемы, даже если, как в конструкции, изображенной на рис. 3.21, между рычагом переключения и вильчатыми втулками расположен ряд других деталей. В других случаях, как правило, не удается расположить рычаг переключения передач непосредственно на коробке и применяют дистанционный привод. Наиболее распространенные принципиальные схемы такого привода (рис. 3.23) отличаются степенью разделения в приводе избирательного и исполнительного движений.
Ввиду большого количества подвижных скользящих соединений в дистанционном приводе почти всегда имеются значительные зазоры, которые услож-
Рис. 3.23. Конструктивные схемы дистанционных приводов управления коробками передач
няют управление коробкой и повышают склонность деталей привода к вибрациям. Для уменьшения зазора применяют подпружиненные шарики (как, например, 4 и 5 на рис. 3.21), распирающие детали. Их устанавливают в соединениях, имеющих наибольшие зазоры, причем только в направлении избирательного движения, так как усилие при исполнительном движении во много раз больше и упругость привода в этом случае вредна.
При наличии на автомобиле многоступенчатой коробки передач механизм управления ею заметно усложняется. Обычно в таких случаях для облегчения работы водителя используют преселекторное управление коробкой передач.
Преселекторным называют управление с предварительным из-биранием, при котором водитель дважды воздействует на органы управления. Первым воздействием он выбирает передачу, которую намеревается включить в дальнейшем (автомобиль при этом продолжает движение на передаче, включенной ранее). В нужный момент водитель вторым воздействием, уже на другой орган управления, осуществляет переход на избранную передачу. Данный способ обычно применяют для облегчения управления коробкой, когда требуется совершать одновременно два переключения передач в основной и дополнительной коробке. На рычаге управления коробкой передач в этом случае располагают небольшой рычажок, посредством которого водитель при помощи пневматического или электропневматического устройства предварительно выбирает передачу. Переключение на выбранную передачу происходит после срабатывания специального клапана включения, на шток которого воздействует нажатая до упора педаль сцепления.
Схема управления многоступенчатой коробкой передач зависит от того, имеет она делитель или демультипликатор. В последнем случае при разгоне автомобиля водитель, при включенной низшей передаче демультипликатора, последовательно переключает передачи основной коробки от низшей до высшей. Затем, установив основную коробку передач в нейтральное положение, он должен переключить демультипликатор на высшую - прямую передачу и еще раз перебрать ряд передач основной коробки.
Система управления, при которой водитель, манипулируя рычагом коробки передач, должен держать в уме момент переключения демультипликатора, создает большие неудобства. На рис. 3.24показан механизм управления показанной на рис. 3.10 коробки передач, избавляющий водителя от этих проблем. В такой конструкции рычаг 7 имеет два пера
Рис. 3.24. Вариант конструкции механизма управления многоступенчатой коробкой передач
В указанном ряду передаточных чисел все передачи основной коробки, за исключением первой, используются дважды, образуя девять передач. Первая передача и передача заднего хода могут быть включены только при включении понижающей передачи демультипликатора.
При управлении коробкой передач водитель должен иметь возможность четко и быстро устанавливать рычаг / в любое из пяти положений, соответствующих положениям рычага 7«б-е». Для этого на валу 3 установлена пружина 10, распирающая две шайбы и позволяющая рычагу 7 свободно (без дополнительного сжатия пружины) качаться между положениями «в-д». Положения «5» и «е» водитель выбирает, чувствуя сопротивление пружины 10, а для фиксации рычага в среднем положении «г» предназначен фиксатор 14, взаимодействующий с гребнями на ступице рычага 7.
Привод данной коробки передач сложен, имеет довольно много соединений деталей с зазорами, из-за чего свободные (за счет суммарного зазора) перемещения рычага / могут быть большими. Они снижают четкость управления, и для устранения этого недостатка в конструкцию введен фиксатор 15, удерживающий рычаг 1 в среднем продольном положении.
Ошибочное включение низшей передачи демультипликатора при высоких скоростях движения автомобиля в тот момент, когда передача основной коробки уже включена, а сцепление еще выключено, приведет к увеличению частоты вращения ведомого диска сцепления выше допустимой величины, что повлечет за собой разрушение его накладок центробежными силами. Для предотвращения этого систему управления коробкой передач дополняют устройством, предотвращающим такое включение.
Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.
Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.
Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.
Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.
Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.
Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.
Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.
Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.
Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.
Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.
Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».
Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».
Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».
С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.
Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.
Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.
Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.
С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.
Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.
Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.
В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.
Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.
На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.
В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.
На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.
С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.
Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.
В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.
Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).
Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.
Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.
Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.
В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.
До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.
Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.
