Синхронизатор коробки передач – устройство, работа

Все современные механические коробки передач, а также роботизированные коробки передач являются синхронизированными. В таких коробках для того, чтобы включить передачу, производится выравнивание частоты вращения вала и шестерни. Синхронизацию обеспечивает одноименное устройство – синхронизатор. Помимо плавного переключения передач синхронизатор снижает износ механического соединения, шум при переключении и, тем самым, увеличивает срок службы коробки передач.

Синхронизаторами оборудуются все передачи коробки передач легкового автомобиля, в том числе передача заднего хода. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей. Чем выше разница в частотах вращения вала и шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для их синхронизации. Выполнение данного условия достигается путем увеличения площади поверхности соприкосновения – установкой дополнительных фрикционных колец.

Устройство синхронизатора

Синхронизатор состоит из ступицы с сухарями, муфты включения, блокирующего кольца и шестерни с фрикционным конусом. В конструкции коробки передач один синхронизатор обслуживает две передачи (шестерни).

Конструктивной основой синхронизатора является ступица. Она имеет внутренние и наружные шлицы. С помощью внутренних шлицев ступица соединяется с вторичным валом коробки передач и имеет возможность осевого перемещения по нему в разные стороны. Наружные шлицы соединяют ступицу с муфтой включения.

По окружности ступицы под углом 120° выполнены три паза, в которые установлены подпружиненные сухари. В синхронизаторе сухари нажимают на блокирующее кольцо при включении передачи и способствуют блокировке муфты на этапе синхронизации.

Муфта включения (другое название – муфта синхронизатора) обеспечивает жесткое соединение вала и шестерни. Муфта насажена на ступицу и имеет внутренние шлицы. На шлицах выполнена кольцевая проточка, в которой размещаются выступы сухарей. Снаружи муфта синхронизатора соединяется с вилкой коробки передач.

Блокирующее кольцо обеспечивает синхронизацию и препятствует замыканию муфты до момента выравнивания скоростей вала и шестерни. С внутренней стороны блокирующее кольцо имеет коническую поверхность, которая взаимодействует с фрикционным конусом шестерни. Снаружи блокирующее кольцо имеет шлицы, с помощью которых производится блокировка муфты включения.

На торцевой поверхности блокирующего кольца со стороны ступицы выполнено три паза, в которые входят сухари ступицы. Пазы препятствуют прокручиванию кольца при соприкосновении с фрикционным конусом (в них упираются сухари). Размер пазов в 1,5 раза превышает размер сухарей. В некоторых конструкциях синхронизаторов, наоборот, на блокирующем кольце выполнены выступы, а пазы — в ступице.

Для увеличения поверхности соприкосновения, снижения усилия при переключении передач применяются многоконусные синхронизаторы: двухконусный, трехконусный. Например, в трехконусном синхронизаторе помимо блокирующего (наружного) кольца устанавливается еще внутреннее и промежуточное кольца. Для предотвращения проворачивания на кольцах выполнены выступы, которые фиксируются в пазах шестерни и блокирующего кольца.

Таким образом, в трехконусном синхронизаторе созданы три поверхности трения: между конусом шестерни и внутренним кольцом, между внутренним и промежуточным кольцом, между промежуточным и блокирующим кольцом. В зависимости от конструкции в одной коробке передач могут устанавливаться синхронизаторы с различным числом конусов.

Работа синхронизатора

В нейтральном положении рычага коробки передач муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются свободно, поток мощности не передается.

При включении передачи вилка перемещает муфту синхронизатора из среднего положения в направлении шестерни. Вместе с муфтой сдвигаются сухари, которые воздействуют на блокирующее кольцо. Кольцо прижимается к конусу шестерни. На поверхности возникает сила трения, которая поворачивает кольцо до упора сухарей в пазах кольца (кольцо стопорится от проворачивания). В этом положении блокирующее кольцо препятствует дальнейшему продвижению муфты синхронизатора по оси вала, так как торцы шлицев блокирующего кольца располагаются напротив торцов шлицев муфты.

Далее под действием сил трения происходит синхронизация скоростей шестерни и ведомого вала. Когда скорости выравнены, под нажимом шлицев муфты блокирующее кольцо поворачивается в противоположную сторону, блокировка муфты снимается, шлицы муфты свободно проходят для зацепления с венцом шестерни. Происходит жесткое соединение вторичного вала коробки передач и шестерни.

Несмотря на множество операций, весь процесс синхронизации и включения передачи занимает доли секунды.

 

 

Механическая коробка переключения передач, устройство, принцип работы

Коробка передач служит для изменения тяговой силы на колесах автомобиля в зависимости от сопротивления движению и дает автомобилю возможность двигаться задним ходом. Коробка передач позволяет, кроме того, при выключении передач отсоединять ведущие колеса автомобиля от двигателя, обеспечивая тем самым возможность запуска двигателя и его работу на холостом ходу.

Коробка передач представляет собой механизм, состоящий из набора шестерен, которые могут вводиться в зацепление в различных сочетаниях.

Каждое сочетание зацепления шестерен коробки называется ступенью или передачей. Число ступеней (передач) в коробке передач зависит от конструкции автомобиля и обычно бывает от трех до пяти (не считая передачи заднего хода). В соответствии с этим коробки передач называются трехступенчатыми, четырехступенчатыми и пятиступенчатыми.

Рис. Коробка передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: 1 — сальник; 2 — задняя крышка картера; 3 — шарикоподшипник вторичного вала; 4 — картер коробки передач; 5 — маслоотражательное кольцо; 6 — вторичный вал; 7 — вилка переключения шестерни (каретки) первой передачи и заднего хода; 8 — шестерня (каретка) первой передачи и заднего хода; 9 — рычаг переключения передач; 10 — верхняя крышка картера; 11 — шестерня второй передачи; 12 — втулка шестерни второй передачи; 13 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 14 — каретка второй и третьей передач; 15 — вилка каретки второй и третьей передач; 16 — зубчатая ступица; 17 — регулировочные прокладки; 18 — упорное кольцо; 19 — зубчатый венец шестерни третьей передачи; 20 — шестерня третьей передачи; 21 — роликоподшипник; 22 — шарикоподшипник первичного вала; 23 — первичный вал; 24 — передняя крышка картера; 25 — маслоотражательное кольцо; 26 — роликоподшипник промежуточного вала; 27, 29, 32 и — шестерни промежуточного вала; 28 — пробка сливного отверстия картера; 30 — ось промежуточного вала; 31 — промежуточный вал; 34 — промежуточная шестерня заднего хода

Зацепление различных пар шестерен осуществляется при помощи кареток (шестерен), передвигаемых вдоль валов коробки. В зависимости от числа подвижных кареток коробки разделяются на двухходовые (две каретки) и трехходовые (три каретки).

Содержание

• 1 Работа сцепления
• 2 Конструктивные особенности
• 3 Устройство КПП
  • 3.1 Сцепление
  • 3.2 Шестерни и валы
  • 3.3 Синхронизаторы
• 4 Принцип работы автомобильных коробок передач
• 5 Виды трансмиссии
• 6 Процесс переключения передач

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Конструктивные особенности

Рисунок 1. Две шестерни с различным числом зубьев в зацеплении.

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Принцип ее работы, если кратко, заключается в том, что шестерни зубчатого типа находящееся в корпусе коробки входят в поочередное зацепление в различных комбинациях. Таким образом, образовываются различные передачи, отличающиеся передаточным числом.

Сцепление обеспечивает временный разрыв передачи потока крутящего момента от двигателя к трансмиссии — это нужно для переключения передач.

Традиционная МКПП состоит из корпуса, который называется картером, валов, расположенных параллельно и шестерней, синхронизаторов.

Изменение числа оборотов при различных передачах можно объяснить на примере двух шестерней с различным числом зубьев (смотрите рисунок 1).Если поставить две шестерни в зацепление: у первой зубьев 20, а у второй 40, то при двух оборотах первой шестерни, вторая выполнит только один оборот. При такой ситуации передаточное число равно двум. Для чего оно нужно? От величины значения указанного числа зависит скорость раскручивания нужных оборотов мотором. ПЧ влияет на ускорение. Чем больше передаточное число, тем «мощнее» и «короче» будет передача. При этом максимальная скорость станет меньше, возникнет частая необходимость в смене передачи. Производители трансмиссий придерживаются средних значений ПЧ, создают многоступенчатые конструкции с определенной схемой переключения.

Рекомендуем посмотреть видео об устройстве механической трансмиссии:

Устройство КПП

Коробка передач является многоступенчатым закрытым рулевым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.

Сцепление

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.

Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.

Шестерни и валы

В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.

В трехвальных имеется три вала:

• первый – ведущий;
• второй – промежуточный;
• третий – ведомый.

Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.

Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.

Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.

Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.

От ведомого вала осуществляется передача крутящего момента и оборотов на ведущие колеса через карданный вал (на заднем приводе) или через редуктор и ШРУСы (на переднем приводе). Когда синхронизатор зацепляет напрямую ведущий и ведомый валы без участия шестеренок, то при этом коробка обеспечивает максимальный КПД. Для задней скорости установлена промежуточная «паразитная» шестерня, меняющая вращение на обратное.

В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.

Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.

Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.

Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.

Синхронизаторы

Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.

Синхронизатор МКПП

Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.

Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.

Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Работа синхронизаторов

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Принцип работы автомобильных коробок передач

Принцип работы автомобильных коробок передач независимо от их конструктивного оформления и числа передач одинаков. Рассмотрим их устройство и работу на примере трехступенчатой двухходовой коробки передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69.

Первичный (ведущий) вал 23 выполнен заодно с шестерней 20 третьей передачи и с зубчатым венцом 19. Первичный вал через сцепление соединяется с коленчатым валом двигателя.

Вторичный (ведомый) вал 6 является как бы продолжением первичного вала и расположен с ним на одной оси. Хвостовик вторичного вала сидит в роликоподшипнике 21, установленном в конце первичного вала. Вторичный вал вследствие этого может вращаться независимо от первичного.

На вторичном валу установлены две шестерни 8 и 11 и зубчатая ступица 16. Шестерня 8 (каретка) сидит на валу на шлицах и может перемещаться вдоль его оси. Шестерня 11 имеет зубчатый венец 13. Она посажена на вторичном валу на бронзовой втулке 12, поэтому свободно вращается на валу. На ступице установлена каретка 14 второй и третьей передач, которая перемещается по ступице.

Промежуточный вал 31 представляет- собой блок шестерен 27, 29, 32 и 33, свободно вращающийся на оси 30.

Промежуточная шестерня 34 заднего хода посажена на ось на бронзовой втулке и свободно вращается на оси.

Первичный и вторичный валы установлены в гнездах картера коробки на шарикоподшипниках 22 и 3. Ось 30 промежуточного вала закрепляется в гнездах картера неподвижно, промежуточный же вал 31 вращается на оси на роликоподшипниках 26. Ось промежуточной шестерни заднего хода неподвижно закреплена в специальных гнездах картера.

Шестерня 20 первичного вала с шестерней 27 промежуточного вала, а также шестерня 33 с промежуточной шестерней 34 заднего хода находятся в постоянном зацеплении. В постоянном зацеплении находятся также шестерня 29 промежуточного вала и шестерня 11 вторичного вала. Каретки 8 и 14 могут перемещаться по вторичному валу и вводиться в зацепление: каретка 14 своими внутренними зубьями с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала или с зубчатым венцом 13 шестерни 11; каретка 8 с шестерней 32 или 34.

При положении кареток, изображенном на рисунке, крутящий момент от двигателя будет передаваться с первичного вала через шестерни 20 и 27 на блок шестерен промежуточного вала.

Однако на вторичный вал крутящий момент передаваться не будет, так как при изображенном положении кареток 8 и 14 вторичный вал разобщен как с первичным, так и с промежуточным валами. Такое положение кареток называется нейтральным. В нейтральное положение каретки ставятся при запуске двигателя и работе двигателя на холостом ходу (на месте или при движении автомобиля накатом).

Рис. Схема включения шестерен и передачи крутящего момента в трехступенчатой коробке передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: а — первая передача; б — вторая передача; в — третья передача; г — задний ход; I — положение рычага при включении первой передачи; II — положение рычага при включении второй передачи; III — положение рычага при включении третьей передачи; IV — положение рычага при включении заднего хода

Чтобы привести автомобиль в движение, надо передать крутящий момент вторичному валу. Для этого каретку 8 или 14 следует ввести в зацепление с одной из шестерен промежуточного вала, при котором обеспечивалось бы получение наибольшего передаточного отношения, а следовательно, и наибольшего крутящего момента на вторичном валу. Передвинем каретку 8 вправо и введем ее в зацепление с шестерней 32 промежуточного вала, как это показано на рис. а. Такое положение кареток соответствует первой передаче.

Чтобы включить вторую передачу, необходимо вывести каретку 8 из зацепления с шестерней 32, а затем, передвинув (по рис. б влево) каретку 14, ввести последнюю в зацепление с зубчатым венцом 13 шестерни 11, постоянно находящейся в зацеплении с шестерней 29 промежуточного вала.

Переходить со второй передачи на третью нужно в той же последовательности, что и с первой передачи на вторую. При этом каретка 14 выводится из зацепления с зубчатым венцом 13 шестерни 11 и вводится в зацепление с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала (рис. в), первичный и вторичный валы начинают вращаться как одно целое.

Для движения задним ходом следует перевести обе каретки в нейтральное положение, а затем каретку 8 передвинуть влево и ввести в зацепление с промежуточной шестерней 34 заднего хода. При этом направление вращения вторичного, вала изменится на обратное.

Для легкого и безударного переключения передач необходимо, чтобы окружные скорости шестерен, вводимых в зацепление, были одинаковы. Окружная скорость шестерни зависит от числа оборотов вала, на котором она сидит, и от ее диаметра: чем больше диаметр шестерни и число оборотов вала, тем больше ее окружная скорость. Для облегчения безударного переключения передач и уменьшения износа зубьев шестерен в коробках передач, в частности в коробке передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69, предусмотрено специальное устройство — синхронизатор каретки включения второй и третьей передач.

Синхронизатор выравнивает окружные скорости вращения шестерен перед вводом их в зацепление. Устроен он следующим образом. На конце вторичного вала 1 установлена на шлицах и закреплена стопорным кольцом 14 зубчатая ступица 6 синхронизатора. На наружных зубьях ступицы установлена каретка 10 второй и третьей передач, охватываемая вилкой 8. В трех пазах ступицы установлены ползуны 11 блокирующего устройства, соединяемые при помощи шариков 9 фиксаторов с кареткой 10. По обеим сторонам ступицы расположены блокирующие бронзовые кольца 4. Каждое блокирующее кольцо имеет зубчатый венец и пазы 47 для ползунов; внутренняя поверхность кольца выполнена конусообразной.

Синхронизатор расположен между зубчатым венцом 13 шестерни 15 первичного вала и зубчатым венцом 3 шестерни 2 второй передачи. Основания зубчатых венцов шестерен 2 и 15 имеют конусные поверхности.

Рис. Устройство и схема работы синхронизатора коробки передач: а — положение деталей синхронизатора при Выравнивании окружных скоростей; б — положение деталей синхронизатора при включенной передаче; в — детали синхронизатора; 1 — вторичный вал коробки передач; 2 — шестерня второй передачи; 3 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 4 — блокирующее кольцо; 5 — упорная шайба; 6 — зубчатая ступица; 7 — пружина; 8 — вилка каретки второй и третьей передач; 9 — шарик фиксатора; 10 — каретка второй и третьей передач; 11 — ползун; 12 — регулировочные прокладки; 13 — зубчатый венец шестерни первичного вала; 14 — стопорное кольцо зубчатой ступицы; 15 — шестерня первичного вала; 16 — первичный вал; 17 — паз для ползуна ступицы

При включении второй или третьей передачи каретка 10 синхронизатора при помощи переключающего устройства перемещается вместе с ползунами 11 по ступице 6. Ползуны, входящие в пазы 17 блокирующих колец 4, прижимают кольцо к конусной поверхности соответствующего зубчатого венца шестерни. Вследствие трения, возникающего между соприкасающимися конусными поверхностями, блокирующее кольцо немного сдвигается в сторону вращения зубчатого венца до упора пазов в боковые поверхности ползунов. При этом скошенная поверхность.торцов зубьев каретки 10, упираясь в скошенную поверхность торцов зубьев кольца 4, не дает зубьям войти в зацепление, вследствие чего обеспечивается сильное прижатие кольца 4 к конусной поверхности зубчатого венца. В результате сильного трения конусов скорости вращения валов уравниваются, каретка 10 сдвигается дальше, выжимая шарики 9 фиксаторов, и своими зубьями входит в промежутки зубьев венца 13, бесшумно включая соответствующую передачу.

Управление коробкой передач осуществляется при помощи рычага 6; качающегося в шаровой опоре крышки картера коробки передач.

В той же крышке в гнездах установлены, два ползуна 3 и 12, которые могут перемещаться вдоль своих осей, скользя при этом в гнездах крышки коробки. Каждый из этих ползунов соединен с вилкой: ползун 12 каретки первой передачи и заднего хода с вилкой 11, ползун 3 каретки второй и третьей передач с вилкой 10.

Концы вилок вмещаются в кольцевых проточках, имеющихся в каретках, и не мешают кареткам свободно вращаться вместе со вторичным валом. При продольном же перемещении вилок, каретки передвигаются вдоль вала и тем самым вводят в зацепление соответствующие шестерни. Посредством перемещения рычага, а следовательно, и вилок с каретками происходит переключение передач в коробке.

Для предотвращения произвольного выключения передач и одновременного включения нескольких передач в механизме переключения передач предусмотрены специальные устройства фиксаторы (стопоры) — для фиксирования рычага в определенном положении и замки, не позволяющие одновременно включать несколько передач.

В трехступенчатых коробках передач с двумя ползунами фиксатор одновременно выполняет и роль замка.

Рис. Механизм переключения передач коробки передач автомобилей ГАЗ-60 и ГАЗ-69А: 1 — пружина фиксатора; 2 — боковая крышка картера коробки передач; 3 — ползун вилки каретки второй и третьей передач; 4 — отжимная скоба; 5 — пружина отжимной скобы; 6 — рычаг переключения передач; 7 — пружина рычага переключения передач; 8 — колпак; 9 — шаровая опора; 10 — вилка каретки второй и третьей передач; 11 — вилка каретки первой передачи и заднего хода; 12 — ползун вилки каретки первой передачи и заднего хода; 13 — сухари фиксатора

Фиксатор состоит из двух полых сухарей 13, скользящих в специальном гнезде, сделанном в крышке коробки передач. Под действием пружины 1 сухари заскакивают в углубления, имеющиеся в соответствующих местах ползунов. Сухари надежно удерживают ползуны от самопроизвольного перемещения, а также предотвращают возможность одновременного перемещения, обоих ползунов.

Передвинуть оба ползуна сразу и включить, таким образом, одновременно две передачи нельзя по следующей причине. Как только один из ползунов передвинется настолько, что сухарь выйдет из углублений, оба сухаря окажутся придвинутыми друг к другу вплотную. Общая длина сдвинутых сухарей подобрана так, что второй сухарь уже не сможет выйти из углубления примыкающего к нему ползуна и тем самым надежно заперт ползун.

Чтобы не произошло случайное включение заднего хода, в крышке коробки передач, несколько ниже шаровой опоры, расположена отжимная скоба 4 с пружиной 5, нажимающей на конец рычага 6. Поэтому для включения заднего хода (и первой передачи) к рычагу нужно приложить повышенное усилие, чтобы отвести скобу в сторону.

В картер коробки передач заливается трансмиссионное масло до уровня отверстия контрольной пробки.

Виды трансмиссии

Корпус механической трансмиссии выполняется из легкого, но очень прочного сплава, он герметичен и наполнен специальным маслом, которое позволяет поддерживать рабочие элементы агрегата в хорошем состоянии, даже при больших нагрузках.

Трехвальная механическая коробка передач

Трехвальные механические коробки состоят из таких валов:

• Первичного (ведущего), соединенного посредством сцепления с маховиком мотора.
• Вторичного (ведомого), имеющего жесткое соединение с карданным валом.
• Промежуточного. Его предназначение — передача вращения от первого вала ко второму.

Ведомый вал опирается на подшипник, находящийся в хвостовике первичного вала. Между ними нет жесткой связи, они выполняют вращение независимо друг от друга. На ведомом валу размещен блок шестерен. На первичном — расположена шестерня, находящаяся с ним в жестком закреплении. Промежуточный вал размещен параллельно первому валу, имеет блок шестерней жестко закрепленных на нем.

Шестерни всех валов пребывают в постоянном зацеплении.

На ведомом валу между шестернями размещены синхронизаторы, предназначенные для бесшумного переключения передач, они выравнивают угловую скорость шестерни и вала. Синхронизатор позволяет поочередно включать две шестерни вторичного вала.

На корпусе коробки размещается механизм для переключения скоростей, он представлен в виде рычага управления и ползунов с вилками. Чтоб не произошло одновременное включение нескольких передач, этот механизм оборудован блокировкой. Если рычаг для переключения скорости размещен в кузове автомобиля, то используется механизм для дистанционного управления, он называется «кулисой».

Принцип работы указанной коробки состоит в том, что при переведении рычага управления определенная вилка выполняет перемещение муфты синхронизатора, который совмещает угловую скорость вала и шестерни, обеспечивая передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки. Задняя передача достигается при вращении вторичного вала в противоположную сторону. Достигается она при помощи дополнительной шестерни заднего хода. Она позволяет получить нечетное число пар шестерен: крутящий момент изменяет направление. Для лучшего понимания схемы переключения передач смотрите рисунок 2.

Рисунок 2. Переключение передач МКПП.

Устройство двухвальных коробок имеет ведущий и ведомый валы, расположенные параллельно. При помощи шестерни, размещенной на первичном валу, передается крутящий момент на шестерню вторичного, зафиксированную синхронизатором. Остальные процессы выполняются аналогично трехвальной МКПП. Достоинством двухвальных коробок есть компактность трансмиссии. Плюс они имеют лучший КПД из-за небольшого количества деталей. В указанной коробке отсутствует прямая передача, поэтому ее применяют для легких транспортных средств.

Процесс переключения передач

За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.

Плюсы:

• простое в конструкционном плане решение;
• обеспечение четкости переключения;
• более долговечная конструкция для эксплуатации.

Минусы:

• нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
• не используется на переднеприводных автомобилях.

Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:

• напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
• на рулевой колонке;
• в районе панели приборов.

Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.

Плюсы:

• комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
• вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
• обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.

Минусы:

• меньшая долговечность;
• со временем могут появляться люфты;
• требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
• четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.

Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.

Механизм переключения передач Лада Гранта

Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более «драйверскими» ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью.

Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Знать направления вращения и числа оборотов шестерен

• ВЕРШИНА
>
• Знание передач
>
• Первый шаг конструкции механизма с использованием шестерен
>
• Знать направления вращения и число оборотов шестерен

1. Функции редуктора

Вот список функций зубчатых передач для конструкций механизмов. (Таблица 2-1)

Таблица 2-1 Функции редуктора

Характерные функции шестерен	Объяснение
Изменить направление вращения вала	(уже объяснил)
Преобразование вращательного движения в линейное движение	(уже объяснил)
Изменение направления вращения (по часовой стрелке/против часовой стрелки)	См. эту главу
Изменение количества оборотов (ускорение вверх/вниз)	См. эту главу
Изменение силы вращения (увеличение/уменьшение крутящего момента)

Вы можете изменить направление и количество оборотов входного и выходного валов, зацепив несколько шестерен. Позвольте мне объяснить это с помощью обычно используемых цилиндрических шестерен.

2. Определение направления вращения

Как правило, при использовании редукторов в конструкции механизмов изделий мехатроники в качестве источника энергии используется двигатель. Направление вращения двигателя определяется вращением вала, если смотреть со стороны, на которую выступает вал двигателя. (Рис. 2-1)
Кстати, вращение вправо обычно обозначается как CW (по часовой стрелке), а вращение влево — CCW (против часовой стрелки).

Рисунок 2-1: Определение направления вращения двигателя

Инженерам-конструкторам-механикам необходимо передавать информацию о направлении вращения двигателя инженерам-конструкторам-электрикам и разработчикам программного обеспечения.
В отличие от двигателей, направление вращения шестерен может быть определено по-разному в зависимости от направления взгляда. Поэтому направления взгляда должны быть согласованными при отображении движения механизма с помощью изображений (рис. 2-2).

Рисунок 2-2: Определение направления вращения зубчатых колес, если смотреть с заданного направления обзора

«Слова CW и CCW часто встречаются при разработке изделий мехатроники, поэтому их важно запомнить!»

3. Коэффициент скорости (коэффициент увеличения/уменьшения скорости)

Цель конструкции механизма с зубчатыми колесами состоит в том, чтобы получить необходимое число оборотов путем объединения нескольких зубчатых колес.
Скорость вращения выходного вала уменьшена, увеличена или сделана равной частоте вращения входного вала в зависимости от назначения.
Крутящий момент уменьшается при увеличении скорости и увеличивается при уменьшении. (Этот момент будет объяснен в следующей главе. ) Поэтому скорость двигателя с малой выходной мощностью в большинстве случаев уменьшается с помощью шестерен для создания большего крутящего момента. Многие мотор-редукторы используются в автомобильных деталях, бытовой технике и двигателях промышленных машин.
Мотор-редуктор представляет собой электрическую часть, состоящую из небольшого двигателя и редуктора для создания большего крутящего момента, а не для снижения скорости вращения двигателя. (Рисунок 2-3)

Рисунок 2-3: Механизм мотор-редуктора

4. Расчет передаточного отношения одноступенчатой ​​зубчатой ​​передачи

Вращательное число шестерен полностью зависит от числа зубьев зацепляющихся шестерен и передается расчетным путем.
Зубчатая передача, зацепляющаяся в одной плоскости, называется «одноступенчатой ​​передачей», и к ней применяются следующие формулы: (Рисунок 2-4)

Когда шестерня A вращается с числом оборотов NA, число оборотов шестерни B NB уменьшается до:

NB=(ZA/ZB)× нет данных

Когда шестерня B вращается на число оборотов NB, скорость вращения шестерни A увеличивается на число NA.

NA=(ZB/ZA)× NB

Рисунок 2-4: Формула передаточного числа одноступенчатого редуктора

Упражнение для соотношения скоростей (1)

Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня А).
Символ на Рис. 2-5 представляет ведущую шестерню.
* об/мин: число оборотов в минуту: число оборотов в минуту. Кстати, оборот в секунду — это «rps».

[Состояние]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40
Число оборотов ведущей шестерни: NB=125 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки

[Ответ]
Число оборотов шестерни A
NA=(ZB/ZA)× NB= (40/20)× 125 = 250 об/мин
Направление вращения шестерни A: по часовой стрелке

Рисунок 2-5: Упражнение для передаточного числа одноступенчатого редуктора (1)

Упражнение для соотношений скоростей (2)

Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня B).
Символ на рис. 2-6 представляет ведущую шестерню.

[Состояние]
Количество зубьев: ZA=17, ZB=51
Число оборотов ведущей шестерни: NA=1800 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки

[Ответ]
Число оборотов шестерни B
NB=（ZA/ZB）× NA= （17/51）× 1800 = 600 об/мин
Направление вращения шестерни B: CW

Рисунок 2-6: Упражнение для передаточного числа одноступенчатого редуктора (2)

Упражнение для соотношения скоростей (3)

Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня C).
Символ на Рисунке 2-7 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=30, ZC=20
Число оборотов ведущей шестерни: NA=90 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки

[Ответ]
Число оборотов шестерни B:
NB=（ZA/ZB）× NA= （20/30）× 90 ≈ 60 об/мин
Направление вращения шестерни B: по часовой стрелке
NC=(ZB/ZC)× NB= (30/20)× 60 = 90 об/мин
Направление вращения шестерни C: против часовой стрелки

Рисунок 2-7: Упражнение для определения передаточного числа одноступенчатого редуктора (3)

Эти расчеты становятся все более громоздкими по мере увеличения числа передач. (Рисунок 2-8)

Рисунок 2-8: Расчет передаточного числа одноступенчатого редуктора

Без проблем!
Если несколько шестерен входят в зацепление в одноступенчатой ​​передаче, число оборотов определяется количеством зубьев входной и выходной шестерен независимо от числа шестерен и зубьев в середине.
Следовательно, число оборотов шестерни E рассчитывается следующим образом:

NE=(ZA/ZE)× Н/Д

«Расчет для одноступенчатого редуктора прост, даже если количество зацепляемых шестерен увеличивается!»

5. Расчет передаточного отношения многоступенчатой ​​зубчатой ​​передачи

Зубчатая передача, которая зацепляется более чем в одной плоскости, называется «многоступенчатой ​​передачей». (Рисунок 2-9)

Рисунок 2-9: Пример многоступенчатой ​​зубчатой ​​передачи (двухступенчатой)

В этом случае вам необходимо рассчитать коэффициент скорости для каждой пары зацепления.

Упражнение для соотношения скоростей (4)

Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня D).
Символ на Рисунке 2-10 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30
Число оборотов ведущей шестерни: NA=120 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки

[Ответить]
Число оборотов шестерни B:
NB=(ZA/ZB)× NA= (20/40)× 120 = 60 об/мин
Направление вращения шестерни B: по часовой стрелке

NC= NB= 60 об/мин (на том же валу)
Направление вращения шестерни C: CW

ND=(ZC/ZD)× NC= (20/30)× 60 ≈ 40 об/мин
Направление вращения шестерни D: против часовой стрелки

Рисунок 2-10: Расчет передаточного отношения многоступенчатой ​​зубчатой ​​передачи

По мере увеличения коэффициента уменьшения/увеличения скорости одна шестерня должна быть больше, и при использовании одноступенчатой ​​передачи не будет много места. Следовательно, становится необходимым использовать многоступенчатые передачи для эффективного использования пространства.

Мы обсуждали, что число оборотов шестерни рассчитывается по количеству зубьев в этом разделе.

Далее мы объясним передачу крутящего момента, один из наиболее важных элементов в конструкции механизмов с зубчатыми колесами. (Продолжение следует…)

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Цель написания этой статьи состояла в том, чтобы обучить читателей элементарному уровню зубчатой ​​техники.
Мы надеемся, что фактическое проектирование и производство зубчатых передач и механизмов, использующих шестерни, осуществляется с достаточными техническими и специальными соображениями под полную ответственность пользователя.
Мы отказываемся от какой-либо ответственности и не будем компенсировать любой прямой или косвенный ущерб, причиненный механизмами, разработанными пользователями, прочитавшими эту статью.

Шестерни

Что такое шестерни

Шестерни — это механизмы, которые входят в зацепление посредством зубьев и используются для передачи вращательного движения от одного вала к другому. Шестерни определяются двумя важными параметрами: радиусом и количеством зубьев. Обычно они монтируются или соединяются с другими частями через вал или основание.

Радиус: Радиус зубчатого колеса определяется по-разному в зависимости от конкретного участка обсуждаемого зубчатого колеса. Однако двумя наиболее важными измерениями являются радиус корня и радиус придатка. Радиус впадины — это расстояние от центра шестерни до основания зубьев, а дополнительный радиус (также называемый радиусом «тангажа») — это расстояние от центра шестерни до внешней стороны зубьев.

Зубья: зубья — это часть шестерни, которая соприкасается с другой шестерней. Чтобы две шестерни вошли в зацепление, шаг должен быть одинаковым для всех сопрягаемых пар. Шаг зубчатого колеса — это расстояние между эквивалентными точками соседних зубьев. Когда зубья шестерен входят в зацепление правильно, они предотвращают проскальзывание и могут демонстрировать КПД до 98%.

Свяжитесь с нами Закрыть

Как работают Gears

Шестерни могут служить эффективным средством для изменения направления движения, изменения скорости вращения или изменения оси, по которой происходит вращательное движение. Размеры шестерен обычно зависят от желаемого передаточного числа и вала, на котором будут сопрягаться шестерни.

Любые две шестерни, соприкасающиеся друг с другом, естественным образом создают равную и противоположную силу в другой шестерне. Например, когда меньшая шестерня, изображенная ниже, движется по часовой стрелке, большая шестерня, естественно, будет двигаться против часовой стрелки. Любой вал, прикрепленный к соответствующей шестерне, будет вращаться в направлении шестерни, к которой он прикреплен.

Скорость вращения регулируется с помощью «передаточного отношения». Передаточное отношение — это отношение радиуса ведущей или «входной» шестерни (той, которая обеспечивает взаимодействие между двумя шестернями) к радиусу «выходной» шестерни. Его также можно определить как отношение количества зубьев на входной шестерне к количеству зубьев на выходной шестерне. Чем больше передаточное отношение, тем больше будет замедляться выходное вращение. Чем меньше передаточное отношение, тем больше будет увеличиваться угловая скорость выходного вращения. Передаточные отношения дальше от «1» означают, что несоответствие между размерами шестерен будет больше. Подробнее о передаточных числах читайте ниже.

При обсуждении пары шестерен меньшая шестерня считается шестерней, а большая — «шестерней». Когда две или более шестерни соединены вместе, это считается зубчатой ​​передачей. Шестерня, вращаемая двигателем, называется «ведущей» шестерней, в то время как последняя шестерня, часто выходная шестерня, в системе называется «ведомой» шестерней. Любые дополнительные шестерни в трансмиссии являются «холостыми» шестернями.

Возможно, наиболее распространенной передачей для изменения оси вращения является коническая передача (см. ниже). Коническая шестерня обычно используется в дифференциалах транспортных средств для вращения движения, обеспечиваемого двигателем 9.0 градусов, чтобы колеса двигались вдоль их правильной оси.

Типы зубчатых колес

Цилиндрическое зубчатое колесо

Цилиндрическое зубчатое колесо Наиболее распространенным типом зубчатого колеса является цилиндрическое зубчатое колесо. Цилиндрические шестерни имеют зубья, выступающие наружу по периметру шестерни. Они установлены на параллельных осях и могут использоваться для создания широкого диапазона передаточных чисел. Одним из недостатков этого механизма является то, что столкновения между каждым зубом вызывают потенциально неприятный шум, поскольку каждый зуб сразу входит в зацепление.

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни: Для снижения шума от прямозубых шестерен можно использовать косозубые шестерни. Зубья косозубых шестерен нарезаны под углом к ​​торцу шестерни так, что зацепление зуба начинается с одного конца и постепенно переходит на остальную часть зуба по мере вращения шестерни. Такая конструкция приводит к снижению шума и делает систему в целом более плавной. Винтовой рисунок шестерен создает осевую нагрузку, так как зубья шестерен входят в контакт друг с другом под углом, не перпендикулярным оси вала. Подшипники часто включаются в механизмы с косозубыми передачами, чтобы выдерживать эту осевую нагрузку.

Конические шестерни

Конические шестерни: Конические шестерни могут использоваться в механизмах для изменения оси вращения. Хотя они могут быть предназначены для работы под другими углами, чаще всего они используются для изменения оси вращения на 90 градусов. Подобно цилиндрическим зубчатым колесам, конические зубчатые колеса также могут иметь прямые или косозубые зубья. Кроме того, можно использовать гипоидные конические передачи, когда оси входного и выходного валов не пересекаются.

Червячные передачи

Червячные передачи: В механизмах, где необходимы большие передаточные числа, можно использовать червячные передачи для достижения передаточного числа более 300:1, если это необходимо. Червячные передачи также обладают естественной функцией блокировки, заключающейся в том, что червяк может легко провернуть шестерню, но шестерня не может провернуть червяк из-за малого угла наклона червяка, вызывающего высокое трение между шестернями. Эти механизмы также изменяют ось вращения на 90 градусов, но иначе, чем конические шестерни. В отличие от других зубчатых колес, у которых зубья нарезаны параллельно, зубья червячного колеса нарезаны почти перпендикулярно оси вращения вала при сопряжении с более традиционным профилем зубчатого колеса.

Реечные шестерни

Реечные шестерни: Реечные шестерни используются для преобразования вращения в линейное движение. Круглая шестерня или шестерня входит в зацепление со рейкой, и вращение шестерни заставляет рейку перемещаться. Рулевой механизм в автомобилях использует реечную систему. Когда шестерня вращается, она заставляет рейку двигаться линейно. Поскольку длина стойки не бесконечна, эти механизмы не используются в приложениях с непрерывным вращением.

Планетарные шестерни

Планетарные шестерни: планетарные шестерни могут быть самым интересным механизмом в мире шестерен. Эти механизмы состоят из трех основных компонентов: солнечной шестерни, планетарной шестерни и водила, а также зубчатого венца. Каждый из этих компонентов может служить входом, выходом или может оставаться неподвижным.