ᐉ Устройство и работа механической коробки передач

То, что любому автомобилю необходима коробка передач не вызывает сомнений ни у кого. Ее необходимость обусловлена физическими свойствами двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, у любого двигателя есть так называемая красная зона – максимум оборотов, за которые нельзя заходить без последствий для двигателя. Во-вторых, у любого двигателя диапазон оборотов, где мощность и крутящий момент на максимальном уровне достаточно узок. Например, двигатель может производить максимальную мощность при 5,500 об/мин. Трансмиссия позволяет менять передаточные числа между двигателем и ведущими колесами при ускорении и замедлении автомобиля. Наиболее оптимальным режимом будет естественно тот, при котором Вы, переключая передачи, добиваетесь того, чтобы двигатель находился в районе диапазона оборотов своей эффективной работы.

В идеале трансмиссия должна быть настолько гибкой в подборе передаточных чисел, что двигатель постоянно находится на определенных оптимальных с точки зрения тяги оборотах.

Эта идея лежит в основе постоянно изменяющейся трансмиссии (CVT) или вариатора.

Ну а теперь непосредственно о механической трансмиссии.

Трансмиссия соединяется с двигателем через сцепление. Входной вал трансмиссии вращается со скоростью вращения двигателя. Любая коробка передач реализует в себе столько передаточных чисел, для того, чтобы изменить скорость выходного вала, сколько передач она имеет. В частности пример типичных передаточных чисел для 5-ти ступенчатой МКПП приведен в таблице:

Передача	Передаточное число	Обороты выходного вала при вращении входного 3,000 об/мин
1-я	2.315:1	1,295
2-я	1.568:1	1,913
3-я	1.195:1	2,510
4-я	1. 000:1	3,000
5-я	0.915:1	3,278

Для того, чтобы понять принцип работы МКПП, рассмотрим схему, демонстрирующую работу простейшей 2-скоростной коробки передач.

Вал зеленого цвета (он называется первичным) соединяется с двигателем через сцепление. Напомним, что сцепление – это устройство, которое позволяет соединять и отсоединять двигатель от трансмиссии. Таким образом, при включенном сцеплении первичный вал и шестерня вращаются со скоростью вращения двигателя.

Вал с шестернями красного цвета называется промежуточным валом. Он также выполнен единым целым, то есть все шестерни и вал вращаются совместно. Первичный и промежуточный валы напрямую соединены друг с другом, то есть при вращении первичного вала всегда вращается и вторичный. Таким образом, промежуточный вал всегда получает крутящий момент от двигателя при включенном сцеплении.

Вал желтого цвета (выходной вал) – это вал с пазами, который напрямую соединяется с карданным валом (приводными валами), а далее через дифференциалы с колесами автомобиля. Таким образом, если колеса крутятся, то выходной вал также вращается.
Пазы в выходном валу служат для фиксации шестерни определенной передачи (они обозначены на рисунке синим цветом) и передачи через это соединение крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Данные шестерни покоятся на подшипниках, поэтому они могут свободно вращаться вокруг выходного вала МКПП в случае, если не включена ни одна передача. Таким образом, если двигатель выключен (или двигатель включен, но ни одна из передач не включена), а машина едет свободным ходом, то выходной вал может вращаться внутри шестерен соответствующих передач в то время, когда сами эти шестерни и промежуточный вал остаются без движения.

Для соединения выбранной шестерни передачи с выходным валом предназначены так называемые муфты. Муфта соединяется через шлицы напрямую с выходным валом и вращается вместе с ним. Сама муфта может скользить влево и вправо вдоль вала. Это необходимо для того, чтобы вводить в зацепление с выходным валом (включать) одну из шестерен. Муфта при этом сама входит в зацепление с ведомой шестерней

Для включения первой передачи муфта включает шестерню справа:

На этом рисунке первичный вал от двигателя проворачивает промежуточный вал, который вращает включенную шестерню выбранной передачи. Эта шестерня передает энергию вращения двигателя через муфту к ведущему валу. Одновременно с этим шестерня второй передачи (слева) вращается свободно на подшипнике без зацепления с выходным валом.

Когда муфта находится между двумя шестернями, трансмиссия работает на нейтральной передаче.

Для включения второй передачи необходимо вывести муфту из зацепления с правой шестерней и ввести в зацепление с левой.

Вы, наверное, понимаете, что ввести в зацепление две вращающиеся с разными скоростями детали достаточно сложно. К тому же в рассмотренной выше трансмиссии нет достаточно важных элементов МКПП – синхронизаторов. Поэтому при использовании такой трансмиссии Вам приходилось бы дважды выжимать сцепление. Первое нажатие на педаль сцепления (выключение) позволяет нам отсоединить двигатель от трансмиссии, ослабить (снять) давление со шлицев муфты, вывести муфту из зацепления и перевести ее в нейтральное положение. Двигатель при этом уменьшает обороты, и при отпуская педаль сцепления Вы тем самым снижаете и скорость вращения ведущего и промежуточного валов коробки передач (выравниваете скорости на уровне включаемой передачи). В этом случае очередная шестерня (шестерня следующей передачи) и муфта вращаются с одинаковой скоростью, и мы можем ввести в зацепление с шестерней шлицы муфты. После этого мы снова выключаем сцепление и перемещаем муфту до зацепления с шестерней следующей передачи. Сложно? Медленно? Тем не менее всего лишь лет 30 назад это широко использовалось.

Механические трансмиссии современных автомобилей используют синхронизаторы для того, чтобы не выжимать сцепление дважды при каждом переключении передачи. Задача синхронизатора – обеспечить между муфтой и шестерней передачи фрикционный контакт до того, как шлицы начнут входить в зацепление. Это позволяет муфте и шестерне передачи синхронизировать их скорости перед зацеплением. Процесс зацепления показан на рисунке 4.

Конусный выступ синей шестерни входит в конусное углубление в муфте.

В результате трение между муфтой и конусом шестерни синхронизуют их скорости. Внешняя часть муфты затем легко входит в шлицы шестерни передачи.

5-ступенчатая механика довольно распространена в сегодняшних машинах. Внутри она выглядит следующим образом:

Три вилки управляются тремя стержнями, которые приводятся в движение рычагом КПП. Посмотрим на вид стержня КПП сверху:

Обратите внимание, что стержень КПП вращается относительно своей средней точки. Когда Вы толкаете рычаг КПП вперед для включения 1-й передачи, на самом деле стержень и вилка КПП перемещаются назад.

Вы видите, что перемещение ручки КПП влево или вправо задействует разные вилки (и, соответственно, разные муфты).

Движение ручки КПП вперед или назад зацепляет одну муфту с одной из двух шестерней передач.

Задняя передача реализуется за счет маленькой холостой шестеренки (фиолетового цвета). Все время синяя шестерня задней передачи вращается в направлении, противоположном всем другим синим шестерням.

Именно поэтому невозможно перевести трансмиссию в положение задней передачи в то время, как машина движется вперед – шлицы никогда не состыкуются. Однако, шум Вам будет обеспечен!

Таким образом, основываясь на изложенных принципах, функционируют практически все механические коробки передач.

Механическая коробка передач VS автоматическая коробка передач

#НужноЗнать

17.10.2021

Водители часто сомневаются, какое авто выбрать: с автоматической или механической коробкой передач. Чаще всего таким вопросом задаются новички, выбирая свое первое авто или машину для аренды. Также данная тема актуальна для тех, кто пользуется только одним типом трансмиссии и рассматривает вариант смены типа коробки передач.

В большинстве случаев ответ на вопрос «Какую коробку передач выбрать?» лежит в плоскости личных предпочтений, но все же у механики и автоматики есть реальные отличия, которые и формируют их относительные преимущества и недостатки.

Что такое коробка передач и какова ее роль в работе авто?

Коробка передач — это механизм, передающий крутящий момент с двигателя на движимую деталь и перераспределяющий мощности на дополнительное оборудование и приводы других деталей. Коробки передач используются в большом количестве техники, станков и механизмов. Такую же роль они выполняют и в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания.

Данный элемент трансмиссии расширяет диапазон частоты вращения и крутящего момента, дает возможность обратного движения, что применяется для заднего хода автомобиля, а также продолжительного отсоединения работающего двигателя от трансмиссии. Именно коробка передач отвечает за возможность управления автомобилем и взаимодействия двигателя и колес.

Особенности автоматической коробки передач

Впервые технология автоматизации передач на авто была представлена автоконцерном Buick в 1947 году. Хотя автомат использовался и раньше — в Швеции уже в 1928 году автоматическими КП были оборудованы автобусы.

Современные АКПП устроены по-другому, но вже же принцип работы остался неизменным. В цельном корпусе находится гидротрансформатор, который состоит из насоса, турбины и статора. Поток масла, создаваемый насосом, приводит в движение турбину и страторное колесо. Таким образом происходит передача крутящего момента с двигателя.

Автоматическая коробка способна сама определять наиболее подходящее передаточное отношение и переключать их, что дает возможность автоматического трогания с места без участия водителя, а отсутствие педали сцепления намного облегчает управление авто.

Усложненная конструкция по сравнению с механической коробкой передач делает автомобили на автомате дороже абсолютно идентичных моделей на механике. В то же время это компенсируется облегченным управлением и минимальным участием водителя в движении транспорта.

Машина с автоматической коробкой передач имеет такие преимущества:

• легкость в эксплуатации;

• отсутствие перегрузки двигателя;

• при переключении передач не теряется мощность двигателя.

Из минусов стоит упомянуть повышенную стоимость обслуживания и ремонта, увеличенный вес автомобиля, больший расход топлива и уменьшенное расчетное время эксплуатации до ремонта. Также авто с автоматической коробкой передач невозможно завести с толкача — при разрядке аккумулятора нужна эвакуация.

Сильные и слабые стороны механической коробки передач

Устройство и конструкция механической коробки передач значительно проще, поэтому она легче и дешевле. Также ее обслуживание будет более дешевым, а ремонт требуется обычно не ранее, чем через 500 тыс. км, тогда как у автоматики это значение обычно около 150 тыс. км.

Управление из-за наличия педали сцепления потребует определенных навыков и умений. Неподготовленный новичок может плохо справляться и вывести машину из строя несколько раньше среднего.

У механики много плюсов:

• дешевизна обслуживания и ремонта;

• увеличенный срок службы;

• меньше топливный расход, чем у автоматики;

• КПД позволяет использовать всю мощность двигателя;

• буксировка на жесткой или гибкой сцепке;

• запуск двигателя даже со сломанным стартером и разряженным аккумулятором.

Из минусов — сложность езды для новичков, перегруз двигателя из-за неправильной эксплуатации и увеличенная нагрузка на водителя при езде в городе.

Выводы

Подводя итоги, можно сказать, что автоматическая коробка передач выгодна для городской среды и спокойной езды по ровным дорогам. Механика дает преимущество на бездорожье и горных дорогах. Поэтому если вы хотите взять на прокат авто для городских поездок, то выбирайте автомат. Если же вас интересуют длительные путешествия по Украине, то лучше арендовать механику. В NarsCars доступна аренда авто на механике и автоматике.

• Интересно

#Интересно

11.04.2023

Как правильно мыть автомобиль

Регулярное мытье автомобиля не только делает поездку в нем комфортной, но и продлевает срок его службы и избавляет водителя от штрафов за грязное лобовое стекло или номерные знаки. Машину можно мыть самостоятельно или на автомойке.

#Интересно

31.03.2023

Советы как выбрать автомобиль

Среди автолюбителей бытует мнение, что покупка подержанной машины влечет за собой неминуемую потерю денег и личного времени, а приобретение нового авто – потерю первоначальной стоимости и существенные вложения. Разумеется, новенькое транспортное средство меньше ломается и зачастую лучше выглядит.

#Интересно

23.03.2023

Интересные факты о домах на колесах

Дом на колесах – это одно из самых гениальных изобретений человечества. Его обладатель может в любой момент сорваться с места и поехать в путешествие, не задумываясь о том, где он будет жить и ночевать.

Читайте также

#НужноЗнать

10.02.2023

Як визначити правильний тиск у шинах взимку?

Одним із параметрів, які суттєво впливають на поведінку автомобіля на дорозі, є тиск у колесах. Особливо важливо його знати та вміти заміряти у зимовий час.

#НужноЗнать

15.12.2022

Що має бути в автомобільній аптечці

Про те, що в кожному автомобілі в обов’язковому порядку повинна бути аптечка, кожен водій дізнається ще на курсах водія. Її комплектація може бути базова та доповнена самим водієм. У цій статті ми розглянемо, що має містити кожна комплектація автомобільної аптечки і чи можна її зібрати самостійно.

#НужноЗнать

01.12.2022

Правила буксирування автомобіля

Які способи буксирування автомобіля існують, як це потрібно робити згідно з правилами дорожнього руху та які відмінності у буксируванні авто з механічною та автоматичною трансмісією, ми розбиратимемося в цій статті.

#НужноЗнать

03.11.2022

Як працює безключовий доступ в автомобілях?

Безключовий доступ – це авторизація автовласника за допомогою цифрового смарт-ключа. Доступ здійснюється безконтактно, власнику машини достатньо підійти до неї. Двері будуть миттєво розблоковані, він сяде за кермо та натисканням кнопки запустить двигун. Але які непередбачувані ситуації можуть виникнути?

типов шестерен | KHK Производитель зубчатых колес

• ВЕРШИНА
>
• Знание передач
>
• Введение в шестерни
>
• Типы передач

Типы шестерен

Существует много типов зубчатых колес, таких как прямозубые, косозубые, конические, червячные, зубчатые рейки и т. д. Их можно классифицировать по расположению осей, таких как параллельные валы, пересекающиеся валы и непересекающиеся валы.

Необходимо точно понимать различия между типами зубчатых колес, чтобы обеспечить необходимую передачу усилия в механических конструкциях. Даже после выбора общего типа важно учитывать такие факторы, как: размеры (модуль, количество зубьев, угол подъема, ширина торца и т. д.), стандарт класса точности (ISO, AGMA, DIN), потребность в шлифовке зубьев. и/или термообработка, допустимый крутящий момент и КПД и т. д.

Помимо этой страницы, мы представляем более подробную техническую информацию о шестернях в разделе Gear Knowledge (отдельная страница в формате PDF). В дополнение к приведенному ниже списку, каждый раздел, такой как червячная передача, рейка и шестерня, коническая передача и т. д., имеет собственное дополнительное пояснение, касающееся соответствующего типа передачи. Если просмотр PDF затруднен, обратитесь к этим разделам.

Лучше всего начать с общих знаний о типах шестерен, как показано ниже. Но помимо них существуют и другие типы, такие как плоское зубчатое колесо, шевронное зубчатое колесо (двойное косозубое зубчатое колесо), коронное зубчатое колесо, гипоидное зубчатое колесо и т. д.

Короткометражный фильм «Легкий выбор передач»

• Цилиндрическое зубчатое колесо

  Зубчатые колеса с цилиндрическими делительными поверхностями называются цилиндрическими зубчатыми колесами. Цилиндрические зубчатые колеса относятся к группе зубчатых колес с параллельными валами и представляют собой цилиндрические зубчатые колеса с линией зубьев, которая является прямой и параллельной валу. Цилиндрические зубчатые колеса являются наиболее широко используемыми зубчатыми колесами, которые позволяют достичь высокой точности при относительно простых производственных процессах. Они имеют характеристику отсутствия нагрузки в осевом направлении (осевая нагрузка). Большую часть зацепляющей пары называют шестерней, а меньшую — шестерней.
  Нажмите здесь, чтобы выбрать цилиндрические шестерни
  Шестерни с защитой от люфта KHK
  
  Эскиз цилиндрических шестерен

• Косозубое зубчатое колесо

  Косозубое зубчатое колесо используется с параллельными валами, подобными прямозубым зубчатым колесам, и представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо с намотанным зубчатым рядом. Они имеют лучшее зацепление зубьев, чем цилиндрические шестерни, обладают превосходной бесшумностью и могут передавать более высокие нагрузки, что делает их подходящими для высокоскоростных приложений. При использовании косозубых передач они создают осевое усилие в осевом направлении, что обуславливает необходимость использования упорных подшипников. Косозубые шестерни бывают с правым и левым вращением, что требует наличия противоположных шестерен для зацепления пары.
  Нажмите здесь, чтобы выбрать косозубые шестерни
  
  Эскиз косозубых шестерен

  
  

• Зубчатая рейка

  Зубья одинакового размера и формы, расположенные на равных расстояниях вдоль плоской поверхности или прямого стержня, называются зубчатой ​​рейкой. Зубчатая рейка представляет собой цилиндрическую шестерню с бесконечным радиусом делительного цилиндра. Зацепляясь с цилиндрической шестерней, он преобразует вращательное движение в поступательное движение. Зубчатые рейки можно условно разделить на рейки с прямыми зубьями и рейки с косыми зубьями, но обе они имеют прямые зубья. Обрабатывая концы зубчатых реек, можно соединить зубчатые рейки встык.
  Щелкните здесь, чтобы выбрать зубчатую рейку
  
  Эскиз зубчатой ​​рейки

• Коническое зубчатое колесо

  Коническое зубчатое колесо имеет форму конуса и используется для передачи усилия между двумя валами, которые пересекаются в одной точке (пересекающиеся валы). Коническая шестерня имеет конус в качестве поверхности шага, и ее зубья нарезаны вдоль конуса. Виды конических зубчатых колес включают прямые конические зубчатые колеса, косозубые конические зубчатые колеса, спирально-конические зубчатые колеса, угловые зубчатые колеса, угловые конические зубчатые колеса, коронные зубчатые колеса, нулевые конические зубчатые колеса и гипоидные зубчатые колеса.
  Нажмите здесь, чтобы выбрать конические шестерни
  
  Эскиз конических шестерен

• Спирально-коническое зубчатое колесо

  Спирально-коническое зубчатое колесо представляет собой коническое зубчатое колесо с изогнутыми линиями зубьев. Благодаря более высокому коэффициенту контакта зубьев они превосходят прямозубые конические шестерни по эффективности, прочности, вибрации и шуму. С другой стороны, их сложнее производить. Кроме того, поскольку зубья изогнуты, они вызывают осевое усилие. В спирально-конических зубчатых колесах зубчатое колесо с нулевым углом закручивания называется нулевым коническим зубчатым колесом.
  Нажмите здесь, чтобы выбрать спирально-конические шестерни
  
  Эскиз спирально-конических шестерен

• Винтовые шестерни

  Винтовые передачи представляют собой пару одноручных косозубых шестерен с углом закручивания 45° на непараллельных, непересекающихся валах. Поскольку контакт зуба является точечным, их грузоподъемность низкая, и они не подходят для передачи большой мощности. Поскольку мощность передается за счет скольжения поверхностей зубьев, необходимо обратить внимание на смазку при использовании винтовых передач. Нет никаких ограничений в отношении комбинаций количества зубьев.
  Щелкните здесь, чтобы выбрать винтовые передачи
  
  Эскиз винтовых передач

• Угловая шестерня

  Угловая шестерня представляет собой коническую шестерню с передаточным отношением 1. Они используются для изменения направления передачи мощности без изменения скорости. Различают прямые угловые и спиральные угловые передачи. При использовании спиральных угловых передач возникает необходимость рассмотреть возможность использования упорных подшипников, поскольку они создают осевое усилие в осевом направлении. Помимо обычных угловых передач с 9Углы вала 0 °, косые шестерни с любыми другими углами вала называются угловыми косыми шестернями.
  Щелкните здесь, чтобы выбрать угловые зубчатые колеса
  
  Эскиз угловых зубчатых колес

• Червячная передача

  Винтовая форма, нарезанная на валу, называется червяком, сопряженная шестерня — червячным колесом, а вместе на непересекающихся валах называется червячной передачей. Червяки и червячные колеса не ограничиваются цилиндрическими формами. Существует тип песочных часов, который может увеличить коэффициент контакта, но его производство становится более сложным. За счет скользящего контакта поверхностей зубчатых колес необходимо уменьшить трение. По этой причине обычно для червяка используется твердый материал, а для червячного колеса — мягкий материал. Несмотря на низкую эффективность из-за скользящего контакта, вращение плавное и бесшумное. Когда угол опережения червяка мал, он создает функцию самоблокировки.
  Щелкните здесь, чтобы выбрать червячные передачи
  
  Эскиз червячных передач

• Внутреннее зубчатое колесо

  Внутреннее зубчатое колесо имеет зубья, нарезанные внутри цилиндров или конусов, и работает в паре с внешним зубчатым колесом. В основном внутренние шестерни используются для планетарных зубчатых передач и муфт зубчатого вала. Существуют ограничения на разницу в количестве зубьев между внутренними и внешними шестернями из-за эвольвентного взаимодействия, трохоидного взаимодействия и проблем с обрезкой. Направления вращения внутреннего и внешнего зубчатых колес в зацеплении одинаковы, но они противоположны, когда два внешних зубчатых колеса находятся в зацеплении.
  Щелкните здесь, чтобы выбрать внутреннюю шестерню
  
  Эскиз внутренней шестерни

Что такое шестерня?

Зубчатое колесо представляет собой элемент машины, в котором зубья нарезаны вокруг цилиндрических или конусообразных поверхностей с одинаковым шагом. Зацепив пару этих элементов, они используются для передачи вращения и усилий от ведущего вала к ведомому валу. По форме зубчатые колеса можно разделить на эвольвентные, циклоидальные и трохоидальные. Кроме того, их можно классифицировать по положению вала как шестерни с параллельными валами, шестерни с пересекающимися валами, а также шестерни с непараллельными и непересекающимися валами. История зубчатых колес стара, и использование зубчатых колес появилось еще в Древней Греции в до н.э. в сочинениях Архимеда.

Коробка для образцов различных типов шестерен

Обзор шестерен

(Важная терминология и номенклатура шестерен на этом рисунке)

• Червяк
• Червячное колесо
• Внутренняя шестерня
• Зубчатая муфта
• Винтовая передача
• Эвольвентные шлицевые валы и втулки
• Угловой редуктор
• Цилиндрическая шестерня
• Косозубая шестерня
• Трещотка
• Собачка
• Стойка
• Шестерня
• Прямая коническая шестерня
• Спирально-коническая шестерня

Существует три основных категории зубчатых колес в соответствии с ориентацией их осей

Конфигурация:

1. Параллельные оси / прямозубые, косозубые, зубчатые рейки, внутренние зубчатые колеса
2. Пересекающиеся оси / угловая шестерня, прямая коническая шестерня, спиральная коническая шестерня
3. Непараллельные, непересекающиеся оси / винтовая передача, червячная передача, червячная передача (червячное колесо)
4. Другое / Эвольвентный шлицевой вал и втулка, зубчатая муфта, собачка и храповик

Разница между шестерней и звездочкой

Проще говоря, шестерня входит в зацепление с другой шестерней, а звездочка входит в зацепление с цепью и не является шестерней. Помимо звездочки, предмет, который чем-то похож на шестерню, представляет собой храповик, но его движение ограничено одним направлением.

Классификация типов зубчатых передач с точки зрения взаимного расположения присоединяемых валов

1. Когда два вала шестерен параллельны (параллельные валы)
   Цилиндрическое зубчатое колесо, зубчатая рейка, внутреннее зубчатое колесо и косозубое зубчатое колесо и т. д.
   Как правило, они имеют высокий КПД передачи.
2. Когда два вала шестерен пересекаются друг с другом (пересекающиеся валы)
   Коническая шестерня относится к этой категории.
   Как правило, они имеют высокую эффективность передачи.
3. Когда два вала шестерен не параллельны или не пересекаются (оси со смещением)
   Червячная передача и винтовая передача относятся к этой группе.
   Из-за скользящего контакта эффективность передачи относительно низкая.

Класс точности зубчатых колес

При группировке типов зубчатых колес по точности используется класс точности. Класс точности определяется стандартами, установленными ISO, DIN, JIS, AGMA и т. д. Например, JIS определяет погрешность шага, погрешность профиля зуба, отклонение спирали, погрешность биения и т. д. для каждого класса точности.

Наличие шлифования зубьев

Наличие шлифовки зубьев сильно влияет на работу зубчатых колес. Таким образом, при рассмотрении типов зубчатых колес шлифование зубьев является важным элементом, который следует учитывать. Шлифование поверхности зубьев делает шестерни тише, увеличивает мощность передачи усилия и влияет на класс точности. С другой стороны, добавление процесса шлифования зубьев увеличивает стоимость и подходит не для всех зубчатых колес. Для получения высокой точности помимо шлифовки существует процесс, называемый бритьем, с использованием бритвенных резцов.

Виды формы зуба

Чтобы классифицировать типы шестерен по форме зуба, различают эвольвентную форму зуба, циклоидальную форму зуба и трохоидную форму зуба. Среди них чаще всего используется эвольвентная форма зуба. Они просты в изготовлении и имеют возможность правильно создавать сетку, даже если расстояние между центрами немного отличается. Циклоидная форма зуба в основном используется в часах, а трохоидная форма зуба — в основном в насосах.

Создание Gears

Эта статья воспроизводится с разрешения.
Масао Кубота, Хагурума Нюмон, Токио: Ohmsha, Ltd., 1963.

Шестерни — это колеса с зубьями, которые иногда называют зубчатыми колесами.

Шестерни представляют собой механические компоненты, передающие вращение и мощность от одного вала к другому, если каждый вал имеет выступы (зубья) соответствующей формы, равномерно расположенные по его окружности, так что при вращении следующий зуб входит в пространство между зубьями другой вал. Таким образом, это компонент машины, в котором мощность вращения передается поверхностью зуба первичного двигателя, толкающей поверхность зуба ведомого вала. В крайнем случае, когда одна сторона представляет собой прямолинейное движение (это можно представить как вращательное движение вокруг бесконечной точки), это называется зубчатой ​​рейкой.

Существует множество способов передачи вращения и мощности от одного вала к другому, например, за счет трения качения, оборачивающей передачи и т. д. Однако, несмотря на простую конструкцию и относительно небольшой размер, зубчатые колеса имеют много преимуществ, таких как надежность передачи , точное соотношение угловых скоростей, длительный срок службы и минимальная потеря мощности.

От небольших часов и прецизионных измерительных приборов (применения для передачи движения) до больших зубчатых колес, используемых в морских трансмиссионных системах (применения для передачи энергии), шестерни широко используются и считаются одним из важных механических компонентов наряду с винтами и подшипниками.

Существует множество типов шестерен. Однако самыми простыми и наиболее часто используемыми передачами являются те, которые используются для передачи определенного передаточного числа между двумя параллельными валами на определенном расстоянии. В частности, шестерни с зубьями, параллельными валам, как показано на рисунке 1. 1, называемые цилиндрическими шестернями, являются наиболее популярными.

[Рисунок 1.1 Цилиндрические зубчатые колеса]

Простейшим способом передачи удельного отношения угловых скоростей между двумя параллельными валами является привод трения качения. Это достигается, как показано на рис. 1.2, за счет наличия двух цилиндров, диаметры которых обратно пропорциональны передаточному отношению скоростей, которые соприкасаются и вращаются без проскальзывания (если два вала вращаются в противоположных направлениях, контакт происходит снаружи; направление, контакт внутри). То есть вращение получается за счет силы трения контакта качения. Однако избежать некоторых проскальзываний невозможно и, как следствие, на надежную передачу рассчитывать не приходится. Чтобы получить большую передачу мощности, требуются более высокие контактные усилия, что, в свою очередь, приводит к высоким нагрузкам на подшипники. По этим причинам такая компоновка не подходит для передачи большого количества энергии. В результате возникла идея создать подходящую форму зубьев, равномерно расположенных на поверхностях качения цилиндров таким образом, чтобы хотя бы одна пара или несколько зубьев всегда находились в контакте. Сталкивая зубья ведомого вала с зубьями ведущего вала, можно гарантировать надежную передачу. Это называется цилиндрическим зубчатым колесом, а эталонный цилиндр, на котором вырезаны зубья, называется делительным цилиндром. Цилиндрические зубчатые колеса представляют собой один из видов цилиндрических зубчатых колес.

[Рисунок 1.2 Цилиндры шага]

Когда два вала пересекаются, ориентирами для нарезных зубьев являются конусы в контакте качения. Это конические шестерни, как показано на рис. 1.3, где базовый конус, на котором вырезаны зубья, называется делительным конусом. (рис. 1.4).

[Рис. 1.3 Конические зубчатые колеса]

[Рис. 1.4 Делительные конусы]

Когда два вала не параллельны и не пересекаются, криволинейные поверхности, контактирующие с качением, отсутствуют. В зависимости от типа зубчатых колес зубья создаются на паре эталонных контактирующих вращающихся поверхностей. Во всех случаях необходимо установить профиль зуба таким образом, чтобы относительное движение контактирующих поверхностей шага соответствовало относительному движению зацепления зубьев на эталонных криволинейных поверхностях.

Если зубчатые колеса рассматриваются как твердые тела, то для того, чтобы два тела сохраняли заданное отношение угловых скоростей при контакте поверхностями зубьев, не наталкиваясь друг на друга и не разделяясь, необходимо, чтобы общие нормальные компоненты скорости две шестерни в точке контакта должны быть равными. Другими словами, в этот момент относительного движения поверхностей зубчатых колес в направлении общей нормали нет, а относительное движение существует только по поверхности контакта в точке контакта. Это относительное движение есть не что иное, как скольжение поверхностей зубчатых колес. Поверхности зубьев, за исключением особых точек, всегда связаны так называемой передачей скольжения.

Для того, чтобы формы зубьев удовлетворяли условиям, описанным выше, использование огибающей поверхности может привести к желаемой форме зуба в качестве общего метода.

Теперь задайте одну сторону поверхности шестерни A как криволинейную поверхность FA и придайте обеим шестерням указанное относительное вращение. Затем в системе координат, привязанной к зубчатому колесу В, проводится группа последовательных положений поверхности зубчатого колеса FA. Теперь подумайте об огибающей этой группы кривых и используйте ее как поверхность зуба FB шестерни B. Тогда из теории огибающих поверхностей ясно, что две поверхности шестерни находятся в постоянном линейном контакте, и две шестерни будут иметь желаемое относительное движение.

Также можно привести формы зуба следующим способом. Рассмотрим, кроме пары шестерен A и B с заданным относительным движением, третью воображаемую шестерню C в зацеплении, где A и B находятся в зацеплении, и зададим ей произвольную поверхность формы зуба FC (криволинейная поверхность только без тела зуба) и соответствующее относительное движение.

Теперь, используя тот же метод, что и раньше, из воображаемого зацепления шестерни А с воображаемой шестерней С получите форму зуба FA как оболочку формы зуба FC. Обозначим линию контакта поверхностей зубьев FA и FC как IAC. Точно так же получите контактную линию IBC и поверхность зуба FB из воображаемого зацепления шестерни B и воображаемой шестерни C. Таким образом, поверхности зуба FA и FB получаются при посредничестве FC. В этом случае, если контактные линии IAC и IBC совпадают, шестерни A и B находятся в прямом контакте, а если IAC и IBC пересекаются, шестерни A и B будут иметь точечный контакт в этом пересечении.

Это означает, что с помощью этого метода можно получить формы зубьев с точечным контактом, а также формы зубьев с линейным контактом.

Однако существуют ограничения геометрических форм зубьев, как описано выше, особенно когда тела зубьев поверхностей FA и FB заходят друг на друга или когда эти области нельзя использовать в качестве форм зубьев. Это вторжение одного тела зуба в другое называется интерференцией профилей зуба.

Как видно из приведенного выше объяснения, теоретически существует множество способов изготовления зубьев, создающих заданное относительное движение. Однако в действительности учет зубчатого зацепления, прочности формы зуба и сложности нарезания зубьев ограничит использование этих видов форм зубьев лишь немногими.

Бесплатные технические данные редуктора доступны в формате PDF

Компания KHK предлагает бесплатно книгу «Технические данные редуктора» в формате PDF. Эта книга очень полезна для изучения зубчатых колес и зубчатых передач. В дополнение к типам зубчатых колес и терминологии зубчатых передач, книга также включает разделы, касающиеся профиля зубьев, расчетов размеров, расчетов прочности, материалов и термической обработки, идей о смазке, шуме и т. д. Из этой книги вы можете многое узнать о зубчатых передачах. .

Способы использования зубчатых колес в механических конструкциях

Шестерни в основном используются для передачи мощности, но, исходя из идей, их можно использовать как элементы машин по-разному. Ниже приводится введение в некоторые из способов.

1. Захватывающий механизм
   Используйте две цилиндрические шестерни одинакового диаметра в зацеплении, чтобы при реверсировании ведущей шестерни ведомая шестерня также реверсировалась. Используя это движение, вы можете получить механизм захвата рабочей детали. Заготовки различных размеров можно размещать, регулируя угол раскрытия захватного кулачка, что обеспечивает универсальную конструкцию механизма захвата.
2. Механизм прерывистого движения
   Существует Женевский механизм в качестве механизма прерывистого движения. Однако из-за необходимости в специализированных механических компонентах он стоит дорого. Используя шестерни с отсутствующими зубьями, можно получить недорогой и простой прерывистый механизм.
   Под шестерней с отсутствующими зубьями мы подразумеваем шестерню, в которой любое количество зубьев шестерни удалено из корней. Шестерня, соединенная с шестерней с отсутствующими зубьями, будет вращаться до тех пор, пока она находится в зацеплении, но остановится, как только встретится с участком с отсутствующими зубьями ведущей шестерни. Однако у него есть недостаток, заключающийся в переключении при приложении внешней силы, когда шестерни выключены. В этих случаях необходимо поддерживать его положение с помощью таких средств, как использование фрикционного тормоза.
3. Специальный механизм передачи мощности
   Установив обгонную муфту (механизм, обеспечивающий вращательное движение только в одном направлении) на одной ступени зубчатой ​​передачи зубчатого редуктора, можно создать механизм, который передает движение в одном направлении, но работает на холостом ходу. в обратном порядке.
   Используя этот механизм, вы можете создать систему, которая приводит в действие двигатель при подаче электроэнергии, но когда питание отключается, он перемещает выходной вал под действием силы пружины.
   Благодаря внутренней установке пружины (витой пружины кручения или спиральной пружины), которая наматывается в направлении вращения в зубчатой ​​передаче, редуктор приводится в действие по мере наматывания пружины. Когда пружина полностью закручена, двигатель останавливается, и электромагнитный тормоз, встроенный в двигатель, удерживает это положение.
   При отключении электричества тормоз отпускается, и сила пружины приводит в движение шестерню в направлении, противоположном вращению двигателя. Этот механизм используется для закрытия клапанов при отключении питания (аварийный режим) и называется «аварийный запорный клапан с пружинным возвратом».

Почему трудно достать нужные шестерни?

Для самого зубчатого колеса стандарта не существует.

Зубчатые колеса использовались во всем мире с древних времен во многих областях и являются типичными компонентами элементов машин. Однако, что касается класса точности зубчатых колес, в различных странах существуют промышленные стандарты, такие как AGMA (США), JIS (Япония), DIN (Германия) и т. д. С другой стороны, нет никаких стандартов в отношении факторов. который в конечном итоге определяет [саму шестерню], такую ​​​​как ее форма, размер, диаметр отверстия, материал, твердость и т. д. В результате нет единого подхода, но это набор фактических спецификаций шестерни, определенных отдельными дизайнерами. дизайн их машин или тех, которые определены отдельными производителями передач.

Существует множество спецификаций шестерен

Как упоминалось выше, существует множество спецификаций шестерен. За исключением очень простых шестерен, не будет преувеличением сказать, что существует столько видов, сколько мест, где используются шестерни. Например, среди многих зубчатых колес, когда совпадают характеристики угла прижатия, шага зубьев и количества зубьев, существует множество других характеристик, определяющих зубчатые колеса, таких как размер отверстия, ширина торца, термообработка, окончательная твердость, шероховатость поверхности после шлифования, наличие вала и т. д. Можно сказать, что вероятность совместимости двух шестерен мала. Это одна из причин, по которой (например, при поломке шестерни) трудно получить замену шестерни.

Не удается получить нужные шестерни

Иногда бывает так, что вы не можете получить замену изношенной или сломанной шестерни на месте эксплуатации машины. В этом случае, в большинстве случаев, нет проблем, если есть руководство или список деталей для машины, содержащий чертеж, необходимый для изготовления шестерни. Также нет проблем, если есть возможность связаться с производителем машины и что производитель может поставить необходимое оборудование. К сожалению, во многих случаях:
 — В инструкции к машине не показан чертеж шестерни сам по себе
 — Невозможно получить только шестерню от производителя машины и т. д.
По таким причинам трудно получить необходимую шестерню. В этих случаях возникает необходимость изготовления производственного чертежа сломанной шестерни. Это часто сложно без специальных технических знаний о снаряжении. Для производителей зубчатых колес ситуация часто бывает столь же сложной из-за недостаточности данных о зубчатом колесе. Кроме того, для создания чертежа из сломанной шестерни требуется много инженерной рабочей силы, и это ставит вопрос о том, кто будет нести эти затраты.

Когда требуется только одно зубчатое колесо, стоимость производства высока

Когда машина, использующая зубчатое колесо, производится серийно, то и зубчатое колесо изготавливается для определенного размера производственной партии, распределяя удельную стоимость зубчатого колеса, принимая преимущество экономии на масштабе. С другой стороны, пользователи, использующие машину после ее изготовления, когда одна или две шестерни нуждаются в замене, часто сталкиваются с высокой себестоимостью производства, что делает окончательную стоимость ремонта иногда очень высокой. Короче говоря, разница в двух методах производства (массовое производство или мелкосерийное производство) оказывает большое влияние на стоимость снаряжения. Например, покупка 300 шестерен за один раз для проекта по производству нового оборудования (изготовление 300 шестерен одной партией) по сравнению с покупкой одной шестерни на замену позже (с производственной партией из 1 штуки) имеет огромную разницу в себестоимости единицы продукции. Это та же самая ситуация на этапе проектирования новой машины, когда для прототипа нужна одна шестерня с той же высокой стоимостью.

Возможность использования стандартных зубчатых колес

Если при проектировании новой машины технические характеристики используемых зубчатых колес могут быть согласованы со стандартными зубчатыми колесами производителя, упомянутые выше проблемы могут быть решены. По этому методу:

• Вы можете избежать этапа проектирования новых шестерен при проектировании машины
• Вы можете использовать 2D/3D модели САПР, чертежи деталей для печати, расчеты прочности и т. д., предоставленные производителем зубчатых колес
• Даже если вам нужна только одна шестерня для пробы, стандартные шестерни обычно производятся производителями шестерен серийно и имеют разумную цену

Вот некоторые из удобств, которыми вы можете воспользоваться.

Кроме того, когда шестерня в используемой машине нуждается в замене, если ее технические характеристики аналогичны характеристикам производителя шестерен, может быть возможно заменить ее стандартной шестерней отдельно или стандартной шестерней с дополнительной операцией. В этой ситуации также можно избежать неудобств при выполнении следующих задач:

• Ищите чертежи
• Создать новые чертежи
• Ищите подрядчика для изготовления шестерни
• Принять высокую стоимость штучного производства

Ссылки по теме:
Шестерни для робототехники
Шестерни, подходящие для машин пищевой промышленности

Типы трансмиссий | Toyota.

com

Типы автомобильных трансмиссий

В наши дни существует столько же типов автомобильных трансмиссий, сколько и типов автомобилей. Так что же такое трансмиссия?

Трансмиссия — это коробка передач транспортного средства, позволяющая преобразовывать мощность двигателя в импульс. Проще говоря, трансмиссия передает мощность двигателя на большие и меньшие шестерни по мере необходимости для изменения импульса на заданной скорости. Очевидно, что это помогает автомобилю ускориться, но его также можно использовать для его замедления. Тип трансмиссии вашего автомобиля определяет, как двигатель передает свою мощность на различные передачи.

Если вы не очень хорошо разбираетесь в механике двигателей, то сейчас разные типы трансмиссии могут не иметь большого значения. Но ждать! Ниже мы кратко рассмотрим самые популярные типы трансмиссий, доступных сегодня, и приведем примеры каждой из них.

Подробнее Читать меньше

Что такое механическая коробка передач?

Механическая коробка передач является старейшим типом трансмиссии для современных автомобилей, а также самой простой для понимания механической точки зрения. Для некоторых это трансмиссия, на которой они научились ездить. Другим мануалы кажутся сложными и пугающими. Но что такое механическая коробка передач?

Чтобы понять это, давайте сначала рассмотрим основные части, которые есть в большинстве трансмиссий.

Как мы уже говорили, трансмиссия — это коробка передач автомобиля. Эта коробка передач содержит несколько комплектов шестерен. Набор передач выбирается в зависимости от необходимой вам скорости. Сцепление включается при правильном наборе передач.

Для работы механической коробки передач водитель должен выбрать нужный набор передач с помощью рычага переключения передач. Вот почему вы можете слышать, как механические коробки передач называют «рычажным переключением».

Для переключения передач в механической коробке передач:

• Водитель должен выжать педаль сцепления, чтобы освободить коробку передач от всех передач
• Водитель должен переключить рычаг переключения передач на нужную передачу. Как вы видите на картинке выше, на переключателе передач есть буква R, а также цифры 1-6. R означает реверс. Цифры соответствуют шестерням. 1-я передача предназначена для трогания с места и для малых скоростей. 2-я передача и выше предназначены для более высоких скоростей.
• Затем водитель должен отпустить педаль сцепления, чтобы коробка передач включила выбранную передачу.

До 19В 80-х годах механическая коробка передач была стандартным предложением для большинства автомобилей. Это потому, что бортовые компьютеры не были достаточно совершенны, чтобы автоматически управлять трансмиссией автомобиля. По мере совершенствования технологий и усовершенствования компьютерных систем автомобилей автоматические коробки передач стали нормой.

Тем не менее, многие производители предлагают механические коробки передач для водителей, которые предпочитают их. Многие водители отмечают, что механическая коробка передач является более захватывающим, увлекательным и даже личным способом управления автомобилем.

Если вы хотите перейти на ручное управление, вот несколько вариантов, которые следует учитывать.

Чтобы управлять спортивным автомобилем с механической коробкой передач, попробуйте Toyota 86. Модель 86 легкая, гладкая, быстрая, хорошо проходит повороты и по разумной цене.

Чтобы получить максимальную отдачу от вождения по бездорожью, приобретите Toyota Tacoma TRD Pro с механической коробкой передач и проверьте, насколько хорошо вы управляете передачами во время движения по бездорожью ^.

Еще один отличный пример мануала — Corolla Hatchback.

Подробнее Читать меньше

Что такое автоматическая коробка передач?

Если вы начали водить машину в середине 80-х или позже, вы, скорее всего, научились водить с автоматической коробкой передач. Автоматические коробки передач похожи на механические в том, что у них есть наборы передач и сцепление, но фактический выбор передачи и «сбрасывание» сцепления контролируется бортовым компьютером. Некоторые могут подумать: «Но ведь есть еще переключение передач. Так что же изменилось?»

Независимо от того, есть ли у вас рычаг переключения передач на центральной консоли или за рулевым колесом, вы заметите, что переключатель автоматической коробки передач более упрощен, чем рычаг механической коробки передач. На автоматическом переключателе вы найдете P для парковки, R для заднего хода, N для нейтрального положения и D для движения. Некоторые могут позволить вам выбирать из самых низких передач, например, 1 или 2, чтобы помочь при подъеме и спуске по крутым дорогам.

«А как насчет S-D? Или плюс и минус?» Хороший вопрос! У некоторых автоматов есть ручной режим, так что вы можете взять на себя управление передачами, если хотите. Некоторые позволяют переключаться вверх или вниз в зависимости от + или — в ограниченном объеме. Под ограниченной пропускной способностью мы подразумеваем, что большинство автомобилей не позволяют переключаться на очень низкую передачу на высоких скоростях — это может привести к повреждению двигателя, а компьютер не позволит водителю сделать это.

До 1980-х автоматические коробки передач не были такими эффективными, как механические. Но по мере того, как производители автомобилей совершенствовались в их производстве, они становились стандартом. Сейчас более 90% водителей в Америке ездят на автомобилях с автоматической коробкой передач.

Отличными примерами автоматической коробки передач являются Supra, 86 GT и Avalon.

Автоматическая коробка передач широко использовалась в течение последних примерно 50 лет, но ее вытесняет более продвинутый тип автоматической коробки передач — бесступенчатая трансмиссия.

Подробнее Читать меньше

Что такое бесступенчатая трансмиссия (CVT)?

Это новый тип трансмиссии, работающий так же, как традиционная автоматическая коробка передач, и быстро становящийся стандартным предложением для большинства автомобилей. Многие производители транспортных средств выбирают вариаторы, потому что они обеспечивают лучшую экономию топлива, чем другие трансмиссии, и имеют более простую и надежную конструкцию.

Так как же вариаторы реализуют эти преимущества? Они откладывают отдельные шестерни в сторону.

Как мы уже говорили, механика и автомат имеют наборы передач. Бесступенчатые трансмиссии (или вариаторы) вместо этого имеют ведомый шкив, ведущий шкив и ремень или цепь. Ремень или цепь наматывается между половинчатыми шкивами. Шкивы прижимаются друг к другу и разъединяются.

Когда механической или автоматической коробке передач требуется больше или меньше скорости, сцепление отключается от текущей передачи и переключается на новую. С другой стороны, вариаторам никогда не нужно отключаться. Вместо этого ремень всегда работает. Что меняется, так это то, насколько далеко друг от друга находятся половинки ведущего и ведомого шкива. См. диаграмму выше.

Если половинки ведомого шкива прижаты друг к другу, а половинки ведущего шкива раздвинуты, это пониженная передача. Если половинки ведомого шкива раздвинуты, а половинки ведущего шкива прижаты друг к другу, это высшая передача. Вариатор переключает «передачи», сжимая или раздвигая половинки шкива.

Поскольку ремень движется постоянно, поиск нужных «шестерней» практически не занимает времени. Шкивы творят чудеса, и ваш автомобиль продолжает двигаться.

Подробнее Читать меньше

Как Toyota использует вариатор по-другому

Постоянный новатор в области мобильности, Toyota использует вариатор немного по-другому.

Некоторые водители говорят, что вариатор кажется губчатым, странным или плоским. Многие водители пропускают паузу между отключением сцепления от мощности двигателя и последующим повторным включением большого прилива энергии. Им не нравится, что вариатор «переключает передачи» без переключения передач.

Тем не менее, у этих водителей не должно быть таких же жалоб на бесступенчатую трансмиссию Dynamic-Shift CVT от Toyota. Это дает вам ощущение традиционной автоматической коробки передач со всеми преимуществами вариатора.

Бесступенчатая трансмиссия Toyota Dynamic-Shift имеет настоящую первую передачу. Это означает, что у него есть реальная передача, когда вы едете со скоростью 1–25 миль (40,23 км) в час. Как только вы превысите эту скорость, сработает вариатор. Эта первая передача называется стартовой.

Для таких автомобилей, как седан Corolla XSE и хэтчбек Corolla, бесступенчатая трансмиссия с динамическим переключением обладает и другими преимуществами. У него есть разные режимы для вождения, например, спортивный режим, когда вам нужно немного больше бодрости духа. У него также есть кое-что общее с автоматической коробкой передач — ручной режим. Это дает вам контроль над вариатором. Лучшая часть? У него есть подрулевые лепестки.

Подробнее Читать меньше

Узнайте о Toyota CVT

Есть еще вопросы?

У вас есть еще вопросы о коробках передач? Ознакомьтесь с нашим разделом часто задаваемых вопросов.