28Июл

Схема двухвальной коробки передач: Принципиальные кинематические схемы и работа коробок передач с неподвижными осями валов

Содержание

Принципиальные кинематические схемы и работа коробок передач с неподвижными осями валов

Конструкции КП определяются назначением трактора, номинальным тяговым усилием (тяговым классом), характером эксплуатационных нагрузок и показателями комплексов агрегатируемых машин — орудий. Анализ современных конструкций КП показывает, что большинство из них являются составными комбинациями из более простых двухвальных и трехвальных КП, схемы которых приведены ниже.

Следует отметить, что на всех рассматриваемых схемах КП управляющие каретки или блокировочные муфты показаны при нейтральном их положении (на нейтральной передаче).

Простейшая схема двухвальной КП (рис. 4.2,а) с разрывом потока мощности при переключении передач, состоит из первичного вала 1 и вторичного 9. К валу 1 мощность от двигателя подводится обычно через сцепление, а выходной конец вала 9 в большинстве случаев имеет ведущую коническую шестерню 8 центральной передачи трансмиссии. На шлицах первичного вала 1 установлены подвижные двухвенцовая каретка 2 для получения второй (влево по стрелке) и третьей (вправо по стрелке) передачи и одновенцовая каретка 4 для получения первой (влево по стрелке) передачи и заднего хода (вправо по стрелке). Правый выступающий шлицевой хвостовик 5 может быть приводом зависимого ВОМ. На вторичном валу 9 неподвижно установлены ведомые шестерни передач переднего хода: первой 11, третьей 12 и второй 13, в зацепление с которыми вводятся зубчатые венцы кареток для получения необходимой передачи, и ведомая шестерня 10 заднего хода.

Рис. 4.2. Принципиальные кинематические схемы КП: а — двухвальная. 6 — трехвальная, в — трехвальная с поперечными валами

Перемещение кареток по шлицам первичного вала 1 осуществляется отдельной рычажно-тяговой системой ручного управления КП, которая позволяет фиксировать в зацеплении только одну пару шестерен, обеспечивающую необходимое передаточное число.

Шестерни и валы размещаются внутри картера 3 КП, в отверстиях стенок и перегородок которого установлены соответствующие подшипники опор валов или дополнительных осей. В отечественных тракторах в основном применяются литые чугунные картеры КП. В зарубежных конструкциях широко применяются также более легкие и прочные литейные материалы (алюминиевые сплавы).

Опорами первичного вала, как правило, являются радиапьные шариковые подшипники, нагруженные в основном радиальными силами. Опоры вторичного вала более сложные, так как в большинстве случаев они воспринимают не только радиальные усилия, действующие на них при передаче крутящего момента, но и осевое усилие, действующее от конической пары центральной передачи.

Для получения передачи заднего хода между валами КП вводят дополнительную шестеренную передачу, изменяющую направление вращения ее вторичного вала при неизменном вращении первичного вала. Это может быть шестерня или блок из двух шестерен одного или разных диаметров, находящихся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней, закрепленной на вторичном валу. В рассматриваемой схеме КП задний ход получается при введении каретки 4 в контакт с блоком шестерен 6, находящимся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 10 вторичного вала. Блок б установлен на подшипниках закрепительной оси 7.

В данной кинематической схеме двухвальной КП показано практически минимальное число передач — три вперед и одна — назад. На практике число передач не превышает шести, так как при их увеличении возрастает длина валов и их прогиб при передаче крутящего момента. Это ведет к нарушению зацепления шестерен и ухудшению работы подшипниковых узлов, а в итоге — к снижению долговечности КП.

Смазывание трущихся деталей данной КП осуществляется маслом, заливаемым в ее картер и последующим его разбрызгиванием венцами вращающихся ведомых шестерен при движении трактора. Для смазывания деталей КП при стационарной работе МТА, когда вторичный вал неподвижен, в ряде конструкций применяют специальные маслоразбрызгивающие шестерни, кинематически связанные с первичным валом. Один из этих вариантов показан на приводимой схеме КП, где свободно вращающаяся на валу 9 ведомая маслоразбрызгивающая шестерня 14 имеет постоянный привод от ведущей шестерни 15 вала 1.

Достоинствами двухвальных КП являются: конструктивная простота и высокий механический КПД, так как при передаче мощности в зацеплении участвует только одна пара шестерен. Недостатками — невозможность получения более 5-6 передач переднего хода, вследствие повышенного прогиба валов, и малый диапазон передаточных чисел, ограниченный межосевым расстоянием валов. Вследствие этого они в настоящее время имеют ограниченное применение как самостоятельные КП, но часто используются как один из редукторов составной КП. При этом очень часто они выполняются с шестернями постоянного зацепления (см. рис. 4.1,6 — г).

Простейшая схема трехвальной КП (рис. 4.2,6) с разрывом потока мощности при их переключении и с продольным расположением валов состоит из соосно расположенных первичного 1 и вторичного 8 валов и промежуточного вала 14. Валы 1 и 14 соединены парой цилиндрических шестерен постоянного зацепления — ведущей 2 и ведомой 15, образующих передаточное число первой ступени КП. На конце вала 8 обычно установлена или выполнена за одно с ним ведущая коническая шестерня 9 центральной передачи трансмиссии.

На промежуточном валу 14 жестко закреплены ведущие шестерни 13 переднего хода. В зацепление с ними входят зубчатые венцы ведомых кареток вторичного вала 8, образуя тем самым передаточные числа второй ступени данной КП. На промежуточном валу 14 закреплена и ведущая шестерня 12 передачи заднего хода, находящаяся в постоянном зацеплении с одновенцовой “паразитной” шестерней 10.

На шлицах вторичного вала 8 установлены типовые одновенцовая 7 и двухвенцовая 6 каретки и комбинированная одновенцовая каретка 4 с зубчатой блокировочной полумуфтой 3. Последняя при перемещении каретки 4 влево входит в зацепление с зубчатой полумуфтой в торце первичного вала, образуя тем самым прямую передачу мощности от вала 1 к вазу 8. Передний подшипник 16 (обычно роликовый) вала 8 установлен в расточке торца вала 1 и нагружен только радиальными силами. Остальные опоры валов установлены в отверстиях стенок или специальных перегородок картера 5 аналогично креплению валов двухвальной КП. В некоторых конструкциях трехвальных КП с целью устранения консольного крепления шестерни 2 и облегчения работы переднего подшипника 16 вала 8 исключают прямую передачу и выполняют отдельные опоры конца вала 1 и начала вала 8, тем более что на тракторах прямая передача не относится к основному (рабочему) их диапазону.

В данной кинематической схеме трехвальной КП можно получить пять передач (включая прямую) переднего хода и одну заднего.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, залитого в ее картер, шестернями промежуточного вала 14, который всегда вращается при работающем двигателе и включенном сцеплении независимо от режима работы МТА. Шлицевой хвостовик 11 вала 14 может использоваться как привод зависимого ВОМ.

Простейшая схема трехвальной КП с поперечным расположением валов, полным реверсированием всех передач и конструктивной компоновкой в общем корпусе заднего моста трактора, представлена на рис. 4.2,в.

Наиболее интересным элементом схемы является механизм реверса передач, позволяющий промежуточному валу 6 вращаться в разные стороны при постоянном направлении вращения первичного вала 1. Он состоит из ведущей конической шестерни 2, находящейся в постоянном зацеплении с двумя одинаковыми ведомыми коническими шестернями 3 и 4, свободно установленными на валу 6 и вращающимися в противоположные стороны. На ступицах этих шестерен имеются зубчатые венцы, аналогичные зубчатому венцу 17 вала 6, на котором установлена подвижная зубчатая муфта 8, блокирующая вал с любой из вышеуказанных шестерен. На схеме показано положение муфты 8 для движения трактора вперед. При замыкании вала 6 с шестерней 3 трактор будет двигаться назад. Перемещение муфты 8 производится отдельным рычагом управления реверсом.

Соединение одновенцовой 5 и двухвенцовой 18 карегок с ведомыми шестернями 16 вторичного вала 11 аналогично рассмотренному выше.

В аналогичных КП с полным реверсированием всех передач переднего хода иногда, как показано на схеме, выполняется одна отдельная передача заднего хода. Она осуществляется перемещением каретки 5 в зацепление с “паразитной” шестерней 9, находящейся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 10 заднего хода на валу 11. Применение данной передачи объясняется удобством управления КП одним рычагом для передач как переднего хода, так и заднего. При полностью реверсивной КП без дополнительной задней передачи для получения заднего хода трактористу приходиться одновременно манипулировать двумя рычагами управления — реверса и КП, что вызывает определенное неудобство.

Компоновка поперечно расположенных валов 6 и 11 в общем корпусе 7 трансмиссии облегчает выполнение центральной передачи цилиндрическими шестернями — ведущей 12 и ведомой 13, установленной на корпусе дифференциала 14. Шлицевый хвостовик 15 вала 11 может быть боковым приводом синхронного ВОМ.

Следует отметить также облегченные условия работы конической пары, образующей передаточное число первой ступени КП, это — более стабильный нагрузочный и скоростной режим, что позволяет в большинстве случаев отказаться от периодических регулировок зацепления шестерен до их окончательной выбраковки.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, находящегося в корпусе.

Подобного типа КП применяются на легких колесных универсальных тракторах, которые по характеру работы должны иметь возможность длительное время и при разных тяговых нагрузках двигаться задним ходом.

Достоинствами трехвальных КП являются:
— значительно больший, чем у двухвальных, диапазон передаточных чисел, так как на основных рабочих передачах всегда участвуют две пары шестерен;

— высокий КПД на прямой (транспортной) передаче;
— отсутствие необходимости в маслоразбрызгивающей паре шестерен;
— конструктивно более простое выполнение центральной передачи с цилиндрической парой шестерен в трехвальных КП с поперечными валами, чем у конической пары двухвальной КП.

Недостатками трехвальных КП являются:
— более низкий КПД на рабочих передачах, так как в зацеплении находятся одновременно две пары шестерен, вместо одной у двухвальной;
— невозможность получения более 5-6 передач переднего хода ввиду повышенного прогиба валов;
— повышенный износ подшипника передней опоры вторичного вала, расположенного в расточке торца первичного вала при работе трактора на основных рабочих передачах. При включенной прямой передачи указанный подшипник не вращается, но на этой транспортной передаче трактор работает, как правило, не более 12… 15% всего времени его эксплуатации.

Составные КП имеют структурные схемы, представленные на рис. 4.3. На схеме, показанной на рис. 4.3,а, впереди установлен редуктор Р с двумя передачами (n=2) для выбора диапазонов работы трактора, а за ним — основная КП с четырьмя передачами переднего хода внутри выбранного их диапазона и одной заднего (n3х=1) Общее число передач переднего и заднего хода определяется произведением чисел соответствующих видов передач в КП и Р: восемь передач переднего хода (n nx=8) и две передачи заднего (n3x= 2).

В зависимости от компоновки трансмиссии в составной КП впереди может быть установлена основная КП, а за ней — выходной редуктор Р (рис. 4.3,6), но результат будет такой же, как и в первой схеме (nnx=8; n3x=2).

На схеме, представленной на рис. 4.3,в, редуктор Р имеет nnx=3 и n3x=1. Общее число передач переднего хода nnx=12, а заднего n3x=4.
На схеме, представленной на рис. 4.3,г, показан пример применения одновременно двух редукторов P1 (nnx=3;n3x=1) и Р2 (n=2), что дает воз-можность получить nnx =24 и n3x=8.

Рис. 4.3. Структурные схемы составных КН

Элементарные кинематические схемы составных КП и компоновки их основных узлов представлены на рис. 4.4. На рис. 4.4,а дана схема КП, состоящая из входного двухступенчатого редуктора А, выполненного по трехвальной схеме, и основной коробки Б, выполненной по двухвальной схеме с тремя передачами вперед и одной назад. В данной схеме вторичный вал 1 редуктора А, является передним концом первичного вала коробки Б, а соответствующие вторичный вал 2 коробки Б и промежуточный вал 3 редуктора А имеют опоры в стенках редукторов.

В данной схеме можно получить шесть передач вперед и две назад. Так как редуктор А выполнен с ускоряющей передачей, то основные рабочие передачи составной КП осуществляются при включении прямой передачи редуктора, чтобы в зацеплении участвовала только одна пара шестерен коробки Б, чем и обеспечивается высокий КПД рабочих передач. Для получения передач с меньшей тягой на крюке трактора и транспортных в редукторе А передача осуществляется через две пары шестерен.

Рис. 4.4. Кинематические схемы составных КП

На рис. 4.4,6 приведена схема составной КП, выполненной в одном общем корпусе 3, с использованием трех параллельных валов: первичного 1, промежуточного 6 и вторичного 8. Валы 1 и 6 представляют собой входной двухвальный редуктор диапазонов передач с шестернями постоянного зацепления, блокируемых посредством зубчатых подвижных муфт 12. Шестерни 2 и 11 обеспечивают получение трех передач переднего хода, а шестерни 4, 5 и 7 — заднего. Валы 6 и 8 также представляют собой двухвальную четырехступенчатую КП с шестернями 9 постоянного зацепления, которые блокируются с валом 8 посредством многодисковых фрикционных муфт 10 с гидронажимным механизмом. Следовательно, в данной схеме составной КП можно получить двенадцать передач переднего хода и четыре заднего. При этом внутри установленного диапазона переключение передач осуществляется без остановки трактора.

В качестве примера рассмотрим составную КП тракторов МТЗ-80/82 (рис. 4.5).

Она имеет двухступенчатый понижающий редуктор и основную КП, которые обеспечивают получение 18-ти передач вперед и четырех назад. Основная КП — девятискоростная, состоит из первичного1, промежуточного 22 и вторичного 12 валов, а также вала 25 пониженных передач и передач заднего хода, расположенных в корпусе 11. На вторичном валу 12 установлена ведущая шестерня 13 центральной передачи. Внутри промежуточного вала 22 проходит вал 14 привода независимого ВОМ.

Основная КП имеет свой двухступенчатый редуктор. Он состоит из двухвенцовой шестерни-каретки 16, которая может входить в зацепление с шестерней 7 вторичного вала или с внутренними зубьями шестерни 15, свободно установленной на промежуточном валу 22 и находящейся в постоянном зацеплении с неподвижной шестерней 10 вторичного вала. Зацепление шестерен 16 и 7 дает первую ступень редуктора, а шестерен 16, 15 и 10 — вторую.

На шлицах первичного вала 1 имеются подвижные шестерни- каретки 2, 3 и 4, которые могут входить в зацепление соответственно с шестернями 21, 19 и 18, неподвижно установленными на промежуточном валу 22, и обеспечивать три передаточных числа. С промежуточного вала момент передается через первую или вторую ступень редуктора. В результате число передач удваивается. В рассматриваемой схеме КП (рис. 4.5,г) передачи с третьей по восьмую получаются по схеме трехвальной КП.

На первой и второй передачах и передачах заднего хода момент с первичного вала 1 на вторичный вал 12 передается через вал 25 пониженных передач. При этом момент с шестерни 4 через двухвенцовую шестерню 17, свободно установленную на промежуточном валу 22, передается на шестерню 28, которая находится в постоянном зацеплении с малым венцом шестерни 17. Далее с вала 25 момент передается на промежуточный вал 22 и через редуктор на вторичный вал 12. Для получения первой и второй передач каретка 27 вводится в зацепление с шестерней 19, а двух передач заднего хода с промежуточной шестерней 26. Последняя находится в постоянном зацеплении с шестерней 20.

Девятая передача получается введением в зацепление шестерни 4 с внутренними зубьями шестерни 7 (прямая передача). Переключение передач производится рычагом 8, перемещающим ползуны 5, которые удерживаются от самопроизвольного передвижения фиксаторами 6 в крышке 9.

Понижающий редуктор (см. рис. 4.5,г), установленный перед основной КП, удваивает число передач. Он состоит из двух пар шестерен 29, 24 и 23 и зубчатой муфты 30. Когда муфта вводится в зацепление с шестерней 24, момент передается без изменения (прямая передача), при введении в зацепление с шестерней 29 получается пониженная передача.

На тракторах МТЗ-80/82 может быть также установлен двухступенчатый планетарный ходоуменьшитель, позволяющий получать дополнительно четыре пониженные передачи переднего и четыре заднего хода.

Рис. 4.5. Составная КП тракторов МТЗ — 80/82:
а — продольный разрез, б — поперечный разрез, в разрез по валу пониженных передач и передач заднего хода; г — кинематическая схема

устройство, принцип работы и особенности

Механическая коробка передач (МКПП) сегодня пользуется меньшим спросом, чем различные виды АКПП, однако вплоть до сегодняшнего дня остается наиболее распространенным агрегатом на территории СНГ и ряда других стран. Как и любая другая коробка передач, указанный тип трансмиссии получает, изменяет и затем передает крутящий момент от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

При этом данный тип КПП, в отличие от автоматических коробок, полностью управляется вручную, то есть самим водителем. Коробка «механика» является ступенчатой, крутящий момент изменяется ступенчато путем переключения между передачами (ступенями). Каждая ступень фактически являются парой шестерен с разным передаточным числом.

По конструкции механические коробки передач могут иметь разное количество ступеней, а также устройство. При этом зачастую выделяют двухвальные и трехвальные коробки. В этой статье мы рассмотрим, что такое двухвальная коробка передач, как устроена двухвальная КПП, в чем ее особенности, преимущества и недостатки.    

Содержание статьи

Двухвальная коробка передач:  схема устройства и принцип работы

Итак, как уже было сказано выше, МКПП могут иметь разное количество ступеней (передач). Каждая из ступеней имеет свое передаточное число, которое является отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни.

При этом самая низкая ступень (пониженная передача) имеет самое большое передаточное число, тогда как самая высокая (повышенная передача) отличается самым малым передаточным числом.

Сами коробки принято делить по общему количеству ступеней (четырехступенчатая МКПП, пятиступенчатая, шестиступенчатая коробка и т.д.). Кстати, сегодня самое широкое распространение имеет пятиступенчатая коробка передач. Также по конструкции выделяются трехвальные и двухвальные КПП.

При этом трехвальная коробка обычно ставится на легковые машины с задним приводом, тогда как на переднеприводных авто двухвальная механическая коробка передач получила широчайшее распространение.

Обратите внимание, по схеме устройства и принципам работы данные коробки заметно отличаются. Далее мы отдельно рассмотрим двухвальную коробку, так как подавляющее большинство современных автомобилей с передним приводом.

Общее устройство двухвальной механической коробки передач (в отличие от трехвальной с промежуточным валом) предполагает следующие составные элементы:

Картер изготавливается из алюминия или магниевых сплавов. В картере КПП размещаются основные элементы коробки и механизмы, также он является резервуаром для трансмиссионного масла. Ведущий вал соединен со сцеплением при помощи имеющегося шлицевого соединения. На валу жестко крепится блок шестерен.

Ведомый вал установлен параллельно, также на нем закреплен набор шестерен. При этом шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала, а также имеют возможность свободно вращаться на валу. Также на ведомом валу жестко крепится ведущая шестерня главной передачи.

Еще между шестернями ведомого вала расположены муфты синхронизаторов (синхронизаторы). Их работа представляет собой выравнивание, то есть синхронизацию угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала посредством силы трения.

Синхронизаторы находятся в жестком зацеплении с ведомым валом, а также имеют возможность продольно двигаться по валу благодаря шлицевому соединению. Большинство современных КПП сегодня имеют синхронизаторы всех передач. Исключением можно считать бюджетные модели, где первая и задняя передача не синхронизированы.

Через главную передачу и дифференциал осуществляется  передача крутящего момента от вторичного вала через ряд элементов трансмиссии на ведущие колеса. Дифференциал при определенных условиях позволяет реализовать вращение колес так, что у них будет разная угловая скорость.

Что касается механизма переключения передач (в отличие от трехвальных КПП, где механизм находится внутри), на двухвальной коробке он расположен отдельно (вынесен наружу из корпуса).

Коробка связана с механизмом переключения посредством тросов (тросовая коробка передач) или специальных тяг. Как правило, самым простым и доступным является соединение тросиками, которое широко используется в устройстве механизмов переключения.

Сам механизм переключения передач двухвальной коробки включает в себя рычаг управления, который соединен тросиками с рычагами выбора, а также включения передач. Указанные рычаги присоединены к центральному штоку переключения передач, а шток имеет вилки.

Для выбора передачи нужно совершить поперечное движение рычагом управления по отношению к оси кузова авто, тогда как для включения той или иной передачи нужно выполнить продольное движение относительно упомянутой оси. В этом состоит главное отличие работы механизма переключения передач двухвальных КПП от трехвальных.

Если иначе, все движения рычага КПП можно разделить на поперечные и продольные. Когда совершается поперечное движение,  усилие передается на трос выбора передач, который оказывает воздействие на рычаг выбора передач. Рычаг проворачивает центральный шток вокруг оси, позволяя выбрать передачу.

Далее, когда происходит продольное перемещение рычага, усилие передается на трос переключения передач, который оказывает воздействие на рычаг переключения передач. Указанный рычаг инициирует горизонтальное перемещение штока с вилками. Та или иная вилка на штоке осуществляет смещение синхронизатора КПП, блокируя шестерни ведомого вала.

Еще добавим, что для уменьшения размеров КПП, а также с целью добавления ступеней в некоторых агрегатах может стоять не один ведомый вал, а несколько (два вала или три). На каждом из таких ведомых валов жестко крепится шестерня главной передачи, находящаяся в зацеплении с ведомой шестерней. Фактически, такая коробка имеет сразу несколько главных передач.

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Общий принцип работы двухвальной и трехвальной коробки идентичен. Когда рычаг управления находится в положении «нейтраль», передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса не происходит. После того, как водитель перемещает рычаг, вилка также смещает муфту синхронизатора.

Синхронизатор выравнивает угловые скорости шестерни выбранной передачи и ведомого вала.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какие бывают виды коробок передач. Из этой статьи вы узнаете о разновидностях КПП, отличиях и особенностях различных типов коробок передач.

Затем зубчатый венец синхронизатор входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни. Результат- шестерня на ведомом валу блокируется (включается передача, шестерни которой формируют пару с тем или иным передаточным числом).

Таким образом, коробка передач начинает передавать крутящий момент от двигателя на колеса. Еще отметим, что задний ход реализован отдельной задней передачей. Само изменение направления вращения становится возможным благодаря использованию промежуточной шестерни заднего хода, которая ставится на отдельную ось.

Что в итоге

Как видно, устройство двухвальной КПП относительно простое по сравнению с трехвальными аналогами. Более того, механизм управления тросиковых коробок позволяет сделать переключения более четкими. Также отсутствует ряд характерных проблем с механизмом выбора и включения передачи, которые присущи коробкам, где указанный механизм находится внутри корпуса коробки в масле.

Напоследок отметим, что при соблюдении правил эксплуатации и своевременном обслуживании, а также качественных настройках и регулировках «кулисы» и других элементов, двухвальная коробка передач отличается достаточно большим ресурсом и высокой надежностью.

Ремонт двухвальной коробки также не представляет особых сложностей для опытных специалистов.  Такие качества делают данную КПП надежным и комфортным решением для многих легковых автомобилей с передним приводом. 

Читайте также

Двухвальные коробки передач легковых автомобилей ВАЗ и АЗЛК

Такие коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) легковых автомобилях. Эти коробки просты по конструкции, имеют небольшую массу и высокий КПД. Конструктивно они объединены в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Конструкция двухвальной коробки передач во многом зависит от того, какое расположение на автомобиле имеют двигатель и коробка передач – продольное или поперечное. При поперечном расположении коробки передач применяется цилиндрическая главная передача и дистанционный привод переключения передач. При продольном расположении – коническая или гипоидная главная передача и непосредственный привод переключения передач.

В двухвальной коробке передач на любой передаче, кроме заднего хода, крутящий момент двигателя передается двумя шестернями 2 и 3 (схема 1) непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4, который соединен с ведущими колесами автомобиля. Движение автомобиля задним ходом обеспечивается промежуточной шестерней 6, которая вводится в зацепление между шестернями 5 и 7. В результате этого вторичный вал коробки передач вращается в сторону, противоположную вращения первичного вала 1.

Схема 1 – Работа двухвальной коробки передач

а – движение вперед; б – движение задним ходом; 1 – первичный вал; 2, 3, 5, 6, 7 – шестерни; 4 – вторичный вал

Коробка передач ВАЗ

Конструкция двухвальной коробки передач, применяемой на переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ, представлена на схеме 2. Коробка передач механическая, четырехступенчатая, трехходовая, с постоянным зацеплением шестерен, с синхронизаторами и ручным управлением.

Картер 18 коробки передач, отлитый из алюминиевого сплава, соединен шпильками с картером 17 сцепления и образует с ним единый картер, в котором размещены первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами, главная передача и межколесный дифференциал.

Главная передача – одинарная, цилиндрическая, косозубая. Дифференциал – конический, двухсателлитный, симметричный, малого трения. Картер коробки передач сзади закрыт крышкой 27, в которой установлен сапун 1 для связи внутренней полости коробки передач с атмосферой.

Схема 2 – Коробка передач переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ

а – общий вид; б – схема; в – включение заднего хода; г – синхронизатор; 1 – сапун; 2 – первичный вал; 3, 6 – синхронизаторы; 4, 7, 9, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 35 – шестерни; 5 – зубчатый венец; 8 – вторичный вал; 10 – корпус; 11 – сателлит; 14, 22 – шарниры; 15 – привод спидометра; 16, 34 – оси; 17, 18 – картеры; 19, 20 – пробки; 21 – подшипник; 27 – крышка; 28 – кольцо; 29 – муфта; 30 – фиксатор; 31 – пружина; 32 – сухарь; 33 – ступица; 36 – вилка

Первичный вал 2 представляет собой блок ведущих шестерен I, II, III, IV передач и заднего хода. Вал вращается в двух подшипниках, один из которых установлен в картере коробки передач, а другой – в картере сцепления.

Вторичный вал 8 изготовлен вместе с ведущей шестерней 7 главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картере сцепления и в картере коробки передач. На вторичном валу свободно установлены ведомые шестерни 23, 24, 25 и 26 соответственно I, II, III и IV передач, находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу жестко закреплены ступицы синхронизаторов 3 и 6. На скользящей муфте синхронизатора 6 имеется зубчатый венец 5 для включения заднего хода. Промежуточная шестерня 35 заднего хода свободно установлена на оси 34, которая закреплена в картерах коробки передач и сцепления.

При включении I и II передач синхронизатор 6 соединяет соответственно шестерни 23 и 24 с вторичным валом коробки передач, а при включении III и IV передач синхронизатор 3 соединяет с вторичным валом соответственно шестерни 25 и 26. Задний ход включается вилкой 36 путем введения в зацепление шестерни 35 с шестерней 4 и зубчатым венцом 5.

Устройство синхронизатора

Синхронизатор состоит из ступицы 33, скользящей муфты 29, блокирующих колец 28, сухарей 32 с шариковыми фиксаторами 30 и пружинами 31. Ступица синхронизатора жестко крепится на вторичном валу коробки передач. Она имеет наружные шлицы, на которых установлена скользящая муфта 29, и шесть пазов, в трех из которых размещаются сухари с фиксаторами.

Бронзовое блокирующее кольцо 28 имеет внутреннюю коническую поверхность, наружные зубья со скосами и шесть выступов. Выступы кольца входят в пазы ступицы с боковым зазором, ограничивающим поворот кольца относительно ступицы. На конической поверхности кольца нарезаны резьба и канавки, которые предназначены для разрыва масляной пленки.

Передача включается после уравнивания угловых скоростей вторичного вала и свбодно вращающейся на нем шестерни включаемой передачи за счет трения между коническими поверхностями блокирующего кольца и шестерни. В этом случае зубья скользящей муфты входят в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора, выполненным на шестерне, которая и стопорится на вторичном валу.

Ведущая шестерня 7 главной передачи находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9, прикрепленной болтами к корпусу 10 дифференциала, который установлен в подшипниках 21. Внутри корпуса дифференциала установлена ось 16 с двумя сателлитами 11, находящимися в постоянном зацеплении с шестернями 12, которые связаны с шлицевыми хвостовиками внутренних шарниров 14 и 22 привода передних ведущих колес. Сателлиты и шестерни 12 имеют сферические опорные поверхности, что исключает применение опорных шайб. На корпусе дифференциала установлена ведущая пластмассовая шестерня 13 привода 15 спидометра.

Привод переключения передач

Коробка передач имеет механический привод переключения передач (схема 3). Он состоит из рычага 8 со сферическим концом 9, шаровой опоры 10, тяги 6, соединительного шарнира 5, штока 4 и механизмов выбора и переключения передач. Рычаг переключения передач закреплен на полу кузова автомобиля. Отверстие в полу для тяги 6 закрыто резиновым чехлом 7. На конце штока 4 установлен рычаг 2, который связан с трехплечим рычагом 3 механизма выбора передач, выполненного отдельным узлом и размещенным в картере 1 сцепления. В привод переключения передач входят также три штока с закрепленными на них вилками и шариковые фиксаторы штоков.

Схема 3 – Привод переключения передач переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ

1 – картер; 2, 3, 8 – рычаги; 4 – шток; 5 – шарнир; 6 – тяга; 7 – чехол; 9 – конец рычага; 10 – опора

Коробка передач вместе с картером сцепления крепится к блоку цилиндров двигателя. В коробку через резьбовое отверстие с пробкой 19 (см. схема 2) заливается моторное масло. Масло из коробки передач сливают через резьбовое отверстие с пробкой 20.

Коробка передач АЗЛК

На схеме 4 показана коробка передач переднеприводных автомобилей АЗЛК. Коробка имеет пять передач для движения вперед и одну передачу для движения назад. В коробке два вала и шестерни всех передач, кроме заднего хода, косозубые, что уменьшает шум при работе. Они имеют постоянное зацепление. Шестерни передачи заднего хода прямозубые. Для движения вперед передачи включаются с помощью синхронизаторов, а для движения назад – перемещением промежуточной шестерни заднего хода. Переключение производится с помощью рычага, который имеет три хода вперед и назад для переключения передач.

Схема 4 – Коробка передач переднеприводных легковых автомобилей АЗЛК

1 – корпус дифференциала; 2 – ось; 3 – сателлит; 4 – отверстие; 5, 22 – гайки; 6 – манжета; 7 – фланец; 8, 36, 41 – кольца; 9 – подшипник; 10, 31 – ведущая и ведомая шестерни главной передачи; 11, 25 – первичный и вторичный валы; 12, 13, 16, 17, 19, 20, 26, 28, 29, 33, 34 – шестерни; 14, 35 – болты; 15, 30 – картеры; 18, 21, 27 – синхронизаторы; 23 – крышка; 24 – шайба; 32 – пробка; 37 – палец; 38 – выточка; 40 – пружина; 42 – ступица

Отлитые из алюминиевого сплава картер 15 коробки передач, крышка 23 картера коробки передач и картер 30 главной передачи соединены между собой болтами 14 и образуют единый картер, в котором размещены первичный и вторичный валы коробки передач с шестернями и синхронизаторами, главная передача и межколесный дифференциал.

Первичный вал 11 изготовлен вместе с ведущими шестернями 13 и 16 соответственно I и II передач и шестерней 12 заднего хода. Вал вращается в трех подшипниках, которые установлены в хвостовике коленчатого вала двигателя, в картере главной передачи и в картере коробки передач. На первичном валу свободно установлены ведущие шестерни 17, 19 и 20 соответственно III, IV и V передач, а также жестко закреплены ступицы синхронизаторов 18 и 21 для включения этих передач.

Вторичный вал 25 изготовлен вместе с ведущей шестерней 10 главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картерах главной передачи и коробки передач. На вторичном валу свободно установлены ведомые шестерни 26 и 28 соответственно I и II передач, находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу также жестко закреплены ведомые шестерни III, IV, V передач и заднего хода, а также ступица синхронизатора 27 для включения I и II передач. При включении I и II передач синхронизатор 27 соединяет соответственно шестерни 26 и 28 с вторичным валом, а при включении III, IV и V передач синхронизаторы 18 и 21 соединяют с первичным валом соответственно шестерни 17, 19 и 20.

Задний ход включается вилкой путем введения в зацепление промежуточной шестерни заднего хода с шестернями 12 и 29.

Синхронизаторы коробки АЗЛК

В коробке передач имеются три синхронизатора, обеспечивающие включение всех передач, кроме заднего хода. Они имеют одинаковое устройство и являются двухсторонними для включения I и II, III и IV передач; синхронизатор для включения V передачи – односторонний.

Синхронизатор состоит из ступицы 42, скользящей муфты 38, двух конических колец 36, трех блокирующих пальцев 37 и пружины 40. Ступица синхронизатора жестко крепится на шлицах на валу коробки передач. Она имеет наружные шлицы, на которых установлена скользящая муфта 38 с тремя отверстиями для блокирующих пальцев 37. Пальцы жестко соединены с латунными коническими кольцами 36 и имеют в средней части кольцевую блокировочную выточку 39. Латунные кольца имеют наружную коническую поверхность, аналогичную внутренней конической поверхности колец 41, приваренных к шестерням. На конической поверхности латунных колец нарезана резьба для разрыва масляной пленки и увеличения трения. Пружина 40 поджимает блокирующие пальцы к скользящей муфте синхронизатора и обеспечивает ее связь с коническими кольцами.

Работа синхронизатора основана на использовании сил трения. Передача включается только после предварительного уравнивания угловых скоростей вала коробки передач и свободно вращающейся на нем шестерни включаемой передачи за счет трения между коническими поверхностями колец синхронизатора и шестерни. В этом случает зубья скользящей муфты входят в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора, выполненным на шестерне. Свободно вращающаяся шестерня соединяется с валом, и передача включается.

Привод переключения передач коробки АЗЛК

Коробка передач имеет механический привод переключения передач (схема 5). Он состоит из рычага 8 со сферическим концом 16, основания 17 с удлинителем 18 и шаровой опорой, тяги управления 4, соединительных шарниров 3 и 9 и переключателя передач 2. Рычаг переключения передач сферическим концом установлен в шаровой опоре, состоящей из корпуса 13, верхнего 11 и нижнего 15 пластмассовых вкладышей и резьбовой крышки 14.

Схема 5 – Привод переключения передач переднеприводных легковых автомобилей АЗЛК

1, 14 – крышки; 2 – переключатель; 3, 9, 19 – шарниры; 4 – тяга; 5, 7, 10 – чехлы; 6 – рукоятка; 8 – рычаг; 11, 15 – вкладыши; 12 – опора; 13 – корпус; 16 – конец рычага; 17 – основание; 18 – удлинитель

Корпус шаровой опоры приварен к основанию 17 механизма, которое крепится к полу кузова через эластичную опору 12, а к крышке 1 коробки передач – через удлинитель 18 и резинометаллический шарнир 19. Резьбовая крышка в корпусе обеспечивает необходимую затяжку сферического конца рычага переключения передач. Отверстие в полу кузова для рычага переключения передач закрыто резиновым чехлом 10. На верхнем конце рычага надета рукоятка 6 со сферической головкой. Внешняя часть рукоятки пластмассовая, а внутренняя резиновая. Находящаяся в салоне кузова часть рычага закрыта резиновым чехлом 7 прямоугольной формы.

Рычаг переключения передач через тягу управления 4 и шарниры 3 и 9 соединен с переключателем передач 2, который расположен в крышке коробки передач. Отверстие в полу для тяги управления закрыто резиновым чехлом 5. Картер коробки передач вместе с картером главной передачи крепится на шпильках самоконтрящимися гайками к заднему торцу картера сцепления.

В коробку и главную передачу через резьбовое отверстие с пробкой, расположенное в средней части картера главной передачи, заливают трансмиссионное масло. Масло из коробки и главной передачи сливают через резьбовое отверстие с пробкой 32 (см. схема 4), расположенное в нижней части картера главной передачи. Связь внутренней полости коробки передач и главной передачи с окружающей средой осуществляется через отверстие 4, выполненное в шейке первичного вала 11 коробки передач.

Другие типы коробок передач

Принципиальные кинематические схемы и работа коробок передач

посредством которой устанавливаются передачи внутри заданного их диапазона, а другая или другие КП предназначенны для выбора необ- ходимого диапазона передач.

С п е ц и а л ь н ы е КП имеют кинематические схемы, отличные от рассмотренных. К ним следует относить и разнообразные схемы планетарных КП.

Принципиальные кинематические схемы КП с неподвиж-

ными осями валов рассмотрим на примере КП, где переключение передач выполняется с помощью подвижных кареток.

Простейшая с х е м а д в у х в а л ь н о й К П (рис. 4.2,а) с раз- рывом потока мощности при переключении передач, состоит из пер- вичного вала 1 и вторичного 8. К валу 1 мощность от двигателя под- водится обычно через ФС, а выходной конец вала 8 может иметь ве- дущую коническую или цилиндрическую шестерню 7 главной (цен- тральной) передачи. На шлицах первичного вала 1 установлены под- вижные двухвенцовая каретка 2 для получения второй (влево по стрелке) и третьей (вправо по стрелке) передачи и одновенцовая ка- ретка 4 для получения первой (влево по стрелке) передачи и заднего хода (вправо по стрелке). Правый выступающий шлицевой хвостовик г первичного вала 1 (в тракторных КП) может быть приводом зависи- мого ВОМ. На вторичном валу 8 неподвижно установлены ведомые шестерни передач переднего хода: первой 10, третьей 11 и второй 12, в зацепление с которыми вводятся зубчатые венцы кареток для полу- чения необходимой передачи, и ведомая шестерня 9 заднего хода.

Перемещение кареток по шлицам первичного вала 1 осуществ- ляется отдельной рычажно-тяговой системой ручного управления КП, которая позволяет фиксировать в зацеплении только одну пару шес- терен, обеспечивающую необходимое передаточное число.

Шестерни и валы размещаются внутри картера 3 КП, в отвер- стиях стенок и перегородок которого установлены соответствующие подшипники опор валов или дополнительных осей. В отечественных тракторах в основном применяются литые чугунные картеры КП. В автомобилях и зарубежных конструкциях тракторов широко приме- няются также более легкие алюминиевые сплавы.

Для получения передачи заднего хода между валами КП вводят дополнительную шестеренную передачу, изменяющую направление вращения ее вторичного вала при неизменном вращении первичного

73

вала. Это может быть шестерня или блок из двух шестерен одного или разных диаметров, находящихся в постоянном зацеплении с ве- домой шестерней, закрепленной на вторичном валу. В рассматривае- мой схеме КП задний ход получается при введении каретки 4 в кон- такт с блоком шестерен 5, находящимся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9 вторичного вала. Блок шестерен 5 установлен на подшипниках закрепительной оси 6.

 

 

 

 

 

 

а)

 

б)

Рис. 4.2. Принципиальные кинематические схемы КП:

а – двухвальной; б – трехваль- ной; в — трехвальной с попереч- ными валами; 1 – первичный вал; 2, 4, 16 – каретки; 3 – кар- тер; 5, 9 -14 – шестерни КП; 6 – ось; 7, 19 – ведущая и ведомая шестерни центральной (глав- ной) передачи; 8 – вторичный вал; 15 – зубчатая муфта; 17 – промежуточный вал; 18 – под- шипник; 20 – корпус диффе- ренциала; 21 – зубчатый венец

в)

В данной кинематической схеме двухвальной КП показано практически минимальное число передач — три вперед и одна — назад. На практике число передач не превышает шести, так как при их уве- личении возрастает длина валов и их прогиб при передаче крутящего момента. Это ведет к нарушению зацепления шестерен и ухудшению работы подшипниковых узлов, а в итоге — к снижению долговечности КП.

74

Смазывание трущихся деталей данной КП осуществляется мас- лом, заливаемым в ее картер и последующим его разбрызгиванием венцами вращающихся ведомых шестерен при движении автомобиля или трактора. Для смазывания деталей КП при стационарной работе МТА, когда вторичный вал неподвижен, в ряде конструкций приме- няют специальные маслоразбрызгивающие шестерни, кинематически связанные с первичным валом. Один из этих вариантов показан на приводимой схеме КП, где свободно вращающаяся на валу 8 ведомая маслоразбрызгивающая шестерня 13 имеет постоянный привод от ве- дущей шестерни 14 первичного вала 1.

Достоинствами двухвальных КП являются: конструктивная простота и высокий механический КПД, так как при передаче мощно- сти в зацеплении участвует только одна пара шестерен. Недостат- ками — невозможность получения более 5-6 передач переднего хода, вследствие повышенного прогиба валов, и малый диапазон переда- точных чисел.

Двухвальные КП применяют в переднеприводных и заднепри- водных (с задним расположением двигателя) легковых автомобилях. Конструктивно они объединены в одном блоке с двигателем, сцепле- нием, центральной (главной) передачей и дифференциалом. При этом они выполняются с шестернями постоянного зацепления (см. рис. 4.1,в и 4.1,г).

На тракторах двухвальные КП в качестве самостоятельного аг- регата имеют ограниченное применение, но их часто используют как один из элементов составной КП с шестернями постоянного зацепле-

ния (см. рис. 4.1,б — г).

Простейшая с х е м а т р е х в а л ь н о й К П (рис. 4.2,б) с раз- рывом потока мощности при их переключении и с продольным рас- положением валов состоит из соосно расположенных первичного 1 и вторичного 8 валов и промежуточного вала 17. Валы 1 и 17 соедине- ны парой цилиндрических шестерен постоянного зацепления — веду- щей 12 и ведомой 11, образующих передаточное число первой ступе- ни КП. На конце вторичного вала 8 в тракторных КП обычно уста- новлена или выполнена за одно с ним ведущая коническая шестерня 7 главной (центральной) передачи.

На промежуточном валу 17 жестко закреплены ведущие шес- терни 10 переднего хода. В зацепление с ними входят зубчатые венцы ведомых кареток вторичного вала 8, образуя тем самым передаточ- ные числа второй ступени данной КП. На промежуточном валу 17 за- креплена и ведущая шестерня 9 передачи заднего хода, находящаяся в постоянном зацеплении с одновенцовой “ паразитной” шестерней 5.

75

На шлицах вторичного вала 8 установлены типовые одновенцо- вая 16 и двухвенцовая 4 каретки и комбинированная одновенцовая каретка 2 с зубчатой блокировочной полумуфтой 15. Последняя при перемещении каретки 2 влево входит в зацепление с зубчатой полу- муфтой в торце первичного вала 1, образуя тем самым прямую пере- дачу мощности от вала 1 к валу 8. Передний подшипник 18 (обычно роликовый) вторичного вала 8 установлен в расточке торца первично- го вала 1 и нагружен только радиальными силами. Остальные опоры валов установлены в отверстиях стенок или специальных перегородок картера 3 аналогично креплению валов двухвальной КП. В некоторых конструкциях тракторных трехвальных КП с целью устранения кон- сольного крепления шестерни 12 и облегчения работы переднего подшипника 18 вала 8 исключают прямую передачу и выполняют от- дельные опоры конца вала 1 и начала вала 8, тем более что на тракто- рах прямая передача не относится к основному (рабочему) их диапа- зону.

В данной кинематической схеме трехвальной КП можно полу- чить пять передач (включая прямую) переднего хода и одну заднего.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, залитого в ее картер, шестернями промежуточного вала 17, который всегда вращается при работающем двигателе и включенном ФС. Шлицевой хвостовик г промежуточного вала 17 может использовать- ся в тракторных КП как привод зависимого ВОМ.

Трехвальные КП наибольшее распространение получили на лег- ковых, грузовых автомобилях и автобусах. На тракторах такие КП чаще применяют в качестве одного из элементов составной КП.

Простейшая с х е м а

т р е х в а л ь н о й К П с п о п е р е ч —

н ы м р а с п о л о ж е н и е м

в а л о в , полным реверсированием всех

передач и конструктивной компоновкой в общем корпусе заднего моста трактора, представлена на рис. 4.2,в. Такие КП применяют толь- ко на тракторах.

Наиболее интересным элементом схемы является механизм ре- верса передач, позволяющий промежуточному валу 17 вращаться в разные стороны при постоянном направлении вращения первичного вала 1. Он состоит из ведущей конической шестерни 12, находящейся в постоянном зацеплении с двумя одинаковыми ведомыми кониче- скими шестернями 11 и 13, свободно установленными на валу 17 и вращающимися в противоположные стороны. На ступицах этих шес- терен имеются зубчатые венцы, аналогичные зубчатому венцу 21 вала 17, на котором установлена подвижная зубчатая муфта 15, блоки- рующая вал с любой из вышеуказанных шестерен. На схеме показано

76

положение муфты 15 для движения трактора вперед. При замыкании вала 6 с шестерней 13 трактор будет двигаться назад. Перемещение муфты 15 производится отдельным рычагом управления реверсом.

Соединение одновенцовой 2 и двухвенцовой 4 кареток с ведо- мыми шестернями 10 вторичного вала 17 аналогично рассмотренно- му выше.

В аналогичных КП с полным реверсированием всех передач пе- реднего хода иногда, как показано на схеме, выполняется одна от- дельная передача заднего хода. Она осуществляется перемещением каретки 2 в зацепление с “ паразитной” шестерней 5, находящейся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9 заднего хода на вто- ричном валу 8. Применение данной передачи объясняется удобством управления КП одним рычагом для передач как переднего хода, так и заднего. При полностью реверсивной КП без дополнительной задней передачи для получения заднего хода трактористу приходиться одно- временно манипулировать двумя рычагами управления — реверса и КП, что вызывает определенное неудобство.

Компоновка поперечно расположенных валов 17 и 8 в общем корпусе 3 трансмиссии облегчает выполнение центральной (главной) передачи цилиндрическими шестернями — ведущей 7 и ведомой 19, установленной на корпусе дифференциала 20. Шлицевый хвостовик г вторичного вала 8 может быть боковым приводом синхронного ВОМ.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, находящегося в корпусе.

Подобного типа КП применяются на легких колесных универ- сальных тракторах, которые по характеру работы должны иметь воз- можность длительное время и при разных тяговых нагрузках двигать- ся задним ходом.

Достоинствами трехвальных КП являются: значительно боль-

ший чем у двухвальных диапазон передаточных чисел, так как на ос- новных рабочих передачах всегда участвуют две пары шестерен; вы- сокий КПД на прямой (транспортной) передаче и отсутствие необхо- димости в маслоразбрызгивающей паре шестерен. Недостатками — более низкий КПД на всех передачах кроме прямой, так как в зацеп- лении находятся одновременно две пары шестерен, вместо одной у двухвальной; невозможность получения более 5-6 передач переднего хода, ввиду повышенного прогиба валов; повышенный износ под- шипника передней опоры вторичного вала, расположенного в расточ- ке торца первичного вала при работе автомобиля или трактора на всех передачах, кроме прямой. При включенной прямой передачи указан- ный подшипник не вращается. Поскольку на этой транспортной пере-

77

даче трактор работает, как правило, не более 12…15% всего времени его эксплуатации, то такие схемы КП в настоящее время на тракторах не применяют.

Элементарные к и н е м а т и ч е с к и е с х е м ы с о с т а в н ы х КП и компоновки их основных узлов представлены на рис. 4.3. На рис. 4.3,а приведена схема КП, состоящая из входной двухступенча- той коробки А, выполненной по трехвальной схеме, и основной ко- робки Б, выполненной по двухвальной схеме с тремя передачами впе- ред и одной назад. В данной схеме вторичный вал 1 коробки А, явля- ется передним концом первичного вала коробки Б, а соответствую- щие вторичный вал 2 коробки Б и промежуточный вал 3 коробки А имеют опоры в стенках корпусов.

В данной схеме можно получить шесть передач вперед и две назад.

Рис. 4.3. Кинематические схемы составных КП:

1-3 – валы КП; 4, 6 – 9, 11 – шестерни; 5 – картер; 10 – фрикционные муфты; 12 – зубчатые муфты

На рис. 4.3,б приведена схема составной КП, выполненной в од- ном общем картере 5, с использованием трех параллельных валов: первичного 1, промежуточного 2 и вторичного 3. Валы 1 и 2 пред- ставляют собой входную двухвальную коробку диапазонов передач с шестернями постоянного зацепления, блокируемых посредством зубчатых подвижных муфт 12. Шестерни 4 и 11 обеспечивают получение трех передач переднего хода, а шестерни 6, 7 и 8 — заднего. Валы 2 и 3 также представляют собой двухвальную четырехступенча- тую КП с шестернями 9 постоянного зацепления, которые блокиру- ются с валом 3 посредством многодисковых фрикционных муфт 10 с

78

гидронажимным механизмом. Следовательно, в данной схеме состав- ной КП можно получить двенадцать передач переднего хода и четыре заднего. При этом внутри установленного диапазона переключение передач осуществляется без остановки машины.

Составные КП применяют на тракторах, автомобилях повышен- ной грузоподъемности и автомобилях-тягачах, что обеспечивает при минимальных габаритах получение большого числа передач и диапа- зона изменения их передаточных чисел.

В настоящее время на современных легковых автомобилях стали применять составные КП с двумя фрикционными муфтами.

В качестве примера на рис. 4.4 приведена схема составной КП

DSG (Direct Shift Gearbox).

Представленная схема КП является преселекторной, так как для включения какой-либо передачи необходимо последовательно выполнить два управляющих воздействия на органы ее управления. С точки зрения принципа управления данная КП является секвенталь- ной, так как здесь можно включать только соседнюю повышенную или пониженную передачу и нельзя перескочить через одну или более передач.

Она состоит из двух параллельных КП.

Первая КП состоит из первичного вала 1, двух вторичных ва- лов 3 и 4 и промежуточного вала 5. Она обеспечивает с помощью синхронизаторов С1, С3, С5 и СЗХ включение соответственно 1, 3, 5 передачи и передачи заднего хода. При включении 1 и 3 передачи крутящий момент с первичного вала 1 КП передается на вторичный вал 4 и далее через ведущую шестерню 7 центральной (главной) пере- дачи на ее ведомую шестерню 8. При включении 5 передачи крутя- щий момент с первичного вала 1 передается на вторичный вал 3 и да- лее через вторую ведущую шестерню 6 центральной (главной) пере- дачи на ее ведомую шестерню 8. Включение передачи заднего хода осуществляется синхронизатором СЗХ. Здесь крутящий момент с пер- вичного вала 1 КП на вторичный вал 3 передается через промежуточ- ный вал 5. Для получения указанных передач связь между валом дви- гателя и КП осуществляется фрикционной муфтой М1. Таким обра- зом, данная КП предназначена для включения всех нечетных передач и передачи заднего хода.

Вторая КП состоит из первичного вала 2 и двух вторичных ва- лов 3 и 4. Она предназначена для включения с помощью синхрониза- торов С2, С4 и С6 соответственно 2, 4 и 6 передач (всех четных пере- дач). Здесь связь между валом двигателя и КП осуществляется фрик- ционной муфтой М2.

79

Рис. 4.4. Кинематическая схема коробки передач DSG:

1, 2 – первичные валы; 3, 4 – вторичные валы; 5 – промежуточный вал; 6, 7 – ведущие шестерни центральной (главной) передачи; 8 – ведомая шестерня центральной (главной) передачи; М1, М2 — фрикционные муфты; С1 – С6 и СЗХ – синхронизаторы включения соответственно 1 – 6 передач и передачи заднего хода

Управление процессом переключения передач в данной КП выполняется с помощью бортового компьютера. При стоянке автомо- биля фрикционные муфты М1 и М2 и синхронизаторы С1 – С6 и СЗХ выключены. Для начала его трогания с места синхронизатором С1 включают 1 передачу и после этого включают фрикционную муфту М1. В результате происходит трогание с места и разгон автомобиля на 1 передаче. При достижении точки переключения передачи, основы- ваясь на данных о динамике разгона автомобиля, компьютер прини- мает решение о включении 2 передачи. В результате этого происхо- дит включение синхронизатора С2 и разгон ведомых деталей фрикци- онной муфты М2. После выравнивания угловых скоростей синхрони- зируемых деталей трансмиссии начинается процесс включения фрик- ционной муфты М2 и одновременного выключения муфты М1. Обе муфты буксуют с перекрытием без разрыва потока мощности, поэто-

80

му ощутимого снижения скорости движения автомобиля не происхо- дит. После выключения фрикционной муфты М1 синхронизатор С1 также выключается. Автомобиль продолжает разгон уже на 2 переда- че и когда скорость движения автомобиля достигает очередной точки переключения передачи, то происходит включение 3 передачи. По- следующие переключения передач происходят по той же схеме.

Аналогичные процессы происходят и при снижении скорости автомобиля, когда включается более низкая передача. При нажатии на педаль тормоза обе муфты М1 и М2 выключаются, но бортовой ком- пьютер продолжает отслеживать скорость движения автомобиля и со- ответственно с ней выбирать нужную передачу в КП (включается со- ответствующий синхронизатор).

Таким образом, составные КП с двумя параллельными КП яв- ляется перспективными для применения в трансмиссиях автомобилей и тракторов, так как позволяют существенно уменьшить число фрик- ционных элементов управления, а, следовательно, повысить КПД КП, обеспечивая при этом процесс переключения без разрыва потока мощности с различной степенью перекрытия передач. При этом зна- чительно снижается стоимость КП.

Принципиальные кинематические схемы планетарных КП

(ПКП). ПКП представляет собой соединение нескольких планетар- ных рядов, различное сочетание которых обеспечивает получение не- обходимого диапазона передаточных чисел и числа передач. Включе- ние передач в ПКП достигается торможением или блокировкой от- дельных ее звеньев.

Планетарный ряд состоит из двух центральных соосных шесте- рен разных диаметров, сателлитов, находящихся в постоянном зацеп- лении с ними и водила — держателя осей сателлитов, ось вращения ко- торого совпадает с центральной осью.

Управляются ПКП остановочными ленточными или многодис- ковыми фрикционными тормозами и блокировочными многодиско- выми фрикционными муфтами, как правило, c гидравлическим под- жатием. Переключение передач в большинстве случаев производится без остановки машины, что в ряде случаев исключает необходимость применения в ней ФС. Подобная система управления ПКП позволяет ее относительно легко автоматизировать.

ПКП по сравнению с КП с неподвижными осями валов отлича- ются более высоким КПД, меньшими габаритными размерами и мас- сой, удобством управления, однако они сложнее в изготовлении и в эксплуатации, их стоимость выше.

Различают ПКП с двумя и с тремя степенями свободы.

81

29.04.20 964 Коробка передач. Устр.авт.

Коробки передач

Тема урока:

Коробки передач

Цель урока:

Ознакомление с конструкцией и принципом действия механических ступенчатых коробок передач.

Задачи:

  • Ознакомиться с типами и классификацией коробок передач.
  • Понять принцип действия механических ступенчатых коробок передач по кинематическим схемам.
  • Научиться определять передаточное число коробки на различных передачах.
  • Ознакомиться с конструкцией двухвальной коробки передач.

Коробка передач является вторым звеном трансмиссии, устанавливается после сцепления и имеет прямую связь с её ведомым (и) диском (дисками).

Коробка передач выполняется в виде механического редуктора , который выполняет следующие функции:

  • изменение передаточного числа трансмиссии;
  • изменение направления движения (вперёд-назад) автотракторной техники;
  • разъединение двигателя от трансмиссии на длительное время;
  • использование заглушенного двигателя и трансмиссии как дополнительной стояночной тормозной системы.

По способу изменения передаточного числа коробки передач могут быть:

  • ступенчатыми;
  • бесступенчатыми;
  • комбинированными.

Ступенчатые коробки передач имеют конкретный набор дискретных передаточных чисел (ступени), которые может реализовать водитель в зависимости от дорожных условий или рода выполняемой работы.

Бесступенчатые коробки передач позволяют плавно изменять передаточное число от минимального до максимального значения и наоборот.

Комбинированные коробки пе редач имеют несколько диапазонов передаточных чисел, построенных по ступенчатой схеме, а внутри каждого диапазона передаточное число может изменяться плавно.

По способу управления коробки передач бывают:

  • неавтоматические – обязательно участие водителя;
  • автоматические – без участия водителя;
  • полуавтоматические – участие водителя при необходимости.

Конструктивно коробки передач выполняются в виде механического редуктора, изменяющего передаточное число трансмиссии ступенчато или бесступенчато по воле водителя или по команде электронного блока управления (бортового компьютера).

Механические ступенчатые коробки передач принято подразделять по следующим признакам:

  • по числу передач : 4-хступенчатые, 5-ступенчатые, … , многоступенчатые ;
  • по числу валов : 2-хвальные, 3-хвальные, многовальные .

Двухвальные коробки передач

Двухвальные коробки передач отличаются простотой конструкции, компактностью, высоким КПД, но не позволяют получить большие передаточные числа.

По этой причине они применяются преимущественно на переднеприводных легковых автомобилях .

Двухвальная коробка передач ВАЗ-2108

Кинематическая схема двухвальной КП ВАЗ-2108

1,2 – первичный и вторичный валы ;

Пары шестерён постоянного зацепления:

  • 3, 4 – 4-й передачи ;
  • 5, 6 – 3-й передачи ;
  • 7, 8 – 2-й передачи ;
  • 11, 12 – 1-й передачи ;

9 – ведущая шестерня заднего хода ;

10 – синхронизатор 1-й и 2-й передач с зубчатым венцом ;

13 – ведущая шестерня главной передачи ;

14 – синхронизатор 3-й и 4-й передач .

Кинематика ступенчатых механических коробок передач

Передаточное число – это:

  • отношение угловых скоростей ведущего и ведомого звеньев
  • или отношение диаметров ведомого и ведущего колёс
  • или отношение чисел зубьев ведомого и ведущего зубчатых колёс

Коробка передач ВАЗ-2109

Коробка передач Ford

1 – первичный вал ;

2 – дифференциал ;

3 – вторичный вал .

Кинематическая схема КП Ford

Нейтраль

Первая передача

Вторая передача

Третья передача

Четвёртая передача

Пятая передача

Задний ход

Синхронизаторы

Синхронизаторы предназначены для выравнивания угловых скоростей вращения зубчатого колеса и вала.

Выравнивание угловых скоростей выполняется за счёт сил трения при соприкосновении ведущего и ведомого звеньев.

По конструкции синхронизаторы бывают:

  • блочные;
  • пальцевые;
  • дисковые;

Блочный синхронизатор

1 – блокирующее кольцо ;

2 – ступица ;

3 – зубчатая муфта ;

4 – пружина ;

5 – сухарик ;

6 – шарик .

Блочный синхронизатор

Работа блочного синхронизатора

Дисковый синхронизатор

Пальцевый синхронизатор

Пальцевый синхронизатор

Задание

  • Самостоятельно изучить презентацию « Коробки передач
  • Составить конспект 4,5,6,10,21,22,29
  • Составить схемы с описанием слайда 9,13,14,15,16,17,18,19,20,24
  • Ответить на контрольные вопросы:
  • Какой частью трансмиссии является коробка передач?
  • Перечислите назначение коробки передач.
  • На каких автомобилях устанавливаются двухвальные коробки передач, перечислите преимущества?
  • Для чего предназначены синхронизаторы, какие они бывают?

Принцип работы кпп видео. Учимся переключать передачи на механической кпп

Механическая коробка передач предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она обеспечивает разобщение двигателя и ведущих колес, причем на неограниченный срок. Рассмотрим из чего состоит механическая коробка передач и схему работы.

Устройство коробки передач
Механическая коробка передач состоит из :
  • картера;
  • первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
  • дополнительного вала и шестерни заднего хода;
  • синхронизаторов;
  • механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
  • рычага переключения.

1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения передач; 3 — механизм переключения передач; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер коробки передач.
Картер содержит основные узлы и детали коробки передач. Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Так как при работе, шестерни коробки передач испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом.

Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения передач служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает передачи от самопроизвольного выключения.

Как работают шестерни в коробке передач
Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах в коробке передач.
Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).



На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») снова 20, у четвертой («Г») опять 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал коробки передач и шестерня «А» вращаются со скоростью, допустим 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, то есть она имеет 1000 об/мин, а так как шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее — 500 об/мин.

От двигателя на первичный вал коробки передач приходит — 2000 об/мин, а выходит — 500 об/мин. На промежуточном валу коробки передач в это время — 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже — двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу коробки перемены передач, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если мы выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче в коробке.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону , обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал передачи заднего хода; 5 — вторичный вал.

Передаточные числа механической коробки передач
Поскольку в коробке передач автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары, мы имеем возможность менять и общее передаточное отношение коробки. Давайте посмотрим на передаточные числа коробок передач:
Передачи ВАЗ 2105 ВАЗ 2109
I 3,67 3,636
II 2,10 1,95
III 1,36 1,357
IV 1,00 0,941
V 0,82 0,784
R(Задний ход) 3,53 3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой и, как правило, это — четвертая передача.

Первая передача и передача заднего хода — самые «сильные» и двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах двигателю не хватает сил, и приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения автомобиля , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость движения и сделав некоторый запас инерции, вы можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью, четвертую и пятую передачи.

Все ступеньки переключения передач вверх — с первой по пятую, следует проходить последовательно. Переключение передач в нисходящем порядке можно производить «прыгая через ступеньку» и даже через несколько. Обычный режим движения автомобиля – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) передачах, потому что они самые скоростные и экономичные.

Неисправности и поломки в коробке передач
Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением — это обернется ремонтом коробки передач. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями – «железные» до определенной степени.

Рычаг переключения передач должен переводиться спокойным плавным движением , с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в коробки передач, она не напоминает о себе до конца срока службы.

Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.

Трехвальная механическая коробка передач

Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.

Схема трехвальной механической коробки передач


  1. ведущий вал
  2. крышка подшипника
  3. выключатель света заднего хода
  4. манжета ведущего вала
  5. задний подшипник ведущего вала
  6. шестерня привода промежуточного вала
  7. сапун
  8. шестерня III передачи
  9. передний картер
  10. шестерня I передачи
  11. шестерня заднего хода
  12. штоки переключения передач
  13. шарик-фиксатор
  14. пружина
  15. рычаг переключения
  16. защитный уплотнитель
  17. колпак рычага
  18. корпус рычага переключения
  19. задний картер
  20. ведомый вал
  21. манжеты удлинителя заднего картера
  22. втулка
  23. шестерня привода спидометра
  24. привод спидометра
  25. задний подшипник промежуточного вала
  26. шестерня V передачи
  27. болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода
  28. промежуточный вал
  29. маслозаливная пробка

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы (другое название — муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

Принцип работы трехвальной МКПП

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.

Схема двухвальной механической коробки передач

  1. задняя крышка картера коробки передач
  2. ведущая шестерня V передачи
  3. шариковый подшипник ведущего вала
  4. ведущая шестерня IV передачи
  5. ведущий вал
  6. ведущая шестерня III передачи
  7. картер коробки передач
  8. ведущая шестерня II передачи
  9. шестерня заднего хода
  10. промежуточная шестерня заднего хода
  11. ведущая шестерня I передачи
  12. роликовый подшипник ведущего вала
  13. сальник ведущего вала
  14. сапун
  15. подшипник выключения сцепления
  16. направляющая втулка муфты подшипника выключения сцепления
  17. ведущая шестерня главной передачи
  18. роликовый подшипник ведомого вала
  19. маслосборник
  20. ось сателлитов
  21. ведущая шестерня привода спидометра
  22. шестерня полуоси
  23. коробка дифференциала
  24. сателлит
  25. картер сцепления
  26. пробка для слива масла
  27. ведомая шестерня главной передачи
  28. регулировочное кольцо
  29. роликовый конический подшипник дифференциала
  30. сальник полуоси
  31. ведомая шестерня I передачи
  32. синхронизатор I и II передач
  33. ведомая шестерня II передачи
  34. ведомая шестерня III передачи
  35. синхронизатор III и IV передач
  36. ведомая шестерня IV передачи
  37. шариковый подшипник ведомого вала
  38. ведомая шестерня V передачи
  39. синхронизатор V передачи
  40. ведомый вал.

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней — по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

Эксплуатация механической коробки передач

Как правило, при грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в коробки передач, она не напоминает о себе до конца срока службы автомобиля.

Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением — это обернется ремонтом коробки передач. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями – «железные» до определенной степени.

Рычаг переключения передач должен переводиться спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок.


В основе работы ручной коробки передач лежит принцип рычага, а конкретнее, изменение скорости вращения валов и передаваемого ими крутящего момента за счет разных размеров шестеренок. Соотношение размеров шестеренок называется передаточным числом (применяется как для конкретной пары шестеренок, так и для коробки/трансмиссии в целом).

Пусть у нас есть две шестерни, на одной из которых 20 (А) зубьев, а на второй — 40 (Б). Значит, при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2):

Теперь возьмем две пары шестеренок, добавив к нашим А и Б шестеренки В и Г, которые также имеют 20 и 40 зубьев соответственно. Первичный вал коробки передач и шестерня «А» вращаются со скоростью, допустим 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, то есть она имеет 1000 об/мин, а так как шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее — 500 об/мин:


От двигателя на первичный вал коробки передач приходит — 2000 об/мин, а выходит — 500 об/мин. На промежуточном валу коробки передач в это время — 1000 об/мин. В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже двум, а общее передаточное число этой схемы 2х2=4.

Обратите внимание, что если вывести из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче («нейтралке»).

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, только тогда крутящий момент поменяет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал передачи заднего хода; 5 — вторичный вал.

Переключение передач происходит взаимным перемещением шестеренок (валов, на которых они закреплены). При этом, во избежание поломок, происходит выжимание сцепления для временного отключения двигателя от коробки. Все современные коробки снабжены т.н. «синхронизаторами», устройствами, выравнивающими скорости вращения шестерен при их переключении. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей (см. ниже).

На рисунке показана наглядная анимированная работы (переключений) четырехступенчатой коробки передач.

Разберем работу КПП статично в случае пяти ступеней. На рисунке ниже шестерни стоят в нейтральном положении, на нейтральной передаче:


1. Первичный вал (от двигателя через сцепление на вход коробки передач). Он постоянно находится в зацеплении с промежуточным валом.
2. Вторичный вал (от коробки передач к колесам). На нем установлены «плавающие» шестерни передач.
3. Шестерня 1-ой передачи.
4. Шестерня 2-ой передачи.
5. Шестерня 3-й передачи.
6. Шестерня 4-ой передачи.
7. Шестерня 5той передачи.
8. Шестерня заднего хода (R).

В процессе переключения шестерни перемещаются (принимают рабочие положения) следующим образом:

В настоящее время схема переключения передач на ручных коробках в целом устоялась: нечетные передачи «от себя», четные «к себе», повышение слева направо. Заднюю передачу каждый производитель засовывает, куда Бог на душу положит (и как правило обеспечивает её предохранительным механизмом от случайного включения — надо потянуть за кольцо, особым образом нажать на рычаг, переместить его в весьма необычное положение и т.д.):


Однако так было не всегда и не везде. Например, на «Запорожцах» частично использовалась т.н. «зеркальная» схема, в которой четные передачи были «от себя», а нечетные «к себе». На машинах, предназначенных для тяжелого бездорожья, заднюю передачу располагают прямо напротив первой для упрощения движения «враскачку»

Принцип действия синхронизатора

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение передач в механической коробке путем синхронизации скоростей вращения переключаемых шестеренок за счет силы трения между валами. В основном синхронизатор вступает в игру при переключениях «сверху вниз», когда разница скоростей валов максимальна. Может быть установлен как на все, так и только на низшие передачи, в зависимости от года выпуска и класса автомобиля.

На старых автомобилях синхронизаторы отсутствуют вовсе, что приводит к необходимости переключаться «вниз» с использованием т.н. «двойной перегазовки» (выжим сцепления, переключение в нейтраль, отпуск сцепления, перегазовка на нейтрали для раскрутки первичного вала до примерной фактической скорости вторичного вала, быстрый выжим сцепления и включение нужной передачи, отпуск сцепления).

Передаточные числа коробки передач

Поскольку в коробке передач автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары, мы имеем возможность менять и общее передаточное отношение коробки. Давайте посмотрим на передаточные числа коробок передач:

Передачи ВАЗ 2105 ВАЗ 2109
I 3,67 3,636
II 2,10 1,95
III 1,36 1,357
IV 1,00 0,941
V 0,82 0,784
R (задняя передача) 3,53 3,53

Дробные числа получаются в результате деления количества зубьев одной шестерни на число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов максимально уравнена, обычно называют прямой. Как правило, это предпоследняя передача в коробке (последняя, если передач всего четыре).

Первая и задняя передачи — самые «сильные» (передают наибольший момент), но самые медленные. Высшие передачи (четвертая, пятая, шестая) самые быстрые, но передают наименьший момент, и двигателю может не хватить сил, скажем, втащить машину на крутой подъем. В этих случаях приходится переключаться «вниз», на более «моментные» и более медленные передачи.

Ниже — расчетный график преодолеваемых углов подъема, в зависимости от скорости и включенной передачи, для некоторого «сферического автомобиля в вакууме»:


Динамика разгона на примере VW Polo sedan (передаточные числа I — 3,46 , II — 1,96 , III — 1,28, IV — 0,88, V — 0,67, ЗХ — 3,18, главная пара — 4,55):


Здесь n max — максимальные обороты двигателя, N max — обороты максимальной мощности, M max — обороты максимального крутящего момента. Синий график — реальная скорость автомобиля при данных оборотах двигателя. Фиолетовый — теоретически возможный график разгона.


Механическая коробка передач состоит из:

  • картера;
  • первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
  • дополнительного вала и шестерни заднего хода;
  • синхронизаторов;
  • механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
  • рычага переключения.

Схема работы механической коробки передач: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения передач; 3 — механизм переключения передач; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер коробки передач.

  • Картер содержит основные узлы и детали коробки передач. Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Т.к. шестерни коробки передач испытывают в работе большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому половина объема картера заполнена трансмиссионным маслом.
  • Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.
  • необходимы для плавного, бесшумного и безударного переключения передач путем уравнивания скоростей вращающихся шестерен.
  • Механизм переключения передач служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает передачи от самопроизвольного выключения.

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). На примере конструкции одноконусного синхронизатора коробки передач:


Элементы: 1 — блокирующее кольцо, 2 — ступица, 3 — сухарь, 4 — кольцевая пружина, 5 — фрикционный конус шестерни, 6 — шестерня, 7 — блокирующее кольцо, 8 — муфта синхронизатора, 9 — сухарь, 10 — шестерня.

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 градусов выполнены три паза, в которые установлены подпружиненные сухари, которые 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.

На картинках ниже: 1 — сухарь, 2 — включаемая шестерня, 3 — блокирующее кольцо, 4 — муфта синхронизатора, 5 — ступица, 6 — торец шлица муфты синхронизатора, 7 — торец шлица блокирующей муфты, 8 — паз в ступице, 9 — выступ блокирующего кольца, 10 — зубчатый венец шестерни.

В нейтральном положении рычага коробки передач муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются свободно, поток мощности не передается (исходное положение синхронизатора):


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.

предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?

Каждый автолюбитель видел или даже управлял автомобилем с МКПП, ведь обучение в большинстве автошкол проходит, как правило, на «механике». Но не каждый знает историю происхождения этого агрегата, принцип его работы, преимущества и недостатки. Именно об этом мы и поговорим в данной статье.

Автоледи и механическая коробка передач — понятия несовместимые. Поверьте, управлять автомобилем, красить губы, разговаривать по телефону и переключать передачи — реально сложно.

Для начала давайте разберемся какая расшифровка у абревиатуры МКПП и что это вообще значит. МКПП расшифровывается как механическая коробка переключения передач и означает это то, что переключение передач осуществляется механическим путем, то есть вручную.

Если попытаться провести краткое описание механической коробки, то можно сказать, что она представляет собой блок со множеством шестерен внутри, который вплотную прилегает к двигателю и передает его энергию на колеса. Взаимодествие с МКПП происходит с помощью рычага переключения передач и педали сцепления.

Появлению механической коробки передач мы обязаны женщине. Да-да, вы не ослышались и этой женщиной была никто иная, как супруга Карла Бенца Берта Бенц. Именно она, после завершения своего знаменитого «турне» на автомобиле «Motorwagen», высказала мужу свое недовольство по поводу того, что тяги двигателя не хватало, чтобы преодолеть даже небольшой пригорок. Это произошло 5 августа 1888 года. Не отважившись спорить с женщиной, Карл Бенц в 1893 году выпускает автомобиль «Benz Velo», на котором крутящий момент от двигателя к колесам передавала 2-ступенчатая планетарная механическая коробка передач.


Берта Бенц — супруга Карла Бенца, первый автомобиль Бенца «Motorwagen» и знаменитое турне из Мангейма в Пфорцгейм и обратно, которое совершила Берта Бенц в 1888 году.

Дальше ручная трансмиссия или МТ (механическая трансмиссия) эволюционировала только за счет увеличения количества передач и процесс этот был довольно быстрым. Первые двухступенчатые коробки с задней передачей ставились еще на самые первые серийные автомобили марки Ford уже в самом начале 20 века. Трехступенчатые коробки также не заставили себя долго ждать и появились уже в 1910 году. Они применялись на европейских автомобилях, а в последствии и на американских. Трехступенчатые МКПП имели большое распространение вплоть до начала 1960-х годов.

Далее в свет выходят четырехступенчатые коробки, которые, кстати, появились очень давно, но в силу того, что первые образцы были без синхронизаторов, они не пользовались популярностью. Когда же в 1960-х годах 4-ступенчатая коробка передач обзавелась синхронизаторами, тогда она и получила свое широкое применение. В США «четырехступки» еще долго использовались только на спортивных автомобилях, а в Европе сразу стали устанавливаться практически везде.

Первая 5-ступенчатая коробка появилась тоже в 1960-х, но массовое применение она получила только через 20 лет. В таких коробках было четыре основных передних передачи, а пятая, повышающая была встроена в саму коробку. До этого повышающая передача (она же «овердрайв») представляла из себя отдельный агрегат.

В 1990-х появляются шестиступенчатые МКПП. Они тоже имели четыре основные скорости, но повышающих у них уже было две. Еще через 10 лет появляется 7-ступенчатая «коробка», которая обладает пятью базовыми и двумя повышающими передачами.


Механические семиступенчатые коробки передач устанавливались на спортивные автомобили Porsche 911 и Chevrolet Corvette Stingray, с целью более эффективного использования крутящего момента мощного двигателя.

На этом развитие МКПП пока что закончилось — конструкторская мысль ушла в развитие автоматических коробок передач. На данный момент потомками «механики» являются роботизированные коробки передач. Они имеют такое же устройство и технические характеристики, что и МТ, но переключают скорости и управляют сцеплением самостоятельно.

Устройство

Механическая коробка передач представляет из себя набор валов с шестернями. Все эти детали располагаются в одном корпусе. «Механика» бывает трехвальной и двухвальной.

Первый вариант устанавливается на автомобилях с классической компоновкой — переднемоторная заднеприводная. Это наши горячо любимые «копейки» и «шестерки». В такие МКПП входят первичный, вторичный и промежуточный валы.


Рисунок механической коробки передач, на котором видно, что конструкция «механики» довольно проста — набор шестерен, ведущий и ведомый валы, муфты переключения.

Первичный вал (он же ведущий) обеспечивает соединение коробки с маховиком двигателя через сцепление. Вторичный (ведомый) соединяется с карданным валом, а промежуточный служит для передачи вращения от первичного вала ко вторичному.

На первичном валу находится ведущая шестерня, которая приводит в движение промежуточный вал, а на нем, в свою очередь, расположен свой блок шестерен. Они жестко соединены с валом и, зачастую, являются с ним одним целым. На вторичном валу располагается набор ведомых шестерен, которые находятся в шлицах вала и перемещаются по ним. Также они могут вращаться в ступицах.

Трехвальные МКПП имеют большие габариты и вес, нежели двухвальные, но в них может быть реализована прямая передача крутящего момента от первичного вала сразу на выходной. Также трехвальные МКПП обладают возможностью достижения больших передаточных чисел и более широким силовым диапазоном, нежели их двухвальный конкурент.

Трехвальные «коробки» в данный момент устанавливаются на все автомобили с классической компоновкой, а также на грузовики и внедорожники.


На этой простой схеме указаны основные узлы трехвальной механической коробки передач.

На большинстве современных переднеприводных автомобилях устанавливаются двухвальные МКПП. В них крутящий момент передается от шестерен первичного вала на шестерни вторичного вала. Первичный вал, также как и у трехвальных МКПП, соединяется с двигателем, а вторичный передает крутящий момент на колеса. Располагаются валы параллельно друг другу.

Из-за отсутствия промежуточного вала такие коробки более компакты и имеют меньший вес, но из-за большого количества дополнительных шестерен КПД у этого типа МКПП ниже. Преимущество двухвальных МКПП заключается в возможности компоновочного объединения двигателя и трансмиссии в единый силовой агрегат относительно небольшого размера. Такие характеристики позволяют использовать этот тип МКПП в автомобилях с задним мотором и передним приводом, а также на тяжелых мотоциклах.

Принцип переключения передач

У МКПП между шестернями вторичного вала располагаются муфты включения передач. В зависимости от числа муфт коробки делятся на несколько типов – двухходовые, трехходовые, четырехходовые и так далее. Например, трехходовые МКПП имеют три муфты включения, каждая из которых может блокировать по две шестерни на каждом валу. Отсюда следует, что у трехходовой МКПП может быть 4 или 5 передач переднего хода. Четырехходовые могут иметь уже 6, 7 или 8 передач. Идем дальше.

На шестернях вторичного вала имеются зубчатые венцы. Они соединяются с задними торцами ведущего вала, а ответные венцы находятся на муфтах включения. Когда вы переключаете скорости, передвигая рычаг переключения передач, то за счет специального привода через ползуны приходят в движение вилки переключения передач, которые и перемещают вышеуказанные муфты. В МКПП есть специальный блокирующий механизм, который не допускает включения нескольких передач сразу.

Когда включающая муфта подходит к необходимой шестерни, их венцы соединяются и муфта блокирует шестерню передачи. Тогда они начинают совместное вращение, и таким образом крутящий момент направляется к колесам.


Анимированная схема переключения 4-ступенчатой коробки передач. Первый шток включает первую и вторую передачи, второй шток — третью и четвертую, а третий шток для задней передачи.

Чтобы переключения передач проходили без ударов и толчков, в МКПП предусмотрены синхронизаторы. Они выравнивают скорости вращения шестерни и муфты и не дают муфте произвести свою работу, пока указанные скорости не сравняются.

Управление «механикой»

Классический способ переключения передач в МКПП осуществляется с помощью специального рычага. Он располагается прямо на крышке коробки, либо соединяется с ней через удлинитель. Он-то и воздействует на вилки переключения передач, а управление самим рычагом осуществляете вы сами.

При такой схеме управления скорости включаются наиболее четко. Также эта схема отличается долгим сроком эксплуатации, но она обладает и недостатками. Классическая схема управления МКПП сильно зависит от компоновки автомобиля. Во многих случаях рычаг может быть вынесен вперед либо назад относительно водителя, создавая неудобные условия для переключения. Вдобавок, из-за того, что рычаг имеет непосредственный контакт с коробкой, на него передается вибрация от двигателя.

Вторая схема управления МКПП – когда рычаг располагается на расстоянии от коробки и соединяется с ней с помощью тяг. Такое решение позволяет устанавливать рычаг в удобном для водителя месте вне зависимости от компоновки автомобиля. Вдобавок, при такой схеме на рычаг не передается вибрация. Но у таких коробок есть свои особенности. Во-первых, тяги со временем разбалтываются, вследствие чего их необходимо регулировать или даже менять, а во-вторых наблюдается пониженная четкость переключения передач.


Рычаг переключения передач и педаль сцепления — обязательные атрибуты для управления механической коробкой. Если с педалью сцепления еще как-то можно смириться, то рычаг переключения доставляет трудности в управлении автомобилем, особенно у новичков и женщин.

Две вышеуказанные схемы являются основными. Но существуют также и другие. Например, переключение с помощью пневматических или электромеханических приводов. Такие схемы используются в основном на грузовиках, автобусах и сельскохозяйственной технике, поэтому мы не будем их подробно рассматривать. Также существует секвентальное управление «механикой». В нем скорости переключаются последовательно с помощью рычага-качалки, джойстика или «лепестков». Секвентальное переключение применяется в основном на спортивных автомобилях и мотоциклах. На таких МКПП, как правило, сцепление автоматизировано.

Преимущества и недостатки

И напоследок, давайте рассмотрим, в чем плюсы и минусы механических коробок передач. Начнем с приятного.

Стоимость МКПП ниже, чем у любых других коробок. Также дешевле их ремонт и стоимость обслуживания, да и требуются они реже, чем на автоматических коробках. Вдобавок механическая коробка передач имеет более долгий срок службы и при эксплуатации ее труднее сломать. В среднем в зависимости от модели механическая коробка «ходит» 200-300 тысяч километров, что в некоторых случаях сопоставимо со срок службы автомобиля. Особенности же автоматических коробок передач в том, что они имеют кучу всяких правил, которые осознанно или неосознанно автомобилисты часто нарушают, сокращая тем самым срок службы коробки.

Механическая коробка передач увеличивает динамические качества автомобиля, поскольку имеет более высокий КПД и технические характеристики, которые благоприятно влияют на разгон автомобиля. К тому же, учитывая сколько весит МКПП (25-30 кг), по сравнению с «автоматами», вес которых как минимум 50 кг, также ведет к снижению общей массы автомобиля.

К плюсам можно отнести также и большой набор техник вождения на «механике». Водитель вправе сам определять, как ему ехать. Особенно это актуально во время езды по бездорожью или по скользкой дороге.

Хороша МКПП и в «сломанных» ситуациях. Если у вас «механика», то вы сможете завести автомобиль «с толкача», а также буксировать его на любое расстояние и на любой скорости без ущерба для коробки, чего категорически нельзя делать на «автомате».

Такие особенности, как отсутствие необходимости в отдельной системе охлаждения и низкий расход топлива, также характеризуют «механику», как более выйгрышный вариант.

Пожалуй, единственным недостатком механической коробки передач является сам факт взаимодействия с ней — водителю постоянно нужно переключать скорости, синхронно манипулировать педалями газа и тормоза и следить за оборотами двигателя. Особенно это мешает в пробках и создает неудобства для начинающих водителей и для представительниц прекрасного пола.

Кто-то привыкает к этой необходимости, а кто-то так и не может смириться, но как бы то ни было механические коробки передач постепенно отживают свой век и по мнению экспертов скоро наступит время, когда новые автомобили вообще не будут комплектоваться механической трансмиссией. Технический прогресс неумолим и чем быстрее будут совершенстоваться автоматические коробки передач, тем быстрее люди будут отказываться от механических, но фанаты, для которых ощущение полного контроля над автомобилем ценее, чем комфорт, будут всегда.

На видео продемонстрировано как сделать механическую коробку передач своими руками… из 116 деталей Lego. Минус этой коробки в том, что вы не сможете на ней ездить, плюс — ей не нужно трансмиссионное масло.

Двухвальная коробка — передача — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Двухвальная коробка — передача

Cтраница 1


Двухвальная коробка передач ( рис. 12.1, а) состоит из первичного вала 1, соединенного посредством муфты сцепления с двигателем, и вторичного вала 6, выходной коней которого соединяется далее с центральной передачей трансмиссии. Следует заметить, что при рассмотрении кинематических схем коробок передач, независимо от числа ее валов, расположенных в одном картере, вал входной всегда называют первичным, а выходной вал — вторичным. Это же относится и к составным коробкам передач, если ее редуктор ( или редукторы) расположены в общем картере. В случае же, если диапазонные редукторы представляют собой кинематически отдельные механизмы, размещенные в самостоятельных картерах, называние вышеуказанных валов сохраняется только для основной коробки передач.  [2]

В двухвальной коробке передач характерно применение двух валов: первичного, связанного с муфтой сцепления, и вторичного, связанного с центральной передачей, соединенных друг с другом только одной парой шестерен для обеспечения необходимого передаточного числа основного диапазона.  [3]

В двухвальной коробке передач наибольшее передаточное число понижающей передачи обычно не превышает трех. Большая ее величина связана с увеличениями диаметра ведомой шестерни и межцентрового расстояния валов передачи ( при минимально допустимом диаметре ведущей шестерни, исходя из условий ее прочности и возможности ее нормального зацепления с ведомой), что ведет к росту габаритов передачи и также к увеличению металлоемкости коробки передач. Тем самым применение двухвальной коробки передач ограничивает диапазон изменения скоростей и сил тяги трактора.  [4]

В корпусе / ( рис. 123, а) двухвальной коробки передач размещаются на подшипниках первичный вал 6 и вторичный вал 4, на которые насажены шестерни. Первичный вал через муфту сцепления связан с коленчатым валом двигателя, а вторичный вал 4 соединен с центральной передачей. Каретки перемещаются по шлицам первичного вала при помощи системы рычагов.  [5]

В состав агрегата входят: трехплунжерный горизонтальный односторонний насос высокого давления, трансмиссия, коробка отбора мощности, двухскоростная двухвальная коробка передач, емкость, трубопроводы обвязки насоса с емкостью, напорный трубопровод с шарнирными коленами для обвязки агрегата с устьем обрабатываемой скважины.  [6]

Монтажной базой для размещения оборудования установки служит шасси автомобиля КрАЗ — 65101, при этом двигатель автомобиля с помощью трансмиссии последнего, коробки отбора мощности и двухскоростной двухвальной коробки передач используется в качестве привода насоса высокого давления.  [7]

Коробка передач колесного трактора МТЗ-50 класса 1 4 т ( рис. 12.3) составная, с продольными валами, с двухступенчатым редуктором диапазонов, расположенным после основной двухвальной коробки передач, и прямой передачей. Коробка передач обеспечивает получение девяти передач переднего хода и двух — заднего.  [8]

На тракторах МТЗ-50 и МТЗ-52 устанавливается составная коробка передач. Она состоит из двухвальной коробки передач и расположенного за ней двухступенчатого редуктора диапазонов, которые смонтированы в одном картере. Коробка передач обеспечивает получение девяти передач переднего хода и двух — заднего хода. Ее картер имеет фланцевые соединения с картером муфты сцепления в передней части и с картером заднего моста — сзади.  [9]

Двигатель трактора рядный четырехцилиндровый с противовесами. От сцепления через зубчатую муфту крутящий момент передается на пятиступенчатую двухвальную коробку передач, шестерни включения передач прямозубые. Коробка имеет вал отбора мощности, от которого через карданный вал крутящий момент передается на редуктор привода лебедки и далее через второй карданный вал на двухступенчатый редуктор лебедки. Ведущий вал редуктора лебедки имеет ленточный тормоз. Вторичный вал коробки передач через вал с упругими муфтами соединен с ведущим валом конической главной передачи заднего моста. Ведомая шестерня главной передачи крепится к фланцу ведомого вала, который вращается на конических роликовых подшипниках, установленных в перегородках картера.  [10]

Смазка трущихся деталей коробки передач осуществляется маслом, заливаемым в ее картер и разбрызгиваемым вращающимися шестернями. Для смазки трущихся деталей при стационарной работе трактора в ряде конструкций двухвальных коробок передач применяют специальные маслоразбрызги-вающие шестерни, кинематически связанные с ее первичным валом.  [11]

В двухвальной коробке передач наибольшее передаточное число понижающей передачи обычно не превышает трех. Большая ее величина связана с увеличениями диаметра ведомой шестерни и межцентрового расстояния валов передачи ( при минимально допустимом диаметре ведущей шестерни, исходя из условий ее прочности и возможности ее нормального зацепления с ведомой), что ведет к росту габаритов передачи и также к увеличению металлоемкости коробки передач. Тем самым применение двухвальной коробки передач ограничивает диапазон изменения скоростей и сил тяги трактора.  [12]

Соединение кареток 3 вала 4 с жестко закрепленными ведомыми шестернями 5 вторичного вала б аналогично рассмотренному ранее. В данных коробках для смазки часто применяют масло-разбрызгивающие шестерни, как в двухвальных коробках передач.  [13]

Страницы:      1

Валы коробки передач с поперечной осью | Валы червячного редуктора

Проектирование и спецификация редуктора и валов редуктора

Правильная конструкция редуктора может повлиять на производительность, эффективность, надежность и стоимость. Каждая коробка передач содержит четыре основных компонента: входной вал, выходной вал, шестерни и подшипники. Валы поддерживаются подшипником, уменьшающим трение. Это могут быть цельные валы или валы с полым отверстием. Коробка передач с полым отверстием позволяет использовать валы разной длины, диаметра и материала вала.

Шестерни являются важным компонентом коробок передач, поскольку они передают мощность от одного вала к другому. В зависимости от размера коробки передач изменяется передаточное число или соотношение между скоростями вращения последней и первой передач. Если передаточное число больше единицы, выходной вал вращается с меньшей скоростью, чем входной. Обратное верно, если передаточное число меньше единицы.

При проектировании коробки передач в соответствии с вашими потребностями важно помнить об этих компонентах, а также о предполагаемом применении.Чтобы обеспечить максимальную долговечность и эффективность вашей коробки передач, учитывайте следующие критерии:

Основные характеристики

В зависимости от предполагаемого применения основные характеристики будут отличаться. Технические характеристики, которые могут быть разработаны, включают передаточные числа и номинальные люфты. Большинство коробок передач имеют передаточное число от 1: 1 до 120: 1, но при необходимости оно может быть выше. Аналогичным образом, большинство редукторов имеют номинальный люфт менее 1 градуса (или 60 угловых минут). Они могут быть спроектированы с низким люфтом или менее 4 угловых минут.

Рабочий цикл

Типичный полный рабочий цикл редуктора составляет от 8 до 12 часов в течение 5 дней в неделю, но его можно изменить в зависимости от условий эксплуатации. В некоторых случаях требуется низкий рабочий цикл, что может повлиять на размер коробки передач. Редукторы меньшего размера могут использоваться в определенных ситуациях, чтобы обеспечить малые рабочие циклы без снижения срока службы или разрушения зубьев шестерен.

Окружающая среда

Температура и общие условия окружающей среды, в которых будет работать редуктор, повлияют на его конструкцию.В зависимости от температуры может потребоваться специальная смазка или масло. Например, при температуре окружающей среды -20 градусов Цельсия и ниже требуется специальная смазка, чтобы выдерживать низкие температуры. Влага также влияет на конструкцию, а для работы с соленой водой и смывом потребуется коробка передач, которая лучше защищена от проникновения.

Входные и выходные потребности

Отверстия, валы и выходное вращение можно изменить в соответствии с вашими потребностями. При необходимости отверстия и валы могут быть шестигранными, квадратными, D и шлицевыми.Выходные вращения могут быть созданы по часовой стрелке или против часовой стрелки и даже могут быть двойными валами, вращающимися в противоположных направлениях.

Ondrives предлагает различные конструкции валов коробки передач

Мы производим коробки передач и валы коробок передач в соответствии с вашими потребностями. Наши валы редукторов, изготовленные из высококачественных материалов и оснащенные канавками, плоскостями, фасками и т. Д., Идеально подходят для всех ваших областей применения. Мы предлагаем два вала коробки передач, в том числе:

Вал с червячной коробкой

Вал с червячной коробкой от Ondrives доступны в одностороннем и двустороннем исполнении и предназначены для использования с червячными редукторами P и PF.Мы обеспечиваем высочайшее качество инструментов и производим наши валы из устойчивой к коррозии, прочной нержавеющей стали.

Червячный редуктор сконструирован с червяком, который находится в зацеплении с червячной передачей. Червяк — это шестерня в виде винта, который может легко поворачивать шестерню. Однако червячная передача не может вращать червяк, что позволяет червячной коробке передач выполнять функцию торможения. Эти редукторы используются в таких отраслях, как текстильная, химическая, сахарная, агитаторная, горнодобывающая, небольшие шаровые мельницы, промышленное оборудование, а также нефть и нефть.

Выходные валы с поперечной осью

Выходные валы с поперечной осью от Ondrives доступны в одностороннем и двустороннем исполнении для использования с прямоугольными цилиндрическими редукторами типа E. Эти валы редукторов, изготовленные из нержавеющей стали высочайшего качества, устойчивы к коррозии, изготовлены с высокой точностью и надежны даже в суровых условиях.

Редукторы с поперечной осью, также называемые косозубыми редукторами, являются наиболее распространенным типом редукторов для трансмиссий транспортных средств и оборудования. Они могут создавать большие осевые нагрузки, используя подшипники для поддержки осевой нагрузки.При установке на перпендикулярные валы косозубые редукторы можно использовать для регулировки угла поворота на 90 градусов.

Редукторы Применения

Редукторы находят широкое применение. Это могут быть стационарные установки, такие как ветряные турбины, а также сельскохозяйственное, промышленное, строительное, горнодобывающее и автомобильное оборудование. К популярным промышленным применениям редукторов относятся:
  • Энергетика
  • Нефтепереработка
  • Погрузочно-разгрузочные работы
  • Военная промышленность
  • Морская промышленность
  • Целлюлозно-бумажная промышленность
  • Аэрокосмическая промышленность
  • Офисная техника
  • Конвейеры
  • Производственное оборудование
  • Радар
  • Солнечная энергия
  • Химическая промышленность
  • Управление водным хозяйством
Компания Ondrives предлагает редукторы различных стилей и размеров, которые удовлетворяют всем вашим требованиям.Благодаря нашему ассортименту конструкций и размеров мы будем работать с вами, чтобы найти правильный редуктор с лучшими валами для ваших нужд.

Связаться с Ondrives для валов коробки передач

В дополнение к нашим стандартным валам и редукторам мы также можем изготовить валы по индивидуальному заказу в соответствии с вашими требованиями. Наши высокоточные валы могут изготавливаться из различных материалов, а также иметь индивидуальные особенности, такие как канавки, шейки, лыски, резьбовые отверстия и т. Д.

Червячные редукторы и наши цилиндрические редукторы доступны для немедленной доставки.Валы коробки передач могут быть изготовлены по индивидуальному заказу из любой длины и материала, а диаметр вала, выступающего из коробки, может быть больше или меньше диаметра отверстия коробки передач. Эти нестандартные валы редукторов могут иметь резьбу, канавки, отверстия, лыски или другие функции в соответствии с конкретными потребностями клиентов.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших валах редукторов или запросить коммерческое предложение сегодня.

Анализ бифуркации и хаоса в системе цилиндрической зубчатой ​​передачи для односторонней муфты, двухвальный узел

Модель нелинейных поперечных и крутильных колебаний с четырьмя степенями свободы системы прямозубой зубчатой ​​передачи для односторонней муфты, двухвальной муфты. Был разработан вал в сборе, в котором односторонняя муфта была смоделирована как кусочно-нелинейная пружина с прерывистой жесткостью с учетом таких факторов, как изменяющаяся во времени жесткость зубчатого зацепления, статическая погрешность передачи и нелинейный люфт.Два -валы подробно исследованы по методу Рунге-Кутта. Численные результаты показывают, что реакция системы включает движение с периодом 1, мультипериодическое движение, бифуркацию и хаотическое движение. Большая жесткость на кручение односторонней муфты может увеличить ударную нагрузку и привести к нестабильности в системе.Результаты могут быть полезными справочными материалами для технических специалистов и инженеров по динамическому проектированию и контролю вибрации такой системы.

1. Введение

Одностороннее сцепление в сборе с двумя валами является ключевым компонентом двухступенчатой ​​трансмиссии, которая широко используется в погрузчиках, вертолетах, танках, военных грузовиках и других системах зубчатых передач. Двухскоростная трансмиссия обычно состоит из наружной коронной шестерни, промежуточного входного вала, внутреннего звездчатого колеса и множества цилиндрических роликов или пружинных зажимов.Обгонная муфта состоит из наружной коронной шестерни, пружинных шайб и внутреннего звездчатого колеса. Наружная коронная шестерня и внутренняя звездочка могут быть включены или отключены в соответствии с их относительной угловой скоростью, что может привести к двухступенчатой ​​трансмиссии, имеющей два вида выходной скорости.

Известно, что зубчатые механизмы получили широкое распространение благодаря их довольно большим техническим преимуществам. Однако они известны как один из наиболее важных источников вибрации и шума в механических трансмиссионных системах.На характеристики вибрации, шума и износа в основном влияют динамические характеристики зубчатой ​​пары.

В последние десятилетия появляется все больше литературы по нелинейной динамике зубчатых пар. А чтобы проанализировать нелинейное динамическое поведение системы зубчатой ​​передачи, добавлены различное возбуждение статической ошибки передачи, динамическая жесткость зацепления, жесткость контакта подшипника, первичный двигатель, нелинейность зазора и колебания нагрузки [1–7]. Walha et al. [8] исследовали динамику двухступенчатой ​​зубчатой ​​передачи с жесткостью зацепления и люфтом.Паркер и др. [9] использовали модель конечных элементов / контактной механики для исследования динамического отклика цилиндрической зубчатой ​​пары. А динамические характеристики зубчатой ​​пары анализируются в широком диапазоне частот и крутящих моментов. Аль-Шияб и Кахраман [10] использовали метод сосредоточенных параметров, чтобы установить нелинейную изменяющуюся во времени динамическую модель для многоступенчатого зубчатого колеса, учитывая нелинейный зазор зубчатого колеса и жесткость зацепления зубчатого зацепления. Метод многотермального гармонического баланса (HBM) использовался для получения отклика с установившимся периодом 1, включая среднеквадратическое значение (RMS) и среднее значение амплитуды вибрации в широком диапазоне частот с учетом различного зацепления зубчатых колес. жесткость.He et al. [4] проанализировали динамические характеристики цилиндрической зубчатой ​​пары с учетом динамической жесткости зацепления и трения скольжения. Обсуждается влияние трения на погрешность динамической передачи. В последние годы многие ученые изучали бифуркационные и хаотические характеристики системы зубчатой ​​передачи [11]. Wang et al. [12] использовали бифуркационные диаграммы, диаграммы фазовой плоскости, карты Пуанкаре, диаграммы отклика во временной области и амплитудно-частотные спектры для исследования влияния скорости и жесткости шестерни на динамическое поведение системы зубчатой ​​передачи локомотива.Xiang et al. [13] построили нелинейную динамическую модель с шестью степенями свободы цилиндрической зубчатой ​​передачи и подшипниковой системы с изменяющейся во времени жесткостью, люфтом зубчатого колеса и поверхностным трением. В [13] для наблюдения за динамическими орбитами системы использовались бифуркационные диаграммы жесткости сетки и отношения скоростей вращения в качестве управляющих параметров. Хаотическое движение идентифицировалось по наибольшим показателям Ляпунова, отображениям Пуанкаре и фазовым диаграммам системы. Чанг-Цзянь и Чанг [14] изучали динамические орбиты цилиндрической зубчатой ​​передачи с одной степенью свободы, используя бифуркационные диаграммы с безразмерным коэффициентом демпфирования и безразмерным передаточным числом скорости вращения в качестве управляющих параметров.Gou et al. [15] использовали простой метод картирования ячеек и алгоритм времени ухода, чтобы исследовать бифуркационные динамические характеристики многопараметрической муфты в системе торсионно-вибрационной передачи. Хотя большинство ученых изучают анализ установившегося отклика системы зубчатой ​​передачи, Khabou et al. [16] исследовали динамическое поведение цилиндрической зубчатой ​​передачи в переходном режиме.

Динамический анализ односторонней муфты в сборе с двумя валами предназначен для изучения нелинейных характеристик муфты односторонней муфты и системы зубчатой ​​передачи.Хотя применение односторонней муфты, двухвальной сборки обширно, литература по ее динамике ограничена. Что касается исследования динамических характеристик одностороннего сцепления, Vernay et al. [17] указали и количественно оценили возможные эффекты относительного скольжения между кольцевыми дисками одностороннего сцепления с помощью экспериментов. Gill-Jeong [18] впервые проверил нелинейный анализ поведения парной цилиндрической зубчатой ​​передачи с односторонней муфтой. Он обнаружил, что динамическая ошибка трансмиссии системы передач с односторонней муфтой была уменьшена во всем диапазоне частот по сравнению с чистой системой передач с моделью крутильных колебаний с тремя степенями свободы.Однако влияние таких параметров, как жесткость подшипника, люфт подшипника, жесткость на кручение и демпфирование муфты на нелинейное поведение зубчатой ​​передачи, соединенной с односторонней муфтой, не учитывалось. Чтобы исследовать влияние односторонней муфты на динамические характеристики муфтовой трансмиссии, большое количество исследовательских усилий было посвящено изучению нелинейной динамики односторонних муфт в системах ременной шкив. В такой системе одностороннее сцепление обычно моделируется как модель с двумя степенями свободы, которая рассматривается как кусочно-линейная [19].Чжу и Паркер [20] использовали модель с двумя степенями свободы для исследования нелинейной динамики системы с двумя шкивами и односторонней муфтой с помощью трех методов многотермального гармонического баланса, численного интегрирования и программного обеспечения для бифуркации AUTO. раздельно. Чжу и Паркер [21] также использовали метод множественных масштабов для получения периодических решений системы ремня с двумя шкивами с нелинейностью типа зазора. Устойчивые установившиеся периодические отклики системы ременной передачи с односторонней муфтой были всесторонне изучены [22–25].Динг и Зу [22] изучили влияние параметров системы на нелинейный установившийся отклик системы ременного привода с односторонней муфтой и пришли к выводу, что односторонняя муфта не только уменьшает резонансную амплитуду ведомого вращательная вибрация шкива и вала, но также уменьшает резонансную область поперечной вибрации ремня. Динг [23] также впервые представил стабильный установившийся периодический отклик системы ременного привода с двумя шкивами, соединенной с односторонней муфтой, при двойном возбуждении.Метод Галеркина был адаптирован для проверки того, может ли одностороннее устройство эффективно снизить вращательную вибрацию и поперечную вибрацию динамической системы шкивного ремня.

Ввиду отсутствия исследований по динамическому анализу односторонней муфты, двухвальной сборки, в настоящей статье основное внимание уделяется построению и анализу математической модели такой системы. Впервые смоделирована модель нелинейных поперечных и крутильных колебаний с четырьмя степенями свободы системы прямозубой зубчатой ​​передачи для односторонней муфты, двухвальный узел, с учетом масс шестерни, нелинейной жесткости зацепления и зацепления. демпфирование.Односторонняя муфта моделируется как кусочно-нелинейная пружина с прерывистой жесткостью, которая разделяет ведомую шестерню на две степени свободы. Основная цель — проверить влияние скорости передачи и жесткости на кручение односторонней муфты на динамическое поведение системы и найти полезную справочную информацию для технических специалистов и инженеров по динамическому проектированию и контролю вибрации такой системы.

2. Принцип работы двухвального одностороннего сцепления в сборе

На рисунке 1 показана структурная схема двухвального одностороннего сцепления в сборе, который состоит в основном из подшипника (1, 2), шестерни (1 , 2), кулачки, входной вал, выходной вал и внутреннее кольцо.Шестерня 1 закреплена на первичном валу методом шлицевой посадки с натягом. Шестерня 2, кулачки и внутреннее кольцо, которое соединено с выходным валом шпоночным соединением, образуют одностороннюю муфту. Рисунок 2 используется в качестве справочного материала для объяснения принципа работы односторонней муфты. Когда односторонняя муфта не работает, натяжение пружины обеспечивает контакт зажимных роликов с шестерней 2 и внутренним кольцом. Когда шестерня 2 начинает вращаться по часовой стрелке под действием шестерни 1 или скорость вращения шестерни 2 превышает скорость вращения внутреннего кольца, обойма будет вращаться вокруг своего центра по часовой стрелке с натяжением пружины и тангенциальным трением в контакте. точка.При вращении обоймы расстояние между двумя точками контакта между обоймой и шестерней 2 и внутренним кольцом станет больше, и мощность может передаваться от шестерни 2 к внутреннему кольцу. Поскольку шестерня 2 и внутреннее кольцо полностью зажаты пружинными шайбами, скорость вращения шестерни 2 и внутреннего кольца будет одинаковой. И наоборот, шестерня 2 будет обгонять, и мощность не может быть передана на внутреннее кольцо, когда шестерня 2 вращается против часовой стрелки или скорость вращения шестерни 2 ниже, чем скорость вращения внутреннего кольца.Таким образом, можно сделать вывод, что направление вращения шестерни 1 определяет, может ли нагрузка передаваться на одностороннюю муфту в сборе с двумя валами.



3. Математическая модель

На рисунке 3 схематически показана динамическая модель односторонней муфты, двухвальный узел, рассматриваемый в настоящем анализе. В этой модели — радиус основной окружности шестерни 1, — радиус основной окружности шестерни 2, — моменты инерции массы шестерни 1, — моменты инерции массы шестерни 2, — момент инерции массы внутренней шестерни. кольцо, — масса шестерни 1, — масса шестерни 2, — коэффициент демпфирования зубчатого зацепления, — изменяющийся во времени коэффициент жесткости зубчатого зацепления, который можно получить, приняв прямоугольную волну, как показано на ( 2) [8, 18], где — среднее значение жесткости зацепления, и — коэффициент Фурье и фазовый угол, соответственно, и, — коэффициент эвольвентного контакта,, — функция силы-смещения на линии зацепления зубчатого колеса. ячеек, — коэффициент демпфирования подшипника 1, — коэффициент демпфирования подшипника 2, — коэффициент контактной жесткости и функция поперечного смещения усилия в подшипнике, — коэффициент жесткости на кручение односторонней муфты, и — коэффициент торсионной жесткости. коэффициент демпфирования односторонней муфты.На основе метода масс с сосредоточенными параметрами и законов движения Ньютона нелинейная модель с пятью степенями свободы динамической модели системы подшипников сцепления с зубчатой ​​передачей может показать, что, где шестерня 1 и шестерня 2 предполагаются идеальными эвольвентными цилиндрическими шестернями без каких-либо модификаций, а крутильная и поперечная гибкость входного и выходного валов не учитываются. Здесь и — поперечное и крутильное смещения -й шестерни (), — крутильное смещение внутреннего кольца и означает производную по времени.Предполагается, что входной крутящий момент колеблется как, где — средний крутящий момент, а — колеблющийся крутящий момент, рассматриваемый как. Формирующий член, который связан с кусочно-нелинейной функцией силы-смещения, показанной в (4), и функцией силы-скорости [26], представляет собой крутящий момент, передаваемый от шестерни 2 на внутреннее кольцо, как показано в (3). И выходной крутящий момент, приложенный к внутреннему кольцу или выходному валу, предполагается постоянным: то есть. Внешние радиальные силы и — это предварительные нагрузки, которые действуют на оба подшипника качения.Статическая ошибка передачи, связанная с изготовлением и сборкой зубчатых колес, считается синусоидальным возбуждением как


Предполагается, что, и, где параметры,, и определяются как смещение в направлении линии зацепления. шестерни 1, шестерни 2 и внутреннего кольца соответственно. Путем определения новых переменных и as и (1) можно дополнительно упростить:

Здесь — эквивалентная масса зубчатой ​​пары. Кусочно-линейное перемещение функций и включает половину люфта подшипников и половину люфта шестерен, которые могут быть выражены как (7) и (8).

Безразмерная форма (5) может быть получена путем определения где — характеристическая длина, а члены — основные частоты возбуждения колебаний внешнего крутящего момента и внутренней статической ошибки передачи соответственно. И безразмерные определяющие уравнения движения показаны как (10), где — безразмерное поперечное смещение шестерни-й передачи, — безразмерная разница между динамической ошибкой передачи и статической погрешностью передачи двух шестерен, и — безразмерная динамическая ошибка передачи. между шестерней 2 и внутренним кольцом.

4. Параметрические исследования характеристик бифуркации и хаоса

В этом разделе анализируется конкретный случай, демонстрирующий влияние скорости вращения шестерни 2 и жесткости на кручение односторонней муфты на ее динамические характеристики.

В конструкции односторонней муфты двухвальные узлы, шестерня 2 и внутреннее кольцо могут быть соединены или разъединены, когда односторонняя муфта активна.

Основные параметры односторонней муфты, двухвальные агрегаты приведены в таблице 1.Уравнение (10) описывает сильно нелинейную динамическую систему с изменяющейся во времени жесткостью зубчатого зацепления, нелинейным люфтом и нелинейной функцией силового перемещения односторонней муфты. И решается она с помощью метода Рунге-Кутта четвертого порядка. Чтобы лучше понять динамическое поведение односторонней муфты в двухвальном узле, данные временного ряда были использованы для создания бифуркационной диаграммы, фазовой диаграммы и карт Пуанкаре. Периодические реакции отображаются путем изменения частоты возбуждения и жесткости на кручение односторонней муфты.С другой стороны, поскольку новые введенные координаты z 1 и z 2 имеют аналогичное нелинейное поведение, динамический отклик поперечной вибрации z 2 шестерни 2 выбран для анализа характеристики бифуркации и хаоса. Для определения динамического отклика угла намотки односторонней муфты выбран для анализа характер динамической погрешности передачи между шестерней 2 и внутренним кольцом. Кроме того, чтобы избежать риска получения переходных решений и минимизировать вычисления, все начальные условия,,,, и устанавливаются равными нулю.

124 9012 10129

9012

9012

9012 9030
30 900 Влияние частоты возбуждения

Отношение жесткости подшипника к средней жесткости зубчатого зацепления вводится для представления изменения жесткости опоры. Параметр частоты назначается как параметры управления.Бифуркационная диаграмма безразмерного поперечного смещения шестерни 2 при изменении частоты возбуждения представлена ​​на рисунке 4.


Хорошо известно, что явление скачка обычно существует в динамическом отклике нелинейной системы. На Рисунке 4 ясно видно, что существует явление скачка при значении. Односторонняя муфта, двухвальная система узлов в основном демонстрирует движение с периодом один при низких значениях или при высокой частоте возбуждения: то есть, или.Как показано на рисунке 5 (а), диаграмма отклика во временной области представляет собой синусоидальную волну, диаграмма фазовой плоскости представляет собой только один замкнутый круг, а карта Пуанкаре представляет собой одну точку. Замечено, что система переходит в хаотическую область в диапазоне, и. На рисунке 5 (b) можно увидеть, что диаграмма отклика во временной области показывает непериодическое движение, диаграмма фазовой плоскости — беспорядок, а карта Пуанкаре показывает множество дискретных точек. При увеличении с 0,88 до 0,93 и с 1,14 до 1,19 система демонстрирует неустойчивое движение с периодом один, а движение с периодом 2 будет наблюдаться в диапазоне.И, как показано на рисунке 5 (c), диаграмма отклика во временной области показывает движение периода, диаграмма фазовой плоскости показывает два замкнутых круга, а карта Пуанкаре показывает две уникальные точки. На рисунке 5 представлены временные ряды, диаграмма фазовой плоскости и карты Пуанкаре точек бифуркации Хопфа в 0,7, 1,2, 1,3, 1,6 и 1,63. Можно видеть, что движения односторонней муфты, системы двухвальных узлов претерпевают движение с периодом 1, хаотическое движение, движение с периодом 2, квазипериодическое движение и движение с периодом 7.

На рисунке 6 представлена ​​бифуркационная диаграмма отклика системы на безразмерную динамическую ошибку передачи между шестерней 2 и внутренним кольцом, которая по существу используется для изучения динамического угла наклона односторонней муфты с использованием частоты возбуждения в качестве управляющего параметра. Можно заметить, что относительное обратное движение между шестерней 2 и внутренним кольцом демонстрирует довольно сложное явление с увеличением частоты возбуждения. Существует некоторая «скачкообразная перестройка частоты» при 0.29 и 0,61, где система претерпевает переходный процесс между движением с периодом один. Только движение с периодом один можно наблюдать при низких значениях частоты возбуждения, то есть, или при высоких значениях частоты возбуждения, то есть. Система выполняет движение периода-2 в диапазоне. Система демонстрирует хаотические движения в диапазоне, и. В отличие от поперечного движения шестерни 2, относительное обратное движение между шестерней 2 и внутренним кольцом демонстрирует устойчивое движение периода-1 в диапазоне,.Система совершает хаотические движения по квазипериодическому маршруту вокруг точек частоты возбуждения, 0,931 и 1,31, и переходит в хаотическое движение по квазипериодическому маршруту вокруг точек частоты возбуждения, 1,141 и 1,681.


На рисунке 7 показаны временные ряды, диаграмма фазовой плоскости и карты Пуанкаре точек бифуркации Хопфа в 0,7, 1,2, 1,3, 1,6 и 1,63. Можно установить, что поведение системы подвергается движению с периодом 1, хаотическому движению, движению с периодом 2, квазипериодическому движению и движению с периодом 7 с увеличением частоты возбуждения.

4.2. Влияние жесткости на кручение односторонней муфты

На рисунке 8 представлена ​​бифуркационная диаграмма реакции системы на безразмерную динамическую ошибку передачи между шестерней 1 и передачей 2 с использованием крутильной жесткости односторонней муфты в качестве управляющего параметра. Из рисунка видно, что при изменении жесткости на кручение существуют виды форм движения, такие как периодическое движение 1, движение периодическое 2, движение периодическое 4, движение периодическое 8 и хаотическое движение.Чтобы точно различать форму движения, диаграммы отклика во временной области, диаграммы фазовой плоскости и карты Пуанкаре перечислены для иллюстрации динамических характеристик системы на рисунке 9. Когда меньше 276000 Н · м / рад, только период — можно наблюдать одно движение. Состояние движения системы будет изменено с периодического движения-1 на периодическое-2, когда жесткость на кручение односторонней муфты увеличится до 276000 Н · м / рад, и состояние будет продолжаться до 331000 Н · м / рад. Система совершает переходное периодическое движение-4 в диапазоне 331000 Н · м / рад ≤ ≤ 341000 Н · м / рад и демонстрирует хаотические движения в диапазоне 341000 Н · м / рад ≤ ≤ 676000 Н · м / рад, точно так же, как показано на рисунке 9 (c).Можно видеть, что диаграмма отклика во временной области показывает непериодическое движение, карта Пуанкаре показывает множество дискретных точек, а диаграмма фазовой плоскости представляет собой беспорядок. С увеличением крутильной жесткости система выходит из хаоса и переходит в периодическое 8-движение с 676000 Н · м / рад до 696000 Н · м / рад. Когда жесткость на кручение превышает 696000 Н · м / рад, система снова переходит в другую область хаотического движения до 811000 Н · м / рад. После прохождения хаотической области система покидает хаотическое движение и снова переходит в движение с периодичностью-1 в диапазоне 811000 Н · м / рад ≤ ≤ 951000 Н · м / рад.Когда он превышает 951000 Н · м / рад, система выходит из периодического движения 1 и снова возвращается в хаотическое движение.


5. Резюме и выводы

В данной статье предлагается общая нелинейная динамическая модель с несколькими степенями свободы односторонней муфты, двухвальный узел, основанный на методе сосредоточенных параметров (LPM). В модели учитываются люфт шестерни, люфт подшипника, нелинейная жесткость зацепления и демпфирование зацепления. Односторонняя муфта моделируется как кусочно-нелинейная пружина с прерывистой жесткостью, которая разделяет шестерню 2 на две степени свободы.Динамический отклик односторонней муфты двухвального агрегата изучается в широком диапазоне частот. Подметание скорости используется для проверки влияния односторонней муфты на нелинейное поведение системы зубчатой ​​передачи путем применения метода Рунге-Кутта с переменным шагом.

Как упоминалось выше, с увеличением частоты возбуждения и крутильной жесткости односторонней муфты, система односторонней муфты, двухвальный узел склонен к включению периодического движения-1, мультипериодического движения и хаотического движения.Большая жесткость на кручение односторонней муфты может увеличить ударную нагрузку и привести к нестабильности в системе. Чтобы уменьшить удар и повысить устойчивость, частота возбуждения двигателя и жесткость на кручение односторонней муфты учитываются на основе принципов согласования и оптимизации для системы односторонней муфты, двухвальной сборки.

Обозначение

Поз. Обозначение Значение

Передаточное число Радиус шестерен , 0,04 м
Инерция вращения шестерен , 0,0008 кг⋅м 2
Жесткость ячеек 8124
Демпфирование зубчатого зацепления 707
Демпфирование контакта подшипника , 566
Качество шестерен ,
Инерция вращения муфты 0.0008 кг⋅м 2
Жесткость на кручение 2467 Н⋅м / рад
Демпфирование крутильных колебаний 0,217
9030 Коэффициент демпфирования 9030 подшипника 2 9030 : : : шестерни 2
: Радиус основной окружности шестерни 1
: Радиус основной окружности шестерни 2
: Момент инерции массы шестерни 1
Момент инерции массы шестерни 2
: Момент инерции массы внутреннего кольца
: Масса, представляющая инерцию шестерни 1
: Масса, представляющая инерцию шестерни 2
: Масса, представляющая инерцию внутреннего кольца
: Эквивалентная масса зубчатой ​​пары
: Коэффициент вязкого демпфирования подшипника 1
:
: Коэффициент вязкого демпфирования зубчатой ​​пары
: Торсио конечное демпфирование односторонней муфты
: Контактная жесткость подшипника 1
: Контактная жесткость подшипника 2
: Изменяющаяся во времени жесткость зацепления шестерен
Жесткость на кручение односторонней муфты
: Усилие-смещение подшипника 1
: Усилие-смещение подшипника 2
: Функция нелинейного смещения зубчатой ​​пары
: Предварительный натяг, приложенный к подшипнику 1
: Предварительный натяг, приложенный к подшипнику 2
: Усилие, передаваемое через одностороннюю муфту
:
: Крутящий момент, действующий на шестерню 2
: Крутящий момент, действующий на i внутреннее кольцо
: Средний крутящий момент, действующий на шестерню 1
: Колеблющийся крутящий момент, действующий на шестерню 1
: Поперечное смещение шестерни 1
: шестерня 2
: Смещение в направлении линии зацепления шестерни 1
: Смещение в направлении линии зацепления шестерни 2
: Смещение в направлении линии зацепления внутреннего кольца
: Крутильное смещение шестерни 1
: Крутильное смещение шестерни 2
: Крутильное смещение внутреннего кольца
Половина люфта подшипника 1
: Половина люфта подшипника 2
: Половина люфта зубчатой ​​пары
: Характерная длина
: Частота возбуждения статической ошибки передачи
Частоты возбуждения внешнего крутящего момента
: Собственная частота
: Эвольвентное передаточное отношение
: Безразмерное поперечное смещение шестерни 1
: Безразмерная разница между погрешностью динамической передачи и статической передачей зубчатой ​​пары
: Безразмерная разница смещения по направлению линии зацепления шестерни 2 и смещения по направлению линии сетки внутреннего кольца односторонней муфты
: Разница между погрешностью динамической передачи и статической передачей () зубчатой ​​пары
: Разница смещения по направлению линии зацепления шестерня 2 и смещение по направлению линии зацепления внутреннего кольца односторонней муфты.
Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность программе ключевых исследований и разработок в провинции Хунань (№ 2015JC3007), фундаментальным исследованиям цифровой обработки жестко обработанных авиационных деталей (№ 2011CB706800) и общему проекту Департамента образования провинции Хунань ( № 15c1239) для финансовой поддержки.

Механическая передача энергии — инженерное проектирование

Что такое механическая передача энергии?

Механическая передача энергии — это передача энергии от места, где она генерируется, к месту, где она используется для выполнения работы с использованием простых машин, соединений и элементов механической передачи энергии.

Механическая передача энергии

Почти все машины имеют какую-либо передачу мощности и движения от входного источника. Обычно это электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, который обычно обеспечивает вращающий момент через комбинацию входного вала и муфты.

Зачем нужна механическая передача энергии?

Есть много способов выработки энергии, но иногда невозможно произвести энергию там, где она необходима, в правильной форме, направлении или величине.Следовательно, передача электрической и механической энергии жизненно важна для проектирования любой инженерной продукции. Эта статья посвящена исключительно механической передаче энергии и ее элементам, за исключением передачи электроэнергии. Механическая силовая передача и ее элементы используются по следующим причинам:

  1. Выработанная мощность или энергия могут быть преобразованы в полезную форму
  2. Физические ограничения ограничивают выработку электроэнергии в том месте, где она используется, следовательно, ее можно передавать от источника к месту, где она необходима
  3. Может использоваться для изменения направления и величины, например скорости или крутящего момента.
  4. Может использоваться для изменения типа энергии i.е. вращательное в линейное и наоборот

Элементы механической передачи энергии

В конструкциях технических изделий, таких как автоматические приводы, механизмы и т. Д., Передача энергии и ее элементы позволяют согласовать источник энергии с его рабочей средой и состоянием рабочих элементов.

Преимущества элементов передачи энергии

  • Эффективная передача мощности
  • Элементы помогают разделить и распределить источник энергии для запуска нескольких механизмов, таких как один двигатель, управляющий несколькими конвейерными лентами.
  • Изменить скорость вращения
  • Обратное направление вращения двигателя
  • Преобразует вращательное движение в поступательное возвратно-поступательное движение

Типы элементов механической передачи энергии

  • Валы и муфты
  • Винты силовые
  • Шестерни и зубчатые передачи
  • Тормоза и сцепления
  • Ремни, тросы и шкивы
  • Цепи и звездочки

Валы и муфты

Как обсуждалось ранее, валы и муфты являются неотъемлемой частью передачи энергии для современных инженерных конструкций, таких как машины.Поскольку валы трансмиссии широко используются практически во всех типах конструкции механического оборудования, конструкция имеет решающее значение для безопасности и длительного срока службы машин.

Валы

Компоненты, такие как муфты, шестерни, шкивы, звездочки и т. Д., Устанавливаются на вал для передачи мощности или вращения через центральную часть компонента, называемую ступицей, вместе с удерживающими устройствами, такими как шпонки и шлицы. Соединение должно гарантировать, что соединение передает нагрузку, мощность и вращение без проскальзывания и в пределах требований к точности конструкции.

конструкция вала

Типы соединений и компонентов, которые должны использоваться вдоль оси вала, продиктованы функциональными требованиями продукта и зависят от следующих факторов

— Величина крутящего момента
— Размер вала
— Скорость вращения
— Направление вращения

Муфты

Муфты, также известные как муфты валов, используются для соединения двух концов вала для передачи углового вращения и крутящего момента. Основное требование к конструкции муфты и ее удерживающих устройств заключается в том, что номинальный крутящий момент должен передаваться без проскальзывания, преждевременного выхода из строя или, в некоторых случаях, он должен выдерживать перекос.

Жесткие и гибкие муфты

Механические муфты для передачи энергии обычно делятся на две большие категории

  • Муфта жесткая
  • Эластичная муфта

Жесткие муфты просты, удобны в конструкции и сравнительно дешевы, хотя требуют точной центровки валов, тогда как гибкие муфты могут компенсировать перекос валов.

Винты силовые

Силовой винт, также известный как ходовой винт (или ходовой винт) и винт для перемещения, представляет собой винт, используемый в качестве элемента связи для передачи энергии в инженерном изделии, таком как машина, для преобразования вращательного движения в линейное движение.Большая площадь скользящего контакта между охватываемой и охватывающей частью резьбы винта обеспечивает большое механическое преимущество за счет малого угла клина.

Приводной винт

Силовые винты имеют множество применений, таких как линейные ходовые винты, направляющие машины, тиски, винтовой домкрат, механические механизмы управления прессом и т. Д. Наиболее распространенные устройства устроены так, что приводной винт вращается, а гайка трансформируется в линейное движение вдоль винтов. Но он также используется в противоположной ориентации, такой как винтовой домкрат, где гайка вращается, а винт движется линейно, чтобы поднять домкрат.

Они не используются при передаче большой мощности из-за больших потерь энергии на трение на резьбе винта, но используются в прерывистой передаче малой мощности, например, в позиционерах с низкой точностью.


Шестерни и зубчатые передачи

Зубчатые передачи — это несколько комплектов шестерен, передающих мощность. Зубчатая передача — это система механической передачи энергии, в которой шестерни установлены на валах, так что зубья сопряженных шестерен входят в зацепление и каждое катится друг на друга по диаметру делительной окружности.

Шестерни и зубчатые передачи

Передаточное число и механическое преимущество сопряженных шестерен определяются соотношением диаметров делительной окружности.

Тормоза и сцепления

Теоретически тормоза и муфты почти неразличимы, хотя функционально муфты представляют собой муфты, которые используются для включения и отключения передаваемой мощности между двумя соединительными валами, вращающимися с разными скоростями на общей оси. Основная функция муфты — привести оба элемента к общей угловой скорости.

тормоза и сцепления

Тормоз работает аналогичным образом, за исключением того, что один из элементов является фиксированным, поэтому при срабатывании общая угловая скорость равна нулю.

Хотя тормоза и сцепления известны своим автомобильным применением, они также широко используются в лебедках, косилках, подъемниках, стиральных машинах, тракторах, мельницах, лифтах и ​​экскаваторах.

Сцепления

Механические муфты можно классифицировать и различать различными способами в зависимости от типа зацепления, принципа действия, типа срабатывания и метода работы

Вид взаимодействия Принцип действия Тип срабатывания Метод работы
Муфты принудительного привода Муфты замыкающие Гидравлическое управление Сухое сцепление
муфты фрикционные Муфты размыкающие Пневматический Мокрое сцепление
Механический
Муфты электромагнитные

Что необходимо учитывать
  • Передаваемый крутящий момент
  • Управляющая сила
  • Энергетические потери
  • Повышение температуры
Тормоза

Как и сцепления, бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические тормоза.

Его можно классифицировать по назначению:

  • Блокировка тормозов, стопорные тормоза
  • Регулирующие тормоза
  • Динамометрические тормоза

Некоторые из распространенных типов тормозов:

  • Тормоза колодочные
  • Ленточная выпечка
  • Дисковые тормоза
  • Тормоза барабанные

Ремни, тросы и шкивы

Ремни и шкивы используются, когда расстояние между валами слишком велико для использования шестерен.

ремни, тросы и шкивы

Цепи и звездочки

Цепи

используются для низкоскоростных приложений, где расстояние между валами слишком велико для использования зубчатых передач, а ремни будут поддерживать крутящий момент, который необходимо передавать. Они также являются хорошим способом передачи энергии, когда необходимо точное соотношение скоростей.

цепи и звездочки

Совет по дизайну: звездочки с нечетным числом зубьев изнашиваются медленнее, чем звездочки с четным числом зубьев.

Эффективная коробка передач с турбонаддувом и параллельным валом серии A

Приборы
В стандартный комплект КИП входят:
  • RTD или термопары на каждом радиальном подшипнике (по 2 каждого)
  • RTD или термопары на каждом упорном подшипнике, нагруженная и ненагруженная сторона (активная / неактивная сторона)
  • Приспособления для установки двух датчиков вибрации вала (разнесенных на 90) на каждом подшипнике (сторона входа / выхода)
  • Положение на корпусе для установки двух акселерометров
  • Прочие резервы по требованию заказчика
  • Keyphaser, если требуется
Коробка передач серии «А»

Роторы могут быть смещены по горизонтали или вертикали и размещены в ребристой сварной конструкции из двух половин с легким доступом к смотровой крышке и для легкого обслуживания.Шестерни обычно науглероженные, закаленные и шлифованные, одинарные или двойные винтовые. Снижение шума и вибрации является ключевым моментом. В конструкции ARTEC предусмотрена модификация выводов зубьев с учетом изгиба, скручивания и теплового прогиба, что обеспечивает идеальный контакт зубьев в любой ситуации нагрузки. Подшипники обеспечивают высокую динамическую устойчивость ротора с минимальным расходом масла и потерями.

Основные характеристики:
  • Оптимальное межосевое расстояние и оптимальная ширина зуба
  • Зубец шлифуется в продольном направлении и в направлении профиля, чтобы компенсировать предварительно рассчитанную деформацию, которая может возникнуть при работе: в результате получается оптимальная форма контакта зубьев при полной нагрузке
  • Подшипники предназначены для создания стабильной динамической среды.
  • Сварной стальной корпус — чрезвычайно жесткая конструкция
  • 4-точечный опорный кожух для упрощения центровки
  • Регулируемый радиальный подшипник для идеального контакта зубьев
  • Одно- или двухспиральное зубчатое зацепление
Контрольно-измерительная аппаратура

В дополнение к редукторам доступен полный спектр контрольно-измерительного оборудования. Элементы включают встроенные датчики термометра сопротивления. В соответствии с требованиями API 670 или других стандартов, датчики радиальной и осевой вибрации могут быть установлены на всех подшипниках.

Объяснение механической коробки передач — все основы

После того, как мы рассмотрели все виды автоматической трансмиссии, пришло время перейти к механической трансмиссии. Эта трансмиссия довольно сложна для понимания по сравнению с автоматической трансмиссией, поэтому все станет немного сложнее. Не волнуйтесь, мы сделаем все возможное, чтобы понять, насколько это возможно.

Прежде чем мы углубимся в это, нам нужно понять задействованные части и то, как они работают по отдельности.Давай начнем.

Популярное чтение: iMT vs AMT | Какая трансмиссия лучше?

Что такое коробка передач?

Связь между вашим двигателем и колесами называется трансмиссией. «Передача силы», отсюда и название. Эта передача энергии состоит из нескольких частей и требует предельных вычислений, чтобы предотвратить потерю энергии. Механическая коробка передач сравнительно сложнее для понимания, чем автоматическая.Теперь мы переходим к задействованным частям и как они работают.

Детали в механической коробке передач

Основными деталями механической трансмиссии являются выходной вал двигателя (также называемый входным валом), промежуточный вал, выходной вал, синхронизаторы, кулачковые муфты и муфта. В валах есть шестерни, которые определяют, какой крутящий момент и скорость передаются на колеса.

Сцепление Диск сцепления

Соединение двигателя с входным валом, работа сцепления заключается в том, чтобы либо передавать вращательное усилие на входной вал, либо сокращать его.Он состоит из нескольких частей, которые работают при нажатии педали сцепления. При нажатии на педаль сцепления маховик отключается от узла сцепления, что прекращает подачу питания двигателя на трансмиссию. Это позволяет трансмиссии свободно вращаться от двигателя.

Это действие отключения выполняется следующим образом. После нажатия педали сцепления деталь, называемая вилкой сцепления, нажимает на нажимной диск сцепления, который непосредственно связан со сцеплением, а сцепление соединяется с маховиком.Это нажатие устраняет соединение между муфтой и маховиком, тем самым разрезая цепь.

Входной вал

Этот вал соединен с маховиком через муфту. Он приводит в движение шестерни промежуточного вала с той же скоростью, что и двигатель.

Встречный вал

На промежуточном валу находится связка переменных шестерен, которые приводятся в движение двигателем через входной вал. Эти шестерни, также известные как шестерни промежуточного вала, находятся в постоянном зацеплении с шестернями выходного вала.Постоянное зацепление означает, что эти шестерни всегда связаны друг с другом и все время вращаются. Шестерни промежуточного вала напрямую связаны с самим валом и поэтому всегда вращаются со скоростью вала.

Выходной вал

Выходной вал имеет шестерни разных размеров. Эти шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала и свободно вращаются от выходного вала, но при включении они, проще говоря, застревают на выходном валу. Это означает, что выходной вал будет вращаться в соответствии с мощностью, передаваемой шестернями.Это станет легче, когда мы объясним всю работу позже.

Собачьи сцепления Собачья муфта

На выходном валу установлены кулачковые муфты, отличные от обычных муфт. Когда водитель включает передачу, задача кулачковой муфты состоит в том, чтобы заставить это передаточное число перемещать выходной вал. Без включенного кулачкового сцепления все шестерни вращаются свободно, и автомобиль находится в нейтральном положении. Собачьи муфты могут входить и выходить для включения и выключения при необходимости, позволяя шестерням только вращаться, а не двигаться вперед и назад.Кулачковые муфты жестко соединены с выходным валом и служат связующим звеном между валом и незакрепленной шестерней.

Синхронизаторы

Задача синхронизатора — обеспечить одинаковую скорость выходного вала и шестерни, которая должна быть включена. У них есть фрикционные диски, которые замедляют передачи с той же скоростью, что и выходной вал, что позволяет легко подсоединять кулачковую муфту.

Загрузите приложение GoMechanic прямо сейчас!

Передаточное число и как они изменяют выходную мощность

Прежде чем мы объясним принцип работы механической коробки передач, нам нужно разобраться, что такое передаточные числа и как они изменяют мощность двигателя.

Передаточное число можно объяснить как соотношение зубьев шестерен. В случае трансмиссии это соотношение ведомой шестерни к ведущей. Передаточное число может помочь нам объяснить, как мы получаем больше крутящего момента на низкой передаче и высокой скорости на более высоких передачах.

Чтобы объяснить, почему нижняя передача имеет высокий крутящий момент, нам нужно обратиться к формуле крутящего момента. Крутящий момент равен силе, умноженной на расстояние. Расстояние в данном случае — это радиус ведомой шестерни. Как мы знаем, ведомая шестерня становится меньше по мере увеличения передаточного числа, поэтому мы получаем больший крутящий момент на более низких передачах.

Что касается того, почему более высокая передача обеспечивает большую скорость, выходная частота вращения автомобиля определяется числом оборотов двигателя, деленным на передаточное число. Более высокие передачи имеют меньшее передаточное число, что позволяет нам получать больше оборотов в минуту.

Объяснить это на примере. Представьте, что ваши обороты постоянно равны 1000. Предположим, что ваше первое передаточное число составляет 3: 1, тогда выходное число оборотов будет 333,3 об / мин. Теперь предположим, что ваше передаточное число на высшей передаче составляет 0,5: 1, это означает, что теперь ваши обороты на выходе будут равны 2000.

Как это работает Схема механической коробки передач

Входной вал приводит в движение шестерни промежуточного вала, которые находятся в постоянном зацеплении с шестернями выходного вала.Вход приводит в движение шестерню промежуточного вала с собственной шестерней. Шестерни промежуточного вала постоянно соединены с промежуточным валом, поэтому промежуточный вал всегда вращается вместе с шестернями. Шестерни на выходном валу свободно соединены с выходным валом, поэтому свободно вращаются вместе с шестернями промежуточного вала и не перемещают выходной вал. Когда шестерня включена, мощность от входного вала сначала поступает на промежуточный вал, а затем на шестерни выходного вала.

Разница в том, что включенная шестерня теперь соединена с выходным валом.Поскольку шестерни не могут двигаться вперед и назад, соединение с валом осуществляется кулачковой муфтой (показано как втулка ступицы шестерни на диаграмме выше). Зубчатая муфта включенной передачи прикрепляется к шестерне и служит связующим звеном между валом и шестерней. Обратите внимание, что кулачковые муфты постоянно соединены с валом и перемещаются вилкой, соединенной с коробкой передач. Это заставляет вал вращаться с той же скоростью, что и передаточное число.

Подробнее: Как работает автоматическая трансмиссия гидротрансформатора | Разъяснил

При включении другой передачи муфта отключается от маховика, и на валы не передается мощность.Водитель выбирает новую передачу, и теперь синхронизатор с фрикционным диском замедляет передачу, чтобы кулачковая муфта подключилась к ней. Шестерня замедляется до тех пор, пока не достигнет той же скорости, что и выходной вал. Это позволяет кулачковой муфте легко включать шестерни без зазубрин. После того, как поток мощности снова запускается, новое передаточное число теперь приводит в движение выходной вал.

Шестерня заднего хода рабочая

Работа задней передачи осуществляется следующим образом.Поскольку двигатель не может вращаться в обратном направлении, трансмиссия должна вращать валы таким образом, чтобы автомобиль двигался назад. Это делается с помощью новой передачи, называемой холостым ходом. Холостая шестерня входит между шестерней промежуточного вала и шестерней выходного вала. Холостая шестерня заставляет шестерню выходного вала вращаться в противоположном направлении, заставляя автомобиль двигаться назад.

Поскольку холостая передача не имеет кулачковой муфты, автомобиль необходимо полностью остановить, прежде чем можно будет включить заднюю передачу.И если вы, как и многие люди, задаетесь вопросом, что происходит, когда машину ставят задним ходом, если она уже едет, ответ — она ​​просто не поедет задним ходом. Однако это приведет к столкновению зубьев и повреждению шестерен. Коробки передач предназначены для того, чтобы нельзя было включить заднюю передачу во время движения автомобиля вперед. Это все еще серьезно повреждает шестерни, поэтому, пожалуйста, не делайте этого.

Здесь рассказывается, как работает механическая коробка передач и как передаточные числа влияют на выходную мощность. Чем больше передач в автомобиле, тем выше может быть выходная мощность.Это одна из наиболее сложных тем, и мы надеемся, что она достаточно ясна, чтобы понять, как работает механическая коробка передач.

Аналогичное чтение: DCT vs CVT vs AMT | Выберите лучшую трансмиссию

Заявка на патент США

на двухвальную трансмиссию с цепным приводом и реверсивную заявку на патент (заявка № 20120204676 от 16 августа 2012 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Это изобретение в целом относится к трансмиссиям и, в частности, к трансмиссиям для малых транспортных средств.УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение, в частности, относится к трансмиссиям для небольших, экономичных транспортных средств, таких как внедорожники (UTV), на шоссейных микроавтомобилях, а также мини-легковых и грузовых автомобилях. В этих транспортных средствах важно, чтобы автомобили меньшего размера минимизировали вес и габариты рабочих компонентов, таких как трансмиссия.

Патент США. US 6725962 раскрывает трансмиссию для вездехода (ATV). В этой трансмиссии используются три вала для передачи мощности от бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT) на колеса автомобиля.

Изобретатели осознали, что было бы выгодно создать трансмиссию для транспортного средства, имеющую компактную конструкцию и которая может выполнять выбор передачи с помощью двух валов, включая передачу заднего хода. Изобретатели пришли к выводу, что было бы выгодно создать автоматическую коробку передач для небольшого транспортного средства, которая была бы компактной, эффективной по весу и надежной.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение обеспечивает трансмиссию для транспортного средства, которая включает в себя трансмиссию, которая включает в себя главный вал для получения мощности вращения от выхода двигателя и промежуточный вал, расположенный параллельно главному валу.Главный вал несет множество главных шестерен переднего хода. Промежуточный вал несет множество встречных шестерен переднего хода. Множество пар передних шестерен образовано каждой из главных шестерен переднего хода, скомпонованных так, чтобы образовывать одну зубчатую пару с одной из шестерен встречного движения вперед, причем пары шестерен находятся в постоянном зацеплении. Основная шестерня заднего хода приводит в движение обратную шестерню заднего хода через цепь или ремень, образующие пару шестерен заднего хода. Выходной шкив установлен на главном валу с возможностью вращения. Множество устройств сцепления выполнено с возможностью выбора зубчатой ​​пары из множества зубчатых пар, которые будут передавать крутящий момент на выходной шкив.

Изобретение обеспечивает автоматическую коробку передач для транспортного средства, которая включает преобразователь крутящего момента. Преобразователь крутящего момента включает в себя корпус преобразователя крутящего момента, входной шкив преобразователя крутящего момента, предназначенный для приема крутящего момента от выхода двигателя, и выходной вал преобразователя крутящего момента для передачи крутящего момента на зубчатую передачу. Преобразователь крутящего момента включает в себя элементы гидравлической муфты, расположенные внутри корпуса для передачи крутящего момента между входным шкивом преобразователя крутящего момента и выходным валом преобразователя крутящего момента.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере, одно устройство сцепления содержит диск сцепления или барабан, закрепленный на главном валу, и по меньшей мере один фрикционный диск сцепления, расположенный между диском сцепления и одной шестерней зубчатых пар выбора. Фрикционный диск может избирательно взаимодействовать с диском сцепления и одной передачей для передачи крутящего момента между диском сцепления и одной передачей.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере одно устройство сцепления содержит диск сцепления, закрепленный на промежуточном валу, и по меньшей мере один фрикционный диск сцепления, расположенный между диском сцепления и одной шестерней зубчатой ​​пары выбора.Фрикционный диск может избирательно взаимодействовать с диском сцепления и одной передачей для передачи крутящего момента между диском сцепления и одной передачей.

Редуктор может быть четырехскоростным, при этом четвертая передача может быть прямым приводом, расположенным дальше всего от гидротрансформатора. Первая зубчатая пара может располагаться рядом с четвертой передачей между четвертой передачей и гидротрансформатором. Вторая зубчатая пара может быть расположена рядом с первой зубчатой ​​парой и между первой зубчатой ​​парой и преобразователем крутящего момента.Третья зубчатая пара может быть расположена рядом со второй зубчатой ​​парой и между второй зубчатой ​​парой и преобразователем крутящего момента. Пара шестерен заднего хода может располагаться рядом с третьей зубчатой ​​парой и между третьей зубчатой ​​парой и гидротрансформатором.

Согласно предпочтительному варианту осуществления входной шкив гидротрансформатора расположен между корпусом гидротрансформатора и зубчатой ​​парой заднего хода.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере, некоторые из устройств сцепления содержат каждый диск сцепления, прикрепленный к главному валу или контрвалу с возможностью зацепления противоположных сторон.Диск сцепления может быть расположен между попеременно выбираемыми зубчатыми парами, и по меньшей мере один фрикционный диск расположен между каждой из выбираемых зубчатых пар и одной зацепляемой противоположной стороной диска сцепления. Каждый фрикционный диск может избирательно приводиться в действие для включения одной передачи выбираемой зубчатой ​​пары на диск сцепления для передачи крутящего момента между диском сцепления и выбираемой зубчатой ​​парой для передачи крутящего момента на выходной шкив.

Узел трансмиссии согласно настоящему изобретению обеспечивает компактную, относительно простую автоматическую трансмиссию, которая особенно приспособлена для использования на небольших транспортных средствах.

Узел трансмиссии по настоящему изобретению обеспечивает двухвальную трансмиссию, которая обеспечивает передачу заднего хода и несколько передач переднего хода.

Многочисленные другие преимущества и особенности настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания изобретения и его вариантов осуществления, из формулы изобретения и из сопроводительных чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематический вид сверху трансмиссии транспортного средства с трансмиссией согласно настоящему изобретению;

РИС.2 — схематическая диаграмма легенды для понимания следующих схематических диаграмм;

РИС. 3 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 1 с трансмиссией, показанной в режиме работы первой передачи;

РИС. 4 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 3 с трансмиссией, показанной в режиме работы второй передачи;

РИС. 5 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 3 с трансмиссией, показанной в режиме работы третьей передачи;

РИС.6 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 3 с трансмиссией, показанной в режиме работы четвертой передачи;

РИС. 7 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 3 с трансмиссией, показанной в режиме работы задней передачи; и

ФИГ. 8 — схематический вид сверху трансмиссии, показанной на фиг. 3, показывающая схему управления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Хотя это изобретение допускает варианты осуществления во многих различных формах, на чертежах показаны и будут подробно описаны его конкретные варианты осуществления с пониманием того, что настоящее раскрытие должно быть рассматривается как пример принципов изобретения и не предназначен для ограничения изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления.

РИС. 1 показано транспортное средство 20 , имеющее трансмиссию 26 . Привод 26 включает двигатель 34 , трансмиссию 38 и заднее колесо 30 . Двигатель 34 передает мощность вращения через коленчатый вал на выходной вал двигателя 46 . Выходной вал двигателя , 46, соединен с ведущей звездочкой двигателя 48 .

Трансмиссия в сборе 38 включает преобразователь крутящего момента 52 , который имеет ведущую звездочку преобразователя крутящего момента 54 .

Первичная приводная цепь 56 намотана на ведущую звездочку двигателя 48 и ведущую звездочку преобразователя крутящего момента 54 . Узел трансмиссии , 38, включает выходной шкив трансмиссии 62 . Шкив 66 заднего привода функционально соединен с задним колесом 30 для вращения заднего колеса 30 . Вторичная приводная цепь 68 наматывается на выходной шкив 62 и задний ведущий шкив 66 .

Термины «звездочка» и «шкив» обозначают элементы, имеющие внешние элементы, которые зацепляются либо цепью, либо ремнем, чтобы вращаться ими. Звездочка и шкив могут функционировать одинаково, и, соответственно, эти термины используются здесь взаимозаменяемо.

РИС. 2 иллюстрирует легенду для символов, используемых на фиг. 3-8. Символы определены ниже.

GF = шестерня, прикрепленная к валу для вращения с ним

S = вал

CDN = фрикционный диск выключенного сцепления

CP = диск сцепления, прикрепленный к валу

CDE = фрикционный диск сцепления, соединенный с диском сцепления и шестерней

GR = шестерня, вращающаяся на валу

CH = цепь или ремень

B = подшипник

C = корпус или корпус

РИС.3 показан узел трансмиссии , 38, на первой передаче. Гидротрансформатор 52 включает в себя корпус 72 гидротрансформатора. Внутри корпуса , 72, находятся приводной вращающийся элемент , 74, и ведомый вращающийся элемент , 76, . Гидротрансформатор показан упрощенно. Например, статор также может быть включен в корпус между приводным вращающимся элементом , 74, и ведомым вращающимся элементом , 76, .Преобразователи крутящего момента хорошо известны и описаны, например, в патентах США No. №: 4 070 925; 5,862,717; 2,897,690; 2449, 608; 6 655 226; 63

; и 6 805 026, все они включены в настоящее описание в качестве ссылки. Корпус , 72, гидротрансформатора, приводной вращающийся элемент , 74, и входной шкив , 54, зафиксированы для совместного вращения. Ведомый вращающийся элемент , 76, прикреплен к главному валу 86 трансмиссии в сборе 38 . Корпус , 72, гидротрансформатора прикреплен к основному валу , 86, или его соответствующему выступу с помощью подшипников и масляных уплотнений (не показаны).

Главный вал 86 входит в картер трансмиссии 87 трансмиссии в сборе 38 . Главный вал 86 получает мощность вращения от гидротрансформатора 52 через гидравлическую муфту между ведущим вращающимся элементом 74 и ведомым вращающимся элементом 76 за счет вращения компонентов гидротрансформатора 54 , 72 , 74 . Главный вал , 86, передает вращательную мощность на диски сцепления , 92, , , 96, , которые закреплены на главном валу 86 , чтобы вращаться вместе с ними.Диски сцепления 92 , 96 могут иметь шпонку или шлицевую часть на валу 86 или иным образом жестко прикрепляться к валу 86 . Диски сцепления включают поверхности сцепления 92 a, 96 a, и 96 b.

Узлы сцепления предпочтительно представляют собой многодисковые мокрые муфты. Диски сцепления схематично показаны как плоские диски, но предпочтительно имеют конфигурацию барабана, имеющую множество фрикционных дисков, которые чередуются с фрикционными дисками узла фрикционного диска сцепления, такого как показано и описано в U.С. Пат. №№ 4623055; 5,103,953; 4,131,185 или 3,266,608, все включено в качестве ссылки.

Первая главная ведущая шестерня 102 , четвертая главная ведущая шестерня 104 и реверсивная главная ведущая шестерня 106 установлены в осевом направлении на главном валу 86 , но могут свободно вращаться на главном валу, т. Е. относительно вращаются относительно главного вала , 86, . Четвертая главная ведущая шестерня 104 прикреплена к выходному валу 105 , на котором крепится выходной шкив 62 .

Вторая главная ведущая шестерня 110 и третья главная ведущая шестерня 112 жестко закреплены на главном валу 86 , т.е. е., нет относительного вращения между шестернями 110 , 112 и главным валом 86 . Шестерни , 110, , , 112, могут иметь шпонку или шлицы на главном валу 86 или иным образом жестко прикрепляться к главному валу 86 .

Фрикционные диски сцепления 116 установлены на главном валу 86 между шестерней заднего хода 106 и диском сцепления 92 .Фрикционные диски сцепления 118 установлены на главном валу 86 между диском сцепления 96 и четвертой ведущей шестерней 104 . Фрикционные диски сцепления 120 установлены на главном валу 86 между диском сцепления 96 и первой ведущей шестерней 102 . Согласно одному варианту осуществления фрикционные диски , 116, , , 118, , , 120, могут свободно вращаться на главном валу , 86, , т.е.е., относительно вращаются относительно главного вала , 86, .

Промежуточный вал 132 установлен в картере трансмиссии 87 , параллельно главному валу 86 . Контрвал 132 передает вращающую силу на диск сцепления 133 , который закреплен на контрвале 132, , для вращения вместе с ним. Диск сцепления 133 может иметь шпонку или шлицевую часть на валу 132 или иным образом жестко прикрепляться к валу 132 .Диск сцепления 133 включает поверхности сцепления 133 a, 133 b.

Ведущая противодействующая шестерня 134 , первая противодействующая шестерня 136 и обратная противодействующая шестерня 138 жестко закреплены на ведомом валу 132 , т.е. е., нет относительного вращения между шестернями 134 , 136 , 138 и промежуточным валом 132 . Шестерни , 134 , , 136, , , 138, , могут иметь шпонки или шлицы на промежуточном валу 132 или иным образом жестко закреплены на промежуточном валу 132 .Ведущая противоточная шестерня , 134, находится в зацеплении с четвертой главной ведущей шестерней , 104, . Первая противодействующая шестерня , 136, находится в зацеплении с первой главной ведущей шестерней , 102, . Противодействующая шестерня заднего хода , 138, имеет цепной привод от главной ведущей шестерни заднего хода 106 через цепь 139 ; шестерни , 106, , , 138, не входят в зацепление, т.е. шестерни , 106, , , 138, вращаются в одном направлении.

Вторая противодействующая шестерня 140 и третья противодействующая шестерня 142 установлены в осевом направлении на ведомом валу 132 , но могут свободно вращаться на ведомом валу, т.е.е., относительно вращаются относительно промежуточного вала 132 . Вторая противодействующая шестерня , 140, находится в зацеплении со второй главной ведущей шестерней , 110, . Третья противодействующая шестерня , 142, находится в зацеплении с третьей главной ведущей шестерней 112 .

Фрикционные диски сцепления 150 установлены на промежуточном валу 132 между второй встречной шестерней 140 и поверхностью диска сцепления 133 a. Фрикционные диски сцепления 152 установлены на промежуточном валу 132 между третьей встречной шестерней 142 и лицевой стороной диска сцепления 133 b. Согласно одному варианту осуществления фрикционные диски , 150, , 152, сцепления могут свободно вращаться на промежуточном валу 132 , то есть могут вращаться относительно промежуточного вала 132 .

Шестерни 102 , 104 , 106 , 110 , 112 , 134 , 136 , 1138 , 140 , 142 все имеют внешние периферийные зубья. Зубчатая пара 102 , 136 образует первую шестерню; зубчатая пара , 110, , , 140, образует вторую шестерню; зубчатая пара 112 , 142 образует третью шестерню, а четвертая главная ведущая шестерня 104 фактически образует четвертую передачу, т.е.е. прямой привод от главного вала 86 .

РИС. 3 иллюстрирует работу трансмиссии в режиме первой передачи. Гидротрансформатор 52 вращается через входной шкив 54 . Гидравлическая муфта внутри гидротрансформатора вращает главный вал 86 . Главный вал 86 вращает диск сцепления 96 , который поворачивает первую шестерню главного привода 102 через фрикционные диски сцепления 120 , которые выбираются контроллером для зацепления с диском сцепления 96 , особенно с лицевой стороной 96 а. Первая ведущая шестерня 102 поворачивает соответствующую первую встречную шестерню 136 , которая вращает промежуточный вал 132 , которая вращает контрприводную шестерню 134 , которая вращает четвертую главную ведущую шестерню 104 , которая закреплена на выходной вал 105 и шкив 62 . Выходной шкив 62 поворачивается, что поворачивает заднее колесо 30 через ведущую звездочку 66 и вторичную цепь 68 .

РИС. 4 иллюстрирует работу трансмиссии на второй передаче. Гидротрансформатор 52 вращается через входной шкив 54 . Гидравлическая муфта внутри гидротрансформатора вращает главный вал 86 . Главный вал , 86, вращает вторую главную ведущую шестерню , 110, , которая поворачивает вторую контршестерню 140 . Устройство управления сцеплением задействовало диски сцепления , 150, , чтобы вторая контр шестерня 140 поворачивала диск сцепления 133 с той же скоростью, что и вторая контр шестерня 140 .Диск сцепления 133 вращает промежуточный вал 132 , который вращает шестерню встречного привода 134 , которая вращает четвертую главную ведущую шестерню 104 , которая прикреплена к выходному шкиву 62 . Выходной шкив 62 поворачивается, что поворачивает заднее колесо 30 через ведущую звездочку 66 и вторичную цепь 68 .

РИС. 5 иллюстрирует работу трансмиссии в режиме третьей передачи. Гидротрансформатор 52 вращается через входной шкив 54 .Гидравлическая муфта внутри гидротрансформатора вращает главный вал 86 . Главный вал 86 вращает третью шестерню главного привода 112 , которая поворачивает третью контршестерню 142 . Блок управления сцеплением включил диски сцепления 152 , чтобы заставить третью контр шестерню 142 повернуть диск сцепления 133 с той же скоростью, что и третья контр шестерня 142 . Диск сцепления 133 вращает промежуточный вал 132 , который вращает шестерню встречного привода 134 , которая вращает четвертую главную ведущую шестерню 104 , которая прикреплена к выходному шкиву 62 .Выходной шкив 62 поворачивается, что поворачивает заднее колесо 30 через ведущую звездочку 66 и вторичную цепь 68 .

РИС. 6 иллюстрирует работу трансмиссии в режиме четвертой передачи. Гидротрансформатор 52 вращается через входной шкив 54 . Гидравлическая муфта внутри гидротрансформатора вращает главный вал 86 . Главный вал 86 поворачивает диск сцепления 96 .Блок управления приводит в действие диски сцепления , 118, , заставляя диск сцепления 96 вращать четвертую главную ведущую шестерню , 104 с той же скоростью, что и диск сцепления 96 . Четвертая шестерня 104 закреплена на выходном шкиве 62 . Выходной шкив 62 поворачивается, что поворачивает заднее колесо 30 через ведущую звездочку 66 и вторичную цепь 68 .

РИС. 7 иллюстрирует работу трансмиссии в режиме передачи заднего хода.Гидротрансформатор 52 вращается через входной шкив 54 . Гидравлическая муфта внутри гидротрансформатора вращает главный вал 86 . Главный вал 86 поворачивает диск сцепления 92 . Блок управления приводит в действие диски сцепления , 116, , заставляя диск сцепления 92 вращать главную ведущую шестерню заднего хода 106 с той же скоростью, что и диск сцепления 92 . Главная ведущая шестерня заднего хода , 106, приводит в движение противодействующую шестерню заднего хода , 138, в том же направлении через цепь 139 .Противодействующая шестерня заднего хода 138 вращает ведомый вал 132 , который поворачивает ведомую шестерню 134 . Шестерня , 134 встречного привода поворачивает четвертую главную ведущую шестерню , 104, в противоположном направлении. Четвертая ведущая шестерня 104 прикреплена к выходному шкиву 62 через выходной вал 105 . Выходной шкив 62 поворачивается, что поворачивает заднее колесо 30 через ведущую звездочку 66 и вторичную цепь 68 .

РИС. 8 иллюстрирует систему управления 300 согласно изобретению. Контроллер 302 находится в сигнальной связи с устройствами включения муфты 304 , 306 , 308 , 310 , 312 через сигнальные проводники 304 a, 306 a, 308 a, 310 a, 312 a соответственно. Контроллер , 302, принимает входные сигналы через датчики , 320, .Входными сигналами могут быть такие параметры, как частота вращения двигателя, частота вращения трансмиссии, положение дроссельной заслонки, крутящий момент двигателя, положение рычага переключения передач для выбора передачи или другие параметры. Блокировка ручного управления 326 может использоваться для ручного выбора режима работы передачи.

Устройства включения муфты 304 , 306 , 308 , 310 , 312 могут быть электромеханическими устройствами, гидравлическими или гидравлическими устройствами, такими как раскрытые в U.С. Пат. №№ 2 825 235; или 4627312, включенных в настоящее описание в качестве ссылки. Предпочтительно устройства включения муфты представляют собой аналоговые или цифровые соленоиды, управляющие гидравлическими приводами. Соленоиды также могут управлять заполнением жидкостью гидротрансформатора и давлением в трубопроводе жидкости. Контроллер коррелирует входные данные от датчиков , 320, , чтобы выбрать соответствующий режим работы передачи, такой как режим первой передачи, режим второй передачи, режим третьей передачи, режим четвертой передачи или режим передачи заднего хода. Соответствующее зацепляющее устройство 304 , 306 308 , 310 , 312 возбуждается для зацепления выбранного одного из фрикционных дисков 116 , 118 , 120 , 150 , 152 , при этом остальные соответствующие фрикционные диски остаются отключенными; или никакое сцепное устройство не задействовано, поэтому трансмиссия остается в нейтральном режиме.

Контроллер , 302, может быть электронным контроллером, а система может быть электронной системой, например, раскрытой в патенте США № №№ 6,604,438 или 4,627,312, включенных в настоящее описание в качестве ссылки. В качестве альтернативы, контроллер , 302, может быть переключателем клапана с гидравлическим или пневматическим управлением. Предпочтительно, контроллер , 302, представляет собой программируемый электронный контроллер (ПЛК), который посылает сигнал на один или несколько электромагнитных клапанов или соленоидных клапанов для управления срабатыванием муфт.В зависимости от типа системы и контроллера 302 и типа устройств зацепления 304 , 306 , 308 , 310 , 312 проводники 304 a, 306 a , 308 a, 310 a, 312 a могут быть электрическими проводами, оптическими волокнами, жидкостными линиями или другим известным трубопроводом для передачи сигналов.

ФИГ. 1-8 представляют собой схематические или схематические чертежи, и описание в данном документе не включает информацию, которая находится в пределах знаний и навыков специалиста в данной области техники.Например, шестерни и валы в корпусе трансмиссии потребуют необходимых подшипников и масляных уплотнений для правильной конструкции и работы. Размещение и конструкция таких элементов находится в пределах компетенции среднего специалиста в данной области техники.

Из вышеизложенного можно заметить, что могут быть выполнены многочисленные вариации и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения. Следует понимать, что никаких ограничений в отношении конкретного устройства, проиллюстрированного здесь, не предполагается и не должно подразумеваться.

конструкция и принцип работы

Коробка передач, или другими словами трансмиссия, передает вращающую силу — так называемый крутящий момент — от двигателя автомобиля к колесам. При этом, в зависимости от условий движения автомобиля, он может передавать крутящий момент полностью или частично.

Автомобиль, движущийся в гору, должен быть на более низкой передаче, чем автомобиль, движущийся по ровной дороге. На более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется, когда машина едет медленно, потому что ей тяжело.Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.

Есть механические трансмиссии, но есть и автоматические трансмиссии. Чтобы переключить передачу в механической коробке передач, водитель сначала нажимает педаль сцепления (рисунок слева). Это отключает двигатель от коробки передач. Затем водитель переключает рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова подключается к коробке передач и может повторно передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали акселератора коррелирует со скоростью автомобиля, и при необходимости передача автоматически переключается.

Управление МКПП

На схемах показано, как можно использовать рычаг управления для переключения с одной передачи на другую. В зависимости от комплекта передач на колеса приходятся разные пропорции крутящего момента, проходящего через коробку передач (красные линии со стрелками). Мощность двигателя не передается на колеса.

Нейтральная коробка передач. Мощность двигателя не передается на колеса.

Передача первая. Самая большая шестерня на ведущем валу соединена со своей парой на ведомом валу.Автомобиль движется медленно, но может преодолевать сложные участки дороги.

Вторая передача. Вторая пара шестерен работает совместно с механизмом сцепления. В этом случае скорость автомобиля обычно составляет от 15 до 25 миль в час.

Третья передача. Третья пара шестерен работает вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще выше, а крутящий момент на колесах меньше.

Передача четвертая. Входной и выходной валы соединены напрямую (прямой привод) — скорость автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.

Задний ход (на рисунке 5-я передача) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня «вращает выходной (ведущий) вал в обратном направлении.

Работа ускорителя

Обороты двигателя зависят от того, сколько топлива перекачано из карбюратора в цилиндры. Движение топлива контролируется дроссельной заслонкой карбюратора, а дроссельная заслонка управляется педалью акселератора на полу перед водителем.

Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается, и в двигатель поступает больше топлива.Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка закрывается и количество подаваемого топлива уменьшается. При этом снижаются как частота вращения двигателя, так и скорость автомобиля.

АКПП

При применении АКПП у водителя нет педали сцепления под ногой. Вместо этого гидротрансформатор в паре с планетарной передачей (рисунок справа и ниже) автоматически отключает двигатель от приводного вала, когда в соответствии с условиями движения необходимо переключить передачу.

И после смены передачи приводной вал снова подключается. Как только водитель переведет рычаг управления в рабочее положение, а автомат коробки передач механизма, он выберет нужную передачу в соответствии с текущими условиями движения.

Двигатели внутреннего сгорания, как бензиновые, так и дизельные, имеют довольно узкий рабочий диапазон. Механическая коробка передач необходима для обеспечения оптимального режима работы силового агрегата.

Изменение передаточного числа осуществляется вручную, обычно путем перемещения рычага из одного положения в другое.Для обеспечения переключения поток мощности прерывается механической муфтой.

Экскурсия в историю

Первые автомобили не имели коробки передач с шестернями, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю приходилось перебрасывать кольцо с одной пары шкивов на другую. Шестерни в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции стояли механические коробки.

Передача крутящего момента от него на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи… Коаксиальная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.

Сначала в автомобилестроении преобладало разнесенное расположение агрегатов, при котором коробка передач располагалась отдельно от силового агрегата. Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как это было на модели BMW 501.

Механические ящики первых выпусков были очень сложными, и для управления ими требовались значительные усилия и хорошие навыки.В 1928 году американский инженер Чарльз Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая счастливая коробка, оснащенная таким механизмом, была установлена ​​на автомобиле Corvette. На европейском континенте ZF стала лидером в разработке трансмиссий.

Прочно укоренившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры — механическая коробка передач. Раньше в названии первая буква П понималась как изменение слова, но со временем ее заменили более подходящим значением.Сокращенное название механической коробки в технических описаниях часто встречается с числом, обозначающим количество ступеней.

Современная механическая коробка передач имеет довольно совершенное устройство, которое помимо переключения передач в движении выполняет еще ряд функций:

  • обеспечение движения автомобиля задним ходом;
  • разъединение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля при коротких остановках;
  • наличие нейтрального положения коробки позволяет запустить двигатель.

Автомобили, оснащенные данным типом трансмиссии, при прочих равных более экономичны, чем машины с автоматической коробкой передач.

Принцип работы МКПП

Начало движения автомобиля, медленное движение по плохой дороге вызывает большое сопротивление. Автомобиль с МКПП в этом режиме требует максимально возможного крутящего момента.

При этом коробка передач выполняет функции понижающей передачи и даже при высоких оборотах автомобиль движется с относительно низкой скоростью.После прекращения разгона водитель переключает режим, и частота вращения коленчатого вала снова возвращается в оптимальный диапазон.

Равномерное движение по плоскости требует меньшего усилия, которое обеспечивается более высокими передачами.

Принцип действия механической трансмиссии заключается в создании соединений между ведущим (входным) валом и ведомым (выходным) валом посредством комбинации шестерен с разным количеством зубьев. Это позволяет трансмиссии адаптироваться к меняющимся условиям движения автомобиля.

Для чайников, как принято называть неспециалистов, принцип работы МКПП можно объяснить буквально в двух словах. Устройство обеспечивает нормальную работу двигателя за счет изменения количества оборотов, увеличения или уменьшения усилия на ведущих колесах. Это позволяет поддерживать оптимальный режим работы силового агрегата при трогании с места, разгоне и снижении скорости.

Этот принцип работы МКПП сохранен во всех автомобилях: и с полным, и с задним, и с передним приводом.Передаточное устройство в каждом случае имеет свои особенности, но основные конструктивные элементы и их назначение сохранены. Изменение передаточного числа происходит за счет введения определенной комбинации шестерен с разным количеством зубьев.

Эти передаточные числа для каждого двигателя подбираются индивидуально во время проектных работ и полевых испытаний. При этом учитывается множество факторов и, в первую очередь, параметры двигателя. При этом физический принцип работы МКПП остается неизменным, водитель управляет сменой режима вручную, переводя рычаг из одного положения в другое.

Видео — МКПП, принцип действия:

Четкое представление о принципе работы МКПП можно получить после просмотра видеоролика. Схематичное анимированное изображение прекрасно демонстрирует взаимодействие деталей между собой. Такие материалы дают понимание происходящих процессов, особенно при переключении режимов работы.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были изготовлены и запатентованы ее основные элементы.Механическая коробка передач состоит из следующих деталей и узлов:

  • блок-картер;
  • валы входные, выходные и промежуточные;
  • Синхронизаторы
  • ;
  • ведущая и ведомая шестерни;
  • Механизм переключения передач.

Детали, собранные в единый корпус, взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической трансмиссии зависит от конструктивных особенностей и количества валов — по этому признаку они делятся на двух- и трехвальные.Последнее расположение называется коаксиальным и в технической литературе принято называть классическим.

Валы и редукторы

В этой конструкции ведущий и ведомый валы размещены в картере один за другим. На первичном валу хвостовика установлен подшипник, на который опирается торец вторички. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга на разных частотах и ​​в разных направлениях. Под ними находится промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерен, установленные на указанных деталях.

Для снижения шума коробки передач шестерни в ней косозубые. При изготовлении этих деталей используется строгая система допусков, а большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей.

На приводном валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерен разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В некоторых случаях узел делают сплошным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на выходном валу могут быть установлены двумя способами:

  • подвижный на пазах;
  • закреплен на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до зацепления с ведущей шестерней. Эта схема проста и надежна и получила широкое распространение.

В другом исполнении исключено продольное перемещение деталей и соединение происходит с помощью скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

Уравнивание угловых скоростей ведущего и ведомого валов осуществляется с помощью специального устройства, называемого синхронизатором.В коробках передач спортивных автомобилей или легковых автомобилей вместо этих узлов могут использоваться кулачковые муфты специального назначения.

Механизмы управления

За всю историю развития автомобильного транспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наиболее распространена компоновка, используемая в современных агрегатах.

Механическая коробка передач управляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

  • рычаг;
  • дисков;
  • слайдеры;
  • Вилки
  • ;
  • замок;
  • муфты переключения передач.

Изменение режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Слайдеры активируются через приводы. Защита от одновременного срабатывания — специальный блокирующий механизм — замок. В трехпозиционных коробках это делает невозможным перемещение двух ползунков при перемещении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения, которая приводит в движение сцепление. Эта деталь представляет собой толстостенное кольцо с прорезями на внутренней поверхности.Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому движется муфта. Аналогичные шлицы есть на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач сначала рычаг переводится в нейтральное положение, из которого производится выбор нужного режима … За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, а передача блокируется муфтой. Крутящий момент от первичного вала передается на вторичный, а затем через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его отклика не превышает сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от Toyota:

Мягкость МКПП во многом зависит от общего состояния деталей и, в частности, этого агрегата.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым ободом внутри … Когда муфта движется, она сначала прижимает деталь к конической поверхности на боковой стенке ведомой шестерни, сила трения, создаваемая в этом случае, достаточна для выравнивания частота вращения валов.После синхронизации зубчатое колесо блокируется муфтой переключения.

Как менять передачи на МКПП

Эксплуатация автомобилей с механической коробкой передач и их управление имеют целые черты, которые необходимо знать водителю. Возникает естественный вопрос: как пользоваться МКПП? Обучение этому начинается во время, от демонстрации инструктором до развития автоматического навыка переключения передач.

Как переключать передачи на механической коробке передач обычно указано на схеме, нанесенной на внешнюю поверхность рукоятки рычага.В целом процесс выглядит так:

  • водитель выжимает сцепление левой ногой;
  • вручную переводит рычаг из одного положения в другое;
  • плавно отпускает педаль сцепления и мягко нажимает на акселератор.

Переключение передач на ручной коробке передач осуществляется по схеме, которая указана в технической документации на автомобиль. Опытные водители рекомендуют придерживаться следующих правил, что увеличит ресурс агрегата:

  • использование прямой передачи (обычно четвертой) позволит значительно снизить расход топлива;
  • Переключение передач на МКПП должно выполняться строго в соответствии с инструкцией, разработанной производителем;
  • включение задней передачи производят только после полной остановки транспортного средства;
  • педаль сцепления выжимается быстро и полностью до пола, но отпускать ее следует плавно, без рывков;
  • на обледенелой или мокрой дороге движение накатом недопустимо;
  • при поворотах не рекомендуется производить переключение передач;
  • эффективным на свободной дороге является прием торможения двигателем путем последовательного понижения передачи до минимума;
  • периодический контроль уровня масла в коробке и своевременная замена при ТО обеспечат увеличение его ресурса.

Видео — советы, как переключать передачи на МКПП:

Овладение техникой вождения требует постоянной практики. Действия инструктора показаны очень подробно, наблюдение за ними поможет сформировать правильные мышечные реакции у начинающего водителя.

Масло ступенчатой ​​коробки передач

Техническое обслуживание агрегатов трансмиссии осуществляется в соответствии с сервисной книжкой. В большинстве МКПП замену рабочей жидкости проводят каждые 50-60 тысяч километров.В этот период в нем накапливаются продукты износа и теряются смазочные свойства.

Для обслуживания он должен быть отлит для МКПП, указанной в руководстве по эксплуатации. Особенно это актуально для автомобилей иностранного производства, использование неподходящего масла может привести к износу и даже поломке агрегата.

Чтобы ответить на вопрос, какое масло в МКПП, следует ознакомиться с записями в сервисной книжке, где делается отметка о марке технической жидкости.

2508 Просмотры

Несмотря на то, что за последние десять лет бешеную популярность приобрели именно автоматические, тех, кто отдает предпочтение автомобилям с механической коробкой передач, не стало намного меньше. К тому же у этого самый простой принцип работы, и разобраться в нем может даже чайник. Сегодня мы поговорим о том, в чем заключается принцип работы МКПП и из каких функциональных элементов она состоит.

Основные компоненты

Основная задача МКПП, как и любой другой трансмиссии, — это передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса.Более того, именно такое устройство, как коробка, способно варьировать этот момент таким образом, чтобы максимально оптимальный баланс между КПД и мощностью, и ресурсом двигателя расходовался как можно меньше.

Самым простым решением этой проблемы является введение в агрегаты транспортного средства устройства, которое бы механически соединяло колеса и двигатель и делало его так, чтобы скорость вращения и скорости кардана различались.

Чтобы лучше понять, о чем идет речь, стоит представить цепь обычного велосипеда, которая, наверное, была у каждого в детстве.Как известно, обычно ведущая шестерня, которая зацепляется с педальным приводом, имеет достаточно большие размеры, а ведомая, которая соединяется со ступицей колеса, довольно мала.

В современных велосипедах можно изменять скорость, перемещая цепь на шестерни. разных размеров … Это делается для того, чтобы изменить отношение каденса к колесу и, таким образом, изменить скорость самого велосипеда.

Оказывается, в машинах используется механизм с очень похожим устройством. Только вместо педалей здесь коленчатый вал двигателя, а вместо ступицы колеса — карданный вал, который соединен с коробкой передач и распределяет усилия между полуосями.

Приводной вал, иногда называемый первичным, соединен с коленчатым валом двигателя через такое устройство, как сцепление. Это стержень, на который приварены шестерни разных размеров. Ведомый или промежуточный вал, соединенный с карданным валом, имеет аналогичный внешний вид.

Перемещение валов, имеющих пружинный механизм, осуществляется коромыслом, к которому прикреплен рычаг, уходящий в салон.Рычаг имеет собственную схему переключения, которая всегда указывается на головке рычага или в инструкции по эксплуатации автомобиля.

Механическая коробка передач — это устройство, в котором детали подвергаются сильному трению и перегреву, поэтому в его картере находится смазка, которая постоянно снижает трение и температуру взаимодействующих металлических компонентов.

Как это работает?

Главный вращается всякий раз, когда он находится в исходном положении и педаль отпускается.Таким образом, частота приводного вала всегда совпадает со скоростью вращения вала двигателя или просто с его оборотами.

Скорость промежуточного вала, который соединен с карданным валом, зависит от того, на какой передаче находится машина. Например, если механическая коробка передач находится в нейтральном положении, то вал вращается с той же частотой, что и ведущие колеса.

Когда скорость включена и педаль отпущена, валы вращаются с переменной скоростью. Эта скорость зависит исключительно от частоты вращения двигателя, которая регулируется педалью акселератора.

Когда приходит время переключаться с одной скорости на другую, бывает достаточно. сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Итак, для начала нужно нажать на педаль сцепления. В этом случае приводной вал отсоединяется от двигателя и начинает вращаться самостоятельно.

При нажатой педали можно спокойно переходить из нейтрального положения на нужную скорость … Но здесь возникает одна существенная трудность: поскольку размеры шестерен на валах разные, они вращаются с разной частотой.По этой причине частоты должны быть синхронизированы друг с другом.

Рассмотрим, как устроена коробка передач, также узнаем подробнее о принципе ее работы. Двигатель самых ранних автомобилей был напрямую связан с ведущими колесами, что упрощало обслуживание и управление автомобилем, но мощность оставляла желать лучшего. Современные автомобили позволяют передавать энергию двигателя ведущим колесам через трансмиссию, что осуществляется за счет преобразования постоянного вращения вала двигателя коробкой передач, а водитель имеет возможность в зависимости от выбранной им скорости замедляться. или ускорить движение автомобиля.

Кроме того, коробка передач позволяет изменять величину тягового усилия, которое передается на ведущие колеса машины, изменять направление их вращения и запускать двигатель неподвижного автомобиля с включенным сцеплением. Увидеть, как работает автомобильное сцепление, можно на нашем сайте.

Но его основное предназначение — изменение крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам по размеру и направлению за счет включения шестерен разного диаметра, а также длительного отключения двигателя от трансмиссии.Проще говоря, коробка передач позволяет сочетать оптимальное количество оборотов двигателя на разных скоростях. Количество ступеней зависит от количества пар шестерен, включенных в определенные комбинации.

Как работает механическая коробка передач?

Количество передач напрямую зависит от способности машины адаптироваться к различным условиям и преодолевать препятствия. В состав коробки передач входит набор шестерен (шестерен), которые входят в зацепление между собой в различных комбинациях и тем самым образуют несколько шестерен, причем шестерни и валы коробки передач расположены внутри картера, от которого между собой соединены два вала — ведомый и ведущий. — публично заявить.Шестерни устанавливаются на ведомом валу, перемещаясь по нему в результате переключения рычага переключения передач водителем.

Основная часть современных автомобилей комплектуется двухвальной трехходовой пятиступенчатой ​​коробкой передач с шестернями постоянного зацепления. В картере коробки передач первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами установлены на подшипниках. Также есть мост с промежуточной задней передачей. Шестерни шестерен поступательного движения находятся в постоянном зацеплении.

Одна из шестерен каждой передачи переднего хода установлена ​​на валу на подшипниках, а крутящий момент при включении передач передается через синхронизаторы, расположенные на валу на шлицах.При включении передач переднего хода входной и выходной валы вращаются в противоположных направлениях, а при включении передачи заднего хода они вращаются в одном направлении. Шестерни заднего хода (ведущая и ведомая) связаны через промежуточную шестерню.

Он установлен на оси на подшипнике и входит в зацепление при включении передачи заднего хода. В результате этих процессов холостая шестерня меняет направление вращения. вторичный вал.

Водитель переключает передачи с помощью специального механизма, установленного на картере коробки передач.Он включает передачи с помощью рычага, который с помощью вилок переводит синхронизатор выбранной передачи на соответствующую передачу. Это обеспечивает передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки передач.

Включение первой передачи происходит в результате перемещения коробки передач синхронизатора вправо по шлицам вторичного вала с помощью вилки и соединения ее с ведомой шестерней первой передачи, которая установлена ​​на валу, на подшипник.Крутящий момент с входного вала через установленную на нем ведущую шестерню передается на ведомую шестерню первой передачи и далее на вторичный вал коробки передач через синхронизатор. На первой передаче скорость автомобиля уменьшается, но крутящий момент увеличивается.

Вторая передача включается, когда синхронизатор перемещается влево с помощью вилки и соединяется с ведомой шестерней второй передачи. Крутящий момент от первичного вала к вторичному передается через ведущую и ведомую шестерни второй передачи и синхронизатор.При включении этой передачи скорость автомобиля увеличивается, а крутящий момент наоборот замедляется.

Третья и четвертая передачи включаются одновременно с помощью вилки при перемещении синхронизатора по шлицам вторичного вала в противоположных направлениях, в результате чего он соединяется с ведомой шестерней третьей или четвертой передачи . Крутящий момент от первичного вала к вторичному передается через шестерни третьей или четвертой передачи. В результате включения этих скоростей скорость автомобиля значительно увеличивается, а крутящий момент не изменяется.

Устройство коробки передач также хорошо видно на следующем видео.

Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Поясним, из чего состоит механическая коробка передач — как она работает.

Механическая «коробка» состоит из :
  • блок-картер;
  • валы первичные, вторичные и промежуточные с шестернями;
  • дополнительный вал и шестерня заднего хода;
  • Синхронизаторы
  • ;
  • механизм переключения передач с блокировкой и блокировкой;
  • рычаг переключения передач.

Схема работы: 1 — входной вал; 2 — рычаг переключения передач; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — блок-картер.
Картер содержит основные детали трансмиссии. Он прикреплен к картеру сцепления, который прикреплен к двигателю. Поскольку в процессе эксплуатации шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Следовательно, картер наполовину заполнен трансмиссионным маслом.

Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере.У них есть зубчатые передачи с разным количеством зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного переключения передач за счет выравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Переключатель механизма служит для переключения передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона автомобиля. При этом запорное устройство не позволяет одновременно включать две передачи, а запирающее устройство удерживает их от самопроизвольного отключения.

Требования к коробке передач
  • Обеспечивает наилучшие тяговые и топливно-экономические характеристики
  • высокая эффективность
  • простота управления
  • безударное переключение и бесшумная работа
  • невозможность одновременного включения двух передач или заднего хода при движении вперед
  • надежное удержание шестерен в включенном положении
  • простота конструкции и невысокая стоимость, малые габариты и вес
  • простота обслуживания и ремонта
Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать количество ступеней и их передаточные числа.При увеличении количества ступеней обеспечивается лучшая работа двигателя с точки зрения динамики и экономии топлива. Но усложняется конструкция, габариты, масса трансмиссии.

Простота эксплуатации зависит от способа переключения передач и типа привода. Переключение передач осуществляется с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения передач устанавливаются синхронизаторы, усложняющие конструкцию, а также увеличивающие габариты и вес трансмиссии.Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшая передача переключается синхронизаторами, а нижняя — зубчатыми муфтами.

Как работают шестерни?
Давайте рассмотрим пример того, как значение крутящего момента (количество оборотов) изменяется на разных передачах.


a) Передаточное число одной пары шестерен
Возьмите две шестерни и посчитайте количество зубьев. Первая шестерня имеет 20 зубьев, а вторая — 40. Это означает, что при двух оборотах первой шестерни вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).


б) Передаточное число двух передач
На изображении б) первая шестерня («А») имеет 20 зубьев, вторая («В») 40, третья («С») — 20, четвертая («D») — 40. Далее , простая арифметика. Входной вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об / мин. Шестерня «B» вращается в 2 раза медленнее, т.е. имеет 1000 об / мин, а поскольку шестерни «B» и «C» закреплены на одном валу, то третья передача составляет 1000 об / мин. Тогда шестерня «G» будет вращаться в 2 раза медленнее — 500 об / мин. С двигателя на первичный вал приходит — 2000 об / мин, а выходит — 500 об / мин.На промежуточном валу в это время — 1000 об / мин.

V В этом примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен также равно двум. Суммарное передаточное число этой схемы составляет 2х2 = 4. То есть количество оборотов вторичного вала уменьшается в 4 раза по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если мы отключим шестерни «B» и «D», то вторичный вал не будет вращаться. При этом прекращается передача крутящего момента на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче.

Передача заднего хода, то есть вращение вторичного вала в обратном направлении, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим для получения нечетных пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал задней шестерни; 5 — вторичный вал.

Передаточные числа
Поскольку «коробка» имеет большой набор шестерен, за счет включения разных пар мы можем изменять общее передаточное число… Давайте посмотрим на передаточные числа:
Трансмиссия ВАЗ 2105 ВАЗ 2109
I 3,67 3,636
II 2,10 1,95
III 1,36 1,357
IV 1,00 0,941
В 0,82 0,784
R (задний ход) 3,53 3,53

Такие числа получаются путем деления количества зубьев одной шестерни на кратное количество зубьев второй и последующих по цепи.Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что выходной вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Шестерня, у которой частота вращения валов равна, обычно называется — прямая … Как правило, это четвертая. Пятый (или самый высокий) имеет передаточное число меньше единицы. Он нужен для движения по трассе с минимальными оборотами двигателя.

Первая и задняя передачи — самые «сильные». Двигателю нетрудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно.А при движении в гору на «шустрой» пятой и четвертой передачах мотору не хватает силы. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения, чтобы двигатель мог перемещать тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторую инерцию, вы можете переключиться на вторую передачу, более слабую, но более быструю, затем на третью и так далее. Обычный режим езды — на четвертом (в городе) или пятом (по трассе) — они самые быстрые и экономичные.

Какие бывают неисправности?
Обычно они появляются в результате грубого обращения с рычагом переключения передач. Если водитель постоянно «дергает» за рычаг, т.е. переводит его с одной передачи на другую быстрым резким движением — это приведет к ремонту. При таком обращении с рычагом обязательно выйдет из строя механизм переключения или синхронизаторы.

Рычаг переключения передач переключается плавным плавным движением с микропаузами в нейтральном положении, так что синхронизаторы срабатывают, защищая шестерни от повреждений.При правильном обращении и периодической замене масла в «коробке» оно не сломается до конца срока службы.

Рабочий шум, зависящий в основном от типа установленной шестерни, значительно снижается при замене цилиндрической шестерни на косозубую. Правильная работа также зависит от своевременности сервиса.

.