4.Раздаточная и дополнительная коробки передач.
1. Назначение и типы коробок передач.
Назначение коробки передач - изменять силу тяги, скорость и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с уменьшением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъемах, по плохим дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Для этой цели и служит коробка передач, в которую входит также передача, позволяющая автомобилю двигаться задним ходом. Кроме того, коробка передач обеспечивает разъединение двигателя с трансмиссией.
Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.
Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Обычно коробки передач легковых автомобилей, малогабаритных автобусов и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности имеют четыре ступени, а коробки передач больших автобусов и грузовых автомобилей значительной грузоподъемности - пять ступеней. Все легковые автомобили отечественного производства, автобусы семейств РАФ, КАвЗ, ПАЗ и грузовые автомобили семейств У АЗ и Г АЗ имеют четырехступенчатые коробки передач, а автобусы семейств ЗИЛ, ЛАЗ и грузовые автомобили семейств ЗИЛ, «Урал», МАЗ и КамАЗ - пятиступенчатые.
Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. В основном на автомобилях применяют простые ступенчатые коробки передач, переключение передач в которых происходит двумя способами: передвижением зубчатых колес или передвижением муфт.
Иногда автомобили оборудуют бесступенчатыми коробками передач с плавным изменением передаточного числа и комбинированными коробками передач, в которых использованы оба способа изменения передаточного числа. К последним относятся коробки передач автобусов семейства ЛиАЗ, состоящие из гидротрансформатора, работающего совместно с двухступенчатой коробкой передач, и коробки передач легковых автомобилей семейств «Чайка» и ЗИЛ, а также коробки передач автомобилей-самосвалов семейства БелАЗ, состоящие из гидротрансформатора, работающего совместно с автоматической планетарной трехступенчатой коробкой передач. Бесступенчатое изменение передаточного числа в этих коробках осуществлено при помощи гидротрансформатора.
2.Схема и принцип работы ступенчатой коробки передач.
В простой ступенчатой коробке передач (рис. 126) имеются три вала: ведущий (первичный) А, связанный через сцепление с коленчатым валом двигателя; ведомый (вторичный) Б, соединенный через карданную передачу и другие механизмы с ведущими колесами автомобиля; промежуточный В. С ведущим валом как одно целое изготовлено ведущее зубчатое колесо 1, находящееся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 8, жестко соединенным с промежуточным валом. При включении сцепления вращаются ведущий и промежуточный валы.
Рис. 126 - Схема трехступенчатой коробки передач:
А - ведущий вал; Б - ведомый вал; В - промежуточный вал; Г - ось зубчатого колеса передачи заднего хода; 1-8 - зубчатые колеса.
На ведомом валу установлены подвижные зубчатые колеса 2 и 3, а зубчатые колеса 7, 6 и 4, так же как и колесо 8, жестко соединены с промежуточным валом. Отношение чисел зубьев ведомого зубчатого колеса к числу зубьев ведущего колеса, обратное отношению их частот вращения, называют передаточным числом. Например, передаточное число передачи, состоящей из зубчатых колес 8 и 1,
Ив = Z8/Z1, где Z8 - число зубьев ведомого зубчатого колеса 8; Z 1 - число зубьев ведущего зубчатого колеса 1.
Когда какое-либо зубчатое колесо ведомого вала входит в зацепление с одним из зубчатых колес промежуточного вала, крутящий момент от двигателя через ведущий, промежуточный и ведомый валы коробки передач передается карданной передаче и далее на ведущие колеса автомобиля. Для включения первой передачи колесо 3 передвигают вперед, вводя его в зацепление с шестерней 6 первой передачи промежуточного вала. Общее передаточное число первой передачи определяют как произведение передаточных чисел отдельных пар зубчатых колес, т. е. где ZЗ. и Z6 - числа зубьев соответственно колеса 3 и шестерни 6.
При включении первой передачи крутящий момент МК на ведомом валу коробки передач увеличивается по сравнению с крутящим моментом двигателя Дм в N раз, т. е. Z8 ZЗ.
МК = ДмU1 = Дм
И имеет максимальную величину, так как шестерня 6 является наименьшей из зубчатых колес промежуточного вала, а колесо 3 - наибольшим из зубчатых колес ведомого вала.
Первой передачей пользуются при движении автомобиля в самых тяжелых дорожных условиях, на крутых подъемах, а также при трогании с места на плохой дороге и с грузом. Для легковых автомобилей передаточное число первой передачи Щ = 3 -;- 4, для автобусов И! = 3 -;- 7, для грузовых автомобилей UJ = 4 -;- 7.
Вторая передача обеспечивается включением зубчатых колес 2 и 7. Тогда где Z2 и z7 - числа зубьев зубчатых колес соответственно 2 и 7. Вторая передача является промежуточной. В приведенной схеме трехступенчатой коробки она единственная. В четырех- и пятиступенчатой коробках передач может быть две или даже три промежуточные передачи.
При включении прямой (в данном случае третьей) передачи ведущий и ведомый валы соединяется непосредственно через зубчатые колеса 1 и 2 (Из = 1). Прямая передача является основной передачей, используемой при движении автомобиля по хорошей дороге.
Переключение передач выполняется при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и их повышенным износом. Поэтому на автомобилях часто применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес, отличающиеся высокой долговечностью.
С зубчатым колесом 4 промежуточного вала в постоянном зацеплении находится промежуточное зубчатое колесо 5 передачи заднего хода, которое на рис. 126 условно изображено в плоскости чертежа. Для включения передачи заднего хода зубчатое колесо 3 передвигается назад, вводя его в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 5 передачи заднего хода, свободно вращающимся на своей оси.
3.Механизм управления коробкой передач.
Механизм управления, переключающий передачи, обычно расположен в крышке коробки передач и приводится в действие качающимся рычагом. Например, в механизме управления коробкой передач автомобиля ЗИЛ-130 рычаг 51 (см. рис. 129), установленный непосредственно на коробке передач, свободно качается в сферическом гнезде крышки коробки передач, опираясь на него шаровым утолщением. Рычаг удерживают пружина и фиксатор 50. Нижний конец рычага 51 входит в паз одной из вилок, установленных на ползунах 54 и 55. Движение рычага вперед или назад вызывает перемещение в противоположную сторону ползуна, вследствие чего его вилка передвигает зубчатое колесо или муфту, включая одну из передач. Для уменьшения хода рычага переключения передач при включении первой передачи или передачи заднего хода служит промежуточный рычаг 52, установленный на оси 49. Таким образом, ход рычага одинаков для включения всех передач: и при перемещении ползунов, связанных вилками с синхронизаторами, и при движении ползуна, передвигающего при помощи вилки зубчатое колесо 16 первой передачи и передачи заднего хода.
Точную установку зубчатых колес во включенном и выключенном положениях обеспечивают фиксаторы, состоящие из шариков 9 и пружин 10, размещенных вертикально в приливах крышки картера коробки передач. Шарики входят в углубления ползунов. На каждом ползуне есть три углубления: одно (среднее) для нейтрального положения и два для соответствующих передач. Расстояние между углублениями обеспечивает зацепление зубчатых колес по всей длине зубьев.
Случайное включение одновременно двух передач предотвращает замок, состоящий из штифта 11 и двух пар шариков 12. В случае перемещения одного из ползунов два других оказываются запертыми шариками. Для шариков замка на ползунах имеются соответствующие углубления. При перемещении среднего ползуна шарики выходят из его углублений, входят в углубления крайних ползунов и запирают их. Если перемещается один из крайних ползунов, то шарики выходят из его углублений и входят в углубление среднего ползуна, а другой крайний ползун запирается вследствие того, что штифт 11 смещается в его сторону и давит на шарики с другой стороны среднего ползуна. Чтобы привести в движение один из ползунов, два других должны быть поставлены в нейтральное положение.
Для включения первой передачи или передачи заднего хода необходимо приложить дополнительное усилие, чтобы рычагом 51 сжать до упора пружину предохранителя 48. Только после этого можно перевести рычаг переключения передач в положение, соответствующее включению первой передачи или передачи заднего хода.
Раздаточную коробку применяют для распределения крутящего момента от коробки передач между ведущими мостами автомобиля. В раздаточной коробке помещают также устройство для включения и выключения переднего ведущего моста.
На автомобилях, предназначенных для работы в тяжелых дорожных условиях, устанавливают дополнительную коробку передач с двумя понижающими или одной прямой и одной понижающей передачами, которые позволяют еще больше увеличить силу тяги на ведущих колесах при любой передаче в основной коробке передач. Дополнительную коробку передач, как правило, конструктивно объединяют с раздаточной коробкой.
Обычно понижающую передачу раздаточной коробки включают при использовании автомобиля в качестве тягача, буксирующего тяжелые при цепы, при движении на крутых подъемах и в трудных дорожных условиях. Например, раздаточная коробка грузового автомобиля ГАЗ-66 повышенной проходимости с двумя ведущими мостами представляет собой один агрегат с дополнительной двухступенчатой коробкой передач (рис. 134,а).
Ведущий вал 4 раздаточной коробки соединен карданной передачей с ведомым валом коробки передач. Передний шарикоподшипник вала 4 расположен в стенке картера раздаточной ко" робки, а задний роликоподшипник - в выточке зубчатого колеса 6, изготовленного как одно целое с ведомым валом при вода заднего моста. Вал 11 при вода переднего моста, вал при вода заднего моста и промежуточный вал 9 вращаются на шарикоподшипниках.
Перемещаясь по шлицам, зубчатое колесо 10 промежуточного вала может входить в зацепление с зубчатыми колесами 6 и 12, а зубчатое колесо5 ведущего вала с колесом 13. У зубчатого колеса 6 кроме наружного зубчатого венца есть внутренний венец для зацепления с зубчатым колесом 5. Зубчатые колеса 13 и 12 неподвижно закреплены на шлицах валов.
На выходящих из картера раздаточной коробки концах валов привода переднего и заднего мостов на шлицах.
Рис. 134 - Раздаточная коробка:
а - конструкция; б - блокировочное устройство; 1, 2 и 14 - пробки; 3 ~ сапун; 4 - ведущий вал; 5 - зубчатое колесо ведущего вала; 6 - зубчатое колесо ведомого вала; 7 - червячное колесо привода спидометра; 8 - червяк привода установлены фланцы карданных шарниров, закрепленные гайками с шайбами. 9 - промежуточный вал; 10 и 13 - зубчатые колеса промежуточного вала; 11 - вал привода переднего моста; 12 - зубчатое колесо привода переднего моста; 15 - колпак; 16 - сухарь; 17 - пружина; 18 и 25 - вилки; 19 и 20 - ползуны; 21 - гайка; 22 - кольцо; 23 - шайба; 24 – сальник.
Крутящий момент от ведущего вала 4 раздаточной коробки передается к переднему мосту зубчатыми колесами 5, б, 10 и 12. При введении зубчатого спидометра; колеса 5 в зацепление с внутренним зубчатым венцом колеса 6 ведомого вала включается высшая (прямая) передача заднего моста. Если также ввести зубчатое колесо 10 в зацепление с зубчатыми колесами б и 12, то будет включена прямая передача переднего моста. При перемещении зубчатого колеса 5 влево до зацепления с колесом 13 (зубчатое колесо 10. остается включенным) включается понижающая передача. В этом случае крутящий момент к заднему мосту передается через зубчатые колеса 5, 13, 10 и 6, а к переднему мосту через зубчатые колеса 5, 13, 10 и 12. Передаточное число понижающей передачи равно 1,96. Для удобства включения переднего моста зубчатые колеса 10 и 6 входят в зацепление постоянно на неполную длину зуба.
Масло в картер заливают через закрываемое пробкой 2 отверстие, которое используют также для контроля уровня масла. Масло сливается через отверстие, закрытое пробкой 1. Сапун 3 служит для вентиляции картера раздаточной коробки. Механизм управления раздаточной коробкой автомобиля Г АЗ-66 состоит из рычага переключения прямой и понижающей передач и рычага переднего моста. Оба рычага тягами связаны с ползунами раздаточной коробки. При переднем положении левого рычага передний мост автомобиля включен, а при заднем положении этого рычага - выключен. В случае перемещения правого рычага из нейтрального положения вперед включается прямая передача, а из нейтрального положения назад - понижающая передача.
При движении автомобиля в тяжелых дорожных условиях (грязь, песок, снег) включают передний мост. Однако этого не следует делать без необходимости, так как повышается расход топлива и ускоряется изнашивание шин и деталей трансмиссии. Во время движения автомобиля с включенной прямой передачей в раздаточной коробке передний мост включают без выключения сцепления.
Понижающую передачу в раздаточной коробке включают при движении автомобиля на подъеме или в тяжелых дорожных условиях. Эту передачу можно включить только после остановки автомобиля и включения переднего моста. Передний мост можно выключить только после переключения понижающей передачи в раздаточной коробке на прямую. Все это предохраняет детали карданной передачи и заднего моста от перегрузки. Блокировочное устройство (рис. 134,6), имеющееся в системе управления раздаточной коробкой, не позволяет включить понижающую передачу при выключенном переднем мосте и выключать передний мост при включенной понижающей передаче.
В картере раздаточной коробки могут перемещаться ползуны 19 и 20, на которых винтами, зашплинтованными проволокой, укреплены вилки 18 и 25. Между ползунами в стенке картера помещены два сухаря 16 с пружиной 17 между ними. Выходное отверстие для сухарей закрыто ввернутой на резьбе пробкой 14. Отверстия со стороны наружных концов ползунов закрыты колпаками 15. С противоположной стороны в стенке картера установлены уплотнения, состоящие из сальников 24, шайб 23, колец 22 и гаек 21.
На ползуне 19, используемом для включения и выключения переднего моста, имеются две выемки разной глубины под сухари блокировочного устройства. На ползуне 20, который выключает прямую или понижающую передачу, сделаны три выемки под сухари: левая соответствует включению прямой передачи, средняя - нейтральному положению и правая - включению понижающей передачи. Между левой и средней выемками есть ласка. Положение сухарей на рис. 134, б соответствует выключенному переднему мосту. При этом ползун 20 может перемещаться из нейтрального положения в положение, соответствующее включенной прямой передаче. Благодаря наличию на ползуне ласки между выемками сухари не препятствуют этому перемещению. Дальнейшее же перемещение ползуна 20 невозможно, так как сухари, сжав пружину, упрутся один В другой и будут препятствовать движению.
При включении переднего моста напротив сухарей установится глубокая выемка ползуна 19. Сухари при перемещении ползуна 20 не будут упираться друг в друга, и включение понижающей передачи станет возможным. При этом выключить передний мост будет невозможно, не выключив предварительно понижающую передачу.
ЛЕКЦИЯ №8
ТЕМА: КАРДАННЫЕ ПЕРЕДАЧИ.
ПЛАН:
1.Типы карданных передач.
1.Типы карданных передач.
Задний ведущий мост подвешен к раме автомобиля на рессорах и во время движения меняет свое положение относительно рамы; коробка передач закреплена на раме неподвижно. Поэтому для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки передач на ведущий вал главной передачи, оси которых пересекаются и расположены под углом, изменяющимся при увеличении или уменьшении нагрузки, а также вследствие толчков при движении автомобиля по неровной дороге, при меняют карданные передачи.
Карданная передача состоит из валов, их опор и карданных шарниров. Карданные передачи устанавливают между сцеплением и коробкой передач, расположенной отдельно от двигателя; между коробкой передач и раздаточной или дополнительной коробкой; между главными передачами двух ведущих задних мостов трехосного автомобиля; между главной передачей и полуосям ведущих колес с независимой подвеской; между полуосями и передним управляемыми колесами; в приводе к лебедке и другим вспомогательным механизмам.
Карданные передачи по числу карданных сочленений делят на одинарные и двойные. Если передача имеет только один карданный шарнир, расположенный у коробки передач, то такую передачу называют одинарной. Подобные передачи применяют только в случае расположения валов под небольшим углом и в настоящее время на автомобилях устанавливают редко. В двойной карданной передаче карданные шарниры расположены на обоих концах карданного вала.
Независимо от скорости движения автомобиля карданный вал не должен испытывать сколько-нибудь значительных крутильных колебаний и биений. Для уменьшения биений выполняют динамическую балансировку карданного вала в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс устраняют приваркой на концах карданных труб балансировочных пластин, а в случае необходимости и установкой балансировочных пластин под крышки карданных шарниров. Правильное взаимное положение деталей шлицевого соединения после балансировки фиксируют специальными метками.
При наличии удлинителя коробки передач (рис. 136, а) карданную передачу легковых автомобилей (Г АЗ-24 «Волга», «Москвич-2140») выполняют в виде карданного вала 2 с двумя карданными шарнирами. Карданная передача непосредственно соединяет коробку передач с задним мостом 3. Внутри удлинителя помещают шлицевое соединение переднего карданного шарнира с ведомым валом коробки передач. Такой же тип карданной передачи применяют на короткобазном грузовом автомобиле МАЗ-5335 и его модификациях.
Автомобили Г АЗ-53А, Г АЗ-53-12, ЗИЛ-130, семейства ВАЗ «Жигули» и др. имеют карданную передачу (рис. 136), состоящую из промежуточного 4, главного 2 валов и трех шарниров. Это устраняет возможность возникновения сильной вибрации вала. В автомобиле Г АЗ-66 крутящий момент от коробки передач (рис. 136, в) через вал 4 переедается к раздаточной коробке 6, а от нее через валы 2 и 7 соответственно к заднему 3 и переднему 8 ведущим мостам. На концах валов помещены карданные шарниры, из которых один закреплен жестко, а другой имеет скользящее соединение с валом.
Карданная передача трехосных автомобилей (ЗИЛ-131, КрАЗ-260), имеющих колесную формулу 6 х 6, с последовательным сквозным приводом задних мостов показана на рис. 136, г. Первый задний ведущий мост имеет сквозной вал главной передачи, который через карданный вал 9 передает крутящий момент второму заднему ведущему мосту 10. На рис. 136, д показана карданная передача трехосных автомобилей (<<Урал-4320») с колесной формулой 6 х 6 с параллельным приводом задних мостов. В этом случае на картере первого заднего моста устанавливают промежуточную опору и привод второго заднего моста осуществляют от раздаточной коробки через валы 11 и 9.
У трехосных автомобилей с колесной формулой 6 х 4 отсутствует карданная передача к переднему мосту. Угловое перемещение карданных валов обеспечено конструкцией карданных шарниров, а l1Зменение расстояний между шарнирами - наличием шлицевых соединений вилок карданных шарниров с карданным валом. Обычно у неподвижно стоящего автомобиля углы между валам, соединяемыми карданными шарнирами, не превышают 5-90, но при движении они могут быть равны 20 - 300. В приводе между главной передачей переднего ведущего моста и ведущими управляемыми колесами при повороте эти углы могут достигать 30 - 400, в зависимости от величины углов между осями соединяемых валов можно применять мягкие и жесткие карданные шарниры. В первых угловое смещение валов происходит вследствие деформации упругих (обычно резиновых) элементов, а во вторых ~ благодаря шарнирным соединениям металлических деталей. В автомобилях применяют преимущественно жесткие карданные шарниры.
2.Устройство и работа карданных шарниров и валов.
Рис. 136 - Расположение карданных передач на автомобилях: а - легковом; б - грузовом; в - д - грузовом повышенной проходимости; 1 - коробка передач; 2, 4, 7, 9 и 11 - карданные валы; 3 и 10 - задние ведущие мосты: 5 - промежуточная опора; 6 - раздаточная коробка; 8 - передний ведущий мост.
Рис. 137 - Карданные шарниры:
а - в - неравных угловых скоростей; г и д - равных угловых скоростей; 1 - крышка; 2 - стопорная пластина: 3 - стакан подшипника; 4 - иголки; 5 - войлочные сальники; 6, 10. 24 и 28 - вилки; 7 - предохранительный клапан; 8 - крестовина; 9 - масленка; 11 - карданный вал; 12 - отражатель; 13 - самоподжимной сальник; 14 - стопорное кольцо; 15 и 16 - сальники радиального и торцового уплотнений; 17 - внутренний кулак; 18 - центральный шарик; 19 - наружный кулак; 20 - ведущие шарики; 21 - штифт; 22 - шпилька; 23 - полуось; 25 и 27 - полуцилиндрические кулаки; 26 - центральный диск.
По кинематике карданные шарниры делят на шарниры неравных и равных угловых скоростей. Обычно во всех автомобильных приводах, кроме привода к ведущим управляемым колесам, применяют шарниры неравных угловых скоростей.
Рассмотрим, например, карданную передачу автомобиля Г АЗ-53А с жесткими карданными шарнирами неравных угловых скоростей (рис. 137, а). Карданные передачи этого типа получили наибольшее распространение. Такие карданные шарниры состоят из закрепленных на валах двух стальных вилок 6 и 10 и шарнирно соединяющей их крестовины 8, установленной в ушках вилок на игольчатых подшипниках. Подшипники, состоящие из стаканов 3 и иголок 4, надеты на шлифованные шипы крестовины 8, изготовленной из хромистой стали, и закреплены в проушинах вилок 6 и 10 стопорными пластинами 2 с подложенными под них крышками 1. Сальники 5 препятствуют вытеканию из подшипников смазочного материала, который поступает через масленку 9 и каналы в крестовине. Для удаления избыточного количества смазочного материала служит предохранительный клапан 7.
Другой карданный шарнир с игольчатым подшипником, в котором использованы резиновые самоподжимные сальники 13, а стаканы подшипников закреплены в вилках стопорными кольцами 14, показан на рис. 137, б. Такие карданные шарниры при меняют на автомобиле ГАЗ-3102 «Волга». Для более надежной защиты игольчатых подшипников от вытекания масла иногда ставят два сальника - радиальный и торцовый, как, например, на автомобилях семейства КамАЗ (рис. 137,6). Конструкция одного из входящих в карданную передачу шарниров должна допускать осевое перемещение карданного вала. Обычно для этой цели используют шлицевое соединение одной из вилок карданного шарнира с валом.
Простой жесткий карданный шарнир при больших углах между осями соединяемых им валов не может обеспечить равномерное вращение ведомого вала. При равномерном вращении ведущей вилки ведомая вращается неравномерно. За один оборот карданного вала ведомая вилка при вращении дважды обгоняет ведущую и дважды отстает от нее. Вследствие этого возникают дополнительные нагрузки на детали главной передачи, дифференциала, полуосей и колес, увеличивается их износ. Чтобы устранить неравномерное вращение ведомого вала, применяют двойную карданную передачу с жесткими карданными шарнирами или одинарную карданную передачу с карданным шарниром равных угловых скоростей.
Если в двойной карданной передаче угол между осями ведомого вала коробки передач и карданного вала будет равен углу между осями карданного вала и ведущего вала главной передачи, то при равномерном вращении ведомого вала коробки передач ведущий вал главной передачи будет вращаться также равномерно. При этом обе вилки, установленные на карданном валу, необходимо располагать в одной плоскости.
Обеспечивающие равномерное вращение ведомого вала карданные шарниры равных угловых скоростей чаще всего бывают шариковые и кулачковые. В передних ведущих мостах автомобилей семейств ЗИЛ, Г АЗ и УАЗ применяют шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей с длительными канавками (рис. 137, г). Наpyжный кулак 19, на шлицах которого установлена ступица колеса, изготовлен как одно целое с ведомой вилкой, а внутренний кулак 17 со шлицами, входящими в отверстие полуосевого зубчатого колеса дифференциала, откован как одно целое с ведущей вилкой. Вилки соединены между собой при помощи четырех ведущих шариков 20, расположенных в канавках вилок. Для центрирования вилок служат сферические углубления на их торцах, в которые помещают центральный шарик 18. Ведущие шарики 20 передают крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Центральный шарик 18 не позволяет ведущим шарикам выкатываться из канавок. Центральный шарик имеет ласку, которую при сборке карданного шарнира поворачивают к вставленному ведущему шарику. Шпилька 22, расположенная в осевом канале ведомой вилки, одним концом входит в отверстие центрального шарика 18, запирая собранный карданный шарнир.
Делительные канавки имеют такую форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одинаковые частоты вращения.
Кулачковый карданный шарнир (рис. 137, д) состоит из вилок 24 и 28, полуцилиндрических кулаков 25 и 27 и центрального диска 26, вставленного во внутренние пазы этих кулаков, цилиндрические поверхности которых охватывают вилки 24 и 28. Такой шарнир работает подобно двум сочлененным шарнирам неравных угловых скоростей. В одной плоскости вилки поворачиваются относительно кулаков, а в другой плоскости - вместе с ними относительно центрального диска. Такие шарниры устанавливают на автомобиле «Урал-4320».
Для достижения достаточной прочности при небольшой массе карданные валы обычно изготовляют в виде стальных труб. Вилки карданных шарниров приваривают к валам или надевают на шлицы приваренного к трубе наконечника. Это скользящее соединение закрывают резиновым чехлом.
В легковых автомобилях с удлинителем в коробке передач применяют карданную передачу с одним карданным валом (рис. 138, а).
Рис. 138 - Карданные передачи:
а - с одним валом; б - с двумя валами (автомобиль ЗИЛ-l30); в - с двумя валами и упругим сочленением (автомобиль ВАЗ-2101 «Жигулю»; 1 и 3 - вилки; 2 и 19 - масленки; 4 - шлицевая втулка; 5 - наконечник со шлицами; 6. 14 и 18 - сальники; 7 - зашитый чехол; 8 - карданный вал; 9 - карданный шарнир; 10 - промежуточный карданный вал; 11 - подушка опоры; 12 - скоба крепления подушки; 13 - гайка крепления подшипника промежуточной опоры; 15 - игольчатый подшипник крестовины; 16 - крестовина; 17 - скользящая вилка; 20 - хомут; 21 - кронштейн опоры; 22 - шарикоподшипник; 23 - заглушка; 24 - упругая резиновая муфта из карданных шарниров, состоящий из вилок 1 и 3, может перемещаться по шлицам наконечника 5, приваренного к валу 8. К другому концу вала приварен наконечник карданного шарнира 9. Резиновый гофрированный чехол 7 защищает шлицевое соединение от грязи.
Смазочный материал поступает через масленку 2 и удерживается сальником 6.
В грузовых двухосных автомобилях с приводом на задний мост наибольшее распространение получила карданная передача, состоящая из промежуточного вала и вала заднего моста (рис. 138,6). В этом случае один карданный шарнир соединяет ведомый вал коробки передач с передним концом промежуточного вала 10. Другой - средний карданный шарнир соединяет промежуточный вал 10 и карданный вал 8 заднего моста.
Передача с упругим сочленением, состоящим из шарнира с упругой резиновой муфтой 24, автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» показана на рис. 138, в. На опоре промежуточного карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 138,6) внутри подушки 11 со скобой 12, закрепленной хомутом 20, помещается шарикоподшипник 22 с сальниками 18
ЛЕКЦИЯ №9
ТЕМА: МОСТЫ АВТОМОБИЛЕЙ.
ПЛАН:
1.Типы мостов.
2.Балка ведущего моста.
3.Управляемый мост.
1.Типы мостов.
Передний и задний мосты автомобиля воспринимают действующие между опорной поверхностью и рамой или кузовом автомобиля вертикальные, продольные и поперечные усилия. Задний мост выполняют обычно ведущим, а передний мост - управляемым. Вертикальные усилия передаются упругими элементами подвески, а продольные и поперечные - как подвеской, так и специальными штангами. При передаче крутящего момента на ведущем мосту возникает реактивный момент, стремящийся повернуть мост в направлении, противоположном направлению вращения ведущих колес. При торможении на мосты автомобиля действуют тормозные моменты, имеющие обратное направление. Обычно эти моменты передаются от мостов на раму через рессоры, но при балансирной, пневматической и независимой подвесках для их передачи используют рычаги или штанги.
Задний ведущий мост, как правило, изготовляют в виде пустотелой балки, внутри которой помещают главную передачу, дифференциал и полуоси, а снаружи крепят ступицы колес.
Рис. 139 - Мосты:
а - задний ведущий неразрезной; б - ведущий разрезной с независимой подвеской колес; в - передний неразрезной с зависимой подвеской колес; г - передний разрезной с независимой подвеской колес резные мосты - жесткие балки, связывающие правые и левые колеса (рис. 139, а). В автомобилях с независимой подвеской ведущий мост делают разрезным (рис. 139,6).
Передний мост также можно выполнять неразрезным (рис. 139, в) при зависимой подвеске колес или разрезным, если подвеска независимая(рис. 139, г) у автомобилей повышенной проходимости передний мост выполняют комбинированным, т. е. одновременно ведущим и управляемым. У многоосных автомобилей иногда применяют поддерживающие мосты, которые служат только для передачи вертикальных нагрузок от рамы к колесам.
2.Балка ведущего моста.
Балка ведущего моста может быть разъемной и состоять из двух соединенных болтами частей (легковые автомобили и грузовые автомобили малой и средней грузоподъемности) или неразъемной, выполненной в виде цельной балки с центральной частью кольцевой формы (легковые автомобили и грузовые автомобили средней и большой грузоподъемности).
На рис. 140 представлена балка заднего моста автомобиля ГАЗ-53А. К картеру 7 приварены цапфы 5, имеющие обработанные шейки 1 и 2 под подшипники ступиц колес. Сзади к картеру приварена крышка 13. Выемки 11 обеспечивают монтажные зазоры при установке редуктора. На цапфы 5 напрессованы и приварены стальные фланцы 4, к которым прикреплены тормозные щиты. запрессованная втулка 3 сальника служит упором для внутреннего кольца подшипника ступицы колеса. Подшипники ступиц устанавливают на шлифованные шейки 1 и 2 цапфы и крепят гайками и контргайками, навертываемыми на концы цапф. Скоба 8 и кронштейн 9, приваренные к задней стенке корпуса, служат для крепления тормозных трубок. Заливное отверстие для масла находится на картере главной передачи.
Типы главных передач. назначение главной передачи - увеличение крутящего момента и передача его на полуоси, расположенные под углом 900 к продольной оси автомобиля. Ее конструкция должна быть компактной, а работа плавной и бесшумной. Детали главной передачи испытывают большие нагрузки, поэтому необходима высокая точность при регулировке ее подшипников и зацепления зубчатых колес. Главные передачи могут быть зубчатые и червячные. Главная передача, в которой одна пара зубчатых колес, называется одинарной, две пары - двойной.
Рис. 141 – одинарная главная передача.
Одинарную главную передачу (рис. 141, а и 6), состоящую из пары находящихся в постоянном зацеплении конических зубчатых колес, применяют преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Ведущая шестерня в ней соединена с карданной передачей, а ведомое колесо - с коробкой дифференциала и через дифференциал - с полуосями. Одинарная главная передача может быть с обычными коническими (рис. 141, а) и гипоидными (рис. 141,6) зубчатыми колесами. Гипоидная передача работает.более надежно, плавно и бесшумно, чем передача с обычными коническими зубчатыми колесами со спиральными зубьями.
Рис. 140 - Балка заднего ведущего моста:
1 и 2 - шейки под подшипники ступиц; 3 - втулка сальника; 4 - фланец; 5 - цапфа; 6 - рессорная подушка"; 7 - картер; 8 - скоба; 9 - кронштейн тройника; 10 - отверстие для сапуна; 11 - выемки; 12 - отверстие для слива масла; 13 - крышка картера.
Одинарные передачи с коническими зубчатыми колесами со спиральными зубьями применяют на автомобилях семейств ЗАЗ и УАЗ, а гипоидные одинарные передачи - на автомобилях ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ГАЗ-3102 «Волга», семейства ВАЗ «Жигули». Гипоидная передача позволяет ниже опустить пол кузова легкового автомобиля, так как ось ее ведущего зубчатого колеса можно расположить ниже "оси ведомого зубчатого колеса (оси заднего моста). Вследствие этого опускается центр тяжести автомобиля и улучшается его устойчивость.
Двойные передачи устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности и на некоторых автомобилях средней грузоподъемности, когда общее передаточное число трансмиссии должно быть значительным, так как переедаются большие крутящие моменты. В двойной главной передаче (рис. 141,6) крутящий момент увеличивается последовательно двумя парами зубчатых колес, из которых одно - коническое, а другое - цилиндрическое. Общее передаточное число двойной передачи равно произведению передаточных чисел составляющих пар.
3.Управляемый мост.
Передний мост автомобиля Г АЗ-53А (рис. 154, а) представляет собой балку, в которой на неподвижно закрепленных в ней стопорами 15 шкворнях 11 установлены поворотные кулаки 10. Балка - штампованная двутаврового сечении, с двумя площадками для крепления рессор, соединяющих ее с рамой. Средняя часть балки выгнута для обеспечения более низкого расположения центра тяжести автомобиля.
К фланцам поворотных кулаков 10 прикреплены тормозные диски 9. Ступицы колес устанавливают на двух конических роликоподшипниках 4 и 5. Для крепления ступиц колес на поворотных кулаках имеются шайба и корончатая гайка, которую шплинтуют и закрывают колпаком.
Поворотные кулаки могут свободно повертывается на шкворнях благодаря подшипникам в виде двух бронзовых втулок, запрессованных в проушины поворотных кулаков, и упорному подшипнику 16, установленному между поворотным кулаком и проушиной балки переднего моста. Осевой зазор между поворотным кулаком и проушиной балки.
Рис. 153 - Элементы привода к передним ведущими колесам автомобиля Г АЗ-66:
1 - ведущий фланец; 2 ~ канал подвода воздуха; 3 - крышка фланца; 4 и 5 ~ гайки подшипников; 6 - стопорная шайба; 7 - подножка; 8 - ступица; 9 ~ наружный кулак; 10 - запорный воздушный кран; 11 - колесо; 12 - блок сальников; 13 - шкворень; 14 ~ рычаг; 15 - втулка; 16 - сальник; 17 - шаровая опора; 18 - внутренний кулак; 19 - цапфа; 20 - тормозной диск регулируют установкой шайб 12.
В подшипниках ступицы колеса закладывают пластичный смазочный материал, вытеканию которого препятствует сальник.
В конических отверстиях ушко в левого поворотного кулака закреплены гайками рычаги 13 и 21 рулевого привода. Болты 20 на рычагах 21 ограничивают предельные углы поворота колес, упираясь в балку переднего моста. Масленки 22 служат для смазывания упорного подшипника 16 и бронзовых втулок поворотной цапфы.
7 ..Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.
Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.
Современная МКПП
Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.
Принцип работы и устройство
Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.
Сцепление
Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.
Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.
Шестерни и валы
В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.
В трехвальных имеется три вала:
- первый – ведущий;
- второй – промежуточный;
- третий – ведомый.
Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.
Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.
Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.
Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.
В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.
Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.
Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.
Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.
Синхронизаторы
Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.
Синхронизатор МКПП
Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.
Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.
Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.
Работа синхронизаторов
Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.
Процесс переключения передач
За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.
- простое в конструкционном плане решение;
- обеспечение четкости переключения;
- более долговечная конструкция для эксплуатации.
- нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
- не используется на переднеприводных автомобилях.
Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:
- напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
- на рулевой колонке;
- в районе панели приборов.
Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.
- комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
- вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
- обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.
- меньшая долговечность;
- со временем могут появляться люфты;
- требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
- четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.
Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.
Механизм переключения передач Лада Гранта
Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.
Преимущества и недостатки механических коробок передач
Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.
Достоинства :
- конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
- в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
- не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
- среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
- простота и инженерная отработанность конструкции;
- высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
- не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
- водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
- авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
- есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.
Недостатки :
- для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
- необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
- неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
- невысокий ресурс узла сцепления;
- у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.
В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.
Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним из чего состоит механическая коробка передач - как работает.
Механическая «коробка» автомобиля 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:
1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения; 3 - механизм переключения; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер.
Картер содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом .
Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.
Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.
Механизм переключения 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 их от самопроизвольного выключения.
Требования к коробке передач
- Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
- высокий КПД
- легкость управления
- безударное переключение и бесшумность работы
- невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
- надежное удержание передач во включенном положении
- простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
- удобство обслуживания и ремонта
Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие - зубчатыми муфтами.
Как работают шестерни?
Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.
а) Передаточное отношение одной пары шестерен
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).
б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б)
у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») - 20, у четвертой («Г») - 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. 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 приходит - 2000 об/мин, а выходит - 500 об/мин. На промежуточном валу 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, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.
Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала 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
Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:| 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, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой . Как правило, это - четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.
Первая и передача заднего хода - самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.
Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) - они самые скоростные и экономичные.
Какие бывают неисправности?
Обычно они 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 приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.Рычаг переключения переводится 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 «коробке», она не сломается до конца срока службы.
Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.
Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.
Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.
Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.
Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.
Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.
Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.
Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.
Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.
Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.
Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.
Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».
Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».
Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».
С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.
Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.
Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.
Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.
С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.
Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.
Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.
В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.
Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.
На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.
В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.
На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.
С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.
Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.
В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.
Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).
Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.
Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.
Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.
В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.
До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.
Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.
Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.
КПП: функции и основные типы
Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).
На данный момент существует четыре основных типа коробки:
- механические;
- роботизированные;
- автоматические;
- вариатор.
Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.
Основные виды МКПП
Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.
«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.
Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:
- четырехступенчатые;
- пятиступенчатые;
- шестиступенчатые и более.
Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».
Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).
Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы
Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:
- первичный (или ведущий) вал;
- блок шестерен первичного вала;
- вторичный (или ведомый) вал;
- блок шестерен вторичного вала;
- механизм переключения передач;
- муфты синхронизаторов;
- картер;
- главную передачу;
- дифференциал.
Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.
Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.
Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.
Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.
Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.
Основные неисправности МКПП
Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.
1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.
2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.
3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:
- шум при работе коробки;
- шум при работе только одной конкретной передачи;
- шум коробки при нейтральном положении рычага управления.
Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.
4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.
Основы эксплуатация и обслуживания МКПП
При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.
В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.
Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.
И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.
