Создание двигателя внутреннего сгорания способствовало развитию всех типов транспорта и даже появлению новых видов. Первые автомобили именовались самобеглыми колясками и имели достаточно примитивную конструкцию. Передача крутящего момента от силового агрегата на ведущие колеса происходила при помощи очень ненадежного ременного, а позднее и цепного привода.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые на транспортных средствах, имеют относительно небольшой рабочий диапазон. При малой частоте вращения коленчатого вала силовой агрегат не развивает достаточной мощности и под нагрузкой просто глохнет. При больших оборотах резко возрастают нагрузки на детали, и мотор может просто пойти вразнос. Коробка перемены передач призвана обеспечить оптимальный режим работы двигателя в разных условиях.
Этот агрегат представляет собой редуктор, позволяющий в широком диапазоне изменять частоту оборотов и крутящий момент на ведущих колесах автомобиля. Такие механизмы не нужны на транспортных средствах, оснащенных электрическими и паровыми двигателями.
Тяговые характеристики данных силовых агрегатов позволяют обходиться без дополнительных устройств. В идеале двигатель может быть встроен непосредственно в колесо, в настоящее время уже существуют промышленные образцы приводов такого рода.
Термин коробка перемены передач в настоящее время практически не используется, вместо него применяется более современное название: коробка переключения передач.
Помимо основного назначения этот механизм выполняет еще ряд функций:
- обеспечение реверса, иными словами, движения задним ходом;
- разобщение работающего силового агрегата и трансмиссии во время длительной остановки или стоянки;
- обеспечение условий для запуска двигателя.
Применение коробки переключения передач позволяет водителю автомобиля выбирать наиболее оптимальный режим работы силового агрегата в зависимости от внешних условий.
Проектированием и серийным изготовлением такого рода механизмов занимаются в основном производители автомобилей. Кроме того, в мире существует ряд компаний, специализацией которых является производство элементов трансмиссий и, в частности, коробок переключения передач:
- Allison Engine Company;
- BorgWarner Inc;
- Delphi Corporation;
- Robert Bosch GmbH;
- Wulf Gaertner Autoparts AG;
- ZF Friedrichshafen AG.
Указанные компании обычно выполняют заказы автопроизводителей, осуществляя при этом серийное изготовление оригинальных и лицензионных механизмов. Нередко они осуществляют опытно-конструкторские работы и участвуют в совместных проектах корпораций, занимаясь доводкой техники. Продукция данных производителей отличается высочайшим качеством и надежностью.
Классификация коробок переключения передач
В процессе развития автомобилестроения инженерами были предложены несколько типов механизмов, реализующих разные принципы действия и способы управления. Общепринятая в инженерной среде классификация коробок использует названные выше признаки в качестве отличительных:
По принципу работы коробки переключения передач делятся на три вида:
- ступенчатые;
- бесступенчатые;
- комбинированные.
По способу управления устройством различают:
- механические;
- автоматические;
- роботизированные.
Данная классификация не включает в себя некоторые типы коробок переключения передач, которые в силу ряда обстоятельств не получили широкого распространения.
Так, некоторые автомобили, предназначенные для людей с ограниченными физическими возможностями, оснащались полуавтоматическими трансмиссиями. По сути это обычная коробка с ручным переключением передач, агрегатированная с автоматизированным сцеплением.
В настоящее время многие автопроизводители в рамках экологических программ выпускают автомобили с гибридными силовыми установками. Конструкций таких машин достаточно много, используются самые разные схемы компоновки. В некоторых из них присутствуют коробки переключения передач, в других же в качестве привода используются электрические двигатели, не нуждающиеся в дополнительных устройствах для передачи крутящего момента.
Видео — виды коробок переключения передач автомобиля, их плюсы и минусы:
Подавляющее большинство коробок переключения передач представляют собой редуктор, с несколькими парами шестеренок. Изменение передаточного числа в них происходит дискретно, а число пар соответствует количеству ступеней.
В свою очередь, существует две основных конструктивные схемы механизмов такого рода: соосные и планетарные. Первая компоновка в основном применяется в механических коробках, а вторая – в автоматических.
Бесступенчатые механизмы называются вариаторами, в них изменение частоты вращения ведомого вала по отношению к ведущему происходит плавно без рывков. В них реализуется принцип передачи крутящего момента через промежуточный элемент, используя силу трения. Соответственно вариаторы классифицируются по типу передающего звена: клиноременные, клиноцепные, роликовые и шариковые передачи.
Механические
Агрегаты такого типа получили наибольшее распространение в Старом Свете ими оснащено около 80% от общего количества транспортных средств. В технических описаниях автомобилей механические коробки часто обозначаются аббревиатурой МКПП. Они отличаются простотой и высокой надежностью конструкции. Подробное описание принципа действия и устройства механической коробки можно найти .
Вкратце работу агрегата можно описать следующим образом: на маховике двигателя установлен механизм сцепления. Ведомый диск его имеет возможность перемещаться вдоль ведущего вала в шлицах разной формы. Сцепление обеспечивает прерывание потока мощности в момент переключения передачи. Через первичный вал крутящий момент приводит в действие через постоянную главную передачу ведущий вал коробки.
На нем установлены и жестко зафиксированы шестерни по количеству передач и еще одна для заднего хода. В постоянном зацеплении с ними находятся соответствующие детали ведомого вала. Они свободно вращаются на подшипниках, а между ними имеются стопорные кольца с синхронизаторами. Эти детали выравнивают скорости вращения ведущих и ведомых шестерней между собой и обеспечивают зацепление при включении определенной передачи.
Перемещение муфты производится специальными вилками, которые приводятся в действие специальным механизмом. Защитой от одновременного включения двух передач является замок, исключающий перемещение других устройств. Водитель осуществляет управление работой коробки при помощи специального рычага, который может устанавливаться в разных точках салона:
- на полу;
- на центральной консоли;
- на рулевой колонке;
- на панели приборов.
Передача управляющего воздействия на МКПП может передаваться непосредственно либо через специальные тросовые механизмы или кулисы.
Роботизированные
Развитие электроники и появление достаточно надежных процессоров и контролеров сделало возможным их применение в выборе режимов работы трансмиссии автомобилей. Роботизированные коробки переключения передач представляет собой проверенную временем и надежную механику, управление которой осуществляется при помощи электронного блока.
Подробное описание устройства таких коробок и принципа их действия можно найти . Отработка методики осуществлялась на болидах, специально созданных для участия в соревнованиях Формулы -1. В данных автомобилях сервоприводы управляют работой сцепления и переключениями передач. Время перемены передачи в них составляет от 0,01 до 0,02 с.
Существуют два способа управления функционированием роботизированной коробки передач: гидравлический и электрический. Первый вариант обеспечивает минимальное время срабатывания, но более сложен в изготовлении. Используется преимущественно на дорогих автомобилях бизнес-класса. Электрические сервомоторы применяются на бюджетных моделях и не могут похвастаться значительным быстродействием.
Основное достоинство роботизированных коробок переключения передач: жесткая механическая связь между двигателем и ведущими колесами. В сравнении с автоматическими коробками данный тип трансмиссии обладает лучшими характеристиками и меньшими потерями. Основным недостатком ее является высокая сложность и соответственно стоимость механизма.
Автоматические
Общепринятые обозначения агрегатов такого рода АКП или АКПП, они представляют собой целый комплекс устройств. В его состав входит гидромеханическое сцепление и планетарный редуктор. Данная конструкция позволяет создавать разные передаточные соотношения в зависимости от выбранного режима работы. Развернутое описание устройства и принципа работы АКП можно найти .
Планетарный механизм состоит из двух шестерней – центральной и внешней, а также расположенных между ними сателлитов. Они устанавливаются на специальном узле – водиле. Детали могут фиксироваться относительно корпуса коробки при помощи специальных механизмов, по устройству аналогичных фрикционам сцепления или ленточным тормозам.
Управление работой АКПП осуществляется при помощи гидроприводов, при этом выбор режима производится селектором. Педаль акселератора на таких автомобилях не имеет прямой механической связи с дроссельной заслонкой двигателя. При нажатии на нее происходит изменение положения клапана в гидросистеме, которая управляет работой коробки.
Видео — как устроена автоматическая коробка передач:
На современных АКП выбор режима выполняется процессором, который способен адаптироваться под манеру вождения. Это позволило несколько уменьшить негативные стороны данного типа коробок переключения передач.
Так, резкое нажатие на педаль газа вызывает включение режима кикдаун, при котором переход на повышенную передачу происходит при значительно больших оборотах коленчатого вала. Разгонная динамика при этом значительно возрастает.
Вариаторы
Бесступенчатая передача обеспечивает силовому агрегату возможность работы на постоянных оборотах. Таким образом, достигаются максимальные показатели по мощности, экономичности или крутящему моменту в зависимости от выбранного режима.
Передача усилия от двигателя на ведущие колеса осуществляется без разрывов потока. С полным и точным описанием конструкции вариатора и принципа действия можно ознакомиться .
Название этого устройства происходит от английского слова variable – переменная, которое входит в наименование конструкции. CVT расшифровывается как непрерывная переменная трансмиссия, что наилучшим образом характеризует ее работы. Предусмотренное конструкцией сцепление используется исключительно для запуска и обеспечения работы двигателя во время остановки.
Существует несколько разновидностей конструкций вариаторов:
- клиноременный;
- клиноцепной;
- тороидальный.
В первом устройстве передача усилия осуществляется при помощи ремня, который находится между двумя направленными своими вершинами друг к другу конусами. Расстояние между ними изменяется в простейшем устройстве под воздействием центробежной силы, а в более сложных конструкциях под управлением электронного контролера.
Видео — что такое бесступенчатая трансмиссия (вариатор):
Клиновый ремень проваливается к центру и соответственно меняется радиус зоны его соприкосновения со шкивом. Обратная картина наблюдается на другой части конструкции. В результате передаточное соотношение плавно изменяется. Клиноременные передачи используются на относительно небольших транспортных средствах скутерах.
Полимерные материалы не способны выдержать больших нагрузок, и малопригодны для автомобильных трансмиссий. Прочность клиноременной передачи увеличивается за счет использования пакета стальных пластин особой формы с вырезами, через которые пропущены синтетические соединительные элементы. Такие элементы применяются даже на относительно небольших кроссоверах модели Honda H-RV.
Большие усилия могут передавать торовые вариаторы, разработанные инженерами компании Ниссан. Данное устройство состоит из двух конусов с вогнутой поверхностью, находящихся на одной оси. Один из них является ведущим, а другой соответственно ведомым. Передача крутящего момента осуществляется через два ролика, которые соединяются их и образуют хорду. Наклоном этих элементов изменяются радиусы в точках соприкосновения и передаточное отношение.
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%.
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 ..Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от «ручного» (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.
Принцип работы механической коробки передач
Механическая коробка передачПринцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором — повышающая.
Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная — максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.
Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики — там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.
Виды механических КПП
По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:
- 4-х ступенчатую;
- 5-и ступенчатую;
- 6-и ступенчатую.
Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.
В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:
- двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
- трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.
Устройство механической коробки передач
Устройство механической КПП Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:
- ведущий или первичный вал;
- ведомый или вторичный вал;
- промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
- шестерни первичного и вторичного валов;
- механизм выбора передач;
- муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
- картер;
- главная передача;
- дифференциал.
При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.
Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
Схема двухвальной МКПП Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.
Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.
Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:
- В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
- При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
- Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
- Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
- Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.
Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:
Нейтральное положение
1-я передача
2-я передача
3-я передача
4-я передача
5-я передача
Задний ход
Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.
Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню — таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.
Устройство трехвальной МКПП Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.
На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.
Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.
Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.
В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.
Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.
Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.
Немного о синхронизаторе МКПП
Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.
В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье .
Преимущества и недостатки МКПП
Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП | Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП |
| Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД | Утомляющий для водителя процесс переключения передач |
| Высокая надежность за счет простоты конструкции | Необходимость периодической замены сцепления |
У большинства ДВС есть один большой недостаток. Это несовпадение скорости вращения маховика с скоростью вращения колес. Зачастую большинство силовых агрегатов вращается с оборотами до 6000, вращать колеса на таких оборотах просто недопустимо. Для тех, кто знает устройство автомобиля, коробка передач - механизм знакомый. Для тех, кто не знает, эта статья прояснит ситуацию.
Кроме этого, максимум крутящего момента в большинстве агрегатов возможен лишь в небольшом промежутке оборотов. Это где-то посередине минимального числа оборотов и максимального. Наибольшую мощность можно развить лишь на максимальных оборотах маховика.
К примеру, мотор ВАЗ-2106 выдает рабочие показатели в 800-5400 оборотов. Но максимальный уровень крутящего момента появляется на средних оборотах. Для того чтобы двигатель мог работать в оптимальных режимах при различных условиях, применяют системы трансмиссии. В автомобилях в качестве системы трансмиссии применяется МКПП. Давайте рассмотрим назначение и устройство коробки передач.
Как это работает?
Если кратко рассказать о принципах работы, то здесь несколько зубчатых шестерен в корпусе коробки могут входить и выходить из зацепления по воле водителя. При этом образуются передачи с различными передаточными отношениями.
Механическая коробка всегда используется и работает вместе с системой сцепления. Это отключение ДВС и трансмиссии. Отключать мотор нужно в момент переключения передач. Устройство механической коробки передач не предусматривает возможности, когда в момент смены передачи через систему трансмиссии проходит большой крутящий момент.
Валы и зубчатые колеса
Традиционные механические КПП - это определенный набор валов, которые смонтированы в корпусе или же картере. Эти валы посредством подшипников вращаются вокруг своих осей. Шестерни установлены непосредственно на валах. Устройство коробки передач может быть разным, в зависимости от количества валов. Так, различают двухвальную систему и трехвальную.
Трехвальные системы
Эти коробки переключения передач применяются в составе трансмиссий авто, оснащенных задним приводом. Здесь можно выделить наличие устройств для синхронизации, а также специальные колеса, которые жестко на обычных передачах. Еще здесь же есть реверсивная шестерня для движения задним ходом.
Устройство коробки передач подразумевает наличие специальных валов. Это первичный, вторичный валы, а также специальный вал между ними.
Итак, главный, или первичный, вал через систему сцепления работает напрямую с мотором. Ведомый вал работает в паре с карданом. А вот промежуточный предназначен для того, чтобы передать энергию вращения с ведущего вала на ведомый.
Особенности конструкции трансмиссии
В большинстве конструкций коробок и первичный вал, и вторичный смонтированы друг за другом. При этом ведомый имеет опору на базе подшипника, который, в свою очередь, смонтирован в хвостовой части ведущего вала. Устройство механической коробки передач не предусматривает какой-либо жесткой связи между этими валами. Они могут свободно работать вне зависимости друг от друга.
Что касается промежуточного вала, то он располагается в большинстве конструкций между ведущим и ведомым. Все эти валы оснащены блоком зубчатых колес. Для того чтобы снизить шумы и вибрации при работе этой системы, зубцы на колесах сделаны косыми.
На ведущем валу установлено всего одно зубчатое колесо. Оно смонтировано жестко. Оно отвечает за передачу крутящего момента промежуточному валу. Вторичный, или ведомый, вал оснащен блоком шестеренок, которые могут свободно вращаться, однако по продольной оси они перемещаться не способны. Для того чтобы включить передачу, они при помощи блокировочного устройства могут блокироваться. В этом состоянии они смогут получить энергию вращения от вала.
Против каждого колеса первичного и вторичного валов располагаются шестеренки, которые жестко смонтированы на промежуточном валу. Они находятся в зацеплении с другими шестернями постоянно. Ведущий вал оснащен лишь одним зубчатым колесом, момент с первичного вала на промежуточный передается всегда. Включение той или иной передачи идет благодаря подключению определенной шестерни, установленной на ведомом валике.
Как переключаются передачи?
Устройство коробки передач - это не только набор валов и зубчатых колес. Это еще и специальные муфты. Они не похожи на зубчатые колеса и имеют другую конструкцию. Они прочно крепятся каждая к своему валу и находятся во вращении вместе с ним. Они могут двигаться по продольной оси.
Со стороны шестеренок ведомого вала, которые направлены к муфтам, установлены специальные венцы или вилки. Другие венцы расположены непосредственно на муфтах.
Когда водитель двигает рычаг и хочет выбрать другую передачу, то через специальный привод при помощи ползунов срабатывают вилки, которые двигают муфты продольно. Специальная замковая система не позволяет при этом включить несколько передач сразу. Это вполне возможно, если бы рычаг включал два ползуна. Замковый механизм фиксирует ползуны в нейтральной позиции в тот момент, когда движется третий ползун. Так исключается работа двух передач одновременно.
Затем муфта направляется к нужной шестеренке. Венцы их встречаются. Муфта все это время вращается вместе со своим валом. Она соединяется с шестерней, тем самым блокируя ее. Затем они начинают вращаться вместе, и КПП передает вращение на колесный привод.
Синхронизаторы
Устройство коробки передач включает в себя также специальные устройства. При том принципе работы, который описан выше, КПП будет работать с шумами, вибрациями и ударами. Также водитель должен будет сам угадывать, когда муфта и шестеренка будут работать на одних и тех же оборотах. А иначе нужная передача просто не включится.
Современные коробки не используют обычные и самые простые муфты. В таких моделях применяют так называемые синхронизаторы. Они призваны уравнять скорость вращения зубчатого колеса и муфты. Также они не позволяют муфте блокировать колесо.
Устройство и принцип работы коробки передач двухвального типа
Здесь есть все те же, уже знакомые, ведомый и ведущий вал, а вот промежуточный отсутствует. Эти коробки устанавливают на переднеприводные авто. Валы вращаются в параллельных осях, а смонтированы они друг за другом. Момент вращения отдается с одного из зубчатых колес на фиксированную на ведомом валу при помощи синхронизатора ведомую шестеренку. Здесь отсутствует возможность прямой передачи, а принцип работы такой же, как и в трехвальной системе.
Преимущества
Среди преимуществ можно выделить компактные размеры и высокий коэффициент полезного действия. Это получается благодаря меньшему количеству зубчатых колес. В качестве недостатка можно выделить невозможность использования прямой передачи. И еще такая коробка может применяться лишь с легковыми авто в силу сложностей с большими передаточными числами.
Устройство коробки передач ВАЗ
В автомобилях ВАЗ применяются пятиступенчатые механические КПП. Зачастую конструкция представляет собой двухвальную систему. Эта система также снабжена дифференциалом. На первичном валу установлены ведущие зубчатые колеса с 1 по 4 передачи, а 5-я шестерная - съемная. Они соединяются c ведомыми шестеренками.
Конструкция системы переключения состоит из рычага, шаровой опоры, системы тяг, механизма для подбора необходимой передачи.
В целом, большинство моделей оснащаются именно такой коробкой. Она представляет собой модернизированную версию 4-ступенчатой модели, а детали оттуда максимально унифицированы.
От механики к автомату
Когда устройство и работа коробки передач более-менее понятны, можно рассмотреть работу автоматической коробки. Это гораздо интересней. Многие новички уверены, что автомат - это непосредственно коробка и гидротрансформатор.
Гидротрансформатор- это отдельная система. Состоит он из двух машин с лопастями. Это центробежный насос, а также турбины. Между этих двух машин расположен реактор. Это специальное направляющее устройство. Колесо насоса жестко скреплено с коленвалом ДВС. Турбинное колесо находится в жестком соединении с валом КПП. В зависимости от того, в каком режиме работает двигатель, реактор может как вращаться, так и быть блокированным обгонной муфтой.
Устройство автоматической коробки передач немного сложней. Энергия расходуется на перекачку масла. Здесь съедаются приличное ее количество. Кроме того, много полезной энергии съедается и работой насоса, который создает давление в масло-каналах. В этих коробка КПД ниже, чем в механике.
Энергия вращения передается при помощи масляных потоков. Они отбрасываются на турбину насосом. Между насосом и турбиной есть зазоры, а лопасти имеют специальную геометрию, которая улучшает циркуляцию жидкости. Так как здесь нет жесткой связи с мотором и КПП, то можно останавливать мотор даже с включенной передачей.
Планетарные передачи
Если вращать одни элементы, но при этом фиксировать другие, тогда можно менять передаточные числа. Планетарные системы получают вращение от вала гидротрансформатора.
Устройство автоматической коробки передач отличается от стандартной "механики" тем, что любую передачу можно включить, и при этом не будет разрыва потоков мощности. Если одна передача выключается, другая тут же включается. При этом водитель не чувствует рывков. Но это не про спортивные коробки.
