Коробки Передач - Виды и Устройства|АвтоЦентр

menu
person

Коробки Передач - Виды и Устройства

Рассмотрим коробки передач автомобиля их виды, конструкции и устройства. 

  1. Коробка передач
    1. Конструкция синхронизатора
    2. Автоматическая коробка передач
    3. Роботизированная коробка передач
    4. Механическая ступенчатая коробка передач
    5. Вариаторная коробка передач
    6. Гидромеханическая коробка передач
    7. Раздаточная коробка передач
    8. Трехвальные коробки передач
    9. Пятиступенчатая двухвальная коробка передач
    10. Конструкция двухвальной пятиступенчатой коробки передач
    11. Понижающий редуктор

Коробка передач

Коробка передач является важным узлом в устройстве автомобиля и предназначена для передачи мощности двигателя к ведущим колесам. В процессе передачи мощности, в виде крутящего момента, происходит его трансформация (увеличение или уменьшение), изменение направления и т.д. Второе предназначение коробки передач – отключение крутящего момента от трансмиссии, исключение – механическая коробка. В этом виде коробок отключение крутящего момента происходит при помощи отдельного узла – сцепления.

В зависимости от принципа действия различают:

  • ступенчатые,
  • бесступенчатые,
  • комбинированные коробки передач.

Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля.

В ступенчатых коробках передач крутящий момент изменяется ступенчато. К ним относятся механическая и роботизированная коробки передач .

Механическая коробка передач (сокращенное наименование – МКПП, обиходное название - механика) представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятиступенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач.

Коробка передач (рис. 3.10 б) предназначена для изменения в широком диапазоне крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения движения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

  • обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;
  • бесшумность в работе и переключении передач;
  • легкость управления; — высокий КПД.

Рис. 3.10 б. Коробка передач Иж-2126:1 - первичный вал; 2 - картер сцепления; 3 - задний подшипник первичного вала; 4 - болт крепления верхней крышки; 5 - верхняя крышка; 6 - передний подшипник вторичного вала; 7 - блокирующее кольцо синхронизатора включения передачи; 8 - ступица III-IV передач; 9 - муфта III-IV передач; 10 - шестерня III передачи; 11 - стопорное кольцо; 12 - ступица V передачи; 13 - муфта V передачи; 14 - шестерня V передачи; 15 - шестерня II передачи; 16 - роликовый подшипник; 17 - шпонка; 18 - муфта-шестерня заднего хода; 19 - блокирующее кольцо синхронизатора включения II передачи; 20 - ступица I-II передач; 21 - шестерня I передачи; 22 - стержень рычага переключения передач; 23 - чехол рычага; 24 - рычаг переключения передач; 25 - задний подшипник вторичного вала; 26 - фланец эластичной муфты карданной передачи; 27 - ведущая шестерня привода спидометра; 28 - сальник вторичного вала; 29 - гайка фланца эластичной муфты; 30 - центрирующее кольцо; 31 - вторичный вал; 32 - уплотнитель; 33 - грязеотражатель; 34 - шайба; 35 - задний болт промежуточного вала; 36 - болт крепления кронштейна задней опоры силового агрегата; 37 - гайка шпильки крепления задней крышки; 38 - задний подшипник промежу точного вала; 39 - задняя крышка коробки передач; 40 - прокладка задней крышки; 41 - игольчатый подшипник; 42 - промежуточная шестерня заднего хода; 43 - ось промежуточной шестерни; 44 - промежуточный вал; 45 - картер коробки передач; 46 - передний подшипник промежуточного вала; 47 - болт переднего подшипника промежуточного вала.

По принципу действия коробки передач различают

  • ступенчатые,
  • бесступенчатые,
  • комбинированные.

Ступенчатые коробки передач имеют механический привод перемещения шестерен по валам, а бесступенчатые позволяют изменять крутящий момент на ведущих колесах, не меняя положение педали «газа».

На большинстве легковых и грузовых автомобилях устанавливают ступенчатые коробки передач. Ступенчатые коробки передач могут иметь разное число применяемых валов. Долгое время на автомобилях применялись только трехвальные коробки передач. Крутящий момент от двигателя передается с помощью сцепления на ведущий вал (первичный) коробки передач, на котором имеется шестерня. Параллельно ведущему валу располагается промежуточный вал с набором соединенных с ним шестерен. Ведущий вал находится на одной оси с ведомым (вторичным) валом и может быть соединен с ним напрямую для получения прямой передачи с передаточным числом, равным единице.

Кроме того, одна из шестерен промежуточного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней ведущего вала, а другие — со свободно вращающимися на ведомом вале шестернями. Для движения автомобиля задним ходом необходимо добавить еще одну шестерню между шестерней промежуточного и шестерней ведомого вала, что позволит ведомому валу изменить направление своего вращения. Для переключения передач необходимо обеспечить возможность жесткого соединения отдельных шестерен ведомого вала непосредственно с самим валом. 

Переключение передач на первых автомобилях было довольно трудной задачей, с которой могли справляться только опытные водители, которые могли сочетать управление автомобилем с четкой работой педалями сцепления, «газа» и рычагом переключения передач. Процесс переключения передач в механических трансмиссиях существенно упростился после изобретения синхронизатора.

Конструкция синхронизатора

Рис. 3.11. Конструкция синхронизатора: 1 — шестерня II передачи; 2 — блокирующие кольца; 3 — скользящая муфта включения II и III передач; 4 — ступица; 5 — стопорное кольцо; 6 — пружина; 7 — сухарь; 8 — шарик; 9 — шестерня III передачи

Синхронизатор (рис. 3.11) — специальная фрикционная муфта, которая обеспечивает выравнивание угловых скоростей шестерен, свободно вращающихся на вале, с угловой скоростью самого вала и не допускает их соединения до момента, пока указанные скорости не сравняются.

В трехступенчатых коробках передач, выпускавшихся в 1940-х гг., синхронизаторы применялись между второй и высшей передачами, а переключение на первую передачу требовало двойного выжима сцепления (так называемая перегазовка). Сегодня современные ступенчатые коробки передач имеют синхронизаторы на всех передачах, независимо от количества ступеней.

Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях. Конструктивно их совмещают в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Поперечное расположение коробки передач (рис. 3.12) позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке (рис. 3.13) применяется главная передача с коническими или гипоидными шестернями; последняя является более сложной в изготовлении и регулировке.

Основные достоинства двухвальных коробок передач:

  • простота конструкции;
  • малая масса;
  • высокий КПД на промежуточных передачах (при передаче крутящего момента участвует только одна пара шестерен).

В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи (когда в передаче крутящего момента не участвуют шестерни) и максимальный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.

Максимальное передаточное число одной зубчатой пары коробки передач не должно превышать некоторого предела, близкого к 4, превышение которого приводит к увеличению габаритов и повышению уровня шума. Это ограничивает область применения двухвальных коробок передач только легковыми автомобилями малого класса.

Если двигатели с такими коробками устанавливаются поперечно в передней части автомобиля, то для конструкторов двухвальных коробок передач увеличение числа передач, а следовательно, и числа пар шестерен, представляет определенные трудности. Продольная коробка передач может быть легко увеличена по длине для размещения дополнительных передач.

Поперечно расположенный двигатель и коробка передач имеют ограничение по ширине, определяющееся расстоянием между колесными арками автомобиля. Так, конструкторы компании Volvo столкнулись с этой проблемой, когда потребовалось установить поперечно на автомобиле Volvo 850 пятицилиндровый двигатель. Эта проблема была решена за счет использования в конструкции коробки передач М56 дополнительного третьего вала.

Два вала являются вторичными валами, на одном установлены промежуточные шестерни для первой и второй передач, а на другом — промежуточные для пятой и задней. Промежуточные шестерни для третьей и четвертой установлены на первичном вале. 

Автоматическая коробка передач

Является самым распространенным устройством изменения крутящего момента, применяемым в автоматической трансмиссии автомобиля. Традиционно автоматической называют гидромеханическую коробку передач.

Автоматическая коробка передач состоит из гидротрансформатора, механической коробки передач и системы управления. На коробках-автоматах, устанавливаемых на переднеприводные легковые автомобили, в конструкцию включены главная передача и дифференциал.

Гидротрансформатор предназначен для передачи и изменения крутящего момента от двигателя к механической коробке передач, а также уменьшения вибраций. Конструкция гидротрансформатора включает насосное, турбинное и реакторное колеса, блокировочную муфту, муфту свободного хода. Гидротрансформатор помещен в собственный корпус.

Насосное колесо соединено с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо связано с механической коробкой передач. Между насосным и турбинным колесами располагается неподвижное реакторное колесо. Все колеса гидротрансформатора оснащены лопастями определенной формы, между которыми предусмотрены каналы для прохода рабочей жидкости.

Блокировочная муфта служит для блокировки гидротрансформатора в определенных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (другое название - обгонная муфта) обеспечивает вращение жестко закрепленного реакторного колеса в противоположную сторону.

Когда блокировочная муфта приведена в действие, она вращается вместе с насосным колесом и турбиной. Включение и выключение блокировочной муфты обуславливается моментом, когда рабочая жидкость поступает в гидротрансформатор. Жидкость может находиться либо в гидротрансформаторе перед блокировочной муфтой, либо в главном корпусе гидротрансформатора за блокировочной муфтой. Разница в давлении, оказываемом на ту или иную сторону блокировочной муфты, зависит от того, включена она или нет.

Жидкость, используемая для контроля блокировки гидротрансформатора, также используется для отвода тепла из гидротрансформатора и передачи его в систему охлаждения двигателя через теплообменник в радиаторе.

Блокировочная муфта выключена

Давление гидротрансформатора передается через переключающий клапан к передней стороне блокировочной муфты.
См. рис.
Pump impeller – насосное колесо
Turbine runner – турбинное колесо
Lock-up clutch – блокировочная муфта (или блокирующий фрикцион)
Front cover – передняя крышка
To cooler – к охладителю
Relay valve – переключающий клапан
Signal valve – сигнальный клапан
Pressurized fluid – жидкость под давлением

Контроль жидкости гидравлической системы гидротрансформатора  осуществляется посредством переключающего и сигнального клапанов. Оба клапана находятся под действием пружины в позиции, приводящей блокировочную муфту в положение выключения (свободное положение). На рисунке выше, давление гидротрансформатора передается через переключающий клапан к передней стороне блокировочной муфты. Заметьте, что основной корпус гидравлической системы гидротрансформатора соединен с охладителем масла коробки передач через дно переключающего клапана.

Сигнальный клапан контролирует (регулирует) линейное давление, подаваемое к основанию переключающего клапана. Когда давление регулятора или линейное давление подается на основание сигнального клапана, линейное давление проходит через сигнальный клапан и поступает к основанию переключающего клапана. Переключающий клапан поднимается вверх вопреки натяжению пружины, отводя давление гидротрансформатора к главному корпусу гидротрансформатора.
Если автомобиль движется на небольшой скорости, жидкость под давлением поступает к передней стенке блокировочной муфты. Давление на передней и задней стенках блокировочной муфты остается одинаковым, вследствие этого она выключается.

Если автомобиль набирает скорость, жидкость под давлением поступает к задней стенке блокировочной муфты. Положение переключающего клапана открывает отверстие для спуска в зону передней стенки блокировочной муфты, создавая зону низкого давления.  Вследствие этого, блокировочный поршень прижимается к корпусу гидротрансформатора посредством разности давления гидравлической системы на каждой стороне блокировочной муфты. Как результат, блокировочная муфта и корпус (картер) гидротрансформатора вращаются в одном направлении.


Блокировочная муфта включена
Жидкость под давлением поступает к задней стенке блокировочной муфты, в это время открывается отверстие для спуска в зону передней стенки муфты.
См. рис.
Pump impeller – насосное колесо
Turbine runner – турбинное колесо
Lock-up clutch – блокировочная муфта (или блокирующий фрикцион)
Front cover – передняя крышка
Drain – спускное отверстие
Relay valve – переключающий клапан
Signal valve – сигнальный клапан
Pressurized fluid – жидкость под давлением

Работа гидротрансформатора осуществляется по замкнутому циклу. От насосного колеса поток жидкости передается на турбинное колесо, далее на реакторное колесо. За счет конструкции лопастей реактора скорость потока усиливается. Поток направляется на насосное колесо и заставляет его вращаться быстрее, тем самым увеличивается величина крутящего момента. Максимальную величину крутящего момента гидротрансформатор развивает на минимальной скорости.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, угловые скорости насосного и турбинного колес выравниваются, а поток жидкости меняет свое направление. При этом срабатывает муфта свободного хода и реакторное колесо начинает вращаться. Гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты (передает только крутящий момент).

C дальнейшим ростом скорости происходит блокировка гидротрансформатора, при которой замыкается блокирующая муфта, и передача крутящего момента от двигателя к механической коробке передач происходит напрямую. Гидротрансформатор блокируется практически на всех передачах.

Механическая коробка передач в составе АКПП служит для ступенчатого изменения крутящего момента, а также обеспечивает движение автомобиля задним ходом. На автоматических коробках, как правило, применяются планетарные редукторы, отличающиеся компактностью и возможностью соосной работы. Механическая коробка передач состоит из нескольких (обычно двух) планетарных редукторов, соединенных последовательно для совместной работы. Объединение планетарных редукторов позволяет обеспечить необходимое число ступеней работы. 

Планетарный редуктор в коробке передач состоит из нескольких последовательных планетарных передач, образующих планетарный ряд. Каждая планетарная передача включает солнечную шестерню, сателлиты, коронную шестерню и водило.

1 вал турбинного колеса

2 солнечная шестерня одинарного планетарного ряда

3 сателлиты одинарного планетарного ряда

4 водило одинарного планетарного ряда

5 шестеренный насос

6 фрикционная муфта

7 фрикционный тормоз

8 коронная шестерня одинарного планетарного ряда

9 обгонная муфта

10 коронная шестерня сдвоенного планетарного ряда

11 водило сдвоенного планетарного ряда

12 длинные сателлиты сдвоенного планетарного ряда

13 короткие сателлиты сдвоенного планетарного ряда

14 большая солнечная шестерня сдвоенного планетарного ряда

15 малая солнечная шестерня сдвоенного планетарного ряда

Изменение крутящего момента и передача вращения производится при условии блокировки одного или двух элементов планетарного ряда (солнечной шестерни, коронной шестерни, водила). Блокировка коронной шестерни планетарного ряда приводит к увеличению передаточного отношения. Неподвижная солнечная шестерня, наоборот, уменьшает передаточное отношение. Блокировка водило приводит к смене направления вращения.

Блокировку осуществляют соответствующие фрикционные муфты и тормоза (обходное название - фрикционы). Муфта блокирует элементы планетарного ряда между собой. Тормоз удерживает конкретные элементы редуктора за счет соединения с корпусом коробки. В различных конструкциях АКПП используются многодисковые или ленточные тормоза.

Муфты и тормоза замыкаются с помощью гидроцилиндров, которые управляются из распределительного модуля. В конструкции коробки может применяться обгонная муфта, которая удерживает водило от вращения в противоположную сторону.

Таким образом, механизмами переключения передач в автоматической коробке являются фрикционные муфты и тормоза. Работа АКПП заключается в выполнении определенного алгоритма включения и выключения муфт и тормозов.

На современных автоматических коробках передач применяется электронная система управления, которая включает входные датчики, электронный блок управления, распределительный модуль и рычаг селектора.

В системе используются следующие датчики: частоты вращения на входе коробки передач, частоты вращения на выходе коробки передач, температуры рабочей жидкости, положения рычага селектора, положения педали акселератора.

Электронный блок управления коробкой передач обрабатывает сигналы датчиков и формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства распределительного модуля. В своей работе электронный блок реализует т.н. программу «нечеткой логики» (fuzzy logic), предусматривающую гибкий алгоритм определения точек перехода на высшую или низшую передачу. Блок управления коробкой передач взаимодействуют с системой управления двигателем.

Распределительный модуль (другое наименование - гидравлический блок) управляет потоками рабочей жидкости и обеспечивает срабатывание фрикционных муфт и тормозов. Он состоит из электромагнитных клапанов и золотников-распределителей с механическим приводом, соединенных каналами и помещенных в алюминиевый корпус.

Электромагнитные клапаны (не очень корректное обиходное название - соленоиды) используются для управления переключением передач (двухпозиционные клапаны) и регулирования давления жидкости (клапаны с широтно-импульсной модуляцией). Работой электромагнитных клапанов руководит электронный блок управления коробкой передач. Золотники-распределители обеспечивают выбор режимов работы и приводятся в действие от рычага селектора.

Циркуляцию рабочей жидкости в автоматической коробке передач осуществляет шестеренный насос с внутренним зацеплением шестерен или лопастной насос. Насос приводится в действие от ступицы гидротрансформатора. Насос составляет основу гидравлической системы коробки передач, в которую кроме него входит гидравлический блок, гидроцилиндры привода муфт и тормозов, трубопроводы.

Охлаждение рабочей жидкости в АКПП производит соответствующая система. Рабочая жидкость может охлаждаться в охладителе (теплообменнике), включенном в систему охлаждения двигателя. Ряд конструкций коробок имеет отдельный радиатор рабочей жидкости.

Непосредственное управление АКПП осуществляется рычагом селектора. Выбор нужного режима работы коробки производится перемещением рычага в определенное положение:

  • Р – режим парковки;
  • R – режим заднего хода;
  • N – нейтральный режим;
  • D – движение вперед в режиме автоматического переключения передач;
  • S – спортивный режим.

На отдельных коробках реализуется т.н. режим «кик-даун» (kick-down), предполагающий резкое ускорение автомобиля путем переключения на пониженную передачу. Необходимость ускорения определяется с помощью датчика положения педали газа.

Некоторые модели автоматических коробок оборудуются функцией ручного переключения передач, т.н. функция Типтроник (Tiptronic).

Роботизированная коробка передач

Механическая роботизированная коробка передач представляет собой конструкцию механического многоступенчатого редуктора, в котором переключение передач и управление сцеплением осуществляется автоматически по заданному алгоритму. При этом выбор передачи и генерация команд на исполнение осуществляется специальным бортовым компьютером, осуществляющим расчёт передаточного числа коробки со следящим действием по ряду входных факторов. В качестве исполнительных устройств, осуществляющих управление сцеплением и переключением передач, используются сервоприводы. В англоязычной литературе иногда используется термин «актуаторы». Наличие автоматического управления коробкой передач позволяет избавиться от педали сцепления в автомобиле.

Система автоматизированного управления механической коробкой передач обычно позволяет выполнять переключение передач как в автоматическом, так и в ручном режиме. В обоих режимах обеспечивается автоматическое управление сцеплением. Применение такой системы значительно облегчает работу водителя, защищает двигатель от возможных перегрузок, снижает износ деталей сцепления, увеличивает ресурс узлов и агрегатов трансмиссии. Рабочий процесс системы автоматизированного управления механической коробкой передач по типу Easytronic осуществляется согласно функциональной схеме, представленной на рис. 2.30.

Управляющим узлом системы, осуществляющим расчётные операции по выдаче команд исполнительному устройству, является блок управления БУ, содержащий амплитудно-цифровой преобразователь АЦП, оперативное запоминающее устройство ОЗУ, постоянное запоминающее устройство ПЗУ, постоянное программируемое запоминающее устройство ППЗУ и процессор. В качестве исходных для расчёта данных используются электрические сигналы датчиков нагрузки на двигатель,/». частоты вращения коленчатого валаДЛВ скорости автомобиля ДС, угла поворота дроссельной заслонки ДЗ, принудительного холостого хода ДПХХ, педали тормоза ДПТ. Переключение направления движения вперёд или назад осуществляет включатель Вк. При движении вперёд посредством переключателя режимов управления ПР возможно как автоматическое, так и ручное переключение передач. Исполнительное устройство ПУ по управляющим командам от блока управления осуществляет управление работой механизмов сцепления Сц и переключения передач КП. При возникновении отказа какого-либо датчика или узла системы в оперативное запоминающее устройство заносится код неисправности, и на панели приборов включается световой индикатор неисправности СП.

Включатель Вк имеет три положения: «движение вперёд», «нейтральное положение» и «движение назад». Пуск двигателя возможен только при нахождении включателя Вк в нейтральном положении и при нажатой педали тормоза. При нажатой педали тормоза и отсутствии сигнала от датчика принудительного холостого хода исполнительное устройство переводит сцепление в выключенное состояние. Включение направления движения вперёд или назад также осуществляется при нажатой педали тормоза. После включения направления движения вперёд или назад и отпускании педали тормоза блок управления выдаёт исполнительному устройству команду на включение механизма сцепления по известной программе с установленным временным промежутком.

Рисунок 2.30 — Функциональная схема системы автоматизированного управления коробкой передач: ДН — датчик нагрузки двигателя; ДКВ — датчик частоты вращения коленчатого вала; ДС — датчик скорости автомобиля; ДЗ — датчик угла поворота дроссельной заслонки; ДПХХ — датчик режима принудительного холостого хода; ДПТ — датчик нажатия педали тормоза; Вк — включатель направления движения; ПР — переключатель режимов работы коробки передач; БУ — блок управления; АЦП — амплитудно-цифровой преобразователь; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; ППЗУ — программируемое постоянное запоминающее устройство; ИР — индикатор режимов работы коробки передач; ПУ — исполнительное устройство; Вкз — включатель зажигания; Б — аккумуляторная батарея; Сц — сцепление; КП — коробка передач; СН — сигнализатор неисправностей

В качестве основного недостатка рабочего процесса роботизированной коробки передач выявилось наличие длительного периода разрыва потока крутящего момента при переключениях передач, приводящего к промежуткам потери скорости при разгоне автомобиля. Стремление к сокращению временных промежутков на переключение передач привело к созданию коробок передач с двумя сцеплениями.

В шестиступенчатой коробке передач Volkswagen крутящий момент от двигателя направляется на два первичных вала, расположенных один внутри другого, через два сцепления, из которых одно включено, другое выключено.

При этом, как показано на рис. 2.31, при переводе рычага управления коробкой в автоматический режим движения прямо, включается первое сцепление, и поток момента через первый первичный вал направляется на шестерню первой передачи. Второе сцепление находится в выключенном состоянии, но шестерня второй передачи входит в заблокированное с валом состояние — в так называемый режим предвключения.

При получении от блока управления команды на включение второй передачи первое сцепление выключается, а второе включается, и крутящий момент направляется через второй первичный вал на шестерню второй передачи. Шестерня первой передачи выводится из заблокированного с валом состояния, а шестерня третьей передачи блокируется с валом для последующего быстрого включения передачи.

Таким же образом происходит переключение передач в направлении с низшей ступени на высшую, и наоборот. Первое сцепление передаёт поток момента на шестерни нечётных передач, а второе — на шестерни чётных передач. Временные промежутки на переключения передач при таком решении сокращаются до 0,08 с.

Крутящий момент, поочерёдно передаваемый двумя вторичными валами, далее концентрируется на входном валу главной передачи.

Рисунок 2.31 — Схема работы коробки передач Volkswagen при включении первой передачи

Рисунок 2.32 — Сервопривод управления сцеплением

Рисунок 2.33 — Роботизированная коробка передач Volkswagen в сборе с главной передачей

В конструкции переднеприводных автомобилей коробки передач обычно выполняются в едином блоке с главной передачей, как показано на рис. 2.33.

Механическая ступенчатая коробка передач

Являются механическими вальными редукторами, оснащенными механизмами ступенчатого изменения передаточных чисел. В конструкциях современных автомобилей наибольшее распространение получили двухвальные коробки передач.

Рисунок 2.26 — Схема трёхвальной механической пятиступенчатой коробки передач: 

Вх — входной или первичный вал; Вых — ведомый или вторичный вал; Пром — промежуточный вал; Зх — вал включения передачи заднего хода; Кс1 и Кс2 — каретки синхронизаторов переключения передач;

В представленной на рис. 2.26 схеме коробки передач шестерни промежуточного вала выполняются в виде единой конструкции с валом. На ведомом валу шестерня 4 сопряжена с валом посредством шлицевого соединения и может иметь некоторое осевое перемещение для возможности включения первой передачи и передачи заднего хода. Остальные шестерни 6, 8 и 10 располагаются на шейках ведомого вала и могут свободно вращаться. Передача момента на эти шестерни осуществляется посредством перемещения кареток синхронизаторов, находящихся на шлицах ведомого вала. Шестерня 1 выполняется в едином блоке с первичным валом.

Опорами валов служат шариковые или роликовые подшипники, воспринимающие радиальные и осевые нагрузки. Опорой первичного вала служит радиально-упорный подшипник, располагаемый в картере коробки передач. Промежуточный вал располагается на двух подшипниках, находящихся в картере, из которых один является радиальным, другой радиально-упорным. Задней опорой ведомого вала служит радиально-упорный подшипник, находящийся в картере коробки, передней опорой ведомого вала является радиальный роликовый подшипник, располагаемый в углублении первичного вала.

При включении первой передачи шестерня 4 перемещается в зацепление с шестерней 3, и передача крутящего момента осуществляется по следующим шестерням: 1 — 2 — 3 — 4. Для включения второй передачи необходимо каретку

Кс2 передвинуть до зацепления с шестерней 6, и тогда передача крутящего момента пойдёт по шестерням 1 — 2 — 5 — 6. Для включения третьей передачи необходимо каретку Кс2 передвинуть до зацепления с шестерней 8, и передача крутящего момента пойдёт по шестерням 1 — 2 — 7 — 8. Для включения четвёртой передачи необходимо каретку Кс1 передвинуть до зацепления с шестерней 10, и передача крутящего момента пойдёт по шестерням 1 — 2 — 9 — 10. Для включения пятой передачи необходимо каретку Кс1 передвинуть до зацепления с зубчатым венцом первичного вала, и тогда передача крутящего момента будет осуществляться непосредственно с первичного на ведомый вал. Шестерни, находящиеся на валах в передаче момента не будут участвовать — образуется так называемая прямая передача.

Рисунок 2.27 — Схема двухвальной механической пятиступенчатой коробки передач: Вх — ведущий вал; Вых — ведомый вал; Кс1;Кс2; Кс3 — каретки синхронизаторов переключения передач; Зх — шестерня включения заднего хода; 1-10 — номера шестерен

В представленной на рис. 2.27 схеме двухвальной коробки в передаче крутящего момента участвуют только две шестерни. Переключение передач осуществляется каретками синхронизаторов Кс1 —Кс3. Каретка Кс1 управляет переключением между первой и второй передачами, каретка Кс2 управляет переключением между третьей и четвёртой передачами, каретка Кс3 осуществляет включение пятой передачи.

Шестерни ведущего вала жёстко посажены на вал без возможности перемещения, шестерни ведомого вала посажены на подшипники скольжения и могут вращаться относительно вала.

При включённой первой передаче крутящий момент передаётся через шестерни 1-2\ при второй передаче через шестерни 3-4 и так далее.

При переключениях передач валы и шестерни вращаются с разными угловыми скоростями, и для их безударного соединения необходимо выравнивание их угловых скоростей.

Синхронизаторы предназначены для выравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен и валов при переключениях передач.

Рисунок 2.28 — Синхронизатор переключения между 4-й и 5-й передачами:

1 — вилка переключения передач; 2 — муфта синхронизатора;

3 — шестерня четвёртой передачи; 4 — конус шестерни; 5 — зубчатый венец шестерни; 6 — кольцо синхронизатора; 7 — пружина фиксатора передачи;

8 — каретка синхронизатора; 9 — стопорное кольцо; 10 — зубчатый венец первичного вала; 11 — первичный вал

Под действием вилки переключения передач 1 (рис. 2.28) муфта 2 может перемещаться из нейтрального положения в направлении шестерни 3 или первичного вала 11, в зависимости от чего осуществляется включение четвёртой или пятой прямой передачи. При включении четвёртой передачи муфта 2 перемещается в сторону шестерни 3, но при этом она входит в соединение с зубчатым венцом кольца 6 и прижимает это кольцо к конусу шестерни 4. При наличии разницы в угловых скоростях муфты 2 и шестерни 3 кольцо 6 прижимается к конусу 4 и под действием сил трения раскручивает шестерню до угловой скорости вращения муфты 2. Дальнейшее продвижение муфты 2 до зацепления с зубчатым венцом 5 шестерни 3 возможно только после достижения равенства угловых скоростей муфты синхронизатора 2 и шестерни 3.

Аналогичным образом происходит включение пятой прямой передачи при перемещении муфты 2 в направлении зубчатого венца 10 первичного вала 11. Для надёжной фиксации включённой передачи в конструкции синхронизатора служит пружинный фиксатор 7.

Механизм переключения передач (рис. 2.29) состоит из рычага 8. хомутов 9, расположенных на ползунах 1-3. В хомутах 9 имеется проточка в виде поперечного паза, по которому перемещается нижний конец рычага переключения передач 8. При переключении передач должна обеспечиваться чёткая фиксация каждой передачи. Такое решение осуществляется наличием пазов в ползунах 1-3, в которые при их перемещениях входят шарики 4. надёжно фиксирующие осевое положение каждого ползуна.

Рисунок 2.29 — Схема работы фиксатора передач и блокирующего устройства:

1-3 — ползуны; 4 — шарик фиксатора; 5 — сухарь;

6 — штифт; 7 — сухарь; 8 — рычаг переключения передач; 9 — хомуты

Вариаторная коробка передач

В современных условиях такие коробки передач нашли применение на автомобилях с мощностью двигателя до 150 кВт. Благодаря плавному изменению передаточного числа коробки передач появляется возможность достижения оптимального соответствия передаточного числа трансмиссии режиму движения с минимально возможным расходом топлива.

В общем случае известно несколько типов вариаторов, однако в современных условиях на автомобильном транспорте наибольшее распространение получила разновидность клиноремённого вариатора со шкивами переменного диаметра (рис. 2.34).

Вариатор состоит из двух шкивов, ведущего 5 и ведомого 6, каждый из которых представляет собой пару конусов, расположенных вершинами друг к другу. Между этими шкивами зажат специальный клиновый ремень 4. Каждая пара конусов 5 и 6, двигаясь в направлении друг к другу и обратно, изменяет рабочий диаметр шкивов. Когда конусы будут раздвигаться, ремень, обращенный к ним ребрами, будет проваливаться в середину шкива и огибать его по меньшему радиусу. При движении конусов друг к другу радиус получится, наоборот, больший.

Управляет шкивами обычно гидравлическая система, которая строго синхронизирует сближение конусов одного шкива и расхождение конусов другого. Один из шкивов расположен на ведущем валу, идущем от двигателя, а второй — на ведомом, идущем к колесам. Благодаря этому возможно изменять передаточное число в очень широком диапазоне.

Для обеспечения возможности совершения автомобилем заднего хода в коробке-вариаторе предусмотрен специальный узел, который меняет направление вращения выходного вала. Этим узлом может являться, например, планетарная передача.

Рисунок 2.34 — Вариативная коробка передач Mitsubishi:

1 — мокрые сцепления; 2 — редуктор; 3 — шестерня заднего хода; 4 — клиновой ремень;

5 — ведомые шкивы; 6 — ведущие шкивы

Клиноременные вариаторы имеют ремни с весьма сложным строением. В качестве ремня может быть использована лента из стали со специальным покрытием либо совокупность стальных лент (тросов) со сложным сечением, с нанизанным на них множеством тонких стальных пластинок в форме трапеции. Края этих пластинок соприкасаются со шкивами. Такое устройство позволяет ремню иметь толкающие свойства, способность передавать момент не только той своей частью, которая бежит к ведущему валу, но и обратной. В автомобилях Audi в роли ремня вариатора применяется широкая стальная цепь из пластин, контактирующая краями с конусами шкивов. Смазка ремня или цепи осуществляется особой жидкостью, способной изменять свое фазовое состояние при сильном давлении на неё в месте её контакта со шкивом. В таких условиях ремень способен передавать достаточно большое усилие без проскальзывания, несмотря на малую площадь контакта.

В зависимости от заложенного алгоритма вариатор при движении автомобиля самостоятельно меняет передаточное число в зависимости от скоростного режима, определяемого водителем, и нагрузки со стороны дороги.

К недостаткам вариативных коробок передач относится ограниченная возможность применения на двигателях мощностью более 150 кВт, высокая стоимость сервиса и ограниченный ресурс ремня и шкивов — порядка 100-150 тысяч километров.

Гидромеханическая коробка передач

Основными рабочими элементами гидротрансформатора (рис. 2.35) являются: насосное колесо Н, связанное с ведущим валом, турбинное колесо Т, связанное с ведомым валом и расположенное неподвижно, или вращающееся только в одну сторону реакторное колесо Р. Внутренняя полость гидротрансформатора заполнена специальным маслом для гидродинамических передач на 0,85-0,9 её объема. Каждое из колес гидротрансформатора имеет плоские или чаще изогнутые лопатки, расположенные под определенными углами в поперечной плоскости. Для обеспечения лучшего отвода и приёма масла на разных рабочих режимах лопатки имеют сложную с переменной кривизной форму. Увеличение момента на ведомом валу гидротрансформатора происходит за счёт использования двух напоров жидкости: активного со стороны насосного колеса и реактивного, или отражённого, со стороны реакторного колеса.

Для любого режима работы гидротрансформатора момент на турбинном колесе равен сумме моментов на насосном Мн и реакторном Мр колесах, М т — М н + М р.

Рисунок 2.35 — Схема работы гидротрансформатора: 

Н— насосное колесо; Т— турбинное колесо; Р — реакторное колесо; Ме — момент на коленчатом валу двигателя; Л — момент на валу турбинного колеса

Внешняя характеристика гидротрансформатора есть зависимость момента на турбинном колесе 3, от частоты его вращения ит при постоянной частоте вращения и моменте на насосном колесе. Как видно из рис. 2.36, при повышении частоты вращения турбинного колеса момент на этом колесе изменяется по зависимости, близкой к гиперболической, что весьма желательно для разгонной характеристики автомобиля, поскольку момент Л , турбинного колеса передаётся с определёнными преобразованиями в агрегатах трансмиссии на ведущие колёса автомобиля. Точка nTmax пересечения кривой момента Мт с осью абсцисс обозначает максимальную частоту вращения турбинного колеса и является эквивалентом максимальной скорости автомобиля для определённых нагрузочных условий.

При этом КПД гидротрансформатора изменяется по параболической зависимости. Как видно из рис. 2.36, в момент начала движения автомобиля при nT = 0 момент на турбинном колесе имеет максимально возможную величину, Мт =Мгтах, но КПД рт = 0. Максимальная величина КПД ц, = p^x наблюдается при nT = ОДпттах. Далее, при nT = Лтшах КПД становится равным нулю, рт = 0. Указанное изменение КПД гидротрансформатора обусловлено тем, что при увеличении частоты вращения турбинного колеса происходит изменение вектора потока масла со стороны его лопаток на лопатки стоящего реакторного колеса. В точке при  nT = 0,5nTmax поток отражённого от реакторного колеса масла становится равным нулю. При дальнейшем увеличении частоты вращения турбинного колеса давление масла на его лопатки со стороны реакторного колеса, а следовательно, и момент на реакторном колесе Мр изменит знак и станет его тормозить, что будет являться причиной снижения КПД. Для ликвидации такого нежелательного явления реакторное колесо размещается на обгонной муфте, которая даёт ему возможность при смене знака момента на реакторном колесе приходить во вращение вместе с турбинным колесом. Такое решение превращает рабочий процесс гидротрансформатора после точки nT = 0,5nTmax в рабочий процесс гидромуфты, при котором момент на турбинном колесе становится равным моменту на насосном колесе (Мн = Мт), а КПД далее возрастает по линейной зависимости.

Рисунок 2.36 — Внешняя характеристика гидротрансформатора

Коэффициент трансформации к, являющийся аналогом передаточного числа в механической коробке передач, показывает, во сколько раз увеличивается крутящий момент на валу турбинного колеса относительно момента на валу насосного колеса. Величина коэффициента трансформации зависит от моментов на турбинном и насосном колёсах, которые, в свою очередь, определяются частотой вращения коленчатого вала двигателя, скоростью автомобиля и нагрузкой со стороны дороги. В современных конструкциях гидротрансформаторов максимальная величина коэффициента трансформации обычно находится на уровне 3,5-4,8. В ряде случаев этого оказывается недостаточно для обеспечения автомобилю надлежащих эксплуатационных свойств, поскольку при существующих дорожных условиях требуется повышение крутящего момента в 5-8 раз.

Рисунок 2.37 — Гидромеханическая коробка передач:

1 — муфта блокировки гидротрансформатора; 2 — гидротрансформатор; 3 — четырёхступенчатый понижающий редуктор с роботизированным управлением; 4 — выходной вал; 5 — масляный насос; 6 — обгонная муфта реакторного колеса гидротрансформатора

Переключение передач в механическом редукторе осуществляется автоматически — так же, как в роботизированных коробках передач. Наличие гидротрансформатора позволяет снизить число ступеней редуктора по сравнению с роботизированной коробкой и плавно регулировать изменение общего передаточного числа трансмиссии в пределах включённой в редукторе передачи. Кроме того, отсутствие жёсткой связи между коленчатым валом двигателя и ведущими колёсами снижает динамические нагрузки в двигателе и агрегатах трансмиссии, что увеличивает их ресурс в 1,4—1,7 раза.

К недостаткам гидромеханических коробок передач относится сложность конструкции и повышенная стоимость, а также меньший на 7-10 % по сравнению с механическими коробками КПД, вызывающий повышение расхода топлива на такую же величину. Однако повышение удобства управления автомобилем и увеличение ресурса его агрегатов создают достаточные предпочтения для широкого использования автоматических коробок передач на автомобильном транспорте.

Раздаточная коробка передач

Раздаточные коробки применяются в автомобилях с приводом более чем на одну ось и предназначены для распределения крутящего момента между ведущими осями. При этом привод между ведущими осями может быть блокированным, то есть не допускающим разницу угловых скоростей вращения валов привода ведущих осей, либо дифференциальным, допускающим возможность вращения таких валов с разными угловыми скоростями.

Наличие блокированного привода предопределяет явление циркуляции момента между ведущими осями из-за дорожных неровностей, которые вынуждают колёса передней и задней осей вращаться с разными угловыми скоростями. Вследствие разницы в угловых скоростях вращения колёс передней и задней оси происходит перетекание момента между осями, что приводит к повышенному нагружению деталей главных передач, межосевых дифференциалов, полуосей и колёс. При этом в качестве компенсаторов, воспринимающих дополнительные нагрузки от такого явления, выступают эластичные шины.

Рисунок 4.1 — Раздаточная коробка автомобиля Nissan Murano:

1 — фланец привода задней оси; 2 — корпус; 3 — цепь; 4 — межосевой дифференциал; 5 — вилка привода включения понижающего редуктора и блокировки межосевого дифференциала; 6 — понижающий редуктор; 7 — первичный вал; 8 — фланец привода передней оси

Наличие межосевого дифференциала 4 (рис. 4.1) допускает разницу угловых скоростей вращения фланцев 1 и 8, в результате чего ликвидируется явление циркуляции момента между осями. Однако при наличии симметричного межосевого дифференциала в случае буксования одного из ведущих колёс весь крутящий момент может уйти на это колесо и автомобиль не сможет двинуться с места. Для ликвидации такого нежелательного явления в конструкции раздаточных коробок предусматривается возможность блокировки межосевого дифференциала, в некоторых случаях с переключением раздаточной коробки на пониженную передачу.

Блокировка межосевого дифференциала может допускаться на короткое время, чтобы преодолеть труднопроходимый участок дороги, после прохождения которого дифференциал необходимо разблокировать. В некоторых конструкциях включение пониженной передачи и блокировки межосевого дифференциала осуществляется автоматически по показаниям датчиков с управлением от бортового компьютера, управляющего кроме основных функций режимом работы коробки передач. Такое решение получило название интеллектуального полного привода.

Интеллектуальный полный привод позволяет снижать расход топлива при движении на усовершенствованных дорогах, где нет необходимости передачи крутящего момента на все колёса. Однако качество работы такой системы зависит от заложенного алгоритма, который должен учитывать влияние большого числа внешних факторов, которые обычно учитывает водитель. При незначительных осложнениях дорожной обстановки включение и отключение полного привода происходят в требуемые моменты. Однако при прохождении участков, которые можно преодолеть только с разгона, включение полного привода происходит с запаздыванием, что в известной мере ухудшает проходимость автомобиля. В качестве основного недостатка алгоритма интеллектуального полного привода выступает невозможность прогнозирования системой изменения дорожной обстановки, что в настоящее время может осуществлять только водитель.

Любая коробка передач должна иметь механизм защиты от включения двух передач одновременно. Для решения такой задачи в ползунах выполняются вертикальные выточки с возможностью небольшого зазора между ними и сухарями, а также штифтом. Такое решение позволяет вывести из нейтрального положения только один из ползунов. Другие два ползуна при этом оказываются заблокированными.

Трехвальные коробки передач

Трехвальные коробки передач (рис. 3.14) характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время как у двухвальной — одна.

Рис. 3.14. Трехвальная коробка передач: 1 — первичный вал; 2 — крышка подшипника; 3 — выключатель света заднего хода; 4 — манжета первичного вала; 5 — задний подшипник первичного вала; 6 — шестерня привода промежу точного вала; 7 — сапун; 8 — шестерня III передачи; 9 — передний картер; 10 — шестерня I передачи; 11 — шестерня заднего хода; 12 — штоки переключения передач; 13 — шарик-фиксатор; 14 — пружина; 15 — рычаг переключения; 16 — защитный уплотнитель; 17 — колпак рычага; 18 — корпус рычага переключения; 19 — задний картер; 20 — вторичный вал; 21 — манжеты удлинителя заднего картера; 22 — сталебаббитовая втулка; 23 — шестерня привода спидометра; 24 — привод спидометра; 25 — задний подшипник промежуточного вала; 26 — шестерня V передачи; 27 — болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода; 28 — промежуточная шестерня заднего хода; 29 — промежуточный вал; 30 — маслозаливная пробка

Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передач. Для повышения жесткости картера коробки передач широко применяют оребрение. Применение новых технологий и материалов дает возможность уменьшить массу коробок передач, а создание новых синхронизаторов обеспечивает улучшение легкости включения передач.

Пятиступенчатая двухвальная коробка передач

Рис. 3.12. Пятиступенчатая двухвальная коробка передач легкового автомобиля с поперечным расположением двигателя: 1 — задняя крышка картера коробки передач; 2 — ведущая шестерня V передачи; 3 — шариковый подшипник первичного вала; 4 — ведущая шестерня IV передачи первичного вала; 5 — первичный вал; 6 — ведущая шестерня III передачи первичного вала; 7 — картер коробки передач; 8 — ведущая шестерня II передачи первичного вала; 9 — шестерня заднего хода; 10 — промежуточная шестерня заднего хода; 11 — ведущая шестерня I передачи первичного вала; 12 — роликовый подшипник первичного вала; 13 — сальник первичного вала; 14 — сапун; 15 — фланец муфты; 16 — подшипник выключения сцепления; 17 — направляющая втулка муфты; 18 — роликовый подшипник вторичного вала; 19 — вторичный вал; 20 — ось сателлитов; 21 — ведущая шестерня привода спидометра; 22 — шестерня полуоси; 23 — коробка дифференциала; 24 — сателлит; 25 — картер сцепления; 26 — пробка для слива масла; 27 — ведомая шестерня главной передачи; 28 — регулировочное кольцо; 29 — роликовый конический подшипник дифференциала; 30 — сальник полуоси; 31 — ведомая шестерня I передачи вторичного вала; 32 — синхронизатор I и II передач; 33 — ведомая шестерня II передачи вторичного вала; 34 — стопорное кольцо; 35 — упорное полукольцо; 36 — ведомая шестерня III передачи вторичного вала; 37 — синхронизатор III и IV передач; 38 — ведомая шестерня IV передачи вторичного вала; 39 — шариковый подшипник вторичного вала; 40 — ведомая шестерня V передачи вторичного вала; 41 — синхронизатор V передачи; 42 — игольчатый подшипник; 43 — вилка переключения передач

Конструкция двухвальной пятиступенчатой коробки передач

Рис. 3.13. Конструкция двухвальной пятиступенчатой коробки передач при переднем приводе и продольном расположении двигателя (Москвич-2141): 1 — фланец полуоси; 2 — подшипник дифференциала; 3 — ведущая шестерня редуктора привода спидометра; 4 — коробка дифференциала; 5 — ведомая шестерня главной передачи; 6 — манжета (сальник); 7 — подшипник выключения сцепления; 8 — картер сцепления; 9 — первичный вал; 10 — сателлит; 11— полуосевые шестерни; 12 — ось промежуточной шестерни заднего хода; 13 — промежуточная шестерня заднего хода; 14 — шестерня передачи заднего хода первичного вала; 15 — шестерня I передачи первичного вала; 16 — синхронизатор I и II передач; 17 — шестерня II передачи первичного вала; 18 — ведущая шестерня III передачи;19 — синхронизатор III и IV передач; 20— ведущая шестерня IV передачи; 21 — ведущая шестерня V передачи; 22 — синхронизатор V передачи; 23 — выключатель света заднего хода; 24 — вал переключателя передач; 25 — переключатель передач; 26 — шток вилок переключения V передачи и заднего хода; 27 — шток вилок переключения III и IV передач; 28 — шток вилок включения I и II передач; 29 — плунжер; 30— ведомая шестерня V передачи; 31 — ведомая шестерня IV передачи; 32 — ведомая шестерня III передачи; 33 — ведомая шестерня II передачи; 34 — ведомая шестерня I передачи; 35 — ведомая шестерня заднего хода; 36 — ведущая шестерня главной передачи; 37 — картер главной передачи; 38 — пробка маслосливного отверстия; а — отверстие-сапун

Понижающий редуктор

Понижающий редуктор (демультипликатор) размещается за коробкой передач. Демультипликатор выполняют двух или трехступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему еще больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.

Механизм переключения передач должен обеспечить четкое переключение, надежную фиксацию включенной передачи и предотвратить возможность одновременного включения нескольких передач. В его состав входят штоки, вилки и фиксаторы. В приводе включения применяют рычаги, тросы и в последнее время гидростатический привод. Для уменьшения трения ползуны механизма переключения покрывают тефлоном или применяют игольчатые подшипники в шарнирах.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Трансмиссия | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 103 | Теги: колесо, переключение, муфта, Шестерня, Вариаторная коробка передач, роботизированная коробка передач, Автоматическая коробка передач, коробка передач, Механическая ступенчатая коробка пе, автомобиль, момент, вал, передача, Коробка, гидротрансформатор, Раздаточная коробка передач | Рейтинг: 3.0/1

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar