Ступенчатые коробки передач

Раздел о ступенчатых механических коробках переда начнем с рассмотрения устройства управления такой коробкой передач, имеющей четыре ступени для движения вперёд и одну ступень для движения назад.

На рис.22 показано широко распространённое устройство управления синхронизированной механической коробкой передач: 1 – Н-образная схема переключения четырёх передач (задний ход не показан на рисунке), 2 – рычаг ручного переключения, 3 – кривошип, жёстко сидящий на валу 4, 5 – муфта соединения валов 4 и 7, 8 – коробка передач, 9 – сочленение кривошипа вала 7 с валом10 коробки передач, 11 – фиксаторы включенной передачи (в пружине показано устройство фиксатора в виде подпружиненного шарика, входящего в углубление на валу), 13 – вал коробки передач с шестернями. 6 – в пружине показано устройство переключения передач посредством осевого перемещения кольца синхронизатора, в канавку которого входит вилка переключения. Как это следует из рисунка, переключения передач осуществляет путем перемещения рычага в соответствии со схемой переключения. При этом осуществляется поворот валов 4 и 7вокруг их оси и перемещение вдоль оси вращения. Коробка является трёхходовой (третий ход – задняя передача), первый ход – передачи 1 и 2, второй ход – передачи 3 и 4. Шестерни имеют постоянное зацепление. Переключение передач осуществляются за счёт поочередного жёсткого соединения шестерён с валом, на котором они вращаются.

На рис.23 в качестве примера показана современная механическая ступенчатая коробка передач легкового автомобиля. Это пятиступенчатая коробка передач для автомобиля классической компоновки (ZF Synchroma S5-31): 1 – ведущий вал, 2,5 – ведомый вал, 3 – шток переключения, 4 – промежуточный вал.

Ниже приводятся две схемы ступенчатых механических коробок передач. На рис.24 в качестве примера показана схема коробки передач легкового автомобиля «Волга» – ГАЗ 3102 классической компоновки. Коробка передач трёхвальная, трёхходовая. На рисунке обозначено: цифры без кружков обозначают: 1 - первичный вал, 2 – промежуточный вал, 3 – вторичный вал, 4 – муфта включения 3-й и 4-й передач, 5 – шестерня заднего хода (3Х), выполненная заодно целое с муфтой включения 1-й и 2-й передач. Цифры и буквы в кружках означают: – шестерня 1-й передачи вторичного вала, ­ – шестерня 2-й передачи вторичного вала, ® – шестерня 3-й передачи вторичного вала, ¯ – шестерня первичного вала с венцом 4-й прямой передачи, 3Х – шестерня заднего хода промежуточного вала.

Первичный вал передаёт момент от коленчатого вала двигателя через сцепление, вторичный вал передаёт момент на карданную передачу, Промежуточный вал представляет собой блок шестерён на полом валу, который вращается вокруг неподвижного вала на игольчатых подшипниках. Синхронизатор и паразитная шестерня заднего хода на рисунке не показаны.

На рис.25 в качестве примера показана схема коробки передач переднеприводного легкового автомобиля с поперечной установкой двигателя. Обычно коробка передач, главная передач и дифференциал размещаются в общей картере 1, при этом достигается большая компактность всего узла. На рис.25 обозначены цифрами без кружков: 2 – ведущий вал коробки передач, 3 – ведомый вал коробки передач, 4 – ведущая шестерня главной передачи, 5 – ведомая шестерня главной передачи, 6 – коробка дифференциала, 7,8 – шарниры равных угловых скоростей. Цифры в кружках означают шестерни соответствующих передач по аналогии с предыдущим рисунком.

Коробка передач двухвальная, синхронизаторы не показаны, не показана также и паразитная шестерня заднего хода.

Рассмотри в качестве примера пятиступенчатую коробку передач грузового автомобиля КамАЗ 6Х4, предназначенного для работы без прицепа. Эта механическая коробка с пятью передачами для движения вперёд и одной – для движения назад. Коробка имеет два синхронизатора для включения второй и третьей, четвертой и пятой передач. На всех передачах, кроме первой и заднего хода, установлены косозубые шестерни постоянного зацепления. Шестерни первой передачи и заднего хода прямозубые, включаются с помощью муфты. Коробка передач предназначена для работы на автомобиле с передним двигателем и задними ведущими осями, поэтому она имеет классическую компоновку - является трёхвальной.

Поперечный разрез коробки дан на рис.26, где: 1 – шестерня первой передачи вторичного вала, 2 – блок шестерён заднего хода, 3 – сливная пробка, 4 – шестерня второй передачи вторичного вала, 5 - шестерня третьей передачи промежуточного вала, 6 – шестерня четвертой передачи промежуточного вала, 7 – картер, 8 – вторичный вал, 9 – шестерня привода промежуточного вала, 10 – крышка переднего подшипника промежуточного вала, 11 – промежуточный вал, 12 – кольцевая гайка крепления подшипника, 13 – первичный вал, 14 – муфта включения сцепления, 15 – сальник, 16 – маслонагнетающее кольцо, 17 – крышка заднего подшипника первичного вала, 18 – синхронизатор четвертой и пятой передач, 19 – упорная шайба. 20 – замочная шпонка упорной шайбы, 21 – шестерня четвёртой передачи вторичного вала, 22 – шестерня третьей передачи вторичного вала, 23 – синхронизатор второй и третьей передач. 24 – втулка шестерни заднего хода, 25 – ось блока шестерён заднего хода, 26 – муфта включения первой передачи и заднего хода, 27 – втулка шестерни первой передачи, 28 – червяк привода спидометра, 29 – сальник крышки подшипника вторичного вала, 30 – фланец, 31 – крышка заднего подшипника вторичного вала, 32 – задняя крышка промежуточного вала, 33 – упорная шайба, 34 – стакан подшипника.

Рассмотрим подробно работу коробки передач последовательно на всех ступенях. С этой целью предварительно познакомимся с устройством синхронизатора – узла коробки, с помощью которых осуществляется две операции – синхронизация соединяемых элементов (уравнивание скоростей) и последующее соединение их друг с другом.

На рисунке показан синхронизатор второй и третьей передач, состоящий из связанных друг с другом фрикционных колец второй (2) и третьей (3) передач, связанных друг с другом пальцами: восемь пальцев блокирующих (3) и четыре фиксирующий (1). Рис.27а показывает устройство синхронизатора, а рис.27б - положение при включении третьей передачи. Каретка 5 имеет три венца шлицов, которыми она сидит на шлицованной части вторичного вала. На наружной части каретки проточена кольцевая канавка, куда входят сухари вилки включения второй и третьей передач. На виде А и разрезе Б-Б рис. 27 показано, как осуществляется фиксация каретки на фиксирующих пальцах с помощью пружины 6 и шарика 7Ю входящего в канавку фиксирующего пальца 1. На виде В-В в увеличенном масштабе показано сечение винтовой канавки, нарезанной на конической поверхности фрикционных колец.

Принцип действия синхронизатора состоит в том, что сначала при перемещении каретки вместе с фиксирующими кольцами, одно из них входит в соприкосновение с соответствующей шестерней и уравнивает её частоту вращения с частотой вращения каретки, жёстко связанной шлицами со вторичным валом, а затем, преодолев сопротивление фиксаторов (утопив шарик), каретка сдвигается и входит в зацепление с шестернёй.

Синхронизатор четвертой и пятой передач принципиально не отличает от описанного, но выполнен по-другому: фиксирующие кольца имеют внутренние конические поверхности, а каретка имеет наружные зубчатые венцы, входящие в зацепление с шестернями четвертой и пятой передач, имеющих внутренние зубчатые венцы.

Прежде чем рассматривать работу коробки передач, сделаем несколько предварительных замечаний.

Напомним, что первичный вал коробки передач описается передним концом на подшипник, установленный в отверстии задней части коленчатого вала. На первичном валу на шлицах установлен ведомый диск сцепления. Когда сцепление включено, крутящий момент двигателя передаётся на первичный вал коробки передач. При выключенном сцеплении первичный вал отсоединён от коленчатого вала, в этом положении синхронизаторы могут подгонять частоту вращения свободного первичного вала к нужной величине для безударного включения соответствующей передачи. Промежуточный вал коробки передач всегда жестко через пару шестерён связан с первичным валом. В нейтральном положении оба синхронизатора и муфта третьей передачи находятся в среднем положении, двигатель вращает через включенное сцепление первичный вал, промежуточный вал и все шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. Вторичный вал при этом неподвижен.

При выключенной первой передачи муфта включения первой передачи и заднего хода передвинута вправо. Шестерня первой передачи соединена со вторичным валом и движение передаётся от первичного вала через постоянно зацепленные шестерню первичного вала и шестерню привода промежуточного вала на промежуточный вал, а далее через ведущую шестерню этого вала на шестерню первой передачи, и тем самым, на вторичный вал (рис.28). Все шестерни постоянного зацепления (второй, третьей, четвёртой и заднего хода) свободно вращаются на вторичном валу.

Включение второй передачи осуществляется путём перемещения синхронизатор второй и третьей передач вправо, что обеспечивает соединение шестерни второй передачи с вторичным валом. Передача движения в этом случае осуществляется - от двигателя через первичный вал на промежуточный вал и через шестерни постоянного зацепления второй передачи на вторичный вал (рис.28).

Переключение во второй передачи на третью происходит при смещении влево синхронизатора второй и третьей передач. При этом движение передаётся, как и на первой и второй передачах, от первичного вала на промежуточный и далее от промежуточного на вторичный через пару шестерён третьей передачи (рис.28).

Аналогичным образом происходит передача движения на четвертой передаче. В этом случае синхронизатор второй и третьей передач, муфта включения первой передачи и заднего хода находятся в нейтральном (среднем) положении, а синхронизатор четвертой и пятой передач передвинут вправо. Ведомая шестерня четвертой передачи сцеплена с вторичным валом (рис.28).

Пятая передача прямая, то есть движение на этой передаче передаётся путём соединения первичного вала со вторичным, и они вращаются как одно целое. Это обеспечивается путем перевода синхронизатор четвёртой и пятой передач влево (рис.28).

Задний ход включается смещением муфты включения первой передачи и заднего ходя влево. При этом движение передаётся от первичного вала к промежуточному, а от промежуточного на блок паразитных шестерён заднего хода, и далее на ведомую шестерню заднего хода и на вторичный вал. Паразитные шестерни нужны для изменения направления вращения вторичного вала (рис.28).

Во многих случаях механические коробки передач грузовых автомобилей выполняются многоступенчатыми с числом передач до 16 – 18. Для обеспечения компактности они строятся по схеме: мультипликатор (делитель) – основная коробка передач – демультипликатор. При этом тормоз-замедлитель может монтироваться на коробке передач.

Пример такого решения дан на рис.29, где показана 16-ти ступенчатая коробка передач фирмы ZF типа 16S220-Ecosplit. На рисунке обозначено: А – делитель, В – основная коробка передач, С – демультипликатор, 1 – ведущий вал, 2 – узел присоединения управляющей тяги, 3 – главный вал, 4 - шток переключения передач, 5 – планетарная передача – демультипликатор, 6 – ведомый вал, 7 – промежуточный вал, 8 – встроенный гидродинамический тормоз-замедлитель.

Мультипликатор или делитель – это коробка передач, имеющая, как правило, две передачи, например, прямую понижающую. Своё название эта коробка передач получила потому, что она позволяет размножить (мультипликатор) или разделить (расщепить – делитель) общее число передач основной коробки.

Демультипликатор – это также коробка передач, позволяющая дополнительно понизить общее передаточное число; часто демультипликатор выполняется в виде планетарной передачи.

Часто в целях унификации коробка передач грузового автомобиля выполняется в двух вариантах: в виде простой пятиступенчатой коробки передач и в виде комбинации делителя с этой пятиступенчатой коробкой.

Именно так строятся коробки передач автомобиля КамАЗ. Простая пятиступенчатая коробка передач рассмотрена выше. На тягачах КамАЗ, работающих в составе автопоезда, устанавливается десятиступенчатая коробка передач, состоящая из основной пятиступенчатой коробки передач и присоединённого к ней спереди делителя.

Коробка передач имеет десть передач вперед и две передачи заднего хода. Пятая низшая передача прямая, пятая высшая – ускоряющая. Делитель снабжён синхронизатором для включения высших и низших передач.

Основная пятиступенчатая коробка передач описана выше, но отличается от неё некоторыми конструктивными особенностями, связанными с необходимостью стыковки с делителем.

Поперечный разрез десятиступенчатой коробки передач КамАЗ показан на рис.30, где обозначены: 1 – шестерня первой передачи вторичного вала, 2 – блок шестерён заднего хода, 3 – шестерня заднего хода вторичного вала, 4 – шестерня второй передачи вторичного вала, 5 – шестерня третьей передачи промежуточного вала, 6 – шестерня четвертой передачи промежуточного вала коробки передач, 9 – вторичный вал, 10 – шестерня привода промежуточного вала, 11 – промежуточный вал делителя, 12 – шестерня привода промежуточного вала делителя, 13 – упорная шайба, 14 – крышка подшипника, 15 – первичный вал коробки передач, 16 – крышка подшипника первичного вала делителя, 17 – картер сцепления, 18 – сальники крышки первичного вала делителя, 19 – первичный вал делителя, 20 – муфта выключения сцепления, 21 – маслонагнетающее кольцо, 22 – концевая гайка подшипника первичного вала делителя, 23 – втулка подшипника, 24 – шестерня первичного вала делителя, 25 – вилка переключения делителя, 26 – валик вилки, 27 – синхронизатор делителя, 28 – гайка заднего подшипника первичного вала коробки передач, 29 – зубчатая муфта включения низшей передачи делителя, 30 – крышка подшипника, 31 – синхронизатор четвертой и пятой передач коробки передач, 32 – упорная шайба, 33 – шестерня четвертой передачи вторичного вала, 34 – втулка четвертой передачи, 35 – шестерня третьей передачи вторичного вала, 36 – синхронизатор второй и третьей передач, 37 – втулка шестерни заднего хода, 38 – верхняя крышка коробки передач, 39 – муфта включения заднего хода и первой передачи, 40 – втулка шестерни первой передачи, 41 – червяк привода спидометра, 42 – сальник крышки подшипника вторичного вала, 43 – гайка фланца, 44 – фланец, 45 – крышка заднего подшипника вторичного ала. 46 – задняя крышка промежуточного вала, 47 – упорная шайба, 48 – стакан подшипника.

Делитель передач механический, ускоряющий с пневматическим приводом включения низшей и высшей передач. Промежуточный вал делителя установлен соосно с промежуточным валом коробки передач и связан с ним с помощью шлицев. Синхронизатор делителя конструктивно аналогичен синхронизаторам основной коробки передач.

Работа делителя поясняется рис.31, где показаны направления передачи мощности при двух положениях делителя: на рис.31 видно, что в отличие от пятиступенчатой коробки передач здесь мощность передаётся на промежуточный вал через пару шестерён делителя, в этом случае получается повышенный ряд передаточных чисел – включена повышающая передача.

На рис.32 показана передача мощности при включении прямой передачи делителя – получается нормальный ряд передаточных чисел основной пятиступенчатой коробки передач – включена понижающая (прямая) передача.

Схема коробки передач грузового автомобиля большой грузоподъёмности показана на рис.33. Коробка состоит из делителя (мультипликатора), основной коробки и демультипликатора планетарного типа.

Делитель обеспечивает два ряда передач: повышающий понижающий. Повышающий ряд обеспечивается смещением синхронизатора 1 влево (вперед), понижающий ряд включается путём смещения синхронизатора 1 вправо (назад).

В основной коробке четыре передачи: понижающая передача включается смещением синхронизатора 4 влево (если этот синхронизатор переместить вправо, то отключиться задний ход). Вторая передача включается смещением синхронизатор 3 вправо, третья - смещением этого синхронизатора влево. Повышающая передача включается смещением синхронизатора одностороннего действия влево.

В задней части коробки передач размещается компактная зубчатая передача в виде простого планетарного ряда. Это редуктор или демультипликатор, обеспечивающий две передачи с помощью синхронизатора 5. Прямая передача включается смещением синхронизатора 5 вправо. При этом коронная шестерня блокируется с выходным валом, с которым жёстко связано водило, поэтому вся планетарная передача вращается как одно целое. Понижающая передача в демультипликаторе включается смещением синхронизатора 5 влево, это связывает коронную шестерню с картером и выходной вал соединяется с водилом.

Особенностью данной коробки передач является то, что она имеет две передачи в делителе, четыре передачи в основной коробке и две передачи в демультипликаторе, то есть общее число передач 2Х4Х2 = 16. На самом деле коробка устроена так, что при включении прямой передачи в демультипликаторе первая передача в основной коробке блокируется, то есть не может быть включена. Значит, в этом случае вся коробка передач имеет 2Х3 = 6 передач. При включении же понижающей передачи в демультипликаторе общее число передач 2Х4 = 8. Таким образом, данная коробка передач имеет 6 + 8 = 14 передач. Блокировка первой передачи при включенной прямой передаче в демультипликаторе сделана потому, что этот режим нужен для движения по хорошей дороге пустого грузовика и нет надобности в использовании первой передачи.

Встречается также другое решение – так называемая схема ГСК – гидротрансформатор – сцепление – коробка передач. На рис. 34 приведена в качестве примера схема такой коробки фирмы ZF тип Transmatic WSK 400, где 1 – гидротрансформатор с муфтой блокировки, 2 – гидронасос, 3 – сцепление, 4 – усилитель привода сцепления. Схема ГСК применяется на автомобилях большой грузоподъёмности для облегчения трогания с места.

За последние годы получили широкое распространение схемы автоматического управления такими коробками передач на грузовых автомобилях. При этом, подобно легковым автомобилям с автоматическими коробками на грузовых автомобилях предусматривается также два режима работы: автоматический и ручной.

На рис.35 показана механическая коробка передач грузового автомобиля, выполненная по схеме ГСК, с пневматическими исполнительными элементами и с электронным (цифровым) управлением в двух режимах: автоматическом и ручном. На рисунке обозначено: 1 – индикатор включенной передачи, 2 – кнопки переключения (слева направо: R – задний ход, N – нейтраль, D – движение, - кнопка включения на пониженную передачу в ручном режиме. М – кнопка перевода в режим ручного переключения, + - кнопка включения повышенной передачи), 3 – электронный блок управления, 4 - подключение к источнику питания. 5 – центральное присоединение для контроля работы узла гидротрансформатор – сцепление, 6 – индуктивный датчик частоты вращения до и после переключения, 7 – подключение к конечному элементу системы электронного управления топливоподачей (Е-gas), 8 – педаль управления подачей топлива с датчиком нагрузки и устройством переключения на пониженную передачу (kick-down), 9 – ограничительный клапан избыточного давления, 10 – ресивер, 11 – фильтр, 12 – гидротрансформатор, 13 – индикатор включения передачи заднего хода, 14 – пневмоцилиндр включения передачи заднего хода, 15 – датчик индикатор включения передачи, 16 – датчик нейтрали, 17 – основной клапан переключения, 18 – центральный блок управления клапанами, 19 – датчик индикатора делителя, 20, 21 – пневмоцилиндры переключения передач, 22 – датчик спидометра электронного, 24 – клапан переключения демультипликатора, 25 – клапан переключения делителя.

Дата добавления: 2015-10-31