Назначение и типы.

Коробкой передач называется механизм трансмиссии, изменяющий при движении автомобиля соотноше­ние между скоростями вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес.

Коробка передач служит для изменения крутящего момента на ведущих колесах автомобиля, длительного разъединения двигате­ля и трансмиссии и получения заднего хода.

Крутящий момент на ведущих колесах необходимо изменять в соответствии с дорожными условиями для обеспечения оптималь­ной скорости и проходимости автомобиля, а также для наиболее экономичной работы двигателя.

Двигатель и трансмиссию необходимо разъединять на продолжительное время при работе двигателя на холостом ходу.

Задний ход автомобиля требуется для совершения автомоби­лем определенных маневров.

Изменение крутящего момента на ведущих колесах и скорости движения автомобиля осуществляется путем увеличения или умень­шения передаточного числа коробки передач, представляющего собой отношение скорости вращения ведущего вала к скорости вращения ведомого вала.

Наличие коробки передач в трансмиссии позволяет повысить тягово-скоростные свойства, топливную экономичность и прохо­димость автомобиля.

В зависимости от типа и назначения автомобилей на них при­меняются различные типы коробок передач (рис. 4.32).

На большинстве легковых и грузовых автомобилей применя­ются ступенчатые коробки передач. Все большее распространение в настоящее время на легковых автомобилях и автобусах получают гидромеханические коробки передач, состоящие из гидротранс­форматора и ступенчатой механической коробки передач.

Ступенчатые коробки передач. В общем случае ступенчатая ко­робка передач представляет собой зубчатый (шестеренный) меха­низм, в котором изменение передаточного числа происходит сту­пенчато. Передаточные числа ступенчатой коробки передач на всех передачах, кроме высшей, больше единицы (ик > 1). При включении этих передач уменьшается скорость вращения ведомо­го (вторичного) вала коробки передач и почти во столько же раз увеличивается передаваемый крутящий момент двигателя.

Высшая передача в ступенчатых коробках передач может быть прямой (иk = 1) или повышающей (ик < 1). При повышающей передаче снижается скорость вращения коленчатого вала двигате­ля на 10... 20 %, повышается долговечность деталей коробки пере­дач и уменьшается расход топлива при движении с той же скоро­стью, что и на прямой передаче.

На автомобилях применяются различные типы ступенчатых коробок передач (рис. 4.33).

 

 

Рис. 4.32. Типы коробок передач, классифицированных по различным признакам.

 

 

Рис. 4.33. Типы ступенчатых коробок передач, классифицированных по различным признакам.

Двухвальные коробки передач применяются на переднепривод­ных легковых автомобилях малого класса и заднеприводных лег­ковых автомобилях с задним расположением двигателя. Число пе­редач таких коробок составляет 4—5. Высшая передача в двухвальных коробках часто бывает повышающей, а большинство передач синхронизировано.

Трехвальные коробки передач устанавливаются на заднепри­водных легковых автомобилях с передним расположением двига­теля, на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемно­сти и на автобусах. Число передач в этих коробках составляет не менее четырех для легковых и грузовых автомобилей малой грузо­подъемности и от четырех до шести для грузовых автомобилей средней грузоподъемности.

Многовальные коробки передач применяются на грузовых ав­томобилях большой грузоподъемности с целью увеличения числа передач. Чем больше число передач в коробке передач, тем лучше используется мощность двигателя и выше тягово-скоростные свой­ства и топливная экономичность автомобиля. Однако при этом усложняется конструкция коробки передач и затрудняется выбор передачи, оптимальной для данных условий движения. В многовальных коробках передач число передач может быть от 8 до 24. В связи с этим многовальные многоступенчатые коробки передач наибольшее применение получили на автомобилях-тягачах, ра­ботающих с прицепами и полуприцепами.

Переключение передач в большинстве ступенчатых коробок передач выполняется водителем. Однако в последнее время по­явились конструкции ступенчатых коробок передач, в которых переключение передач автоматизировано на основе применения микропроцессорной техники.

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

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

В двухвальной коробке передач на любой передаче, кроме заднего хода, крутящий момент двигателя передается двумя шес­тернями 2 и 3 (рис. 4.34) непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4, который соединен с ведущими колесами авто­мобиля. Движение автомобиля задним ходом обеспечивается про­межуточной шестерней 6, которая вводится в зацепление между шестернями 5 и 7. В результате этого вторичный вал коробки пере­дач вращается в сторону, противоположную вращению первично­го вала 1.

Конструкция двухвальной коробки передач, применяемой на переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ, представлена на рис. 4.35. Коробка передач механическая, четырехступенчатая, трех­ходовая, с постоянным зацеплением шестерен, с синхронизато­рами и ручным управлением.

Картер 18 коробки передач, отлитый из алюминиевого сплава, соединен шпильками с картером 17 сцепления и образует с ним единый картер, в котором размещены первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами, главная передача и меж­колесный дифференциал. Главная передача — одинарная, цилин­дрическая, косозубая. Дифференциал — конический, двухсателлитный, симметричный, малого трения. Картер коробки передач сзади закрыт крышкой 27, в которой установлен сапун 1 для связи внутренней полости коробки передач с атмосферой.

 

Рис. 4.34. Схема работы двухвальной коробки передач:

а — движение вперед; б — движение задним ходом;

1 — первичный вал; 2, 3, 5, 6, 7 — шестерни;

4 — вторичный вал

 

 

 

 

 

Первичный вал 2 представляет собой блок ведущих шестерен I, II, III, IV передач и заднего хода. Вал вращается в двух подшипниках, один из которых установлен в картере коробки передач, а другой - в картере сцепления. Вторичный вал 8 изготовлен вместе с ведущей шестерней 7 главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картере сцепления и в картере коробки пе­редач. На вторичном валу свободно установлены ведомые шестер­ни 23, 24, 25 и 26 соответственно I, II, III и IV передач, находя­щиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу жестко закреп­лены ступицы синхронизаторов 3 и 6.На скользящей муфте син­хронизатора 6 имеется зубчатый венец 5 для включения заднего хода. Промежуточная шестерня 35 заднего хода свободно установ­лена на оси 34, которая закреплена в картерах коробки передач и сцепления. При включении I и II передач синхронизатор 6 соеди­няет соответственно шестерни 23 и 24 с вторичным валом короб­ки передач, а при включении III и IV передач синхронизатор 3 соединяет с вторичным валом соответственно шестерни 25 и 26. Задний ход включается вилкой 36 путем введения в зацепление шестерни 35 с шестерней 4 и зубчатым венцом 5.

Синхронизатор состоит из ступицы 33, скользящей муфты 29, блокирующих колец 28, сухарей 32 с шариковыми фиксаторами 30 и пружинами 31. Ступица синхронизатора жестко крепится на вто­ричном валу коробки передач. Она имеет наружные шлицы, на которых установлена скользящая муфта 29, и шесть пазов, в трех из которых размещаются сухари с фиксаторами. Бронзовое блоки­рующее кольцо 28 имеет внутреннюю коническую поверхность, наружные зубья со скосами и шесть выступов. Выступы кольца входят в пазы ступицы с боковым зазором, ограничивающим по­ворот кольца относительно ступицы. На конической поверхности кольца нарезаны резьба и канавки, которые предназначены для разрыва масляной пленки. Передача включается после уравнивания угловых скоростей вторичного вала и свободно вращающейся на нем шестерни включаемой передачи за счет трения между коническими поверхностями блокирующего кольца и шестерни. В этом случае зубья скользящей муфты входят в зацепление с зуб­чатым венцом синхронизатора, выполненным на шестерне, которая и стопорится на вторичном валу. Ведущая шестерня 7 глав­ной передачи находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9, прикрепленной болтами к корпусу 10 дифференциала, который установлен в подшипниках 21. Внутри корпуса дифференциала установлена ось 16 с двумя сателлитами 11, находящимися в постоянном зацеплении с шестернями 12, которые связа­ны с шлицевыми хвостовиками внутренних шарниров 14 и 22 привода передних ведущих колес. Сателлиты и шестерни 12 имеют сферические опорные поверхности, что исключает применение опорных шайб.

 

На корпусе дифференциала установлена ведущая пластмассовая шестерня 13 привода 15 спидометра.

Коробка передач имеет механический привод переключения передач (рис. 4.36). Он состоит из рычага 8 со сферическим кон­цом 9, шаровой опоры 10, тяги 6, соединительного шарнира 5, штока 4 и механизмов выбора и переключения передач. Рычаг пе­реключения передач закреплен на полу кузова автомобиля. Отвер­стие в полу для тяги 6 закрыто резиновым чехлом 7. На конце штока 4 установлен рычаг 2, который связан с трехплечим рычагом 3 механизма выбора передач, выполненного отдельным узлом и размещенным в картере 1сцепления. В привод переключения передач входят также три штока с закрепленными на них вилками и шариковые фиксаторы штоков.

Коробка передач вместе с картером сцепления крепится к бло­ку цилиндров двигателя. В коробку через резьбовое отверстие с пробкой 19 (см. рис. 4.35) заливается моторное масло. Масло из коробки передач сливают через резьбовое отверстие с пробкой 20

Трехвальные коробки передач. Наибольшее распространение на легковых, грузовых автомобилях и автобусах получили трехвальные коробки передач. Эти коробки передач имеют три вала — первичный (ведущий), вторичный (ведомый) и промежуточный, на вторых установлены шестерни различных передач. Отличительной особенностью трехвальных коробок передач является наличие прямой передачи с передаточным числом ик = 1, на которой первичный и вторичный валы соединяются напрямую, и автомобиль движется большую часть времени.

На прямой передаче КПД трехвальной коробки передач больше по величине, чем у двухвальной, и коробка передач работает менее шумно. На остальных передачах, кроме заднего хода, в трех­вальной коробке передач в зацеплении находятся две пары шесте­рен, что несколько снижает КПД коробки, но позволяет иметь на первой передаче большое передаточное число. В трехвальной коробке передач (рис. 4.39) на любой передаче, кроме прямой и заднего хода, крутящий момент двигателя с пер­вичного вала 1 передается через шестерни 2 и 7 постоянного за­цепления, промежуточный вал 5 и шестерни 6 и 3 на вторичный вал 4, соединенный с ведущими колесами автомобиля. При этом крутящий момент на промежуточном валу 5 больше крутящего момента на первичном валу 1, так как диаметр и число зубьев шестерни 7 больше, чем у шестерни 2. В то же время крутящий момент на вторичном валу 4 будет больше, чем на промежуточ­ном валу 5.

При включении прямой передачи крутящий момент передает­ся непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4. При включении передачи заднего хода промежуточная шестерня 9 вво­дится в зацепление между шестернями 8 и 10. Вследствие этого вторичный вал 4 коробки передач вращается в сторону, противо­положную вращению первичного вала 7, и обеспечивается дви­жение автомобиля задним ходом.

	Рис. 4.39. Схема работы трехвальной коробки передач: а,б — движение вперед; в — движение задним ходом; 1 — первичный вал; 2,3,6,7, 8, 9, 10 — шестерни; 4 — вторичный вал; 5 — промежуточный вал

 

 

Конструкция трехвальной коробки передач и число ее передач во многом зависят от типа автомобиля. Однако широкое примене­ние получили четырех- и пятиступенчатые коробки передач на легковых и грузовых автомобилях и автобусах.

Конструкция коробки передач легковых автомобилей ВАЗ по­казана на рис. 4.40. Коробка передач механическая, четырехсту­пенчатая, трехходовая, с постоянным зацеплением шестерен, с синхронизаторами и неавтоматическая (с ручным управлением).

Коробка имеет четыре передачи для движения вперед и одну передачу для движения назад. Шестерни всех передач (кроме заднего хода) — косозубые, что уменьшает шум при работе ко­робки передач, имеют постоянное зацепление. Шестерни переда­чи заднего хода — прямозубые. Передачи для движения вперед включаются с помощью синхронизаторов, а для движения назад — передвижением промежуточной шестерни заднего хода. Переклю­чаются передачи с помощью рычага, который имеет три хода впе­ред и назад для переключения передач.

В отлитом из алюминиевого сплава картере 22 коробки передач на подшипниках установлены первичный (ведущий) 1, вторич­ный (ведомый) 8 и промежуточный 21 валы. Первичный вал вы­полнен как одно целое с шестерней 3, находящейся в постоян­ном зацеплении с шестерней 23 промежуточного вала, представ­ляющего собой блок шестерен. На вторичном валу свободно уста­новлены шестерни 5, 6 и 9 соответственно III, II и I передач* находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ше­стернями промежуточного вала. На вторичном вату также жестко закреплены ступицы синхронизаторов 4 и 7 и шестерня 10 заднего хода. Промежуточная шестерня 16 заднего хода свободно установлена на оси 18.

 

 

 

При включении I и II передач синхронизатор 7 соединяет соответственно шестерни 6 и 9 с вторичным валом коробки передач. При включении III и IV передач синхронизатор л соединяет соответственно шестерню 5 и первичный вал 1 с вторичным валом. Задний ход включается вилкой 15 путем введения в зацепление шестерни 16 с шестернями 17 и 10. Картер коробки передач закрывается крышками 19, 2 и 14. Под нижнюю 19 и зад­нюю 14 крышки установлены прокладки. Синхронизатор состоит из ступицы 31, скользящей муфты 32, блокирующих колец 30 и пружин 29. Ступица синхронизатора закреплена на вторичном валу коробки передач. Она имеет наружные шлицы, на которых уста­новлена скользящая муфта 32 с внутренними коническими по­верхностями. Блокирующие кольца 30 имеют наружные коничес­кие поверхности и внутренние зубья со скосами. Блокирующие кольца постоянно отжимаются пружинами 29 к скользящей муф­те 32. Работа синхронизатора основана на использовании сил тре­ния. Включение передачи возможно только после предваритель­ного уравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи. После уравнивания угловых скоростей за счет трения между коническими поверхностями скользящей муф­ты 32 и блокирующего кольца 30 зубья муфты входят в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора, выполненным на шестерне. В этом случае свободно вращающаяся шестерня на вторичном валу с помощью синхронизатора соединяется с вторичным валом, и передача включается.

Механизм переключения коробки передач включает рычаг пе­реключения 13, ползуны 24, 26 и 28 с вилками, шариковые фик­саторы 25 и замок 27. Рычаг 13 прижимается пружиной 11 к сфе­рической поверхности крышки 12 шаровой опоры и имеет фигур­ный конец, который при переключении передач входит в пазы вилок. Вилки, установленные на ползунах, входят в выточки сколь­зящих муфт синхронизаторов 4 и 7 и промежуточной шестерни 16 заднего хода. Шариковые фиксаторы 25 удерживают ползуны в нейтральном и включенном положениях, а замок 27 исключает одновременное включение двух передач. Замок состоит из двух блокировочных сухарей и штифта между ними. При перемещении среднего ползуна 26 оба сухаря выходят из его углублений и запи­рают крайние ползуны 24 и 28, исключая их смещение. При пере­мещении одного из крайних ползунов сухарь выходит из его углуб­ления, блокирует средний ползун и, действуя через штифт на другой сухарь, запирает также другой крайний ползун, что ис­ключает включение двух передач одновременно.

Коробка передач крепится к заднему торцу картера сцеплений в нее через резьбовое отверстие с пробкой 20 заливают трансмис­сионное масло. Внутренняя полость коробки передач через сапун сообщается с атмосферой. Масло из коробки передач сливается через резьбовое отверстие с пробкой, расположенное в нижней крышке 19.

На Рис.4.41 представлена трехвальная коробка передач легковых автомобилей ГАЗ. Коробка передач четырехступенчатая, с постоянным зацеплением шестерен, с синхронизаторами для переключения передач и с непосредственным управлением.

В картере 2 коробки передач и удлинителе 12 на подшипниках установлены первичный 7 и вторичный 13 валы. Первичный вал изготовлен вместе с шестерней 19, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 18 промежуточного вала 16, представля­ющего собой блок шестерен, который установлен на игольчатых подшипниках на оси 17, закрепленной в картере 2.

На вторичном валу свободно установлены косозубые шестерни 6, 7 и 9 соответственно III, II и I передач, которые находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями про­межуточного вала. На вторичном валу жестко закреплены ступи­цы синхронизаторов 3 и 8. Промежуточная шестерня 75 заднего хода свободно установлена на оси 14, закрепленной в картере. При включении I и II передач синхронизатор 8 соединяет соответ­ственно шестерни 9 и 7 с вторичным валом коробки передач. При включении III и IV передач синхронизатор 3 соединяет соответ­ственно шестерню 6 и первичный вал 7 с вторичным валом. Зад­ний ход включается вилкой путем введения в зацепление проме­жуточной шестерни 15 одновременно с соответствующей шестер­ней блока шестерен промежуточного вала 16 и зубчатым венцом муфты синхронизатора 8.

Синхронизатор — разборный, состоит из ступицы 23, сколь­зящей муфты 21, блокирующих колец 20, пружинных колец 24 и сухарей 22. Ступица синхронизатора жестко крепится на вторич­ном валу коробки передач. Она имеет наружные шлицы и три паза. На шлицах установлена скользящая муфта, а в пазах размещены сухари. Сухари прижимаются к шлицам скользящей муфты пру­жинными кольцами.

Бронзовые блокирующие кольца 20 имеют внутреннюю кони­ческую поверхность, наружные зубья с торцовыми скосами и три паза, куда входят сухари и ширина которых больше ширины сухарей. Работа синхронизатора аналогична работе синхронизаторов, описанных ранее.

Механизм переключения передач находится в крышке 11 коробки передач и включает рычаг переключения 10, ползуны 5 с вилками 4, шариковые фиксаторы, блокирующий штифтовой замок и пружинный предохранитель включения заднего хода. При переключении передач нижний конец рычага входит в пазы головок ползунов, которые через вилки связаны со скользящими муфтами синхронизаторов и промежуточной шестерней заднего хода.

 

Шариковые фиксаторы удерживают ползуны в нейтральном и включенном положениях. Блокирующий замок исключает одновременное включение двух передач. Пружинный предохранитель исключает ошибочное включение заднего хода при включении I или II передач, так как для включения заднего хода необходимо прилагать большее усилие.

На рис. 4.42 показана конструкция коробки передач, применя­емой на грузовых автомобилях ГАЗ. Коробка передач трехвальная, четырехступенчатая, с синхронизаторами и непосредственным управлением.

Первичный 2 и промежуточный 18 валы коробки передач свя­заны между собой через косозубые шестерни 3 и 17 постоянного зацепления. В постоянном зацеплении также находятся косозубые шестерни 9 и 10 (II и III передачи) вторичного вала с соответству­ющими шестернями промежуточного вала. При этом шестерни указанных передач свободно установлены на вторичном валу и име­ют возможность вращаться относительно вала. На промежуточном валу шестерни изготовлены совместно с валом. Шестерня 11 (I передача) прямозубая и установлена на шлицах вторичного вала. На вторичном валу также установлен синхронизатор 19, с помо­щью которого производится включение III и IV передач. Конст­рукция и работа синхронизатора такие же, как и в коробке пере­дач легковых автомобилей ГАЗ. Включение I и II передач осущест­вляется перемещением шестерни 11 на вторичном валу. Задний ход включается перемещением блока из двух шестерен 15, кото­рый установлен на отдельной оси 16.

Механизм переключения передач размещен в крышке 8 карте­ра 4 коробки передач. Он состоит из рычага 7, ползунов 5 с вилка­ми 12, шариковых фиксаторов 6 с пружинами, блокирующего замка 13 и пружинного предохранителя 1. Переключение передач осуществляется рычагом, ползунами и вилками. Фиксация вклю­ченных передач выполняется шариковыми фиксаторами 6, а од­новременное включение двух передач предотвращается замком 13. Ошибочно включение заднего хода при включении I и II передач исключается пружинным предохранителем 1. Он позволяет вклю­чать задний ход только при большем усилии на рычаге переклю­чения, чем при включении I и II передач.