Кинематическая схема коробки передач

Назначение коробка передач и требования к ней

Коробка передач служит для преобразования вращающего момента по значению и направлению, изменения силы тяги на ведущих колесах, скорости и направления движения, обеспечивает возможность движения машинно-тракторных агрегатов (МТА) задним ходом и длительное разъединение двигателя и ведущих колес.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

  • увеличение тягового усилия до значения, необходимого для преодоления сопротивления движению в заданных эксплуатационных условиях при хороших показателях топливной экономичности
  • обеспечение оптимального использования мощности двигателя, уменьшение работы буксования сцепления
  • обеспечение управления переключением передач, сокращение переключений для повышения динамических качеств
  • высокий КПД на чаще всего используемых передачах
  • наличие нейтрального положения для длительного отключения двигателя от трансмиссии, а также передачи заднего хода
  • возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования

Технический уровень современных тракторов и автомобилей, эффективность их использования в значительной мере зависят от типа трансмиссии, числа передач, перепада между ними, способа переключения передач, надежности и стоимости.

Ступенчатые коробки передач. Принцип действия

Наиболее распространены ступенчатые коробки передач. Их классифицируют по следующим основным признакам:

  • по числу передач (ступеней) — четырех- , пятиступенчатые и т.д.;
  • способу зацепления шестерен — с подвижными шестернями и с шестернями постоянного зацепления
  • расположению валов относительно продольной оси трактора — с продольным и поперечным расположением валов. В тракторах Т-16М, Т-25А и ЛТЗ-55 применены коробки передач с поперечным расположением валов, в большинстве тракторов — коробки передач с продольным расположением валов
  • способу переключения передач — коробки, переключаемые с остановкой трактора и без его остановки (на ходу)
  • способу управления — с механическим, гидравлическим и электромагнитным механизмом включения передач

Принцип работы шестеренных коробок передач основан на том, что вращение от ведущего вала к ведомому передается через шестерни, которые могут входить в зацепление друг с другом в определенных сочетаниях.

Рассмотрим работу наиболее распространенной трехвальной пятиступенчатой коробки передач с прямой передачей. Вращающий момент двигателя через сцепление передается первичному валу 7, а с него через шестерни 2 и 11 — промежуточному валу 9.

Рисунок. Кинематическая схема трехвальной коробки переключения передач (КПП) с прямой передачей: 1 — первичный вал; 2, 4, 7, 8, 10, 11 — шестерни; 3 — зубчатая муфта; 5 — корпус коробки; 6 — вторичный вал; 9 — промежуточный вял; 12 — подшипник вторичного вала

На промежуточном валу 9 жестко закреплены ведущие шестерни 10, в зацепление с которыми входят соответствующие ведомые каретки шестерен 4 вала 6. Перемещая каретки шестерен 4 по шлицам вала 6, в данной схеме можно получить пять передач вперед и одну назад. Чтобы включить прямую (пятую) передачу, необходимо первую каретку шестерен 4, выполненную в виде зубчатой муфты 3, переместить влево и ввести в зацепление с зубьями первичного вала. Тогда первичный I и вторичный 6 валы будут вращаться как одно целое.

Коробки с прямой передачей компактны. Их широко применяют на автомобилях и отдельных тракторах. Для увеличения числа передач применяют составные коробки передач. Они представляют собой комбинацию двух коробок; двухвальной, называемой редуктором, и трехвальной — основной.

Ступенчатые коробки передач

Механические ступенчатые коробки передач, в отличие от бесступенчатых, позволяют изменять крутящий момент, передаваемый трансмиссией ведущим колесам, скачкообразно (ступенчато). Это существенный недостаток такого типа коробок передач, который компенсируется простотой их конструкции, относительной надежностью и неприхотливостью. Кроме того, ступенчатые коробки передач позволяют повысить динамические качества автомобиля (например, при разгоне) и его экономичность.
По этим причинам ступенчатые коробки передач в настоящее время широко применяются во всех типах автомобилей и автобусов.

Типы ступенчатых коробок передач

Ступенчатые коробки передач классифицируются по нескольким основным признакам:

Они могут быть простыми (вальными) и планетарными в зависимости от подвижности геометрических осей их валов.

По числу валов простые коробки делятся на двух- , трех- и многовальные коробки передач.

По числу ступеней (учитываются лишь передачи переднего хода) коробки передач подразделяются на двух- , трех- , четырех- , пятиступенчатые и многоступенчатые.

По способу переключения передач коробки могут быть с подвижными зубчатыми колесами, муфтами легкого включения и с синхронизаторами.

По способу управления различают коробки передач с непосредственным, дистанционным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

По выполняемым функциям коробки передач подразделяют на основные, делители и дополнительные.

Читайте также:  Коллекторный двигатель своими руками

Читайте также  Как покрасить штампованные диски баллончиком

Помимо приведенных признаков классификации коробки передач делятся по числу ходов (плоскостей перемещения рычага переключения передач) на двухходовые и трехходовые. Двухходовыми являются трехступенчатые коробки передач, которые в настоящее время можно встретить лишь на автомобилях старых марок, например, ГАЗ-21.

На современных автомобилях в качестве основных наибольшее распространение получают простые, двух- или трехвальные коробки передач. Число передач в таких коробках обычно 4…5.
Увеличение числа передач на автомобилях-тягачах, вездеходах и автомобилях большой грузоподъемности осуществляется путем установки делителя (мультипликатора) или дополнительной коробки (демультипликатора), что позволяет соответственно повысить плотность ряда и расширить диапазон передаточных чисел.
В этом случае общее число передач равно произведению числа передач основной коробки передач и дополнительной. Многоступенчатые коробки передач имеют 5 или 6 валов и поэтому являются многовальными.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей применяются коробки передач с непосредственным управлением, при котором водитель посредством рычага воздействует на элементы механизма переключения передач (штоки, вилки, синхронизаторы или муфты) и включает выбранную передачу.
При дистанционном управлении усилие от рычага управления на механизм переключения передач осуществляется через систему тяг и рычагов.
Элементы полуавтоматического управления имеются в приводе управления делителем автомобилей марки «КамАЗ» и дополнительной коробки передач автомобиля КрАЗ-260.

Автоматический привод для управления ступенчатыми коробками передач не применяется, и обычно используется в управлении гидромеханическими коробками передач.

Планетарные коробки передач, как правило, применяют в качестве дополнительных коробок в гидромеханических передачах для усиления преобразующих свойств гидротрансформаторов.

Кинематические схемы коробок передач

Конструкционные, преобразующие и эксплуатационные свойства коробок передач зависят от ее кинематической схемы. На рис. 1 приведены наиболее распространенные кинематические схемы простых ступенчатых коробок передач.

Любая ступенчатая коробка передач представляет собой зубчатый редуктор, в картере 1 которого на валах установлены подвижные 8 или неподвижные 6, 7 зубчатые колеса. Входной вал 3 называется первичным валом, а выходной вал – вторичным валом.
В трехвальной коробке передач третий вал 10 называется промежуточным валом, а первичный и вторичный валы располагаются соосно.

Переключение передач выполняют при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными на валу зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и приводит к их повышенному износу. Поэтому на автомобилях применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес и включением передач передвижением кареток (муфт) синхронизаторов.

Подвижные зубчатые колеса выполняются прямозубыми и устанавливаются на шлицах, что позволяет им смещаться вдоль вала. На шлицах также устанавливаются муфты 5 включения передач.
Неподвижные зубчатые колеса для снижения уровня шума выполняются косозубыми и устанавливаются на валу жестко или свободно на подшипниках.
Зубчатые колеса высших передач как наименее нагруженные располагаются ближе к передней опоре, а низших передач как наиболее нагруженные – ближе к задней более жесткой опоре.

Включение той или иной передачи осуществляется путем перемещения муфт 5 переключения передач, которые блокируют зубчатое колесо 7 с вторичным валом 9 или первичный 3 и вторичный валы друг с другом на прямой передаче, на которой передаточное число равно единице.

Потери мощности в коробке передач на прямой передаче практически отсутствуют, и ее КПД близок к единице, так как ни зубчатые колеса, ни промежуточный вал в передаче крутящего момента не участвуют.
На всех других передачах, кроме прямой, крутящий момент в трехвальной коробке передач передается от первичного вала последовательно через зубчатые колеса постоянного зацепления 2 и 4 на промежуточный вал 10, и от него на сблокированную с вторичным валом пару зубчатых колес.

Например, на третьей передаче (рис. 1, а) крутящий момент передается в следующей последовательности:
первичный вал 3 зубчатое колесо постоянного зацепления первичного вала 4 зубчатое колесо постоянного зацепления промежуточного вала зубчатое колесо 12 третьей передачи промежуточного вала 2 зубчатое колесо 6 третьей передачи вторичного вала вторичный (выходной) вал 9.

Включение низших передач или передачи заднего хода может осуществляться перемещением подвижного зубчатого колеса 8.
Вращение вторичного вала в обратную сторону (при заднем ходе) происходит благодаря установке дополнительного зубчатого колеса 11.

Для обеспечения движения с большой скоростью при сравнительно небольшой частоте вращения коленчатого вала двигателя и получения тем самым максимальной экономичности, высшие передачи выполняются ускоряющими, т. е. с передаточным числом меньше единицы.

Принцип работы трансмиссии с механической ступенчатой коробкой передач наглядно показан в видеоролике, размещенном внизу страницы.

Требования к ступенчатым коробкам передач

Требования, предъявляемые к ступенчатым коробкам передач аналогичны требованиям, предъявляемым ко всем типам подобных агрегатов:

  • обеспечение высоких тягово-скоростных и топливно-экономических качеств автомобиля;
  • надежная связь двигателя с трансмиссией;
  • легкость и удобство управления;
  • обеспечение движения автомобиля задним ходом;
  • высокий КПД;
  • низкий уровень шума при работе;
  • надежность в эксплуатации и простота технического обслуживания и ремонта;
  • малые габаритные размеры и вес.
Читайте также  Калина 2 универсал цвета кузова

Читайте также:  Объем масла в кпп 2108

Надежность и долговечность коробок передач

Прочность деталей коробок передач и их КПД зависят от применяемых материалов, выбранной геометрии зубьев колес, жесткости, числа и расположения опор валов, их механической и термической обработки.

В коробке передач наиболее нагруженными элементами являются зубчатые колеса. Они подвергаются действию статических и динамических нагрузок, например, при резком включении сцепления в момент трогания автомобиля с места. Разрушение зубьев колес часто происходит из-за снижения контактной усталостной прочности.
От многократного приложения максимальных нагрузок возникают трещины в зоне контакта зубьев, образуются щербины (питтинг) и зубчатое колесо выходит из строя.
Зубчатые колеса рассчитывают с запасом прочности 1,2…2,0.

Изготавливают зубчатые колеса для коробок передач и легированных сталей. Так, например, для изготовления зубчатых колес коробок передач ВАЗ применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН, для КПП ГАЗ — 20ХГР, 20ХНМ, для зубчатых колес ЗИЛ — 18ХГТ, 30ХГТ, для ЯМЗ — 12ХНЗА.
После изготовления зубчатых колес они подвергаются цементации, азотированию, поверхностной закалке и шлифованию.

Валы коробок передач во время работы подвергаются кручению и изгибу, поэтому они должны быть прочными и жесткими. При недостаточной жесткости валы могут прогибаться под действием радиальных нагрузок, вследствие чего возникает перекос зубьев, уменьшается прочность зубчатых колес и повышается шумность работы коробки передач в целом.

Кинематическая схема коробки перемены передач (ВАЗ-2108).

Первая передача (рис. 3.3, а) включается перемещением при помощи вилки муфты синхронизатора 22 вправо и соединением синхронизатора со свободно установленной на вторичном валу 12 ведомой шестерней 21 первой передачи. При этом крутящий момент от первичного вала 2 будет передаваться через жестко установ­ленную на нем ведущую шестерню 10 на ведомую шестерню 21 первой передачи и далее через муфту синхронизатора 22, ступица которого закреплена на шлицах вто­ричного вала, на вторичный вал 12 коробки передач.

Вторая передача (рис. 3.3, б) включается перемещением муфты синхронизатора 22 влево. При этом муфта соединяет ведомую шестерню 23 второй передачи со ступицей синхронизатора, и крутящий момент от ведущей шестерни 6 через муфту 22 передается на ступицу синхронизатора и на вторичный вал 12.

Третья и четвертая передачи (рис. 3.3, в, г) включаются перемещением муфты синхронизатора 25 вправо или влево. При этом с помощью синхронизатора обеспечивается соединение вторичного вала 12 с ведомой шестерней 24 третьей или 26 четвертой передачи. Крутящий момент от первичного вала 2 на вторичный вал 12 будет передаваться через шестерни 5 и 24 третьей передачи или через шестерни 4 и 26 четвертой передачи.

Пятая передача (рис. 3.3, д) включается перемещением муфты синхронизатора 28 вправо и соединением ее с ведомой шестерней 27 пятой передачи. При этом крутящий момент будет передаваться от первичного вала на вторичный через ведущую 3 и ведомую 27 шестерни пятой передачи и муфту синхронизатора 28, ступица которого закреплена неподвижно на шлицах вторичного вала.

Передача заднего хода (рис. 3.3, е) включается перемещением влево установленной на оси 9 промежуточной шестерни 8 заднего хода, благодаря чему она вводится в зацепление с ведущей шестерней 7 и зубчатым венцом 11 муфты 22 синхронизатора I и II передачи, обеспечивая тем самым передачу крутящего момента с первичного вала на вторичный. При помощи промежуточной шестерни вторичный вал изменяет направление своего вращения.

Передачу заднего хода включают при полностью остановленном автомобиле, так как синхронизаторы имеются только у передач переднего хода. Шестерни передачи заднего хода — прямозубые.

2.Схема пятиступенчатой коробки передач автомобиля ЗИЛ-130:

Кинематическая схема десятиступенчатой коробки передач КамАЗ-5320

Она состоит из основной пятиступенчатой коробки передач 1 и переднего приставного редуктора — делителя 2.

Основная коробка передач кинематически подобна рассмотренной ранее коробке передач МАЗ, за исключением следующего:

включение первой передачи и заднего хода осуществляется зубчатой муфтой 11, перемещаемой по шлицам ведомого вала 10, в связи с чем шестерни первой передачи 13 и заднего хода 12 установлены на валу на игольчатых подшипниках;

• пятая передача является прямой;

• ведущий вал коробки передач 7 в передней своей части имеет шлицы, на которых установлена зубчатая муфта 6 с конусом для обеспечения работы синхронизатора 16 делителя передач.24

Включение основных передач в коробке (II. V) производится двумя синхронизаторами 8 и 9.

Читайте также  Как посчитать цену за литр

Делитель передач представляет собой двухступенчатый редуктор с передаточными числами: на низшей (прямой) передаче — 1,0 и на высшей (ускоряющей) — 0,815.

Читайте также:  Замена масла в акпп hyundai santa fe

На ведущем валу 5 делителя свободно, на игольчатом подшипнике установлена шестерня 4 с зубчатым венцом и конусом, а на шлицах -синхронизатор 16 для включения передач делителя. Шестерня 4 находится в постоянном зацеплении с шестерней 3 промежуточного вала 15 делителя. Последний в свою очередь жестко связан с передним концом промежуточного вала 14 коробки передач.

На низшей передаче делителя синхронизатор 16 связывает между собой ведущий вал делителя 5 и основной вал 7 коробки передач. На высшей (ускоряющей) передаче делителя крутящий момент передается через шестерни 4 и 3 на промежуточный вал 14 коробки передач. Привод синхронизатора делителя пневматический.

4.Кинематическая схема раздаточной коробки:

А) КамАЗ-4310

:1 — первичный вал с фланцем, 2 — ведущая шестерня, 3— крышка верхнего люка, 4 — шестерня отбора мощности, 5 — муфта включения коробки отбора мощности (только на КамАЗ-4310), 6 — коробка отбора мощности (только на КамАЗ-4310), 7 — маслосборник, 8— шестерня понижающей передачи, 9— штуцер, 10— вал привода задних мостов, // — задняя обойма дифференциала, 12— эпициклическая (коронная) шестерня дифференциала, 13 — ведущая шестерня межосевого дифференциала, 14 — солнечная шестерня, 15 — передняя часть корпуса дифференциала, 16 — картер раздаточной коробки, 17 — шестерня повышающей передачи, 18 — передняя крышка раздаточной коробки, 19 — пробка, 20 — муфта включения высшей передачи, 21 — муфта блокировки дифференциала, 22 — ведущая шестерня привода электрического спидометра, 23 — вал привода переднего моста, 24 — вилка муфты блокировки дифференциала, 25 — пневматическая камера, 26 — шток, 27 — мембрана, 28 — выключатель, 29 — промежуточный вал, 30 — муфта включения низшей передачи, 31 — промежуточная шестерня

Б) ВАЗ 21213.

5.Cхему инерционного синхронизатора.

Инерционный синхронизатор состоит из трех основных элементов: выравнивающего и включающего, как у простого синхронизатора;

— блокирующего — устройства, препятствующего включению зубчатой муфты до полного выравнивания угловых скоростей соединяемых деталей, чем обеспечивается безударное и бесшумное включение передачи.

Рассмотрим некоторые конструкции синхронизаторов, применяемые в КП современных тракторов и автомобилей.

Ползуны своими выступами прижаты к кольцевой проточке внутренней поверхности муфты двумя пружинными кольцами, отогнутые концы которых заведены в паз одного из ползунов. Тем самым осуществляется упругая фиксация ползунов в средней части муфты при нейтральном ее положении.

С обеих сторон ступицы синхронизатора установлены латунные блокирующие кольца с зубчатыми венцами и торцами с тремя продольными пазам. Ширина последних больше, чем на пазах ступицы на величину половины шага зубьев. В пазы колец входят концы ползунов, чем обеспечивается их совместное вращение.

Таким образом, первичный и вторичный валы КП жестко соединяются между собой, что соответствует включению соответствующей передачи.

В конструкции элементы трения выполнены в виде конических поверхностей на подвижной включающей зубчатой муфте и блокирующем кольце. В качестве элементов блокировки используются внутренние зубья блокирующего кольца и торцевые участки зубьев, нарезанные на ступице шестерни. Шестерня и блокирующее кольцо упруго связаны между собой в осевом направлении с помощью сжатой пружины, удерживаемой стопорным разрезным кольцом. Это способствует установке деталей конструкции в исходное нейтральное положение и, одновременно, не препятствует блокировке кольца, его разблокировки и включению передачи.

Синхронизатор работает в следующей последовательности:

сближаются конусные поверхности трения муфты и блокирующего кольца;

блокируется кольцо и, следовательно, муфта;

выравниваются угловые скорости муфты и шестерни;

разблокируется кольцо и муфта, перемещаясь в осевом направлении, включается на полную длину зубьев.

Конструкция синхронизатора отличается от ранее рассмотренных, в основном, устройством блокирующего элемента. Рассмотрим его конструкцию более подробно. Корпус синхронизатора выполнен в виде цилиндра с внутренними конусами на торцах, смонтирован на диске включающей муфты и удерживается на нем конусными фиксаторами, размещенными в радиальных отверстиях диска. Муфта установлена на зубчатой втулке вала и перемещается с помощью кольца и пальцев. Дисковый инерционный синхронизатор с блокирующими пальцами: блокирующий палец; многодисковые фрикционные муфты странения. Их иногда применяют в КП на тракторах большой мощности и большегрузных автомобилей для включения низших передач.

Необходимо отметить, что фиксаторы в инерционных синхронизаторах выполняют вспомогательную роль и их пружины должны лишь обеспечивать центровку корпуса и задание начального момента трения в выравнивающем элементе для обеспечения поворота корпуса и включения блокирующего устройства синхронизатора.

6. Схема пневмосистемы управления делителем.

Источник: autobryansk.info

СТО Тех-ервис