В механической трансмиссии преобразование крутящего момента осуществляется, как правило, с помощью зубчатых колес и является ступенчатым. Ступенчатые коробки передач имеют высокий КПД (0,96—0,98 при передаче полной мощности), отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью по сравнению с бесступенчатыми. Поэтому они получили широкое применение на автомобилях различных типов.
Различают два основных вида ступенчатых коробок передач - с неподвижными осями валов и планетарные. Первые кратко называют вальными.
Вальные коробки широко применяют как в механических трансмиссиях, так и в гидромеханических. Планетарные используют в основном в гидромеханических трансмиссиях. В дальнейшем будем рассматривать ступенчатые вальные коробки передач механических трансмиссий.
Коробки передач классифицируют по следующим признакам: числу ступеней (передач прямого хода); взаимному расположению ведущего и ведомого валов; числу элементов управления, которые должны быть включены для получения определенной передачи; числу ветвей в передаваемом силовом потоке.
На автомобилях с механической трансмиссией применяют коробки с числом передач 3—16 (очень редко больше 16). По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки передач разделяют на соосные и несоосные. Наиболее распространены коробки, в которых для получения определенной передачи включается одна зубчатая муфта или передвижное зубчатое колесо. На автопоездах устанавливают коробки передач с двумя, иногда тремя одновременно включаемыми элементами управления. Такие коробки имеют, как правило, число передач восемь и более. Поэтому их называют многоступенчатыми.
Увеличение числа ступеней приводит к повышению степени использования мощности двигателя, топливной экономичности, средней скорости движения С другой стороны, увеличение числа передач усложняет и утяжеляет конструкцию коробки передач, возрастают ее размеры, стоимость, усложняется управление. При ручном механическом приводе быстрое и безошибочное переключение более пяти передач на прямом ходу осуществлять трудно. Поэтому верхним пределом для коробок передач с ручным переключением принято считать пять передач. Дальнейшее повышение числа передач вызывает необходимость в усложнении привода или установке дополнительной коробки передач со своим независимым приводом, который используется только на определенных режимах движения.
Подавляющее большинство коробок передач механических трансмиссий выполнены с неразветвленным силовым потоком, так что через каждое зубчатое зацепление включенной передачи проходит весь силовой поток. Известны, однако, коробки с разветвленным потоком, включающим две или три ветви.
Коробки передач с одним одновременно включаемым элементом управления имеют обычно не более шести передач. В механических трансмиссиях их выполняют или по трехвальной соосной схеме (рис. 1—3), или двухвальной несоосной (рис. 4).
|
| Рис.1.Схемычетырехступенчатых соосных коробок передач:а - автомобиля ГАЗ-53,УАЗ-451; б – ГАЗ-24; в – ВАЗ-2101 г – FORD 4-410; д – Turner T.4.200 |
|
| Рис. 2. Схемы пяти- и шестиступенчатых соосных коробок передач с передвижным зубчатым колесом:а - автомобиля ЗИЛ-130; б - Сlагk 280V; в - New process NР541; г - Spicer 8000; д - Leyland GB 241; е - Spicer 5000 |
|
| Рис. 3. Схемы пяти- и шестиступенчатых соосных коробок передач с постоянным зацеплением всех шестерен: а – КамАЗ, тип 14; б – ZF AK-5; в – IFA W50L; г – ZF AK 6-80 |
|
| Рис. 4. Схемы четырехступенчатых несоосных коробок передач:а – Citroen GS, Skoda 1000 MB; б – Audi; в – Hillman Imperial; г – ЗАЗ-968 |
|
| Рис. 5. Схемы коробок передач с разветвленным силовым потоком:а – Fuller RT-915 с двумя промежуточными валами (показана основная часть без дополнительного редуктора); б - Mack TRL-107 с тремя промежуточными валами |
В трехвальной коробке одна из передач образуется в результате непосредственного соединения соосных ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов- эта передача является прямой. При движении на прямой передаче зубчатые колеса и подшипники коробки разгружены, вследствие чего снижаются износ, потери мощности и шум. На других передачах переднего хода в трехвальной коробке силовой поток проходит через два зубчатых зацепления. Это позволяет получить достаточно большое передаточное число (Ui=7-9), что часто требуется для первой передачи. На автомобилях с механической трансмиссией преобладают соосные трехвальные коробки передач. Несоосные двухвальные применяют в тех случаях, когда соосное расположение ведущего и ведомого валов обусловливает усложнение трансмиссии, и при этом заданное передаточное число первой передачи невелико (U1< 4).
В современных конструкциях коробок передач большинство зубчатых колес находятся в постоянном зацеплении. Для включения передач используют зубчатые муфты и синхронизаторы. Зубчатые колеса первой передачи и заднего хода часто не имеют постоянного зацепления. В этих случаях одно из зубчатых колес пары выполняют передвижным и используют его для включения передачи.
Схемы трехвальных соосных коробок передач с одним одновременно включаемым элементом управления, распространенные в настоящее время, имеют принципиальные различия только в схеме включения первой передачи и передачи заднего хода. Можно выделить следующие варианты схем: все зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении (рис. 1, г, д и рис. 3); не имеют постоянного зацепления только зубчатые колеса заднего хода (рис. 1, б,в, и рис.2, г-е); не имеют постоянного зацепления зубчатые колеса первой передачи и заднего хода (рис. 1, а и рис.2, а-в). Отличительной особенностью последних схем является отсутствие отдельного зубчатого колеса заднего хода на ведомом валу. Для включения заднего хода используется то же передвижное зубчатое колесо, которое образует первую передачу.
Схемы с постоянным зацеплением всех зубчатых колес применяют для коробок передач с относительно большой продолжительностью работы на первой передаче и заднем ходу. Преимуществами таких схем являются отсутствие изнашивания торцов зубчатых венцов и сокращение хода вилок переключения передач; недостатком- необходимость свободной установки на ведомом валу отдельного зубчатого колеса большого размера для передачи заднего хода. В результате установки такого колеса увеличивается не только общее число зубчатых колес, но и суммарный момент инерции согласованно вращающихся деталей коробки, в результате чего повышаются нагрузки на синхронизаторы.
Схемы соосных коробок передач с разветвленным силовым потоком показаны на рис. 5. В таких коробках больше зубчатых колес. Однако они имеют меньшие размеры, а, следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Применение подобных схем позволяет повысить срок службы коробок передач при больших значениях передаваемой мощности.
Несоосные двухвальные коробки передач (рис. 4) устанавливают в основном на легковые и спортивные автомобили, у которых двигатель размещен рядом с ведущим мостом. Ведомый вал таких коробок выполняют вместе с шестерней главной передачи, конической или гипоидной - при продольном расположении двигателя, цилиндрической - при поперечном. На рис. 4, а—г показаны типичные схемы передачи заднего хода, а также варианты расположения передач переднего хода и синхронизаторов. Синхронизатор первой-второй передач обычно устанавливают на ведомом валу, так как его размещение на ведущем валу затруднено вследствие малого диаметра шестерни первой передачи. Синхронизатор высших передач иногда устанавливают на ведущем валу, чтобы уменьшить приведенный момент инерции.
Применяя для коробок передач соосную трехвальную схему, можно получить диапазон передаточных чисел, близкий к 9, Высшей передачей при этом может быть прямая (Uв = 1) или ускоряющая (Uв = 0,6—0,8). Большинство трехвальных коробок передач в качестве высшей, наиболее часто используемой, имеют прямую передачу. При этом преобладающая часть общего пробега автомобиля характеризуется минимальными потерями мощности и износами в коробке передач. Получили распространение также и коробки с высшей ускоряющей передачей. Появление коробок с ускоряющей передачей было вызвано стремлением уменьшить частоту вращения вала двигателя при движении автомобиля без груза. Такие коробки предназначались для автомобилей с технологически неизбежными холостыми пробегами. В последующем рост удельных мощностей позволил использовать ускоряющую передачу как при холостых пробегах, так и в случае пробегов с грузом. Вследствие передачи мощности через два зубчатых зацепления на ускоряющей передаче, при преимущественном ее использовании, повышаются требования к надежности конструкции и увеличиваются потери мощности. Ускоряющую передачу используют для расширения диапазона коробки передач без увеличения передаточного числа первой передачи или сохранения диапазона при уменьшении этого числа. В последнем случае преследуется цель сохранения уровня нагрузок на элементы коробки передач и карданной передачи при увеличении крутящего момента двигателя. Специализированные заводы почти для каждого типоразмера выпускаемых коробок имеют модификации с высшей прямой и ускоряющей передачами. При этом для последней модификации указывается несколько больший входной крутящий момент.
Схемы коробок передач с одним одновременно включаемым элементом управления не накладывают каких-либо ограничений на закономерности построения ряда передаточных чисел. При выборе числа передач и передаточных чисел руководствуются основным требованием, предъявляемым к коробке передач - обеспечить заданные тягово-скоростные качества и высокую топливную экономичность автомобиля.
Многоступенчатые коробки передач с двумя одновременно включаемым элементами управления образуют на базе основной четырех-, пяти- или шестиступенчатой коробки, имеющей соосную трехвальную схему, путем присоединения к последней дополниельного редуктора (рис. 6). Обычно этот редуктор имеет две ступени (прямую и редукторную) и обеспечивает получение удвоенного числа передач. Применение трехступенчатого дополнительного редуктора позволяет утроить число передач по отношению к числу передач базовой коробки. Для получения определенной передачи в такой коробке необходимо включить два элемента управления: один в базовой коробке и один в дополнительном редукторе.
Многоступенчатые коробки передач могут быть образованы присоединением к базовой коробке двух дополнительных редукторов - переднего и заднего.
Рис. 6. Схемы многоступенчатых коробок передач с дополнительными редукторами и двумя одновременно включаемым элементами управления: а - десятиступенчатая с передним делителем; б — восьмиступенчатая с задним вальным редуктором;в —девятиступенчатая с задним планетарным редуктором; 1 — базовая коробка; 2 — дополнительный редуктор
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №12
Устройство и работа механизмов переключения передач
1 Цель работы: приобретение практического опыта чтения и построения кинематических схем механизмов переключения передач
2 Порядок выполнения работы
2.1 Пользуясь специальной литературой, учебными плакатами, теоретическим материалом практической работы научиться читать элементы схем, правила их построения.
3 Выполнить отчет
3.1Перечислить синхронизированные передачи изучаемых КПП, тип синхронизаторов.