Передачи (передаточные числа) можно менять ступенчато с помощью ручного управления или непрерывно, бесступенчато.
На отечественных автомобилях наибольшее распространение получили механические ступенчатые передачи с ручным управлением. Они имеют меньший вес и габариты, менее сложны и более дешевы, имеют высокий КПД.
Классификация механических ступенчатых коробок передач. Их различают:
• по числу валов — двух-, трех- и многовальные;
• кинематической схеме — с неподвижными осями валов и планетарные;
• расположению валов относительно продольной оси автомобиля — с продольным и поперечным расположением валов;
• наличию делителя передач, демультипликатора или мультипликатора;
• числу передач переднего хода — трех-, четырех-, пяти и многоступенчатые.
На легковых автомобилях чаще всего устанавливают пяти- и четырехступенчатые передачи, на грузовых автомобилях общетранспортного назначения — четырех-пятиступенчатые передачи. На грузовых автомобилях высокой проходимости и сельскохозяйственного назначения применяют многоступенчатые коробки передач.
Основными параметрами, характеризующими коробку передач автомобиля, являются: передаточные числа на каждой из передач; число передач; плотность ряда передаточных чисел; диапазон передач.
Основные требования к коробкам передач. Коробки передач должны надежно соединять, а при необходимости — разъединять двигатель и трансмиссию; обеспечивать необходимые динамические и экономические показатели автомобиля в различных условиях движения (нагрузка, скорость) за счет изменения передаточных чисел, а также движение с небольшой скоростью и задним ходом при маневрировании; быть бесшумными и легкими в управлении при переключении передач, простыми и удобными при техническом обслуживании и ремонте; обладать высокими показателями надежности и КПД, иметь небольшие массу и габариты.
В коробках передач автомобилей сельскохозяйственного назначения должны быть передачи, обеспечивающие синхронное движение с уборочными и другими сельскохозяйственными машинами при выполнении технологических операций в поле и высокие скорости при движении по хорошей дороге. В этих автомобилях должен быть предусмотрен привод на вал отбора мощности.
Разгон автомобиля происходит с преодолением высоких значений сил сопротивления, вызванных необходимостью преодоления повышенного трения и сил инерции. Трогание с места и достижение высоких скоростей с переходом с низшей на высшую передачу обеспечивают постепенное нарастание скорости и значительное снижение динамических нагрузок на двигатель и трансмиссию. Все это должно происходить в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя. Высокие тягово-динамические и экономические показатели автомобили получают в результате рационального подбора числа передач и передаточных чисел в коробке передач, главной передаче, раздаточной коробке и бортовых передачах (при наличии их). Передаточные числа главной передачи и бортовых передач рассчитывают в соответствии с назначением и типом автомобиля. В процессе эксплуатации они остаются неизменными.
Чтобы переключение происходило безударно, нужно, чтобы скорости валов в КП совпадали. Необходимо, чтобы на каждой из передач конечная скорость разгона на предыдущей передаче равнялась начальной скорости на последующей передаче. Эти условия удовлетворяются, когда передаточные числа КП составляют ряд геометрической прогрессии.
Передаточное число на первой передаче, определяют из условия преодоления заданного максимального подъема и преодоления условного препятствия. Обычно водители при разгоне редко доводят двигатель до максимальной частоты вращения, поэтому реально передаточные числа корректируют, и «пила» передач немного снижается. Знаменатель геометрической прогрессии характеризует плотность ряда передаточных чисел, т.е. насколько передачи сближены. Это зависит от числа передач. С увеличением числа передач повышаются плотность ряда, тяговые и экономические показатели автомобиля, динамика разгона.
В то же время с увеличением числа передач усложняется конструкция коробки и переключение передач, увеличиваются ее габариты, масса и стоимость. Сближают передаточные числа у наиболее часто переключаемых передач, например прямой и соседней с ней.
Ступенчатые КП представляют собой редукторы с набором цилиндрических прямозубых или косозубых (или со спиральными зубьями) колес. Косозубые цилиндрические колеса применяют в случае постоянного зацепления колес. Косозубые колеса обладают большей нагрузочной способностью, лучшей плавностью работы, меньшей шумностью.
Одним из важных оценочных показателей коробки передач служит также диапазон передаточных чисел, представляющий собой отношение передаточных чисел низшей и высшей передач
Диапазон передаточных чисел определяет диапазон тяговых усилий и скоростей движения, которые может развивать автомобиль в условиях эксплуатации.
Механизмы переключения передач. Изменение передаточных чисел производят переключением передач. Для этого на валах с нарезанными шлицами устанавливают скользящие блоки из одного, двух или трех прямозубых зубчатых колес — каретки, с помощью которых вводятся в зацепление те или другие пары зубчатых колес. Чаще применяются зубчатые муфты. Они жестко связаны с валами, а зубчатые колеса посажены на валах свободно. Зубчатые муфты проще в изготовлении, имеют более простой профиль зубьев, меньшие массу (момент инерции) и диаметр, а следовательно, меньшую линейную скорость зубьев. В КП с автоматическим переключением передач используют фрикционные муфты.
Синхронизаторы. Для предотвращения торцового износа зубьев, повышения их долговечности, уменьшения шума от переключаемых зубчатых колес и повышения удобства управления применяют зубчатые муфты с синхронизаторами. Синхронизатор служит для выравнивания угловых скоростей соединяемых зубчатых колес перед включением соответствующей передачи. Включение передачи производится при движении машины накатом, когда муфта сцепления разомкнута. В этом случае момент через коробку передач не передается, нагрузки на деталях трансмиссии нет. Выравнивание угловых скоростей ведомого и ведущего валов происходит за счет сил трения, которые возникают на конусных или дисковых поверхностях деталей синхронизатора. Силами трения при выключенном сцеплении поглощается кинетическая энергия деталей, связанных с первичным валом. Синхронизаторы применяют в передачах переднего хода на всех или только на наиболее используемых высших передачах.
Синхронизаторы бывают одностороннего и двустороннего действия, простые и инерционные, конусные и дисковые. Для включения одной передачи устанавливают односторонние, для включения раздельно двух передач — двусторонние синхронизаторы. Простые синхронизаторы могут включать передачи при неполном выравнивании скоростей. Обычно их применяют на низших передачах автомобилей и тракторах. Инерционные синхронизаторы имеют блокировку, которая не позволяют ввести в зацепление включаемые зубчатые колеса до полного выравнивания их угловых скоростей. На отечественных автомобилях применяют инерционные синхронизаторы.
Износ трущихся пар синхронизатора будет тем меньше, чем меньше коэффициент передаточных чисел (меньше разность скоростей).