Что такое трансмиссия постоянного зацепления

Как работает механическая коробка передач

Двигатели внутреннего сгорания работают на высоких скоростях, поэтому им требуется понижающая передача, чтобы передавать энергию колесам, которые вращаются гораздо медленнее.

Коробка передач позволяет выбрать передачу для различных условий — старта с нулевой скорости, подъема в гору или перемещения по горизонтальной поверхности. Чем ниже передача, тем медленнее вращаются колеса по отношению к частоте вращения двигателя.

Коробка с постоянным зацеплением и четырьмя скоростями

Передачи выбираются с помощью рычагов управления коробкой передач. Энергия передается от ведущего вала к промежуточному валу, а затем — к ведомому валу, за исключением прямой передачи, когда ведущий и ведомый вал сцепляются.

Коробка с постоянным зацеплением

Наряду со сцеплением, коробка передач является одним из компонентов трансмиссии. Как правило, она располагается позади двигателя. Между коробкой и двигателем находится сцепление.

В современных автомобилях с механической коробкой передач предусмотрено четыре или пять скоростей, а также нейтральное положение рычага.

Синхронизатор коробки передач отключен

Передачи свободно вращаются под действием сцепленных шестерней на промежуточном вале. Синхронизатор соединяется с валом при помощи внутренних шлицев.

Синхронизатор коробки передач отключен

Вилка передвигает синхронизатор к выбранной передаче. Трение поверхностей синхронизирует скорости вращения валов.

Рычаг переключения передач подключен к набору штоков, расположенных в верхней или боковой части коробки. Штоки размещаются параллельно валам с шестернями.

В современных моделях чаще всего используются коробки с постоянным зацеплением. В такой коробке находятся три вала (ведущий, ведомый и вспомогательный), которые управляют подшипниками в корпусе.

Кроме того, в ней есть вал, на котором вращается шестерня заднего хода.

Двигатель вращает ведущий вал, который, в свою очередь, вращает промежуточный вал. Промежуточный вал перемещает шестерни на ведомом вале. В отсутствие синхронизатора, прикрепленного к валу с помощью шлицев, шестерни вращаются свободно.

Фактически, синхронизатором управляет водитель, который посредством штока с вилкой двигает синхронизатор к нужной шестерне.

Последним компонентом современных синхронизаторов является блокирующее кольцо. Оно препятствует движению шестерен до тех пор, пока скорости вращения валов не синхронизируются.

В некоторых автомобилях присутствует дополнительная (повышающая) передача. Она обеспечивает более быстрое движение, чем верхняя передача, и уменьшает нагрузку на двигатель.

Что такое передаточное отношение

Нейтральное положение (нейтраль)

Все шестерни, кроме тех, что требуются для заднего хода, постоянно сцеплены. Шестерни на ведомом вале свободно вращаются вокруг него, шестерни на промежуточном вале блокируются. Энергия не передается.

Первая передача

На первой передаче шестерня с наименьшим количеством зубьев, расположенная на промежуточном вале, блокируется, передавая энергию большой шестерне на ведомом вале, обеспечивая крутящий момент и низкую скорость для старта с места.

Вторая передача

На второй передаче разница в диаметрах шестерен, расположенных на двух валах, уменьшается, а скорость увеличивается. Эта передача подходит для подъема по наклонной поверхности.

Третья передача

На третьей передаче неподвижная большая шестерня на промежуточном вале дает еще больший прирост к скорости, уменьшая крутящий момент. Третья передача подходит для небольших подъемов и маневренной езды по городским улицам.

Четвертая передача

В этом случае ведущий и ведомый валы сцеплены и обеспечивают т.н. «прямую передачу», т.е. карданный и коленчатый валы вращаются с одинаковой скоростью. Усиление крутящего момента отсутствует.

Задний ход

Промежуточная шестерня располагается между шестернями двух валов, в результате чего ведомый вал вращается в обратном направлении. Как правило, обратная передача не синхронизируется.

Синхронизация передач

Синхронизатор представляет собой кольцо с зубьями по внутреннему краю, которое крепится к зубчатой втулке со шлицами.

Когда водитель выбирает передачу, конусная поверхность на кольце совмещается с нужной шестерней. Втулка передает энергию от вращающейся шестерни на вал, выравнивая скорость вращения.

При последующем движении рычага передачи кольцо продвигается вперед до тех пор, пока его зубья не сцепятся с зубьями шестерни, образуя неподвижную конструкцию.

В современных синхронизаторах присутствуют блокировочные кольца, расположенные между поверхностями трения. Блокировочное кольцо также снабжено скошенными зубьями, однако его изготавливают из более мягкого металла и крепят к валу свободнее, чем сам синхронизатор.

Блокировочное кольцо удерживается в нужном положении лепестками до тех пор, пока его зубья не сцепятся с зубьями синхронизатора.

К тому времени валы синхронизируются, исключая грубое зацепление. Именно поэтому синхронизатор считается крайне надежным устройством.

В современных автомобилях синхронизаторы устанавливаются на всех передних передачах. В более старых моделях синхронизаторы первой передачи отсутствуют.

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Содержание

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).
Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.
Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.
На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.

Коробка передач

Коробка передач — это механизм, состоящий из набора шестерен, которые могут вводится в зацепление в различных сочетаниях.

Она предназначена для изменения тяговых усилий на заднем колесе мотоцикла при постоянных оборотах коленчатого вала двигателя.

На мотоциклах устанавливаются коробки передач с двумя (рис. 54, а) и тремя валами (рис. 54, б) с шестернями постоянного и периодического зацепления. С двумя валами коробки передач применяются на мотоциклах с карданной передачей (К-750, М-61, М-62 и др.), с тремя валами на мотоциклах с цепной задней передачей. При шестернях постоянного зацепления передачи включаются с помощью кулачковых, зубчатых и других муфт.

Рис. 54. Простейшие коробки передач с шестернями постоянного зацепления: а — с двумя валами; б — с тремя валами; 1 — первичный вал; 2 — муфта включения; 3 — вторичный вал; 4 — промежуточный вал

Первичный вал в коробках передач непосредственно соединяется через сцепление с коленчатым валом. Вал, соединенный через заднюю передачу с колесом, называется вторичным валом. Третий вал является промежуточным и изготовлен вместе с шестернями. Муфта включения, установленная на шлицах вала, вращается вместе с валом, и ее можно перемещать в осевом направлении. Муфта служит для включения передач и установки нейтрального положения шестерен. В коробке передач находятся механизм переключения передач и пусковой механизм.

Принцип работы коробки передач основан на попеременном введении в зацепление различных пар шестерен с неодинаковым числом зубьев.

Отношение числа оборотов первичного вала к количеству оборотов вторичного вала называется передаточным числом данной передачи, а отношение числа оборотов коленчатого вала к оборотам заднего колеса — общим передаточным числом.

Каждое сочетание зацепления шестерен коробки передач называется ступенью или передачей. Число ступеней (передач) зависит от конструкции мотоцикла. Коробки бывают двух-, трех-, четырехступенчатые и т. д.

Валы коробки передач на мотоциклах с цепной задней передачей размещаются поперек оси, а при карданной передаче — вдоль оси.

Механизмы переключения передач, устанавливаемые на мотоциклах, служат для включения соответствующего набора шестерен. Они имеют ручной и ножной приводы. Часть механизмов (рис. 55), монтируемая в коробке передач, состоит из муфт включения, вилок, вала переключения (копирного вала) или вала переключения с сектором (рис. 55, д), имеющего фигурные пазы и фиксатор. Муфты включения бывают с кулачковым (рис. 55, б), шлицевым (рис. 55, г), зубчатым (рис. 55, д) зацеплением. Они перемещаются по валу в осевом направлении с помощью вилки или поводка. Вилка входит в кольцевую канавку муфты включения, а шип — в фигурный паз копирного вала (рис. 55, б) или сектора переключения. При повороте копирного вала или сектора паз перемещает за ним вилку с муфтой включения в заданном направлении.

Рис. 65. Детали механизмов переключения передач: а — вал переключения с сектором: б — вал переключения (копирный): в — кулачковая муфта; г — шлицевая муфта; д — зубчатая муфта; 1 — фиксатор; 2 — фигурные пазы; 3 — шип; 4 — вилка; 5 — муфты включения

При ручном переключении передач вал переключения через систему тяг перемещают рукой с помощью рычага. Ножной привод механизма переключения непосредственно поворачивает копирный вал или поводок переключения.

Ножной привод механизма переключения передач (рис. 56) состоит из педали и селектора (избирателя). У селектора педаль соединена с державкой собачек, а зубчатый сектор — с валом переключения, который с помощью вилок и муфт включает передачи.

Рис. 56. Схема механизма ножного переключения передач с селектором: 1 — зубчатый сектор; 2 — собачки; 3 — державка; 4 — педаль

При наличии селектора, служащего избирателем передач, для включения передачи нужно только переместить педаль из нейтрального положения вверх или вниз до упора.

Пусковой механизм на мотоциклах бывает двух типов: первый — с торцовыми зубьями храповой шестерни и зубчатым сектором (рис. 57), второй — собачкой и храповой шестерней внутреннего зацепления (рис. 58).

Рис. 57. Пусковой механизм с зубчатым сектором и храповой шестерней: 1 — пусковая педаль; 2 — спиральная пружина; 3 — зубчатый сектор; 4 — вал коробки передач; 5 — пружина; 6 — храповая шестерня; 7 — храповик; 8 — крышка картера

Пусковой механизм перепускного типа преимущественно используется на мотоциклах с двухтактными двигателями. Его работа осуществляется следующим образом. При нажатии на педаль зубчатый сектор (см. рис. 57), установленный в крышке картера коробки передач, входит в зацепление с храповой (пусковой) шестерней, прижатой пружиной своими торцовыми храповыми зубьями к храповику. Пусковая шестерня свободно надета на вал коробки передач, а храповик соединен с ним. При перемещении педали вниз зубчатый сектор поднимается и через пусковую шестерню и храповик поворачивает коленчатый вал двигателя.

При отпускании педали зубчатый сектор под воздействием спиральной пружины возвращается в прежнее положение и заставляет шестерню вращаться в обратную сторону. При этом в пусковой шестерне срабатывает храповик, и зубчатый сектор, поворачивая шестерню в обратном направлении, возвращается в исходное положение, выходя из зацепления с ней.

Пусковой механизм с собачкой и шестерней с внутренним зацеплением храповых зубьев (рис. 58) работает следующим образом. При нажатии на педаль собачка, установленная на оси, под действием толкателя входит в зацепление с храповыми зубьями пусковой шестерни и поворачивает ее.

Рис. 58. Пусковой механизм с собачкой и храповой шестерней внутреннего зацепления: 1 — пусковая педаль; 2 — пусковая шестерня; 3 — толкатель; 4 — собачка; 5 — ось собачки; 6 — выключатель собачки; 7 — пружинный упор

Вращение от этой шестерни передается через находящуюся с ней в постоянном зацеплении шестерню вторичного вала, соответствующую шестерне первичного вала, и далее через сцепление — коленчатому валу двигателя. С началом работы двигателя храповые зубья отталкивают прижатый к ним толкателем конец собачки. При отпускании педали собачка вместе с валом под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение до пружинного упора, при этом она отжимается от зубьев.

Коробка передач на мотоциклах с двухтактными двигателями монтируется в одном блоке с двигателем. На мотоциклах ИЖ-Ю, ИЖ-П коробки передач одинаковой конструкции и различаются между собой только устройством механизмов переключения. Коробки передач имеют четыре передачи и одно нейтральное положение (рис. 59). Первичный вал пустотелый и выполнен заодно с шестерней первой передачи. Одним концом он насажен на шариковый подшипник, а другим входит внутрь вторичного вала и вращается в двух бронзовых втулках. На первичном валу находится шестерня второй передачи с кулачками на торце. На шлицах вала установлены скользящая шестерня и каретка второй и четвертой передач с двусторонними кулачками.

Вторичный вал также пустотельный и выполнен заодно с основной шестерней вала, на его конце крепится ведущая звездочка задней цепной передачи.

Промежуточный вал со шлицованой поверхностью опирается на шарикоподшипники. На нем свободно насажены шестерни первой и третьей передач. Основная шестерня жестко соединена с валом и имеет постоянное зацепление с шестерней вторичного вала. Скользящая шестерня-каретка второй передачи с двусторонними кулачками может перемещаться вдоль оси вала.

Механизм переключения коробки передач состоит из вилки и копирного вала. Если шестерня 14(рис. 59, а) перемещается влево, включается первая передача, вправо — третья передача. При перемещении шестерни 6 влево включается вторая передача, вправо — четвертая.

Рис. 59. Коробка передач и схема переключения передач мотоцикла ИЖ-П: 1 — шарикоподшипник; 2 — промежуточный вал; 3 — первичный вал; 4 — шестерня первой передачи; 5 — шестерня второй передачи; 6 — шестерня второй. и четвертой передач (скользящая); 7 — опорная шайба вторичного вала; 8 — основная шестерня вторичного вала; 9 — кольцо подшипника; 10 — ведущая звездочка; 11 — вторичный вал; 12 — основная шестерня промежуточного вала; 13 — шестерня третьей передачи промежуточного вала; 14 — шестерня второй передачи (скользящая); 15 — шестерня первой передачи

На мотоциклах К-750, М-62 коробка передач монтируется в отдельном блоке, крепящемся с помощью шпилек к картеру двигателя.

В этой коробке передач (рис. 60) имеются два вала — первичный и вторичный, четыре передачи и одно нейтральное положение. Переключение передач — ножное и ручное — осуществляется с помощью валов и сектора с фигурными пазами. Муфты включения — кулачкового типа.

Рис. 60. Коробка передач мотоциклов М-61, К-750: 1 — первичный вал; 2, 19 — маслоотражательные шайбы; 3 — стальная крышка; 4, 5 — регулировочные шайбы; 5 -вторичный вал; 7 — бронзовая втулка; 8 — шестерня четвертой подачи; 9 — направляющий стержень вилок; 10 — муфта третьей и четвертой передач; 11 — вилка третьей и четвертой передач; 12 — шестерня третьей передачи; 13 — шестерня второй передачи; 14 — муфта первой и второй передач; 15 — вилка первой и второй передач; 15 — шестерня первой передачи, 17 — сектор; 18 — шлицевая втулка

Коробка передач мотоцикла М-62 отличается только конструкциями муфт переключения, вторичного вала и его шестерен. Муфты применены зубчатые (с мелкими шлицами).

Для смазки механизмов в коробке передач употребляется масло: летом АК-Ю, АК-15 (или автол 10-18), зимой АК-6 (автол 6). Уровень его определяется высокой маслоналивного отверстия или отметками маслоизмерительного щупа. Замену смазки следует производить у мотоциклов Иж-П, Иж-Ю, «Ковровец-175 А, Б, В»- через 2000 км пробега, у мотоциклов К-750, М-61, М-62 — через 4000 км пробега. Сливать масло нужно сразу же после поездки, когда оно еще теплое.

Перед заливкой свежей смазки необходимо промыть картер коробки. Для этого после слива старой смазки заливают машинное масло до установленного уровня и дают двигателю поработать около 5 минут. После его остановки промывочное масло сливается и заливается свежее.

Основные неисправности коробки передач могут быть следующими:

Передачи не включаются или включаются с трудом. Этот дефект является следствием нарушения работы сцепления, деформации сектора переключения, поломки пружины переключателя и погнутости вилки переключения передач.

Произвольное выключение передачи на ходу может происходить от плохой фиксации передачи из-за ослабления или поломки пружины шарика фиксатора, а также увеличения лунки на секторе. При износе кулачков муфты включения передач или зубьев шестерен передача также выключается.

Нарушение регулировки механизма ножного переключения передач на мотоциклах М-62, К-750 приводит к ненормальной работе ножного и ручного механизмов переключения.

При переключении передач педалью сектор переключения может либо не доходить до фиксирующей лунки и шарика либо переходить их. Передачи при этом не включаются или выключаются произвольно на ходу.

Рычагом ручного переключения передачи включаются при этом нормально. Указанная неисправность устраняется с помощью двух регулировочных винтов с контргайками, расположенных сверху и снизу отсека картера коробки передач, в котором находится механизм селектора.

Передачи не включаются ножной педалью также при поломке собачек переключения, их пружин и зубчатого сектора.

Педаль ножного переключения передач не возвращается в исходное положение при поломке возвратной пружины.

Шум в коробке передач при ее работе имеет место в случае отсутствия масла в коробке передач или сильного износа шестерен.

kedoki

Гибридная феноменология бронетехники

Трансмиссия танка. Часть третья: постоянное зацепление шестерён и синхронизация

В предыдущей части описывалась простейшая двухвальная коробка передач, в которой включение передач осуществлялось подвижными каретками. Обычно о таких КПП говорят: с надвижными шестернями. Хотя конструктивно они очень просты, а потому удобны для производства и ремонта, уже в 40-е годы их вовсю вытесняли более совершенные конструкции. О них сегодня и пойдёт речь.

КДПВ — КПП Т-62 с шестернями постоянного зацепления:

Разумеется, начать нужно с того, чем же так плохи коробки передач с подвижными шестернями.

Удар зубьев при включении.
Снова воспользуемся рисунком нашей двухвальной КПП:

Начнём вращать ведущий вал, вместе с ним будут вращаться три шестерни. В каждый момент зубья шестерён проходят некоторый путь с дугообразной траекторией. Скорость, с которой они проходят это путь называется окружной скоростью. Чем дальше зуб шестерни находится от её центра, тем больше будет окружная скорость при прочих равных. Следовательно, чем больше радиус шестерни, тем быстрее в пространстве перемещаются её зубья.

Проблема состоит в следующем. В нашей конструкции применены шестерни пяти различных диаметров, то есть при одинаковых числах оборотов валов зубья разных шестерён будут вращаться с пятью разными окружными скоростями. К чему это ведёт? Для наглядности и простоты включим третью передачу. Скорости вращения валов одинаковы, но у шестерней разного диаметра будут различные окружные скорости. Теперь включим вторую передачу. Шестерня z5 сдвигается вправо, но хотя ведомый вал уже не связан с ведущим, он всё ещё вращается по инерции примерно с прежней скоростью. Окружная скорость шестерни z3 в четыре раза больше, чем у z4. Следовательно, при включении второй передачи шестерня z3 резко затормозится и её скорость снизится в 4 раза. Это торможение произойдёт за счёт сильного удара зубьев. Есть ли в этом хоть что-то хорошее? Нет, поскольку от сильных нагрузок зубья быстрее изнашиваются, а для включения передач нужно приложить значительную силу.

Как уменьшить усилия для включения передачи и увеличить ресурс механизма? Это достигается различными способами. Перед включением нужной передачи КПП расцепляется с двигателем (об этом поговорим в другой раз), благодаря чему ведущий вал вращается по инерции и его можно затормозить. Но даже этого недостаточно. Передачи включаются с трудом, а из картера коробки слышен зубовный скрежет.

Постоянное зацепление шестерён.
Проблему можно устранить фундаментально, а именно: сделать так, чтобы шестерни всегда были сцеплены между собой. В этом случае их не нужно будет сдвигать, а удара зубьев не произойдёт. Весьма основательная идея, не так ли? Рассмотрим, как включаются передачи в КПП с постоянным зацеплением шестерён, а заодно и переделаем наше двухвальное убожество, применив на нём эту идею.

На шлицах ведущего вала расположим кулачковую муфту. Шестерни свободно вращаются на подшипниках, с валами они жёстко не связаны и потому могут вращаться как угодно относительно вала.

Так выглядит схема некоторой части КПП. Муфта находится в нейтральном положении, валы могут вращаться независимо друг от друга, никакая передача не включена:

Сдвинем муфту влево. Кулачки муфты войдут в зацепление с кулачками на ступице шестерни и включится третья передача:

Шестерни z1 и z2 будут вращаться, но на работу механизма это никак не скажется, поскольку z2 может вращаться на подшипнике независимо от ведущего вала.

Теперь включим другую пару шестерён:

Из-за разности окружных скоростей кулачков муфты и шестерни z2 произойдёт удар. Возникает резонный вопрос: если передачи всё равно включаются с ударом, стоит ли использовать эту конструкцию? Ещё как стоит! В КПП с надвижными шестернями при включении передачи всю нагрузку по выравниванию окружных скоростей воспринимает лишь один зуб каждой шестерни. При использовании муфты вся нагрузка распределяется между многими кулачками, а зубья изнашиваются намного менее интенсивно.

Другое достоинство заключается в возможности использовать шестерни с косыми зубьями:

Зубья у них длиннее, а потому могут воспринимать большую нагрузку, сами же шестерни работают плавно и меньше изнашиваются.

Итак, вместо кареток используются скользящие муфты, а вилки включения передач входят в канавки муфт.

Улучшенная коробка передач.
Заменим подвижные шестерни на муфты. Получится следующая схема:

Управление такой КПП ничем не отличается от старого варианта, зато уменьшится износ зубьев и включение передач станет не таким тугим. Но нет предела совершенству! Мы можем обойтись и двумя вилками включения передач, а заодно уменьшим длину картера КПП:

Синхронизаторы.
Полностью избежать удара при включении передач, сделать его лёгким и бесшумным возможно с помощью синхронизаторов, которые синхронизируют (уравнивают) окружные скорости. Существует несколько конструкций синхронизаторов, но в данном посте мы ограничимся конусными синхронизаторами как весьма распространёнными и простыми по конструкции. На шлицах вала вращается конусная муфта, в которой вместо кулачков есть конусная поверхность. На конусной муфте есть выступы, входящие в шлицы кулачковой муфты. Получается, что обе муфты вращаются с валом заодно, но кулачковая муфта может сдвигаться относительно конусной. Звучит страшно, но на деле всё очень просто. Так выглядит конструкция целиком:

На шестернях помимо кулачков есть конусная поверхность. Для включения передачи начнём сдвигать кулачковую муфту, вместе с ней сдвинется и конусная муфта. Конус муфты прижмётся к конусной поверхности шестерни, при этом возникнет трение. Если шестерня вращалась быстрее муфты, то она начнёт притормаживаться. Если она вращалась медленнее, то конусная муфта её разгонит.

После уравнивания скоростей кулачковая муфта входит в зацепление с кулачками шестерни и передача включается. Включение передачи в два этапа выглядит следующим образом:

В следующий раз мы поговорим о различных схемах коробок передач: двухвальных, трёхвальных и безвальных. Ну а на сегодня всё.

Устройство и принцип работы механической коробки передач

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от “ручного” (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

1. Принцип работы механической коробки передач
2. Виды механических КПП
3. Устройство механической коробки передач
4. Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
5. Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
6. Немного о синхронизаторе МКПП
7. Преимущества и недостатки МКПП
8. Заключение

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором – повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев – тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная – максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики – там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Устройство механической коробки передач

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Заключение

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более “драйверскими” ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Автомат или вариатор: что лучше и надежнее?

Содержание:

Автоматические трансмиссии на автомобилях зачастую называют одним общепринятым наименованием «автомат», однако по принципу действия и конструкции они могут кардинально отличаться друг от друга.

На сегодняшний день существует множество видов автоматических трансмиссий, однако на легковых автомобилях чаще всего применяют коробки передач трех типов: классические гидромеханические автоматические трансмиссии, роботизированные коробки передач, а также бесступенчатые вариаторы, которые часто обозначают аббревиатурой CVT.

Конструктивно все они отличаются и имеют как свои преимущества, так и недостатки. Однако раньше всех широкое распространение получили классические автоматы, которые уже больше 70 лет применяются на легковых машинах.

Следом широко начали устанавливать роботизированные трансмиссии, которые долгое время вызывали скепсис у автовладельцев из-за не очень надежной конструкции. Впрочем, с годами они модернизировались, и кризис недоверия к роботизированным коробкам передач был успешно пройден.

А сейчас все большее распространение на современных машинах начали получать бесступенчатые вариаторы, которые идут по пути, уже когда-то пройденному «роботами». Так что давайте разбираться, что собой представляет вариатор, как он работает, какие у него минусы и плюсы, а также насколько он надежнее и лучше в сравнении с классическим автоматом.

Что такое вариатор и как он работает?

Вариатор — это вид автоматической коробки передач, который передает крутящий момент от двигателя к колесам и способен плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении такой тип трансмиссии также обозначают аббревиатурой CVT (Continuously Variable Transmission).

Удивительно, но изобрели вариатор даже гораздо раньше, чем обычные «автоматы», но применяли его все же не на автомобилях. Патент на вариатор был выдан еще в конце XIX века и сначала он использовался для изменения скорости вращения валов на станках.

А первый автомобиль с таким типом трансмиссии появился лишь в 1950-х. Вариатор впервые начал устанавливаться серийно на автомобили марки DAF, которая в те годы производила не только грузовики, но и легковушки. Потом их начали устанавливать на некоторые модели Volvo, а конце 1990-х и начале 2000-х вариатор c фирменном наименованием Tiptronic использовался на младших седанах Audi. Но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Первый тип — самый распространенный. Так что рассмотрим, как он устроен и работает.

Автомобиль, оборудованный такой трансмиссией, на первый взгляд ничем не отличается от машин с обычным автоматом — педалей всего две, и рычаг переключения режимов трансмиссии с положениями P, R, N, D, схожий с машинами с традиционной АКП. Но работает вариатор совершенно по-другому, а именно в нем нет фиксированных передач. Изменения передаточного отношения происходит не «переключениями», а плавно и незаметно, благодаря ремню или цепи, который в разных положениях вращается по специальным коническим шкивам.

В зависимости от диаметра шкивов в месте вращения ремня или цепи меняется и передаточное отношение и изменяется скорость вращения и крутящий момент выходного вала, который дальше передает тягу на приводы и колеса. Поэтому при работе вариатора нет толчков при трогании с места, и тем более нет никаких «переключений передач».