Назначения передач и их классификация

Плюсы и минусы

У каждого типа зубчатых соединений есть свои достоинства и недостатки.

• Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено до 4,2. Дальнейшее увеличение соотношения количества зубьев приводит к значительному увеличению размеров механизма и увеличению уровня шума.
• Главная передача гипоидная. Этот тип имеет низкую нагрузку на зубья и низкий уровень шума. Наряду с этим из-за смещения в зацеплении шестерен увеличивается трение скольжения и снижается КПД, но при этом появляется возможность максимально опустить карданный вал. Передаточное число легковых автомобилей — 3,5-4,5; для грузовых — 5-7;
• Коническая главная передача. Она редко используется из-за огромных размеров и шума.
• Червячная главная передача. Фактически, этот тип зубчатого соединения не используется из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости.

Подробнее о том, что представляет собой «механика»

Как работает механическая КП? Что она из себя представляет? Давайте разберемся. Механическая коробка передач выполняет простую и понятную функцию: смена передаточного отношения скорости вращения колесам от мотора. Важная составляющая часть её – передаточный механизм зубчатого (чаще всего) вида. Мы уже выяснили, что функционирует механическая КП путем манипуляций водителя, который самостоятельно решает, какое в настоящий момент значение передаточных чисел требуется для корректной работы всего авто.Отсюда и название – механическая, что предполагает полностью ручное управление.

Синхронизатор коробки передач: принцип работы

Сложно представить, но в автомобильных коробках передач не всегда присутствовал синхронизатор КПП для выравнивания частоты вращения между валом и шестерней. Раньше для того чтобы произвести переключение скоростей, приходилось использовать двойное выжимание сцепления. Первое для того чтобы рассоединить коробку передач с коленвалом, а второе, наоборот, для их соединения после того как будет произведена смена передаточной пары (смена скорости).

Но время идёт. Машиностроение и механика шагнули в будущее. На смену постоянному передергиванию педали сцепления пришёл синхронизатор КПП, что существенно увеличило срок службы коробки передач в целом и отдельных её составляющих в частности. Удобнее управлять автомобилем стало и водителю.

Что такое синхронизатор КПП

Устройство синхронизатора КПП, равно, как и сам синхронизатор ВАЗ — это механическое узел, состоящий из 4 частей:

1. Обойма синхронизатора или ступица с тремя фиксаторами;
2. Две кольцевых пружины;
3. Два фрикционных конусных кольца;
4. Муфта переключения.

Такая вот нехитрая конструкция синхронизатора ВАЗ обеспечивает принцип работы сразу двух передач.

Как работает синхронизирующее устройство

Главным рабочим элементом синхронизатора ВАЗ является его ступица, которая при помощи трёх фиксаторов и нарезанных на ней шлицов соединяется с муфтой включения. Та, в свою очередь, соединена с вилкой КПП. Внутренними шлицами ступицами соединяется с валом, имея при этом свободную возможность передвигаться по нему от одной шестерни к другой.

Когда требуется произвести переключение скорости на ВАЗ, вилка коробки передач двигает муфту, а вместе с ней и весь синхронизатор КПП, к той шестерне, частоту вращения которой требуется выровнять с частотой вращения вала. С этого начинается принцип работы синхронизатора. Муфта прижимает все устройство к конусной части шестерёнки. При этом фиксаторы на муфте сдвигаются и блокируют фрикционное кольцо, которое вступает в контакт с конусом на шестерне. Фрикционное кольцо на конусе проворачивается до тех пор, пока не стопорится. Как только это произошло, скорость между валом и шестерней синхронизируется, и мотор настроен на новые рабочие обороты.

Муфта синхронизатора

Когда появились первые коробки передач

Точного ответа на этот вопрос не существует. Принято считать, что первые коробки передач, на которых стоял синхронизатор КПП появились в конце 40-х или начале 50-х годов. Кто утверждает, что это произошло в Советском союзе, другие же говорят, что родоначальником этого новшества была компания Porsche. Как бы там ни было, но благодаря появлению синхронизатора, включая его принцип работы, было заложено основания для увеличения количества скоростей в КПП. Уже в восьмидесятых годах на ВАЗ пятиступенчатая коробка передач становится нормой того времени, а в 2012 году та же компания Porsche объявляет о выходе семиступенчатой коробки передач с синхронизатором КПП.

Материалы, из которых изготавливают синхронизирующее устройство

Сталь или латунь — два самых распространённых материала, которые используют для изготовления синхронизаторов на ВАЗ. Иногда, чаще всего в высоко бюджетных иномарках или спортивных трансмиссиях, встречаются синхронизирующие устройства, покрытые напылением карбона. Это позволяет выдерживать более высокие температуры и снизить уровень шума, при контакте с шестерней, которые являются следствием работы высокооборотистых двигателей спортивных моделей.

Фрикционные кольца также изготавливают из стали методом штамповки, например, для ВАЗ, или на более дорогих КПП, выковывая их. Как и в случае с синхронизатором, фрикционные кольца покрываются защитным слоем из цветных металлов. Например, меди или молибдена.

Симптомы того, что синхронизирующее устройство заболело

До ужаса неприятно, когда твой автомобиль начинает кашлять, чихать, скрипеть и гаркать. Тем более, когда это связано с коробкой передач. Чаще всего неисправности с КПП связаны именно с поломкой синхронизирующего устройства. Это может проявляться по-разному, например:

• шумы при работе КПП;
• переключение передачи, которое требует дополнительных усилий;
• автоматический сброс скорости в коробке.

Конечно, эти симптомы могут быть признаками и других поломок, которые произошли с КПП, но зачастую первым кто выходит из строя, является синхронизатор. Профилактические работы можно, конечно, производить и самому, но столкнувшись с серьёзной поломкой лучше всего обратиться к специалисту.

https://youtube.com/watch?v=iBl8CsVtGeg%2520

Конструкция и характеристики главной передачи

Конструкция рассматриваемого механизма проста: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Шестерня меньше по размеру и соединена с выходным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей шестерни и соединена с дифференциалом и колесами автомобиля.

Какими основными характеристиками должна обладать главная передача:

• минимальный уровень шума и вибраций при работе;
• минимальный расход топлива;
• большой КПД;
• обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
• технологичность;
• минимальные габаритные размеры;
• минимальная масса;
• высокая надежность;
• минимальная необходимость в обслуживании.

Эффективность главной передачи можно повысить за счет улучшения качества зубьев обеих шестерен, а также за счет увеличения жесткости деталей и использования подшипников качения в конструкции.

Вибрацию и шум можно минимизировать, обеспечив надежную смазку зубьев, повысив точность зацепления, увеличив диаметр вала и увеличив жесткость элементов механизма.

Принцип работы редукторов

Так как в основе работы редуктора лежит передача и преобразование крутящего момента, основной характеристикой механических редукторов является тип механической передачи, которая в них используется.

Типы передач:

• Цилиндрическая зубчатая передача – один из самых надежных и долговечных типов передач, обеспечивающий высокий ресурс использования. Как правило, применяется в редукторах с особо сложным режимом работы. Этот тип передач подразделяется на прямозубные передачи, косозубчатые и шевронные передачи;
• Коническая зубчатая передача – в отличие от предыдущей имеет оси входных и выходных валов, которые пересекаются друг с другом. Роторы с такой передачей используются когда необходимо изменить направление передаваемой кинетической энергии;
• Червячная передача – это механическая передача от винта («червяка») к зубчатому колесу. Имеют достаточно высокое передаточное отношение и относительно низкое КПД. Бывают однозаходные и многозаходные;
• Гипоидная передача (спироидная) – использует для передачи конические колёса со скрещивающимися осями (колеса могут иметь косые или криволинейные зубья). Такой тип передачи отличается низким шумом работы, плавностью хода и высокой нагрузочной способностью;
• Цепная передача – как понятно из названия, использует гибкую цепь для передачи механической энергии. Состоит из двух звёздочек (ведущей и ведомой) и цепи, состоящей, в свою очередь, из подвижных звеньев. Это один из самых универсальных, простых и экономичных типов передач;
• Ремённая передача – передача энергии при помощи гибкого ремня за счет силы трения или сил зацепления (в случае с зубчатыми ремнями). Состоит из ведущего и ведомого шкивов, а также приводного ремня. К преимуществам можно отнести недорогую стоимость, бесшумность и плавность работы, а также легкий монтаж и компенсацию перегрузок за счет проскальзывания;
• Винтовая передача – преобразует поступательное движение во вращательное, и наоборот. Как правило, представляет собой конструкцию, состоящую из винта и гайки. Бывает передача качения и скольжения. Эта передача чаще используется не для перемещения, а для закрепления. Применяется в регулировочных винтах, приводах исполнительных органов механизмов, различных инструментах;
• Волновая передача – относительно новый тип передач, характеризующийся очень высоким передаточным отношением. Работает за счёт генерирования волн на гибком колесе, оснащенным меньшим количеством зубьев чем жесткое колесо, и смещения колесо относительно друг друга на разницу зубьев за один оборот. Среди достоинств – малый вес, высокая кинематическая точность, способность передачи момента через герметичные стенки.

Число ступеней редуктора

Как правило, редукторы, состоящие только из одной передачи, встречаются крайне редко. Такой тип редукторов называется одноступенчатым. Куда больше распространение получили двух-трех и многоступенчатые редукторы, причем в таких редукторах могут встречаться как передачи одного типа, так и несколько различных передач, комбинированных между собой. Общее передаточное отношение редуктора напрямую зависит от типа используемой передачи и количества ступеней. В некоторых механизмах количество ступеней может до десятков и сотен тысяч.

Валы редуктора

Размещение различных передач в одном корпусе редуктора позволяет разместить опоры валов с очень точно соблюдённой соосностью и строго выдержанными межосевыми расстояниями. Передача крутящего момента может осуществляться между параллельными, пересекающимися и даже перекрещивающимися валами. Взаимное расположение валов определяет, какой именно тип передачи будет использоваться в данном редукторе. Так, например, для передачи вращения между валами, расположенными параллельно используются цилиндрические зубчатые передачи. Если валы пересекаются – применяют конические зубчатые передачи, а в случае с перекрещивающимися валами оптимальным будет применение червячных, зубчато-винтовых и гипоидных передач. По количеству возможных скоростей выходного вала редукторы можно разделить на механизмы с постоянным показателем передаточного отношения (односкоростные редукторы), а также на двух – и многоскоростные редукторы, с возможностью изменения передаточного отношения.

Для чего нужен синхронизатор коробки передач

Все современные механические коробки передач, а также роботизированные коробки передач являются синхронизированными. В таких коробках для того, чтобы включить передачу, производится выравнивание частоты вращения вала и шестерни.

Синхронизацию обеспечивает одноименное устройство – синхронизатор. Помимо плавного переключения передач синхронизатор снижает износ механического соединения, шум при переключении и, тем самым, увеличивает срок службы коробки передач.

Синхронизаторами оборудуются все передачи коробки передач легкового автомобиля, в том числе передача заднего хода. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей.

Чем выше разница в частотах вращения вала и шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для их синхронизации.

Выполнение данного условия достигается путем увеличения площади поверхности соприкосновения – установкой дополнительных фрикционных колец.

Состоит из следующих элементов:
1.Блокирующее кольцо
2.Ступица
3.Сухарь
4.Кольцевая пружина
5.Фрикционный конус шестерни
6.Шестерня
7.Блокирующее кольцо
8.Муфта синхронизатора
9.Сухарь

10.Шестерня

Конструктивной основой синхронизатора является ступица. Она имеет внутренние и наружные шлицы. С помощью внутренних шлицев ступица соединяется с вторичным валом коробки передач и имеет возможность осевого перемещения по нему в разные стороны. Наружные шлицы соединяют ступицу с муфтой включения.

По окружности ступицы под углом 120° выполнены три паза, в которые установлены подпружиненные сухари. В синхронизаторе сухари нажимают на блокирующее кольцо при включении передачи и способствуют блокировке муфты на этапе синхронизации.

Муфта включения (другое название – муфта синхронизатора) обеспечивает жесткое соединение вала и шестерни. Муфта насажена на ступицу и имеет внутренние шлицы. На шлицах выполнена кольцевая проточка, в которой размещаются выступы сухарей. Снаружи муфта синхронизатора соединяется с вилкой коробки передач.

Блокирующее кольцо обеспечивает синхронизацию и препятствует замыканию муфты до момента выравнивания скоростей вала и шестерни. С внутренней стороны блокирующее кольцо имеет коническую поверхность, которая взаимодействует с фрикционным конусом шестерни. Снаружи блокирующее кольцо имеет шлицы, с помощью которых производится блокировка муфты включения.

Для увеличения поверхности соприкосновения, снижения усилия при переключении передач применяются многоконусные синхронизаторы: двухконусный, трехконусный.

Например, в трехконусном синхронизаторе помимо блокирующего (наружного) кольца устанавливается еще внутреннее и промежуточное кольца.

Для предотвращения проворачивания на кольцах выполнены выступы, которые фиксируются в пазах шестерни и блокирующего кольца.

Таким образом, в трехконусном синхронизаторе созданы три поверхности трения: между конусом шестерни и внутренним кольцом, между внутренним и промежуточным кольцом, между промежуточным и блокирующим кольцом. В зависимости от конструкции в одной коробке передач могут устанавливаться синхронизаторы с различным числом конусов.

Работа синхронизатора

Схема работы синхронизатора
В нейтральном положении рычага коробки передач муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются свободно, поток мощности не передается.

При включении передачи вилка перемещает муфту синхронизатора из среднего положения в направлении шестерни. Вместе с муфтой сдвигаются сухари, которые воздействуют на блокирующее кольцо. Кольцо прижимается к конусу шестерни.

На поверхности возникает сила трения, которая поворачивает кольцо до упора сухарей в пазах кольца (кольцо стопорится от проворачивания).

Далее под действием сил трения происходит синхронизация скоростей шестерни и ведомого вала. Когда скорости выравнены, под нажимом шлицев муфты блокирующее кольцо поворачивается в противоположную сторону, блокировка муфты снимается, шлицы муфты свободно проходят для зацепления с венцом шестерни. Происходит жесткое соединение вторичного вала коробки передач и шестерни.

Несмотря на множество операций, весь процесс синхронизации и включения передачи занимает доли секунды.

Механическая коробка для начинающих

Эксплуатация механической коробки является сложной задачей для “чайников”, как часто называют начинающих водителей. Необходимо контролировать обороты двигателя, переключать скорости, при этом не терять концентрации и следить за дорогой.

Для управления механической коробкой необходимо:

• запомнить алгоритм переключения передач;
• контролировать значения скорости и оборотов визуальным методом (по приборам);
• нажатие и отпускание педали сцепления выполняется плавно и до упора.

Если у водителя нет уверенности в своих силах, то рекомендуется потренироваться в управлении на свободной площадке. Постепенно человек начинает распознавать моменты переключения передач на слух. После этого для него не возникает трудностей при эксплуатации механической трансмиссии.

Скоростные диапазоны движения и схема переключения скоростей

Для автомобилей с двигателями объемом 1,2-2,0 л производители рекомендуют выдерживать скорости на передачах:

• первая – трогание с места и движение до скорости 20-30 км/час;
• вторая – разгон до 30-40 км/час;
• третья – движение со скоростью до 40-60 км/час;
• четвертая – 60-80 км/час;
• пятая – быстрее 80 км/час.

Значения указаны для движения по дороге с твердым покрытием. При эксплуатации автомобиля по бездорожью или скользкой трассе значения скоростей будут иными. Кроме того, для интенсивного разгона скорость на передаче может превышаться.

Пример графика скоростных диапазонов механической трансмиссии

Двигатели современных автомобилей не позволяют раскрутить коленчатый вал свыше допустимых оборотов, поскольку оборудованы электронным ограничителем.

Рекомендации со скоростными режимами движения на каждой передаче приведены в инструкции по эксплуатации автомобиля. В период обкатки возможно снижение показателей, необходимое для приработки деталей.

Подробный алгоритм переключения скоростей выглядит следующим образом:

1. Быстрым и плавным движением левой ноги выжать педаль сцепления до упора. Педаль газа при этом отпущена.
2. В момент достижения педалью сцепления низшей точки перевести рычаг выбора передачи в желаемую точку.
3. Плавно отпустить педаль сцепления, одновременно немного прибавляя обороты правой ногой. Этот пункт позволяет компенсировать снижение скорости транспортного средства за время переключения.
4. Добавить газ для достижения желаемой скорости.

Основные ошибки новичков — чего следует избегать

Неточности, которые допускают начинающие водители при работе с механической коробкой:

1. Сложности с троганием. Малоопытный водитель не может определить момент начала функционирования сцепления и работает им слишком быстро или медленно. Из-за этого мотор либо глохнет, либо подгорают фрикционные накладки сцепления.
2. Отсутствие слухового определения числа оборотов. Новичок продолжает ехать на повышенной частоте вращения, вместо того чтобы перейти на другую передачу. Или наоборот, не чувствует снижения оборотов мотора, продолжая попытки разгона на повышенной скорости. В обоих случаях двигатель подвергается сильным нагрузкам, снижающим ресурс. Кроме того, повышается расход топлива.
3. Попытки тронуться с места на повышенной передаче. Теоретически, опытный водитель может поехать с места со 2-й или 3-й передачи.
4. Удержание левой ноги на педали сцепления. Из-за этого устает ступня, постоянно находящаяся в напряжении. Немного поджатая педаль частично отключает сцепление, увеличивая его пробуксовку и износ.
5. При переключении левая рука неопытного водителя смещает руль в сторону, отклоняя авто от движения по выбранной траектории.

Как переключаться и слушать двигатель?

В процессе движения автовладельцу необходимо распознавать число оборотов двигателя на слух. Помощником малоопытным водителям является тахометр. При эксплуатации бензинового двигателя рекомендованный диапазон оборотов лежит в пределах 2-3 тыс. об/мин, для дизеля – 1,5-2,5 тыс. об/мин.

Как работает двухвальная МКПП, особенности конструкции

Во время работы ДВС, энергия вращения передается через узел сцепления на ведущий вал коробки. Одна часть шестерен на вторичном и первичном валу может свободно вращаться, а другая – устанавливаться на валу неподвижно. Это зависит от модели КПП. Также для сглаживания угловых скоростей и плавного включения передач на каждом валу есть синхронизатор.

Шестерни валов (вторичного и первичного) постоянно взаимодействуют между собой. Определить, какие из них вращаются, а какие жестко зафиксированы, можно следующим образом. Шестерни у муфт синхронизаторов вращаются на валу постоянно. А на главной передаче они неподвижны.

Для передачи момента от валов КПП на колеса, задействуется дифференциал и главная передача. Для чего служит дифференциал? Он предназначен для изменения угловой скорости вращения ведущих колес. Это актуально при прохождении поворотов и при любой другой смене траектории движения авто. Дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость авто на дороге и равномерный износ шин протектора.

Узел выбора передач находится в корпусе трансмиссии. Он являет собой набор штоков и вилок, двигающий муфту синхронизаторов. Узел выбора передач имеет защиту от включения сразу двух скоростей.

Что происходит во время включения передачи

• Когда рычаг находится в положении «нейтраль», маховик не передает вращательный момент и крутится свободно от диска сцепления. При этом шестерни валов МКПП свободно прокручиваются.
• Если водитель включает передачу, в данный момент перемещается муфта синхронизатора через систему тяг или тросиков.
• Муфта выравнивает обороты вала и используемой шестерни.
• Муфта входит в зацепление с шестерней КПП.
• Вращательный момент передается от первичного на вторичный вал трансмиссии.
• Энергия вращения передается в полном объеме от ДВС на колеса с определённым передаточным числом. Каждая передача имеет свое число. Чем ступень КПП выше, тем оно меньше.

Для того, чтобы выполнить движение назад, применяется дополнительный вал. Он имеет промежуточную шестерню реверсивного движения. Синхронизаторы у данной передачи отсутствуют, поэтому включать ее необходимо только после полной остановки авто.

Устройство механической коробки передач

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки. Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Работа главной передачи

Принцип работы главной передачи достаточно прост: пока автомобиль находится в движении, крутящий момент двигателю передается от коробки передач, затем с помощью главной передачи и дифференциала на ведущие мосты автомобиля. Таким образом, главная передача напрямую изменяет крутящий момент, который передается на колеса автомобиля. В результате меняется и скорость вращения колес.

Главная особенность этой редуктора — передаточное число. Этот параметр отражает соотношение между количеством зубьев ведомой шестерни (соединенной с колесами) и ведущей (соединенного с вторичным валом коробки передач). Чем выше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (увеличивается крутящий момент), но в то же время значение максимальной скорости значительно уменьшается. Уменьшение передаточного числа увеличивает скорость, но автомобиль начинает разгоняться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, трансмиссии, размера колес, тормозной системы и т. д.

Виды главной передачи

По количеству пар зацеплений

• Одинарная – имеет в составе лишь одну несколько шестерен: ведомую и ведущую.
• Двойная – имеет в составе две пары шестеренок. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная находится лишь в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Используется на грузовом транспорте, поскольку на нем требуется повышенное передаточное число.

По виду зубчатого соединения

• Цилиндрическая. Используется на переднеприводных автомобилях, в которых двигатель и коробка передач расположены поперечно. В этом типе соединения используются шевронные и косозубые шестерни.
• Коническая. Применяется в автомобилях с задним приводом, где габариты механизмов не важны и нет ограничений по уровню шума.
• Гипоидная. Самый популярный тип зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
• Червячная. В конструкции машины трансмиссия особо не используется.

По компоновке

• Размещается в коробке передач или силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача находится непосредственно в коробке передач.
• Находится отдельно от КПП. В автомобилях с задним приводом главная пара шестерен расположена в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.