 |
Синхронизированныеинесинхронизированныемкпп
|
|
|
|
Коробки передач.
КПтранспортныхсредствпредназначенадляизменения частоты и крутящего момента вболееширокихпределах,чемэтоможетобеспечить двигател ь транспортногосредства.Какправило,этоотноситсяк двигателям внутреннегосгорания (ДВС),которыеимеютнедостаточную приспособляемость.Транспортныесредствас паровыми или электрическими (трамвай,т роллейбус) двигателямиобычновыполняютсябезКП,таккак последниеимеютвысокуюприспособляемостьиобеспечиваютизменение частотывращенияикрутящегомоментавболееширокихпределах,чем ДВС.ТакжеКПпредназначенадляобеспечениядвижениятранспортного средствазаднимходомидлительногоотключениядвигателяот движителя припускедвигателяиработеегонастоянках.
Классификация
Коробкипередачклассифицируютсяпонесколькимпризнакам.
По способу передачи потока мощности
•Механические —коробкипередач,вкоторыхиспользуются механическиепередачи,какправило— зубчатые.
о Простые — выполненысиспользованиемцилиндрическихи
коническихзубчатыхпередач,
о Планетарные(ПКП)—выполненысиспользованием
планетарныхрядов.
•Гидромеханические —коробкипередач,вкоторыхмеханические передачииспользуютсявсочетаниисгидравлическойпередачей (гидромуфта, гидротрансформатор).
Классификация простых КП
По числу основных валов с шестернями:
• двухвальныесоднойпаройзацепления-наиболеепросты,нонеимеют прямойпередачи(большинствопереднеприводныхизаднемоторных автомобилей)
• трёхвальныесдвумяпарамизацепления:
о соосные-первичныйивторичныйвалсоосны-имеютпрямую передачу,характеризуютсяуменьшеннымпоперечным габаритом,ноувеличеннымпродольным(большинство заднеприводныхавтомобилей)
|
|
|
оснесооснымивалами-неимеютпрямойпередачи(раздаточные коробкиполноприводныхавтомобилей,КППтракторов)
• многовальныеспеременнымчисломзацеплений-позволяютполучать большоечислопередач(КППтракторов,коробкискоростейиподач токарныхстанков)
• многовальныеспоследовательнымредуцированием-фактически объединяютвсебенесколькопоследовательновключенныхКПП (нашлиприменениенатракторахибронетехнике)
• безвальныеКП
о соосныебезвальныеКП(немецкийтанк Рz.Ш)
о несоосныебезвальныеКП(немецкийтанк Рz.VI«Тигр»)
По числу ходов(подвижныхшестерен-каретокилимуфт):трех-,четырех-и пятиходовые.
По способу переключения ступеней:
• сподвижнымишестернями-каретками
• спостояннымзацеплениемшестеренипереключениемспомощью зубчатыхмуфт:
обез синхронизаторов
оссинхронизаторами
•сфрикционнымвключениемступеней
Классификация планетарных КП
По числу степеней свободыпривыключениивсехфрикционныхустройств:
• сдвумястепенямисвободы
• стремястепенямисвободы
• счетырьмяиболеечисломстепенейсвободы
По типу используемых планетарных рядов:КПсэпициклическимиис присоединенными планетарнымирядамивнешнегоиливнутреннего зацепления.
По способу управления
• С ручным включением передач —передачувключаетводитель (оператор).
о Непосредственного действия —используетсятолькоусилие оператора.Приводынепосредственногодействиябывают механическими игидравлическими.
о Сервоприводы —используетсяусилиеоператораи
сервоустройства,приэтомосновнуючастьработывыполняет сервоустройство,аусилиеоператоранеобходимодляуправления работойсервоустройства.Взависимостиотисточника(преобразователя)энергиисервоприводыподразделяютсяна гидравлические, механические, электрические, вакуумные, смешанные идр.Вавтомобиле-итанкостроениинаибольшее распространениеполучили гидросервоприводы.
|
|
|
• Автоматические —взависимостиотвнешнихусловий(например, частотавращенияинагрузкана коленчатомвалу двигателя)передачи переключает автоматизированнаясистемауправления КПбезучастия водителя.
По числу передач
Указываетсячислопередачпереднегоизаднегохода.
Механическая коробка переключения передач
| ЧетырёхступенчатаяМКППТорLоаdегавтомобиляфирмыFORD. |
Механическаякоробкапередачизнутри.
Механическая коробка переключения передач(иногда - перемены передач, далее по тексту — МКПП) —механизм,предназначенныйдля ступенчатогоизмененияпередаточногоотношения,вкоторомвыбор передачиосуществляетсяоператором(водителем)вручную.
Назначение
Необходимостьвналичиикоробкипередачпроистекаетизодногоиз главныхнедостатков двигателявнутрен негосгорания.Диапазонскоростей вращенияДВСвбольшинствеслучаев(обычноот500донесколькихтысяч об/мин)несовпадаетсоскоростямивращенияколёсавтомобиля(обычноот 0до1800об/мин).ДругаяособенностьДВСвтом,чтомаксимальные значения крутящегомомента достигаютсявсравнительнонебольшом интервале,расположенномприблизительнопосерединемежду максимальнымииминимальнымиоборотами.Максимальнаяжемощность развиваетсянамаксимальныхоборотах.
Например,двигательраспространённогоавтомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочиеоборотыот800до5400об./мин.,приэтоммаксимальное значениекрутящегомоментадостигаетсяпри3000об./мин.ш
Трансмиссия,такимобразом,служитдляобеспеченияоптимальногорежима работыдвигателявразличныхусловияхдвижения.Вмеханической трансмиссииэтоосуществляетсязасчёттого,чтоводительвручную переключаетсямеждунесколькимиступенями(передачами) МКПП, имеющимиразличное передаточноечисло. Выделяютвысшиеинизшие ступени(передачи).
• Притроганиисместа,разгоне,движениинанебольшойскоростиипо бездорожьюнеобходимвысокийкрутящиймомент,максимум которогодостигаетсяприсредне-высокихоборотах,ноотсутствует необходимостьразвиватьбольшуюмаксимальнуюскорость.Поэтому длядвижениявэтомрежимеслужатнизшиеступеникоробкипередач, имеющиенаибольшеепередаточноеотношение,приэтомдажепри большихоборотахдвигателяавтомобильбудетехатьмедленно.
|
|
|
• Сдругойстороны,приравномерномдвижениинадостаточновысокой скоростинеобходимообеспечитьбольшуючастотуобращенияколёс, приэтомудерживаяоборотыдвигателявприемлемыхрамках.Для этогослужатвысшиепередачи,имеющиезначительноменьшие передаточныечислапосравнениюснизшими,приэтомавтомобиль будетпритехжеоборотахдвигателяехатьдостаточнобыстро,покане будутдостигнутымаксимальныерабочиеоборотыдвигателя.Однако привключённыхвысшихпередачахавтомобильнеможетдвигатьсяс небольшойскоростью(конкретныйминимумскоростидлякаждой ступеникоробкипередачзависитотособенностейконструкции трансмиссииимоментнойхарактеристикиконкретногодвигателя),и, темболее,трогатьсясместа,таккакдвигательнесможетразвить
крутящегомомента,достаточногодлятого,чтобысдвинуть автомобильсместа,иостановится(заглохнет).
Принцип работы
Кратко,принципработымеханическойКППтрадиционноготипа заключаетсявтом,чтозубчатыешестернивеёкорпусемогутпоочерёдно зацеплятьсявразличныхкомбинациях,образуянесколькопередачсразным передаточнымчислом.
МКППобычноработаетвпаресо сцеплением. Онослужитдлявременного разобщениядвигателяитрансмиссии.Этонеобходимодляпереключения передачивМКПП,таккак,когдадвигательивалыКППнеразобщены,и двигательработает,черезкоробкупередачпроходитбольшойкрутящий момент,ипереключатьпередачиневозможно.
Валы и шестерни
Любаякоробкапередачтрадиционноготипапредставляетсобойнабор расположенныхвединомкорпусе(называемомкартером)ивращающихся вокругпараллельныхосейваловсрасположенныминанихшестернями.
Далеерассматриваетсятрёхвальнаякоробкапередачзаднеприводного автомобиляклассическойкомпоновкиссинхронизаторамиишестернями постоянногозацеплениянапередачахпереднегоходаи несинхронизированнойскользящейшестернейзаднегохода.
ВтакихмеханическихКППприсутствуюттривала: первичный, вторичный,промежуточный.
• Первичный(ведущий)валчерезсцеплениесоединяетсясмаховиком двигателя.
|
|
|
• Вторичный(ведомый)валжёсткосоединёнскарданнымвалом,илив трэнсэкслах —непосредственносглавнойпередачей.
• Промежуточныйвалслужитдляпередачивращенияотпервичного валаквторичному.
Обычно,первичныйивторичныйвалырасположеныодинзадругим, вторичныйопираетсяприэтомна подшипник,установленныйвхвостовике первичного.Жёсткойсвязионинеимеютивращаютсянезависимодругот друга.Промежуточныйвалрасположенобычноподпервичными вторичным.Навалахнаходятсяблокишестерён.Чтобыуменьшить шумностьработы,шестерниобычноделаюткосозубыми.
Напервичномвалунаходитсяоднашестерня,жёстконанёмзакреплённаяи служащаядляпередачивращенияпромежуточномувалу.Навторичномвалу расположенблок шестерён, шестерникоторогосвободно вращаютсяна валу,ноконструктивноихпродольное перемещение исключено. Для включенияпередачи,онимогутблокироваться на валу, начинаявращаться вместесним
Напротивкаждойшестерниведущегоиведомоговаловрасположеныжёстко закреплённыенасвоёмвалушестерни промежуточного вала, которые находятсясрасположенныминапротившестернямиведущегоиведомого валав постоянном зацеплении (т.е.всешестернивкоробкепередачвсегда вращаютсяпридвиженииавтомобилявперед).Таккакединственная шестерняпервичноговалатакжежёсткозакрепленанасвоёмвалу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда.Включениеженужнойпередачипроисходитзасчётзадействованиянужной шестерни,расположеннойнавторичномвалу.
Именновыборнужнойшестернинавторичномвалуивведениееёв зацеплениесэтимваломиявляется,посути,выборомнужнойпередачи.
Переключение передач
Междушестернямиведомоговаларасположенымуфты включения передач(илишлицевые муфты). Вотличиеотшестернейпередач,они закрепленынасвоёмвалуивращаются вместе с ним, номогутдвигаться в продольном направлении (вперёд-назад).
Насторонахшестерёнвторичноговала,обращенныхкмуфтамвключения передач,имеютсязубчатые венцы. Также,зубчатыйвенецимеетизадний торецведущеговала.Ответныезубчатыевенцынаходятсянамуфтах включения.
Придвижениирычагапереключенияпередач,припомощиспециального приводачерезползуныприводятсявдвижениевилки переключения передач, которыемогутпередвигатьмуфтывключениявпродольномнаправлении. Специальныйблокирующиймеханизм(замок) приэтомнедопускает одновременноевключениедвухпередач,чтомоглобыпроизойти,еслибы рычагпереключенияпередачзацепилбысразудваползуна.Замокфиксирует дваползунавнейтральномположениипридвижениитретьего,чеми исключаетсяодновременноевключениедвухпередач.
|
|
|
Когдамуфтавключениядвижетсявнаправлениишестернинужнойпередачи, ихзубчатыевенцывстречаются,имуфтавключения,котораявращается вместесвалом,соединяетсясшестернейпередачи,блокируяеё.Послеэтого онивращаютсяикоробкапередачначинаетпередаватьвращениеот двигателяна карданныйвал идалее—наколёса.
Соответственно,когданиоднамуфтавключениянеблокируетниодной шестерни,коробкапередачнаходитсявнейтрали, илинанейтральной передаче,идвигательстрансмиссиейразобщены.
Синхронизаторы
Однакоприописанномвышепростейшемустройствекоробкипередачи будутвключатьсяссильнымшумомичувствительнымударом,крометого, водителюнеобходимобудетугадыватьмомент,когдаоборотымуфты включенияишестернинавалубудутпримерноодинаковыми,иначе зубчатыевенцымуфтыишестернинужнойпередачиневойдутвзацепление иоченьбыстроизносятся.
ПоэтомувсовременныхМКППвместопростыхмуфтвключения используютсясинхронизаторы,уравнивающиеокружнуюскоростьшестерни имуфтывключенияинедающиемуфтезаблокироватьшестерню,покаих скоростинесравняются—чтозанимаетвремяпорядкамиллисекунд,ибез примененияспециальныхприборовобнаружитьблокировкупри переключениипередачневозможно
Двухвальные коробки передач
Двухвальнаячетырёхступенчатаянесинхронизированнаякоробкапередачсо скользящимишестернями.Вотличиеотсовременныхконструкций,её шестерниненаходятсявпостоянномзацеплении:шестернипервичноговала (верхний)могутскользитьвдольнего,вступаявзацеплениеснеподвижно закреплённыминасвоёмвалушестернямивторичного.1911год,Германия.
ВнастоящеевремянередкоиспользуютсядвухвальныеМКПП:вних отсутствуетпромежуточныйвал,ведущийиведомыйвалывращаются
вокругпараллельныхосей(анерасположенынаоднойосидругзадругом),и крутящиймоментпередаётсянепосредственносоднойизшестерней первичноговаланазафиксированнуюнасвоёмвалусинхронизатором соответствующуюшестернювторичного,поэтомупрямаяпередача техническиневозможна.Востальном,ихпринципдействияаналогичен работетрёхвальнойМКПП.
ПреимуществатакихКПП—компактностьинесколькобольший КПД благодаряменьшемуколичествузадействованныхвпередачекрутящего моменташестерён.Главныйнедостаток—отсутствиепрямойпередачи; крометого,такаяКППпригоднатолькодлялегковогоавтомобиля:вней конструктивносложнополучитьбольшиезначенияпередаточногочисла.
Таковыкоробкипередачпереднеприводныхавтомобилей,таких,как ВАЗ- 2108и Москвич-2141. ЧастотакиеКППимеютбольшечетырёхпередач переднегохода.
СинхронизированныеинесинхронизированныеМКПП
Существуютсинхронизированныеинесинхронизированныемеханические коробкипередач.
• Внесинхронизированной МКППвключениепередачосуществляется полностьюводителемвручную.Таккакприпереключениипередачи скоростьшестерёнразлична,муфтапереключениянеможетпросто перейтисоднойизнихнадругую.
Поэтомуводителюприходитсяждатьмомента,когдаокружные скоростишестерёнсравняются.Дляэтогослужитспособ,называемый «двойнымвыжимом»:дляпереключениямеждунизшейивысшей передачейсначаланажимаютпедальсцепления,выключаютпередачу (коробкав«нейтрали»),отпускаютсцепление,затемснованажимают наегопедальивключаютнужнуюпередачу.Припереключениис высшейпередачинанизшуюприменяют«двойнойвыжимс перегазовкой»—тотжепроцесс,нокогдакоробканаходитсяв нейтралипроизводят«перегазовку»—нажимаютнапедаль акселератора.Всеэтимерынужныдлягрубоговыравнивания окружныхскоростейшестерёниоблегченияпереключенияпередач. Нанекоторыхспортивныхавтомобиляхимотоциклахс несинхронизированнымиМКППпередачиобычнопереключаютбез выжимасцепления,чтотребуетотводителябольшогоопыта (необходимонауровнеавтоматизмадостаточноточно«подгадывать» необходимыевмоментпереключенияоборотыдвигателя).
НалегковыхавтомобиляхполностьюнесинхронизированныеМКПП применялисьдо1940-хгодов(ГАЗ-А, ГАЗ-М-1,ранниесерии ГАЗ-М- 20).
Однако,например,натяжёлыхгрузовикахитракторах,КППкоторых имеютбольшоеколичествопередач(до18),установка синхронизаторовтехническиневозможна.Крометого, несинхронизированныеМКППиногдаиспользуютнасовременных спортивныхавтомобиляхимотоциклахподвумпричинам:во-первых, опытныйводительпереключаетнесинхронизированныепередачи быстрее(сменьшейзадержкой),аво-вторых(чтоболееважно),такие коробкиболееживучиприхарактерныхдляспортавысокихнагрузках.
• Всинхронизированной МКПП,включениевсехпередач(или некоторых)вопределённомсмыслечастичноавтоматизировано. Специальныеустройства—синхронизаторы—недаютвключающей муфтеперейтисоднойшестернинадругую,покаихскоростьне выравняется(чтотакжевыполняетсясинхронизатором).
Убольшинствасовременныхлегковыхавтомобилей синхронизированывсеимеющиесяпередачи,иногда—всепередачи переднегохода.
Впрошломсинхронизированнымибылилишьвысшиепередачи. Например,вкоробкепередач«Волги» ГАЗ-21 синхронизированы толькоПиШпередачи,аIизаднегохода—нет.Вэтомслучаедля бесшумноговключениянесинхронизированныхпередач(включая заднюю)применяетсяспециальныйприём—выжавсцепление, сначаларычагпереключенияпередапереводятвположение, соответствующееоднойизсинхронизированныхпередач,азатем,не отпускаяпедалисцепления,включаютнужнуюнесинхронизированную передачу.Приэтомпросходитвыраниваниескоростейваловкоробки передач,чтодаётэффект,аналогичныйналичиюнаэтойпередаче синхронизаторов.Применениеэтогоприёмапозволяетнетолько избежатьнеприятногоскрежетапривключениинесинхронизированной передачи,ноизначительноувеличитьресурсеёшестерней.
Убольшинстваотечественныхавтомобилейпередачазаднегохода не имеет синхронизатора.
ВелосипеднаяпланетарнаякоробкапередачRohloffSpeedhub 500/14
Некоторыеавтомобилииспользовалипланетарныемеханическиекоробки передач,например, FordТ. Шестернивпланетарноммеханизмесовершают помимовращательногоещёипоступательноедвижение.
Особенностьэтихкоробоквтом,чтовсешестернивнихнаходятсяв постоянномзацеплении,аизменениепередаточногочислапроисходитза счётторможенияиблокированияотдельныхвращающихсяэлементов.
Таккакприпереключениипередачвпланетарнойкоробкенепроисходит зацеплениямеждудвумязубчатымивенцами,нетнеобходимостиив разобщениидвигателяитрансмиссиидляпереключенияпередач.Кроме того,такаятрансмиссияполучаетсягораздокомпактнееобычной.
Однакоуправлениеавтомобилемстакойкоробкойпередачочень специфично,асамаонавесьмадорогавпроизводстве.Поэтому механическиепланетарныеКППполучилималоераспространениена автомобилях(затонередкоприменяютсянавелосипедах,атакже танках и иныхгусеничныхмашинах).
Крометого,практическивсегидромеханические автоматические трансмиссии используютпланетарнуюмеханическуючасть,которая достаточнолегкоподдаетсяавтоматизациииможетработатьвпарес
гидротрансформатором без сцепления.
|
|
|
