Запитання для самоконтролю

1. Класифікація зчеплень.

2. Особливості конструкція фрикційного зчеплення.

3. Особливості конструкції гідравлічного зчеплення.

4. Особливості конструкції електромагнітного зчеплення.

5. Особливості конструкції механічного та гідравлічного приводів виключення зчеплення.

§ 14. Механічні коробки передач

14.1. Призначення, класифікація та компонування механічних коробок передач

Коробка передач (КП) призначена для зміни обертового моменту на ведучих колесах автомобіля, довготривалого роз’єднання двигуна та трансмісії і забезпечення руху заднім ходом.

Передавальне число коробки передач дорівнює відношенню частот обертання її первинного (ведучого) та веденого валів. Необхідність зміни передавального числа визначається тим, що опір рухові автомобіля залежить від дорожніх умов та змінюється в широкому діапазоні, а обертовий момент поршневого двигуна при максимальній подачі пального – всього на 10–30%. Для швидкого розгону при рушанні автомобіля з місця і для подолання значних сил опору руху, наприклад, під час руху на підйомі, потрібно збільшити силу тяги у декілька разів порівняно з тим значенням, яке відповідає максимальному обертовому моменту двигуна. Таке збільшення сили тяги забезпечують зміною передавального числа.

Рис. 14.1. Класифікація коробок передач

Залежно від характеру зміни передатного числа розрізняють коробки передач ступеневі, безступеневі та комбіновані. За характером зв’язку між ведучим і веденим валами коробки передач поділяють на механічні, гідравлічні, електричні, комбіновані, а за способом керування – на автоматичні, напівавтоматичні та неавтоматичні. Ступеневі коробки передач розрізняють за кількістю передач переднього ходу (чотириступеневі, п’ятиступеневі тощо).

В ступеневих коробках передач передавальне число і тягова сила на ведучих колесах змінюються ступенево, в безступеневих – плавно, а в комбінованих (гідромеханічних) – і плавно і ступенево.

В неавтоматичних коробках передач перемикання передач здійснюється водієм за допомогою важеля перемикання; в напівавтоматичних – вибір передачі здійснюється водієм, а перемикання – автоматично; в автоматичних – і вибір і перемикання передач здійснюються автоматично, без участі водія, залежно від умов руху.

Рис. 14.2. Тягові характеристики автомобіля: а) з ступеневою КП; б) з безступеневою КП; в) з гідромеханічною КП

Ступеневі механічні коробки передач із зубчастими механізмами найпоширеніші. Кількість змінних передатних чисел (передач) в таких коробках передач звичайно чотири – п’ять, а іноді вісім. Чим більша кількість передач, тим краще використовується потужність двигуна і вища паливна економічність, проте ускладнюється конструкція коробки передач та вибір передачі, оптимальної для певних умов руху.

Типи шестерень та способи вмикання передач

В коробках передач використовують прямозубі та скіснозубі шестерні. Під час роботи прямозубих шестерень виникає сильний шум. Крім того, вони менш довговічні ніж скіснозубі. Тому прямозубі шестерні використовують, як правило, в першій передачі та передачі заднього ходу, оскільки автомобіль працює на них протягом нетривалого проміжку часу. В усіх інших випадках застосовують скіснозубі шестерні.

Від типу шестерні залежить вибір способу вмикання передач. Можливі такі способи вмикання передач:

• осьовим переміщенням шестерні;

• зубчастою муфтою;

• за допомогою синхронізатора;

• фрикційними елементами.

В одній коробці передач зазвичай застосовують кілька способів вмикання.

Перемикання передач осьовим переміщенням найкраще підходить для прямозубих шестерень. В цьому випадку шестерні встановлюють на валу на шліцах. Цей спосіб найпростіший в конструктивному відношенні і потребує мінімальних осьових розмірів коробки. Проте через незбігання колових швидкостей шестерень в момент вмикання можливий удар, енергію якого сприймає невелика кількість зубців, що приводить до їх значного зношування. Тому цей спосіб вмикання передач використовують досить рідко: на нижчих передачах та передачі заднього ходу.

Рис. 14.3. Схема вмикання передачі осьовим переміщенням

Більшу довговічність забезпечує спосіб вмикання, при якому обидві шестерні встановлені на валах нерухомо в осьовому напрямку, проте одна з них вільна відносно вала в окружному напрямку. Для вмикання передачі цю шестерню сполучають з валом за допомогою зубчастої муфти. Ударне вмикання при різних кутових швидкостях шестерні та вала можливе і в цьому випадку, проте енергія удару сприймається всіма зубцями. При невисокій кваліфікації водія такий спосіб не може забезпечити необхідної довговічності шестерень передач, які вмикаються найчастіше.

Рис. 14.4. Схема вмикання передачі зубчастою муфтою

В сучасних конструкціях для вмикання вищих передач використовують синхронізатори, які виключають ударні навантаження, оскільки не допускають сполучення зубців муфт при їх різних кутових швидкостях. Крім того, синхронізатори, примусово вирівнюючи швидкості зубців муфт перед вмиканням, помітно скорочують час перемикання передач.

Рис. 14.5. Схема вмикання передачі за допомогою синхронізатора

При фрикційному способі для сполучення шестерень з валами використовують багатодискові фрикційні муфти, які працюють в мастилі. Фрикціони вмикаються завдяки тискові оливи, що створюється спеціальним насосом, і діє на поршень, який стискає диски. Інколи притискання дисків здійснюється пружиною, а розтискання – тиском оливи. Такий спосіб перемикання передач має багато переваг:

• підвищується довговічність шестерень;

• процес вмикання та вимикання передач можна автоматизувати;

• з’являється можливість перемикання передач без розриву потоку потужності.

Остання перевага досягається шляхом поступового зниження тиску в першому фрикціоні, який вимикає одну передачу, та одночасного пропорційного підвищення тиску в другому, який вмикає наступну передачу. Таке перемикання підвищує комфортабельність автомобіля та є цінним для автомобілів підвищеної прохідності, коли в деяких важких умовах руху розрив потоку потужності при перемиканні передач може привести до небажаної зупинки транспортного засобу.

Проте цей спосіб вмикання передач найбільш складний, дорогий та потребує суттєвого збільшення розмірів коробки передач. Тому його застосовують тільки в гідромеханічних передачах.

Рис. 14.6. Схема вмикання передачі фрикційною муфтою

Залежно від способу включення передач шестерні встановлюються на вали трьома способами:

• вільно в коловому напрямку;

• вільно в осьовому напрямку;

• нерухомо або заодно з валом.

Рис. 14.7. Способи встановлення шестерень на валах коробки передач: а) вільно в коловому напрямку; б) вільно в осьовому напрямку; в) жорстко

Основні конструктивні схеми коробок передач

Найбільш поширеними конструктивними схемами ступеневих коробок передач є двовальна та тривальна.

На автомобілях класичного компонування найчастіше встановлюють тривальні коробки передач. Їх основною перевагою є наявність «прямої» передачі, яку отримують з’єднанням первинного та вторинного валів. В цьому випадку шестерні, підшипники та проміжний вал звільняються від навантажень, а первинний і вторинний вали передають тільки обертовий момент. Зношення та шум коробки передач в цьому випадку мінімальні, а ККД близький до одиниці. Іншою перевагою тривальної конструкції є відносна легкість отримання великого передавального числа на першій передачі при малій міжосьовій відстані шестерень. Це пояснюється тим, що передавальне число всіх передач, крім першої, в таких коробок утворюється двома парами шестерень, які працюють послідовно.

Рис. 14.8. Схема тривальної коробки передач: 1 – первинний вал; 2 – проміжний вал; 3 – вторинний вал

Двовальні коробки передач мають простішу конструкцію, є дешев-шими та мають високий ККД (крім прямої передачі тривальної коробки передач). Їх найбільшою перевагою є простоса виводу обертового моменту на будь-яку сторону коробки передач (передня, задня або обидві одночасно).

Рис. 14.9. Схема двовальної коробки передач: 1 – первинний вал; 2 – вторинний вал

Для виведення обертового моменту в тривальній коробці передач в цю ж сторону, з якої він був підведений, необхідно суттєво ускладнювати конструкцію.

Рис. 14.10. Схема тривальної коробки передач з прохідним валом: 1 – первинний вал; 2 – проміжний вал; 3 – вторинний вал

Для зміни напрямку обертового моменту та забезпечення можливості руху автомобіля заднім ходом між шестірнями різних валів вводять одну або дві додаткових шестерні.

Рис. 14.11. Схеми роботи коробки передач: а) на першій передачі; б) на передачі заднього ходу 1 – первинний вал; 2 – проміжний вал; 3 – вторинний вал; 4 – додатковий вал та шестерня задньої передачі

Суттєво відрізняється від загальноприйнятої конструкції механічна коробка передач передньоприводного автомобіля. Вона виготовляється за двовальною схемою і додатково містить міжколісний диференціал.

Рис. 14.12. Схема роботи коробки передач передньоприводного автомобіля: 1 – первинний вал; 2 – вторинний вал; 3 – диференціал