3.3 Ступенчатые коробки передач

3.3.1. Двухвальные коробки передач

Двухвальные коробки передач. Такие коробки применяют для переднеприводных и заднеприводных (с задним располо­жением двигателя) автомобилей. Конструктивно их совмещают в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной пере­дачей и дифференциалом. Пятиступенча­тая трехходовая, полностью синхронизи­рованная двухвальная коробка передач легкового автомобиля, устанавливаемая при поперечном расположении двигателя. приведена на рис. 34. а.

При поперечном расположении коробки передач применяется цилиндрическая главная передача. Шестерня главной передачи, выполненная за одно целое с ведомым валом коробки передач, располо­жена консольно.

Рис. 34. Двухвальная пятиступенчатая коробка передач (поперечное расположение): и механизм: 6 привод; 1 синхронизатор пер­вой и второй передач. 2 синхронизатор третьей и четвертой передач; 3 синхронизатор пятой передачи; 4 штанга выбора передачи: 5 штанга включения передачи

Привод поперечно расположенной коробки передач имеет некоторые особен­ности в связи с тем, что необходимо совместить обычный способ переключения, когда выбор передачи происходит в результате поперечного перемещения рыча­га, а включение зубчатого зацепления – в результате продольного перемещения. Одна из конструкций такого привода показана на рис. 34. 6.

Конструкция двухвальной пятиступенча­той коробки передач при переднем про­дольном расположении двигателя приведе­на на рис. 35. В данном случае два синх­ронизатора разметены на ведущем валу 1 и один — на ведомом 4. Размещение синхронизатора на двух валах позволяет

gsAssgsassgsaps s£ >~^

Рис. 35. Двухвальная коробка передач (продольное расположение):

1 ведущий вал: 2 синхронизатор третьей и четвертой передач; 3 синхронизатор пятой передачи: 4 ведомый вал; 5 синхронизатор первой и второй передач.

несколько сократить длину коробки. При продольном расположении двигателя при­меняется коническая или гипоидная главная передача. Управление коробкой пе­редач непосредственное. При заднем расположении двигателя и коробки (продольно) управление коробкой дистанционное (например, ЗАЗ – 964)

В двухвальных коробках передач крутя­щий момент передается двумя зубчатыми колесами. Передаточное число зубчатой пары не должно превышать некоторого предела, близкого 4, так как дальнейшее увеличение передаточного числа приводит к увеличению размера коробки и повышению уровня шума.

Передаточное число высшей передачи в таких коробках, как правило, не делают равным 1, число зубьев сопря­гаемых зубчатых колес отличается на 1...2, что позволяет обеспечить хорошую прирабатываемость. В некоторых конструкциях высшая передача – повышающая.

Основные достоинства двухвальных коробок передач: простота конструкции, малая масса, высокий КПД на промежуточных передачах.

3.3.2 Трехвальные коробки передач

При числе ступеней обычно не более шести управление коробкой может осуществляться при помощи одного рычага. Отличительной особенностью трехвальной коробки передач является наличие прямой передачи, на которой автомобиль движется большую часть общего пробега. Па прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, работает менее шумно, так как в этом случае имеют место только гидравлические поте­ри. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две па­ры зубчатых колес, в то время как у двухвальных одна. Это определяет более низкий КПД, но позволяет иметь, на низшей передаче передаточное число u_КП1=9. Для дальнейшего увеличения передаточного чиста требуется применение многовальных коробок.

Конструкция трехвальной четырехступенчатой коробки передач легкового автомобиля ГАЗ-3102 покачана на рис. 36

Рис. 36. Трехвальная коробка передач автомо­биля ГАЗ-3102:

1 ведущий вал: 2 синхронизатор третьей и чет­вертой передач; 3 синхронизатор первой и вто­рой передач; 4 ведомый вал; 5 удлинитель; 6 блок зубчатых колес промежуточного вала

Все зубчатые колеса передач переднего хода - косозубые и находятся в постоян­ном зацеплении. Включение передач проис­ходит при помощи двух синхронизато­ров. Зубчатые колеса передачи заднего хода прямозубые. Включение передачи заднего хода осуществляется перемещени­ем промежуточного зубчатого колеса, ко­торое входит в зацепление с зубча­тым колесом заднего хода на проме­жуточном вале и зубчатым венном, нарезанным на муфте синхронизатора. Все зубчатые колеса промежуточного вала выполнены в одном блоке. Блок вращается на роликовых подшипниках, ус­тановленных на закрепленной в карте­ре оси. Такая конструкция промежуточ­ного вала характерна для всех коробок передач автомобилей ГАЗ, технология ее производства достаточно простая, но при этом несколько усложняется ремонт. Удли­ненный ведомый вал размещен в кар­тере удлинителя и имеет дополнительную опору во фланце удлинителя в виде сталебабитового подшипника, на который опирается через скользящую втулку кар­данного шарнира. При таком решении уменьшается длина карданного вала, но картер удлинителя, как резонатор, может служить причиной повышения уровня шума коробки передач.

При применении косозубых зубчатых пар наряду с увеличением прочности и бесшумности коробки передач возникают значительные осевые силы, которые допол­нительно нагружают подшипники, а также могут вызвать перекос свободно сидя­щих на ведомом валу зубчатых колес, если вал недостаточно жесткий или ес­ли недостаточно точно выдержаны поса­дочные допуски между зубчатыми коле­сами и валом. При перекосе наруша­ется зацепление, что приводит к уско­ренному изнашиванию зубьев. Ступицы зубчатых колес на ведомом валу по воз­можности выполняют удлиненными, что позволяет уменьшить их перекос.

При возникновении осевых сил тре­буется применять усиленные подшипники. На промежуточном валу могут быть уравновешены осевые силы, возникающие на зубчатых колесах всех передач, кроме тех, где применяется прямозубая пара (в данном случае зубчатое колесо задне­го хода). Для уравновешивания осевых сил на промежуточном валу необходи­мо обеспечить правильный подбор углов наклона зубьев зубчатых колес различ­ных передач. На ведущем и ведомом валах осевые силы не могут быть урав-

Рис. 37. Пятиступенчатая коробка передач авто­мобиля МЛЗ-5335:

а механизм; б - дистанционный привод; 1 ведущий вал; 2 синхронизатор четвертой и пятой передач; 3 синхронизатор второй и третьей передач; 4 ведомый вал; 5 промежуточный вал; 6 шестерни отбора мощности: 7 масляный насос; 8 рычаг переключения передач; 9 карданные шарниры

повешены, так как эти валы в осевом направлении между собой не связаны. На рис. 37, а представлена трехвальная пятиступенчатая коробка передач грузово­го автомобиля MA3-5335. Здесь первая передача и передача заднего хода имеют прямозубые зубчатые колеса и включа­ются перемещением зубчатого колеса (каретки) на ведомом валу. Зубчатые колеса остальных передач косозубые, находятся в постоянном зацеплении и включаются при помощи двух синхрони­заторов. В этой коробке прямая переда­ча четвертая. Высшая, пятая переда­ча повышающая (передаточное число меньше единицы). Высшая передача долж­на использоваться для движения по хо­рошим дорогам и при движении авто­мобиля с не полностью загруженным кузовом. Это позволяет обеспечить работу двигателя с меньшей частотой вращения, тем самым увеличив его ресурс. Диа­пазон коробки Д = 8. В пятиступенчатой коробке передач такой диапазон не

Рис. .48. Коробка передач автомобиля сМагирус-290»:

1 – 3 валы соответственно ведущий, промежуточный и ведомый

обеспечивает достаточной плотности ряда, поэтому необходимо увеличивать размеры синхронизаторов, выполняющих повышен­ную работу трения из-за большой разни­цы угловых скоростей синхронизируемых зубчатых колес.

Ведущий вал коробки, как обычно, выполнен как одно целое с шестерней. Промежуточный вал установлен на ци­линдрическом роликовом и шариковом подшипниках, шариковый подшипник мо­жет воспринимать осевые силы, возника­ющие на первой передаче и передаче заднего хода. Зубчатое колесо первой передачи нарезано непосредственно на промежуточном валу, остальные — уста­новлены при помощи сегментных шпонок. На этом же валу закреплена шестерня отбора мощности 6. Ведомый вал имеет переменное сечение (наибольшее сечение у шлицованной части, на которой уста­новлена каретка первой передачи и зад­него хода), что наряду с достаточной длиной ступицы зубчатого колеса, предох­раняет вал от перекосов и нарушения зацеплении. Внутри ведомого вала выпол­нен осевой канал, куда подается масло для смазывания втулок свободно сидящих колес пятой, третьей и второй пе­редач. Масло в осевой канал нагнета­ется шестеренным насосом, имеющим при­вод от промежуточного вала, через ка­налы в передней стенке коробки и в крышке ведущего вала, отверстия в ве­дущем валу и переходную втулку.

Управление коробкой передач осуществ­ляется дистанционно (рис. 38,б). Рычаг управления, расположенный в кабине, соединяется с коробкой передач систе­мой, в которую входят тяги, валики и карданные шарниры, необходимые для обеспечения откидывания кабины (кабина над двигателем). При откидывании ка­бины нейтральное положение коробки пе­редач не должно нарушаться.

На рис. 38 показана трехвальная шестиступенчатая коробка передач с зубча­тыми колесами постоянного зацепления на всех передачах. Подобная коробка передач установлена на эксплуатируемом в нашей стране автомобиле «Магирус-290» (управление непосредственное). При шести ступенях коробка передач имеет большую длину и соответственно более длинные валы, поэтому необходимо при­менять или промежуточную опору, или увеличивать сечение валов для придания им достаточной жесткости.

Некоторое применение получили коробки передач с двумя промежуточными ва­лами (рис. 39), при ЭТОМ можно сокра­тить длину коробки примерно на 40 %, так как уменьшается ширина зубчатых колес. Одновременно снижаются напря­жения в зубьях. В данной коробке все зубчатые колеса прямозубые, синхрониза­торы отсутствуют, что снижает трудо­емкость производства. Следует отметить, что такая тенденция упрощения производ­ства характерна для ряда конструкций коробок передач грузовых автомобилей,

О ригинальная трехвальная восьмиступенчатая коробка передач применена на автомобиле КЛЗ-4540. Конст­рукция коробки передач, выполненная но этой схеме, отличается меньшим числом зубчатых колес по сравнению с коробками передач, выполненными по традиционной трехвальной схеме, и меньшими размерами. Коробка размешена на раме. При­вод к ведущему валу коробки от вала сцепления осуществляется

карданной пе­редачей.

Конструктивно трехходовая четырехсту­пенчатая коробка передач объединена в одном картере с двухступенчатым ре­дуктором (передаточное число первой сту­пени 1, второй 1,3), выполняющим функ­цию делителя, что обеспечивает получе­ние восьми передач. Высшая передача — прямая, низшая имеет передаточное чис­ло 9,42, что дает возможность полу­чить минимальную устойчивую скорость около 2 км/ч, необходимую для автомо­биля сельскохозяйственного назначения, каким является КАЗ-4540. Шестерня ве­дущего вала коробки передач и зубчатые колеса ведомого вала свободно установ­лены на подшипниках. Прямозубое колесо заднего хода выполнено за одно целое с муфтой синхронизатора. Зубчатые колеса промежуточного вала установлены на сег­ментных шпонках. Прямозубая шестерня первой передачи и заднего хода нарезана непосредственно на промежуточном валу. Все передачи переднего хода синхронизированы.

Включение передачи заднего хода произ­водится перемещением промежуточного зубчатого колеса вперед (но чертежу налево). Смазывание подшипников шес­терен на ведущем и ведомом валах осу­ществляется шестеренным насосом, при­водимым промежуточным валом. Для управления коробкой передач предназна­чен дистанционный механический привод. для управления делителем — электропневматический привод.

Низшая передача делителя включается двухпозиционным переключателем, размещенным на рычаге управления коробкой передач. При включении низшей пере­дачи делителя электропневматический привод перемещает синхронизатор 1 влево. Последовательное включение синхрониза­торами 3 и 2 четырех передач перед­него хода обеспечивает передачи понижен­ного диапазона. При включении высшей передачи делителя электропневматический привод перемещает синхронизатор 1 впра­во. При помощи синхронизаторов 3 и 2 получаем четыре передачи повышенного диапазона, причем при перемещении синх­ронизатора 2 влево включается прямая передача.