3.3.4 Способы включения передач

В настоя­щее время включение передач при по­мощи подвижных зубчатых колес (ка­реток) применяется главным образом для первой передачи и передачи заднего хо­да, включение которых производится в условиях, когда автомобиль неподвижен. Ограниченное применение подвижных зубчатых колес для включения передач объясняется двумя причинами:

при включении ударная нагрузка от сил инерции ведомого диска сцепления и вращающихся с ним деталей коробки передач приходится на один или два зуба включаемых колес, что приводит к быст­рому износу торцов зубьев, сколу зубьев, а иногда к поломкам;

для включения передачи требуется пе­реместить каретку на всю длину зуба, что приводит к увеличению длины короб­ки передач, а, следовательно, и ее мас­сы.

РИС. 43. Схема муфты легкого включения

Запиловка торцов зубьев включаемых зубчатых колес хотя и облегчает про­цесс включения, но в то же время уменьшает рабочую длину зуба. Подвижное зубчатое колесо и сопрягаемое с ним колесо обычно выполняются прямозубыми. Однако принципиально возможно выпол­нить подвижное и сопрягаемое зубчатые колеса косозубыми («Москвич-401», «Ка­диллак» и др.). Возникающие на косозубом колесе осевые силы не могут быть восприняты обычными фиксаторами. Для восприятия осевых сил шлицы, по кото­рым перемещается каретка, выполняют спиральными.

Применение в коробках передач зуб­чатых колес постоянного зацепления при­вело к необходимости использования для включения передач кулачковых или зуб­чатых муфт. В этом случае ударные нагрузки при включении распределяются между всеми зубьями или кулачками, что, однако, не снижает шума при вклю­чении и не облегчает процесса вклю­чения. Для облегчения процесса вклю­чения в недалеком прошлом широкое распространение получили так называе­мые муфты легкого включения, у кото­рых кулачки или зубья укорочены через один (рис. 43), так же как кулачки или зубья включаемого зубчатого колеса. Они во много раз увеличивают в про­цессе включения вероятность попадания удлиненных кулачков или зубьев в проме­жутки между удлиненными кулачками или зубьями включаемого колеса. Муфты легкого включения применяются на ряде автомобилей и в настоящее время.

3.3.5 Синхронизаторы

Полностью исключают ударную нагрузку и шум в процессе включения передач синхронизаторы. В современных ступенчатых коробках пере­дач применяют синхронизаторы, вырав­нивающие угловые скорости соединяемых элементов перед включением передач. Ко­робки передач могут быть полностью синхронизированы, когда все передачи включаются при помощи синхронизаторов, но в большинстве случаев наряду с синх­ронизаторами на высших передачах приме­няются также кулачковые или зубча­тые муфты, а часто подвижные зубча­тые колеса (каретки) для включения низших передач.

В настоящее время используют только инерционные синхронизаторы, которые блокируют включающую зубчатую муфту до тех пор, пока кинетическая энергия де­талей, вращающихся вместе с ведомым диском сцепления (при выключенном сцеп­лении и нейтральном положении коробки передач), не будет поглощена работой тре­ния в синхронизаторе. Этот момент време­ни соответствует полному равенству угло­вых скоростей синхронизируемых эле­ментов.

Синхронизаторы могут быть односто­роннего (для включения одной передачи) и двустороннего (для включения двух передач) действия. Инерционный синхро­низатор включает следующие элементы:

выравнивающий —фрикционный эле­мент, поглощающий энергию касательных сил инерции вращающихся масс;

блокирующий — устройство, препятст­вующее перемещению включающей зуб чатой муфты до полного выравнивания угловых скоростей;

включающий - зубчатая муфта, вклю­чающая передачу.

Наибольшее распространение получили конусные синхронизаторы (рис. 44. а—в), в которых выравнивающим элементом является конусная муфта. Иногда приме­няются в качестве выравнивающего эле­мента многодисковые муфты (рис. 44, г).

Проанализируем рабочий процесс инер­ционного синхронизатора, рассмотрев пос­ледовательно выравнивание угловых ско­ростей

с инхронизирующих деталей, блоки­ровку включения передачи до полной синхронизации, включение передачи.

Выравнивание угловых скоростей можно проиллюстрировать динамической систе­мой, принятой для анализа работы инер­ционного синхронизатора (рис. 45). К под­системе, имеющей суммарный приведен­ный момент инерции J_п относятся детали, связанные с включаемым зубчатым коле­сом при выключенном сцеплении и нейт­ральном положении коробки передач: ведомый диск сцепления с ведущим валом и шестерней; промежуточный вал со всеми зубчатыми колесами, закреп­ленными на нем; зубчатые колеса, сво­бодно устанавливаемые на ведомом валу и находящиеся в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами промежуточного вала, а в ряде конструкций и зубча­тые колеса заднего хода. Суммарный приведенный момент инерции J_a имеет подсистема, включающая детали, связанные с ведомым (вторичным) валом коробки передач.

Для выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов необходима на поверхностях конусов создать момент трения.

Рис. 45. Схема динамической системы синхронизатора

Силовое взаимодействие элементов синх­ронизатора рассмотрим, воспользовав­шись схемой синхронизации ВАЗ (рис. 46).

Рис. 46. Схема инерционного синхронизатора

Работа трения (работа буксования) синхрониза­тора пропорциональна квадрату разнос­ти угловых скоростей соседних передач и не зависит от времени. Для умень­шения работы буксования синхронизатора необходимо увеличивать число передач в коробке, чтобы сблизить передаточные числа соседних передач; при этом также улучшаются тягово-экономические свой­ства автомобиля. Однако при увеличе­нии числа передач возрастает момент инерции вращающихся деталей и. сле­довательно, работа буксования синхронизатора, а также усложняется управление коробкой передач. В выполненных конструкциях коробок передач ра­циональное согласование влияния рас­смотренных противоречивых факторов нашло отражение в том, что шаг ряда передаточных чисел выбирают в пре­делах 1,1... 1,5.

Принято оценивать синхронизатор по удельной работе трения (буксования)

L’_c= L_c/F_v

где F_v - - площадь конуса синхронизатора. Но расчетным данным, удельная рабо­та трения (в МДж/см²) синхронизато­ра автомобилей находится в следующих пределах.

Легковых 0.03...0.1

Грузовых 0,05...0,4

Нижние пределы соответствуют высшим передачам коробки передач, верхние — низшим передачам. Время выравнивания угловых скоростей (буксования) в этих расчетах принималось для легковых авто­мобилей 0,3... 1 с; для грузовых 0,5...2 с. Большее время соответствует низшим передачам.

Работа трения синхронизатора сопро­вождается выделением теплоты. За одно выключение синхронизатор может нагреваться на 15...30 "С.

Блокировка осуществляется блокирую­щими устройствами синхронизаторов, препятствующими включению передачи до полного выравнивания угловых ско­ростей соединяемых элементов.

В)

Рис. 47. Схемы блокирующих устройств синхрони­заторов:

а — с блокирующими зубьями; б — с блокирующими вырезами в цилиндрах: в—с блокирующими паль­цами

На рис. 47 показаны схемы наибо­лее часто применяемых устройств раз­ной конструкции.

Включение передачи происходит после выравнивания угловых скоростей синх­ронизируемых деталей. При этом действие окружной силы, прижимающей бло­кирующие элементы, прекращается — происходит разблокировка синхронизато­ра. Блокирующая деталь, вследствие относительного скольжения блокирующих поверхностей, под действием силы Q поворачивается в направлении нейтраль­ного положения. Зубчатая муфта свободно перемещается, входя в зацепление с зубчатым колесом включаемой пере­дачи.

Рис. 48. Схемы конструктивных элементов, пре­дотвращающих самовыключение зубчатых колес