3. Коробка передач

3.1. Задачі, що вирішуються під час проектування коробки передач

Під час проектування коробки передач необхідно:

3.1.1. Сформулювати призначення, вимоги до коробок передач, навести їхню основну класифікацію, критично проаналізувати існуючи конструкції.

3.1.2. Обґрунтувати вибрану схему коробки передач (кількість та розташування валів; тип шестерень; тип, розташування та фіксацію підшипників; спосіб перемикання передач; наявність синхронізаторів, тощо).

3.1.3. Визначити попередню мінімальну міжосьову віддаль коробки передач.

3.1.4. Визначити модуль зубчатих коліс

3.1.5. Уточнити мінімальну міжосьову віддаль та виконати геометричний розрахунок шестерень із врахуванням корекції, якщо це необхідно.

3.1.6. Визначити зусилля у зубчастих зачеплень на кожній передачі.

3.1.7. Розрахувати зубчасті колеса на міцність.

3.1.8. Виконати розрахунок валів коробки передач.

3.1.9. Вибрати та розрахувати підшипники коробки передач.

3.1.10. Розрахувати синхронізатори коробки передач.

3.1.11. Виконати складальне креслення коробки передач на листі формату А2 і робочі креслення розрахованих і основних деталей із складального креслення на листах формату А3-А4 згідно з табл. 1.1.

3.2. Призначення, вимоги та класифікація коробок передач

Коробка передач призначена для перетворення крутного моменту та частоти обертання колінчастого вала двигуна з метою одержання різних тягових зусиль на ведучих колесах та їх частоти обертання, а також для забезпечення можливості руху заднім ходом та тривалого від’єднання двигуна від трансмісії.

Необхідність використання коробки передач диктується переважно недоліками ДВЗ, які виражаються у невідповідності діапазону зміни коефіцієнта пристосування двигуна (k = 1,1...1,4) діапазонові зміни опору рухові автомобіля в різних умовах експлуатації (в 10...20 разів) та високим значенням мінімально стійкої частоти обертання (n_еmin ≈ 500...800 хв^-1), що унеможливлює рух автомобіля з мінімально необхідною швидкістю руху (V_amin ≈ 1,5м/с).

До коробки передач висувають такі специфічні вимоги:

• забезпечувати необхідні тягові-швидкісні і економічні якості автомобіля;

• забезпечувати можливість тривалого від’єднання двигуна від трансмісії;

• забезпечувати простоту та зручність керування;

• бути безшумною в роботі.

Коробки передач класифікуються:

• за характером зміни передатного числа – ступеневі, безступеневі (механічні або фрикційні, гідравлічні-гідрооб’ємні і гідродинамічні, електричні) та комбіновані (гідромеханічні і електромеханічні);

• за числом ступенів ступеневі коробки передач – три-, чотири-, п’яти- шести-, семи- та багатоступеневі (з дільником, підвищуючим додатковим ре­дуктором і демультиплікатором - понижуючим додатковим редуктором);

• за конструктивною схемою – з нерухомими осями валів (дво-, три- та багатовальні) та планетарні;

• за способом керування – з безпосереднім керуванням, з командним керуванням, напівавтоматичні та автоматичні.

3.3. Основні схеми коробок передач

Число ступенів коробки передач визначається вимогами експлуатації та зовнішньою характеристикою двигуна. Збільшення числа ступенів дозволяє підвищити ступінь використання потужності двигуна, а значить паливну економічність, збільшити середню швидкість руху, а значить продуктивність автомобіля. З іншого боку, збільшення числа ступенів ускладнює конструкцію коробки передач, збільшує її масу та розміри, а також збільшує кількість перемикань, що ускладнює роботу водія. Тому, як правило, в сучасних автомобілях використовуються при ручному керуванні 4...6 ступеневі коробки в легкових автомобілях і вантажних автомобілях малої та середньої ванта­жопідйомності. У вантажних автомобілях великої вантажопідйомності та авто­тягачах використовуються багатоступеневі коробки передач з числом ступенів 8...24, які мають два незалежні важелі керування.

У більшості сучасних автомобілів використовуються дво- та тривальні схеми коробки передач.

Схема двовальної коробки передач зображена на рис. 3.1. Конструктивно двовальна коробка передач виконується в одному блоці із головною передачею і диференціалом. Обертовий момент у двовальній коробці завжди передається однією парою зубчастих коліс.

Рис. 3.1. Схема двовальної коробки передач в блоці із головною передачею: А – первинний вал, В – вторинний вал; 1,2 – пара зубчастих коліс першої передачі; 3,4 – пара зубчастих коліс другої передачі; 5,6 – пара зубчастих коліс третьої передачі; 7,8 – пара зубчастих коліс четвертої передачі; 9,10 – пара зубчастих коліс п’ятої передачі; 11,12,13 – зубчасті колеса заднього ходу; 14,15 – зубчасті колеса головної передачі; 16 – диференціал; 17 – півосі; С1-2 – синхронізатор першої і другої передач; С3-4 – синхронізатор третьої і четвертої передач; С5 – синхронізатор п’ятої передачі

Рис. 3.2. Схема тривальної коробки передач: А, В, С – відповідно первинний, проміжний і вторинний вали; 1,2 – пара зубчастих коліс постійного зачеплення; 3,4 – пара зубчастих коліс третьої передачі; 5,6 – пара зубчастих коліс другої передачі; 7,8 – пара зубчастих коліс першої передачі; 9,10,11 – зубчасті колеса заднього ходу С1-2 – синхронізатор першої і другої передач; С3-4 – синхронізатор третьої і четвертої передач

Основні переваги двовальної коробки передач: простота конструкції, менша маса, більший ККД і менший рівень шуму на проміжних передачах, зручність компоновки в передньоприводних автомобілях. До недоліків двовальної коробки належать відсутність прямої передачі та неможливість отримати велике передатне число першої передачі. Двовальні коробки передач застосовують переважно на мікро- та малолітражних автомобілях.

Схема тривальної коробки передач зображена на рис. 3.2.

У тривальній коробці передатне число будь-якої передачі, за винятком прямої, забезпечується двома парами зубчастих коліс: парою постійного зачеплення і парою зубчастих коліс даної передачі. Основні переваги трьохвальної коробки передач: наявність прямої передачі, на якій в результаті передачі потужності з вала на вал без використання будь-яких проміжних передач забезпечується великий ККД і малий рівень шуму та простота отримання великого передатного числа на першій передачі при малій міжосьовій віддалі, що є можливим внаслідок послідовного вмикання двох пар зубчастих коліс.

До недоліків тривальної коробки передач належать: менший ККД і більший рівень шуму на всіх передачах, крім прямої, більші маса і вартість.

Тривальні коробки передач застосовують на легкових автомобілях середнього і високого класів та більшості вантажних автомобілів і автобусів.