Назначение автоматической коробки передач
Назначение коробки передач — изменять силу тяги, скорость и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с уменьшением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъемах, по плохим дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Для этой цели и служит коробка передач, в которую входит также передача, позволяющая автомобилю двигаться задним ходом. Кроме того, коробка передач обеспечивает разъединение двигателя с трансмиссией.
Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.
Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Обычно коробки передач легковых автомобилей, малогабаритных автобусов и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности имеют четыре ступени, а коробки передач больших автобусов и грузовых автомобилей значительной грузо-подъемности — пять ступеней.
Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. В основном на автомобилях применяют простые ступенчатые коробки передач, переключение передач в которых происходит двумя способами: передвижением зубчатых колес или передвижением муфт.
Автомобили оборудуют бесступенчатыми коробками передач с плавным изменением передаточного числа и комбинированными коробками передач, в которых использованы оба способа изменения передаточного числа.
В простой ступенчатой коробке передач (рис. 1) имеются три вала: ведущий (первичный) А, связанный через сцепление с коленчатым валом двигателя; ведомый (вторичный) Б, соединенный через карданную передачу и другие механизмы с ведущими колесами автомобиля; промежуточный В. С ведущим валом как одно целое изготовлено ведущее зубчатое колесо 1, находящееся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 8, жестко соединенным с промежуточным валом. При включении сцепления вращаются ведущий и промежуточный валы.
На ведомом валу установлены подвижные зубчатые колеса 2 и 3, а зубчатые колеса 7, 6 и 4, так же как и колесо 8, жестко соединены с промежуточным валом. Отношение числа зубьев ведомого зубчатого колеса к числу зубьев ведущего колеса, обратное отношению их частот вращения, называют передаточным числом. Например, передаточное число передачи, состоящей из зубчатых колес 8 и 1,
где z8 — число зубьев ведомого зубчатого колеса 8; z1 — число зубьев ведущего зубчатого колеса 1.
Когда какое-либо зубчатое колесо ведомого вала входит в зацепление с одним из зубчатых колес промежуточного вала, крутящий момент от двигателя через ведущий, промежуточный и ведомый валы коробки передач передается карданной передаче и далее на ведущие колеса автомобиля. Для включения первой передачи колесо 3 передвигают вперед, вводя его в зацепление с шестерней 6 первой передачи промежуточного вала. Общее передаточное число первой передачи определяют как произведение передаточных чисел отдельных пар зубчатых колес, т. е.
где z3 и z6 — числа зубьев соответственно колеса 3 и шестерни 6.
При включении первой передачи крутящий момент Мк на ведомом валу коробки передач увеличивается по сравнению с крутящим моментом двигателя Мд в u1 раз, т. е.
и имеет максимальную величину, так как шестерня 6 является наименьшей из зубчатых колес промежуточного вала, а колесо 3 — наибольшим из зубчатых колес ведомого вала.
Первой передачей пользуются при движении автомобиля в самых тяжелых дорожных условиях, на крутых подъемах, а также при трогании с места на плохой дороге и с грузом.
Вторая передача обеспечивается включением зубчатых колес 2 и 7. Тогда
где z2 и z7 — числа зубьев зубчатых колес соответственно 2 и 7.
Вторая передача является промежуточной. В приведенной схеме трехступенчатой коробки она единственная. В четырех- и пятиступенчатой коробках передач может быть две или даже три промежуточные передачи.
При включении прямой (в данном случае третьей) передачи ведущий и ведомый валы соединяются непосредственно через зубчатые колеса 1 и 2 (u3 = 1). Прямая передача является основной передачей, используемой при движении автомобиля по хорошей дороге.
Переключение передач выполняют при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и их повышенным износом. Поэтому на автомобилях часто применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес, отличающиеся высокой долговечностью.
С зубчатым колесом 4 промежуточного вала в постоянном зацеплении находится промежуточное зубчатое колесо 5 передачи заднего хода, которое на рис. 1 условно изображено в плоскости чертежа. Для включения передачи заднего хода зубчатое колесо 3 передвигают назад, вводя его в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 5 передачи заднего хода, свободно вращающимся на своей оси.
Ведущий вал коробки передач вращается на двух подшипниках: передний конец вала на игольчатом подшипнике, запрессованном в болт маховика, а задний — на подшипнике, установленном в отверстие картера коробки передач. Упорное разрезное кольцо, установленное на ведущем валу, препятствует смещению подшипника и вала назад. От смещения вперед он удерживается крышкой заднего подшипника, которая закреплена болтами с моментом затяжки 1,6-2 кгс-м. На переднем конце ведущего вала нарезаны шлицы для скользящей посадки ведомого диска сцепления. В средней части вала, находящейся внутри коробки передач, нарезана косозубая шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней первой передачи и промежуточной ведомой шестерней заднего хода. Осевая сила, возникающая при передаче крутящего момента ведущим валом, воспринимается шариковым подшипником. За шестерней на заднем конце ведущего вала имеются эвольвентные шлицы, входящие в зацепление со ступицей промежуточного вала. Уплотнение ведущего вала осуществляется само подвижным резиновым сальником с масло сгонной резьбой.
Промежуточный вал коробки передач пустотелый, выполнен заодно с ведущей шестерней второй передачи. Вращается вал на двух подшипниках: переднем роликовом и заднем шариковом, установленных в отверстии картера коробки передач. На промежуточном валу на двухрядных игольчатых подшипниках вращаются ведущие шестерни третьей и четвертой передач. Для ограничения осевых перемещений, возникающих на косозубых шестернях при передаче крутящего момента, установлены упорные фигурные шайбы. Необходимый осевой разбег шестерен в пределах 0,26-0,39 мм обеспечивается длиной втулок.
Ось шлицевого вала заднего хода запрессована в отверстия передней и средней стенок картера и дополнительно удерживается усом крышки, входящим в паз на переднем конце оси. Диаметр переднего конца оси на 27 мм больше диаметра остальной части на 0,04 мм. Соответственно увеличено и отверстие в передней стенке картера, что облегчает сборку и разборку узла.
Ведомый вал выполнен заодно целое с ведущей шестерней главной передачи и вращается на трех подшипниках, запрессованных в картер коробки передач. Передний подшипник двухрядный, упорный, конический, запрессован в переднюю спинку картера и воспринимает радиальное и осевое усилия от главной передачи. От осевых перемещений, возникающих под действием осевых сил на стальных зубьях при передаче крутящего момента, подшипник фиксируется крышкой, которая крепится к картеру четырьмя болтами моментом 3,2-4 кгс-м.
Синхронизаторы предназначаются для выравнивания скоростей вращающихся деталей силовой передачи при переключении передач. В коробке передач предусмотрены два синхронизатора: для четвертой и третьей передач и для второй и первой. Синхронизаторы имеют одинаковое устройство и одни и те же размеры, но в синхронизаторе второй и первой передач муфтой служит ведомая шестерня заднего хода. Ступица синхронизатора внутренними шлицами надета на шлицы промежуточного вала и удерживается на нем вместе с другими деталями, шайбами и гайкой. На наружной поверхности ступицы нарезаны шлицы, по которым может перемещаться муфта синхронизатора. Кроме шлицев, на ступице вырезаны на разных расстояниях один от другого три продольных паза, в которых помещены три штампованных сухаря с выступами на середине. Сухари прижаты к шлицам муфты двумя пружинными кольцами, причем выступы сухарей входят в кольцевую проточку муфты. С обеих сторон ступицы установлены латунные блокирующие кольца. На торцах этих колец, обращенных к ступице, сделано по три паза, в которые входят концы сухарей. Блокирующие кольца имеют внутреннюю коническую поверхность, которая соответствует конической поверхности венцов синхронизатора шестерен. На конической поверхности колец нарезана мелкая резьба. В цилиндрическую проточку на верхней поверхности муфты синхронизатора входит вилка включения передач. Она разрывает пленку между блокирующими кольцами и конической поверхностью шестерни включаемой передачи при их соприкосновении, вследствие чего между кольцом и конической поверхностью возникает повышенное трение. Снаружи на кольцах имеются короткие прямые зубцы, такие же, как и на соседних с ними венцах синхронизатора шестерен. Эти зубцы соответствуют впадинам между шлицами муфты синхронизатора, в результате чего муфта, перемещаясь в осевом направлении, может входить в зацепление своими шлицами с зубцами блокирующих колец и с зубчатыми венцами. Муфты и ступицы подбираются на заводе комплектами, таким образом обеспечивается плавное и легкое скольжение муфты по ступицам с минимальным зазором. На автомобиле ЗИЛ – 130 применяют синхронизатор инерционного типа.
Переключение передач осуществляется с помощью муфт, вилок и трех подвижных штоков (рис. 4), параллельных друг другу и расположенных в одном ряду. Штоки перемещаются в отверстиях, расточенных в задней и средней стенках картера коробки передач. Концы штоков, входящие в полость задней крышки, имеют пазы, в которые входит ползун переключения. Для фиксации рабочих положений штоков на их поверхности имеются углубления, в которые входят фиксаторы в виде шариков, прижатых пружинами, расположенными во втулках. Втулки запрессованы в отверстия картера и закрыты общей крышкой. Для предотвращения включения сразу двух передач установлено блокирующее устройство, состоящее из верхнего и нижнего замков и толкателя. Управление коробкой передач осуществляется рычагом на туннеле пола кузова. Нижний палец рычага шарнирно соединен с ползуном механизма управления коробкой передач. Ползун при помощи вала и резиновой упругой муфты соединен с ползуном коробки передач. На задней крышке коробки передач установлен выключатель фонарей заднего хода, который включается специальным выступом, выполненным на штоке включения заднего хода.