Четырехступенчатая коробка передач

Коробка передач

Назначение

Коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к карданному валу, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.

Классификация КПП

Рис. 1. Типы коробок передач, классифицированных по различным признакам

Рис. 2. Типы ступенчатых коробок передач, классифицированных по различным признакам

В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шесте­рен, из которых меньшая является ведущей, а большая ведомой (рис. 3, а), крутящий момент на ведомой ше­стерне будет большим во столько раз, во сколько число зубьев ведомой шестерни будет больше числа зубьев ведущей.

Число, получаемое от деления числа зубьев ведомой шестерни на число зубьев ведущей шестерни, называется передаточным числом. Если в передаче участвует не­сколько пар шестерен, то общее передаточное число полу­чается умножением передаточных чисел всех пар шесте­рен, участвующих в передаче.

Для получения крутящего момента, различного по ве­личине и необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом.

Рис. 3. Шестеренчатая передача:

а – без промежуточной шестерни; б – с промежуточной шестерней

Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную шестерню и через нее передавать крутящий момент, то ведомая шестерня изменит направление движения на обратное (задний ход).

Коробка передач (рис.4) состоит из картера, ведущего вала с шестерней, ведомого вала, промежуточного вала, оси заднего хода, набора шестерен и механизма переключения передач.

Рис. 4. Схема коробки передач

Четырехступенчатая коробка передач

Устройство КП. Основу КП составляют картер 13 (рис. 5) и крышка 21. Внутри корпуса на подшипниках вращаются три вала: первичный (ведущий) 18, вторичный (ведомый) 6 и промежуточный 15.

Рис. 5. Коробка передач автомобиля ГАЗ:

а - устройство; б - схема переключения передач; 1 - рычаг переключения пере­дач;

2 - вилка; 3 и 12 - шестерни третьей передачи; 4 и 11 - шестерни второй передачи;

5 - подвижная шестерня первой и второй передач; 6 - вторичный вал;

- привод спидометра; 8 - шестерня первой передачи и заднего хода;

9 и 10 - блок шестерен заднего хода; 13 - картер; 14 и 17 - шестерни привода

промежу­точного вала; 15 — промежуточный вал; 16 - синхронизатор; 18 - первичный
вал; 19 - роликовый подшипник; 20 - шарик фиксатора; 21 - крышка;

А, Б и- зубчатые венцы; ЗХ - задний ход; НП - нейтральная передача;

I - IV - передачи

Первичный вал изготовлен заодно с ведущей шестерней и зубчатым венцом А. Передний конец вала 18 установлен на под­шипнике в торцовой выточке коленчатого вала, а задний - в гнез­де передней стенки картера КП.

Вторичный вал в средней части имеет шлицы и передним концом опирается на роликовый подшипник 19, установленный в торцовой выточке первичного вала. Другой конец вторичного вала опирается на подшипник, смонтированный в задней стенке кор­пуса. Оси первичного и вторичного валов совпадают между собой. На шлицах вторичного вала установлена подвижная шестерня 5 первой и второй передач.

На промежуточном валу расположены шестерни разного диаметра, выполненные в виде блока и жестко закрепленные на валу. Передняя шестерня 14 промежуточного вала находится в по­стоянном зацеплении с шестерней первичного вала, поэтому про­межуточный вал вращается всегда вместе с первичным валом.

Для снижения шума все шестерни постоянного зацепления выполнены косозубыми. Шестерни 5, 8, 9 и 10 — прямозубые.

На гладкой части вторичного вала свободно помещены шестер­ни второй и третьей передач, имеющие внутри бронзовые втулки. Шестерня второй передачи 4 сзади снабжена наружным зубчатым венцом, на который могут надвигаться внутренние шлицы ступи­цы подвижной шестерни 5 при перемещении ее вперед.

Шестерня 3 третьей передачи, как и ведущая шестерня первич­ного вала, снабжена зубчатым венцом, на который может надви­гаться зубчатая муфта синхронизатора 16.

Работа КП. Коробка передач имеет четыре передачи для дви­жения вперед и одну передачу заднего хода. Первую и вторую пе­редачи включают перемещением подвижной шестерне 5 соответ­ственно назад или вперед. При включении второй передачи шлицевая ступица шестерни 5 надевается на венец В шестерни 4 и блокирует ее с вторичным валом. Третью передачу включают пе­ремещением зубчатой муфты синхронизатора 16 назад. Если пере­местить ее вперед, то она внутренними зубьями, выполненными в ее передней части, войдет в зубчатый венец А первичного вала и соединит вместе вторичный и первичный валы, т.е. они будут вра­щаться с одной частотой вращения (напрямую).

Шестерни 9 и 10 заднего хода, выполненные в виде двухвенцового блока, вращаются на оси, закрепленной в отверстиях стенок кар­тера. В отверстие блока шестерен запрессована бронзовая втулка.

Задний ход автомобиля включают перемещением блока шесте­рен заднего хода до ввода их в зацепление с шестернями 5 и 8 вторичного и промежуточного валов. Для перемещения рычага переключения передач в положение, соответствующее включению заднего хода, необходимо дополнительно преодолеть сопротивле­ние пружины предохранителя, расположенного в головке ползуна заднего хода. Это устраняет возможность случайного включения заднего хода при движения автомобиля.

Синхронизатор состоит из ступицы 2 (рис. 6, а), муфты 4 с внутренними зубьями и двух блокирующих конусных колец 1. Ступицы имеют внутри шлицы, а снаружи зубья. Шестерни 9 и 7 (рис. 6, б) со стороны синхронизатора имеют зубчатый венец А и конические выступы. Венцы шестерен, блокирующих колец и муф­ты имеют на торцах зубьев скосы. При включении третьей или четвертой передачи вилкой перемещается муфта 4, которая при помощи сухарей 3 передвигает впереди себя блокирующее коль­цо 1. Коническая поверхность блокирующего кольца опирается на конический выступ шестерни, и за счет силы трения, возникаю­щей между ними, частоты их вращения уравниваются. При даль­нейшем перемещении муфты ее зубья бесшумно входят в зацепле­ние с зубчатым венцом А включаемой шестерни.

Рис. 6. Синхронизатор автомобиля ГАЗ:

а - детали; б — продольный разрез; 1 - блокирующие конусные кольца; 2 - ступица;

3 - сухарь; 4 - муфта; 5 - пружинные кольца; 6 - вилка; 7 - ведомая шестерня третьей передачи; 8 - вторичный вал; 9 - шестерня первичного вала и четвертой передачи;

А - зубчатые венцы шестерен; Б - зубчатые венцы блокиру­ющего кольца

Пятиступенчатая КП. Такая коробка передач устанавливается на автомобилях ЗИЛ. Валы и шестерни в ней расположены так же, как в КП автомобиля ГАЗ-3307, но на вторичном и промежуточ­ном валах расположено еще по одной косозубой шестерне посто­янного зацепления.

Рис. 7. Схема включения передач автомобиля ЗИЛ:

1 - первичный (ведущий) вал с шестерней; 2 - синхронизатор четвертой и пятой передач;

3 и 15 - шестерни четвертой передачи; 4 и 14 - шестерни третьей передачи; 5 - синхронизатор второй и третьей передач; 6 и 11 - шестерни второй передачи; 7 - подвижная шестерня первой передачи и заднего хода; 8 - вторич­ный (ведомый) вал; 9 и 12 - малая и большая шестерня блока шестерен заднего хода; 10 - шестерня первой передачи; 13 - шестерни заднего хода; 16 - шестер­ня постоянного зацепления; 17 - промежуточный вал;

18 - блокирующее конус­ное кольцо

Первую передачу включают перемещением вперед прямозубой шестерни 7 (рис. 7) по шлицам вторичного вала до зацепления ее с шестерней 10 впервой передачи, выполненной вместе с промежу­точным валом. Остальные шестерни косозубые. На промежуточ­ном валу они закреплены шпонками. Зацепленные с ними посто­янно шестерни свободно вращаются на вторичном валу.

Другие передачи переднего хода включают с помощью синхро­низаторов 2 и 5. Синхронизаторы по конструкции немного отли­чаются от описанных ранее, но принцип работы такой же. При включении второй, третьей, четвертой и пятой передач конусные блокирующие кольца 18 позволяют уравнять частоту вращения вторичного вала и включаемой шестерни, а затем синхронизатор жестко соединяет эту шестерню с валом.

Пятую передачу включают перемещением синхронизатора 2 вперед, что позволяет жестко соединить первичный и вторичный валы, т.е. выполнить прямую передачу. Задний ход включают пе­ремещением шестерни 7 назад до зацепления ее с шестерней 9. В этом случае передача вращения первичного вала на вторичный происходит через промежуточный вал 17 иблок шестерен заднего хода.

Механизм переключения передач смонтирован в крышке кар­тера КП. Передвижные шестерни перемещаются вдоль вторично­го вала вилками 6 (рис. 8, а), которые свободно входят в их коль­цевые выточки. Вилки закреплены на ползунах 2 и перемешаются вместе с ними. Ползуны передвигаются нижним концом рычага 3 переключения передач. Рычаг установлен средней частью на ша­ровой опоре в крышке картера КП.

Чтобы предотвратить включение заднего хода при движении вперед, в корпусе 10 рычага переключения (рис. 8, б) установлен предохранитель 7, который состоит из плунжера с пружиной. Включение заднего хода возможно только при значительном усилии, приложенном к рычагу переключения передач.

Предохранитель установлен в промежуточном рычаге 11 вклю­чения первой передачи и заднего хода. Наличие промежуточного рычага уменьшает ход рычага переключения передач. Поэтому ход рычага для включения всех передач одинаковый.

Замковое устройство механизма переключения передач предотвращает одновременное включение двух передач. Два его шарика 8 (см. рис. 8, а) размещены в сверлении крышки между ползунами 2 и штифтом 9. На ползунах имеются выемки, которые располагаются против шариков при нейтральном положении ры­чага переключения передач.

При перемещении среднего ползуна два других оказываются запертыми шариками. В случае перемещения крайнего ползуна шарик выходит из его углубления, перемещает соседний шарик, который входит в углубление среднего ползуна, перемещает штифт 9, который давит на вторые шарики и одновременно запи­рает средний и другой крайний ползуны.

Для фиксации включенной передачи служит фиксатор, состоя­щий из шарика 5 и пружины 4. При включенной передаче шарик под действием

пружины входит в углубление ползуна 2 и препят­ствует его произвольному перемещению от вибрации автомобиля.

Рис. 8. Механизм переключения передач автомобиля ЗИЛ:

а - устройство; б - предохранитель включения заднего хода; в - схема переклю­чения рычага передач; 1 - крышка; 2 - ползуны; 3 - рычаг переключения пере­дач; 4 - пружина фиксатора;

5 - шарик фиксатора передачи; 6 - вилки; 7 - предохранитель включения заднего хода;

8 - шарики замка; 9 - штифт замка; 10 - корпус рычага; 11 - промежуточный рычаг включения первой передачи и заднего хода; I -V - передачи; ЗХ - задний ход

Многоступенчатая КП. На грузовых автомобилях КамАЗ, пред­назначенных для работы с прицепами, применяют десятиступенчатую КП, которая состоит из двух основных частей: пятиступен­чатой КП и редуктора, называемого «делитель передач». На авто­мобилях, работающих без прицепа, устанавливают только пяти­ступенчатые КП.

Основная пятиступенчатая КП по устройству подобна описан­ной ранее. В отличие от КП автомобиля ЗИЛ первая передача и передача заднего хода включаются зубчатой муфтой. Зубчатую муфту и каретки синхронизаторов перемещают рычагом, расположенным в кабине автомобиля, через дистанционный привод.

Делитель передач — это механический понижающий од­ноступенчатый редуктор, состоящий из одной пары цилиндричес­ких шестерен и синхронизатора. С помощью делителя можно уве­личить вдвое число передач и изменить тяговое усилие автомоби­ля приблизительно в 1,25 раза на каждой основной передаче. Ос­тов делителя передач — корпус 7 (рис. 9) — отлит заодно с корпу­сом сцепления. В гнездах корпуса на шариковых и роликовых под­шипниках установлены первичный 9 и промежуточный 6 валы.

Ведущая шестерня 1 первичного вала смонтирована на специ­альных роликовых подшипниках. Ведомая шестерня 8 промежу­точного вала запрессована на вал и закреплена шпонкой. Проме­жуточный вал делителя и промежуточный вал КП соединены шли­цами с помощью центрирующих стаканов. Для включения высших и низших передач делителя на шлицах первичного вала 9 ус­тановлен синхронизатор, устройство которого одинаково с синх­ронизатором основной КП.

Рис. 9. Делитель передач автомобиля КамАЗ:

1 - ведущая шестерня; 2 - левое блокирующее кольцо синхронизатора; 3 - валик вилки переключения передач; 4 - правое блокирующее кольцо синхрони­затора; 5 - зубчатая муфта синхронизатора; 6 и 9 - соответственно промежуточ­ный и первичный (ведущий) валы;

7 - корпус делителя передач; 8 - ведомая шестерня; 10 - вилка переключения передач;

11 – рычаг

Если переместить муфту 5 синхронизатора с блокирующим коль­цом 2 вперед (на рисунке — влево), включается низшая передача делителя и вращение от первичного вала делителя через шестерни 1 и 8 будет передаваться на промежуточный вал 6 делителя и далее через промежуточный вал КП на вторичный вал.

При перемещении муфты 5 синхронизатора назад первичные валы делителя и КП жестко соединяются между собой, и шестерни делителя выключается из работы, т.е. будет включена высшая передача делителя, а вращение от вала делителя будет передаваться напрямую первичному валу.

Механизмом переключения передач управляют с помощью пневматической системы, которая действует на муфту синхронизатора через поршень силового цилиндра, рычаг 11 и вилку 10 зубчатой муфты 5 синхронизатора.

Рис. 10. Коробка передач автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули»:

1 - ведущий вал; 2 - картер; 3 и 6 - синхронизаторы; 4 и 15 - зубчатые колеса третьей передачи; 5 и 14 - зубчатые колеса второй передачи; 7 и 12 - зубчатые колеса первой передачи; 8 - задняя крышка; 9 - зубчатое колесо передачи заднего хода; 10 - рычаг;

11 - шестерня передачи заднего хода; 13 - промежуточный вал

Четырехступенчатая коробка передач легкового автомобиля для включения передач переднего хода имеет два синх­ронизатора 3 и 6 (рис. 10). Их устрой­ство и работа аналогичны описанному выше синхронизатору. В задней крышке 8 коробки передач на ведомом и проме­жуточном валах установлены зубчатое колесо 9 и шестерня 11 заднего хода. При включении передачи заднего хода с этими зубчатыми колесами входит в зацепление промежуточное зубчатое колесо заднего хода (на рис. 10 не по­казано), перемещаемое вдоль своей оси. Механизм переключения смонтирован в верхней части задней крышки. Упра­вляют коробкой передач с помощью рычага 10, который размещен на полу кузова автомобиля.

Рис. 11. Коробка передач легкового автомобиля с приводом на передние колеса

Четырехступенчатая коробка передач легкового автомобиля с передним приво­дом имеет картер 1 (рис. 11), два вала с зубчатыми колесами: ведущий 7 и ве­домый 8, а также механизм переключе­ния передач (на рис. 11 не показан). На правом конце ведомого вала за одно це­лое с ним изготовлена цилиндрическая шестерня 11 главной передачи, находя­щаяся в зацеплении с цилиндрическим колесом 10. Цифрами 2 - 6 обозначены шестерни соответственно первой, задне­го хода, второй, третьей, четвертой передач. Все передачи переднего хода включаются с помощью синхронизато­ров. Муфта 9 синхронизатора первой и второй передач является одновремен­но зубчатым колесом передачи заднего хода. Последняя включается введением в зацепление с зубчатыми колесами 3 и 9 промежуточного зубчатого колеса заднего хода.

Рис. 12. Схемы гидромеханических коробок передач:

а – двухступенчатой; б - трехступенчатой

Гидромеханическая коробка передач состоит из гидротрансформатора, меха­нической ступенчатой коробки передач с механизмами переключения и системы управления. Механические ступенчатые коробки передач выполняют плане­тарными или с неподвижными осями зубчатых колес, а системы управления чаще всего гидравлическими или ги­дроэлектрическими.

На рис. 12, а приведена схема двухсту­пенчатой гидромеханической коробки передач. В нее входят комплексный ги­дротрансформатор 21, система управле­ния (на рис. 12, а не показана) и механи­ческая ступенчатая коробка передач, к которой относятся: ведущий 22, ве­домый 9, промежуточный 16 валы с зуб­чатыми колесами, многодисковые фрик­ционные сцепления 2, 3, 20 (фрик­ционы), зубчатые венцы 4 и 6, а также зубчатая муфта 5, перемещаемая через поводок пружиной 7 или сжатым возду­хом, впускаемым в цилиндр 8. Кроме того, на схеме показаны передний 19 и задний 18 шестеренные насосы, а так­же центробежный регулятор 12.

В нейтральном положении фрик­ционы 2, 3, 20 выключены, и крутящий момент на вал 9 не передается. На пер­вой (понижающей) передаче системой управления включается фрикцион 2. Крутящий момент передается через ги­дротрансформатор, фрикцион 2, зуб чатые колеса 1, 17, 15 и 14, зубчатую муфту 5 на ведомый вал 9. Переключе­ние на вторую (прямую) передачу про­исходит автоматически с одновремен­ным выключением фрикциона 2 и вклю­чением фрикциона 3. Момент от вала 22 передается через фрикцион 3 на вал 9. При включении фрикциона 20 соеди­няются насосное и турбинное колеса гидротрансформатора.

Для движения задним ходом зубчатая муфта 5 перемещается в правое положе­ние. Затем включается фрикцион 2. Кру­тящий момент передается через гидро­трансформатор, фрикцион 2, зубчатые колеса 1, 17, 13, 11, 10, зубчатую муфту 5 на ведомый вал 9. Последний вра­щается в направлении, противополож­ном вращению вала 22.

На рис. 12, б приведена схема трехсту­пенчатой гидромеханической коробки передач городского автобуса. Она со­стоит из комплексного гидротрансфор­матора 21, системы управления (на рис. 12,б не показана) и механической сту­пенчатой коробки передач. В послед­нюю входят: ведущий 22, ведомый 9, промежуточные 16 и 23 валы с зубчаты­ми колесами и фрикционы 2, 3, 20, 24 и 25. На схеме показаны также пере­дний 19 и задний 18 шестеренные на­сосы, центробежный регулятор 12 и ги­дродинамический тормоз-замедлитель 28. Насосное колесо гидротрансформа­тора соединено с валом 30 и получает вращение от маховика двигателя. Про­межуточные валы 16 и 23 через зуб­чатые колеса 26, 27 и 29 постоянно со­единены с ведомым валом 9.

В этой гидромеханической коробке передач, в отличие от двухступенчатой, все передачи, в том числе и заднего хо­да, включаются только фрикционами.

В нейтральном положении все фрик­ционы выключены и крутящий момент на вал 9 не передается. При трогании с места включается фрикцион 2 первой передачи. При достижении определен­ной скорости движения фрикцион 2 ав­томатически выключается и включается фрикцион 3 второй передачи. При даль­нейшем разгоне также автоматически выключается фрикцион 3 и включается фрикцион 24 третьей передачи, а за­тем - фрикцион 20 блокировки гидро­трансформатора. При уменьшении ско­рости движения переключения передач происходят автоматически в обратном порядке. Для движения задним ходом рычаг переключения передач переме­щают в положение «Задний ход». При этом включается фрикцион 25.

Гидроэлектрическая система управления двухступенчатой гидромеханической коробкой передач (рис. 13) состоит из большого переднего 16 малого задне­го 19 шестеренных насосов; редукцион­ного клапана 18; главного клапана 9 с микропереключателем 8; клапана бло­кировки 21; периферийных клапанов 5, управляемых соленоидами 3 и 4; цен­тробежного (скоростного) регулятора 14, соединенного с главным клапаном 9 и педалью 11 подачи топлива (педаль является силовым регулятором); элек­тропневматического клапана 28 цилин­дра 27 включения заднего хода; радиа­тора 22 с клапаном слива 23.

В систему управления, кроме того, входят не показанные на схеме контрол­лер с рычагом переключения передач, расположенным на рулевой колонке, и электрической системой, а также кон­трольные приборы (манометр, датчик которого установлен в главной маги­страли, термометр с датчиком, разме­щенным в поддоне коробки передач, указатель аварийного перегрева масла с датчиком в клапане слива) и фильтр очистки масла.

Рис.13. Схема системы управления двухступенчатой гидромеханической коробки передач

Шестерня переднего насоса приводит­ся в движение от вала двигателя через насосное колесо гидротрансформатора, а шестерня заднего насоса — от колес автомобиля через промежуточный вал коробки передач. Масло из поддона ко­робки передач через маслоприемник 15 и обратный клапан 17 нагнетается в главную магистраль (на рис. 13 за­штрихована) передним насосом при ра­ботающем двигателе, а при движении автомобиля — также и задним насосом (через обратный клапан 20). Редук­ционный клапан 18 поддерживает давле­ние 0,6 — 0,65 МПа в главной магистра­ли и отключает передний насос, когдаподача заднего насоса достаточна для работы системы.

На корпусе контроллера отмечено четыре положения: ЗХ - задний ход; Н - нейтральное, А - движение с авто­матическим переключением передач; ПП - движение только на первой пере­даче. Пуск двигателя можно осуще­ствить только тогда, когда рычаг кон­троллера установлен в положение Н. При этом ток через цепи управления ко­робкой передач не проходит. При пере­мещении рычага контроллера из поло­жения Н в положение А при работе двигателя и неподвижном автомобиле замыкаются цепи соленоида 3 первой передачи. Соленоид 3 с помощью по­водка 2 перемещает периферийные кла­паны 5 в крайнее левое положение. Мас­ло под давлением проходит из главной магистрали через периферийные кла­паны в цилиндр фрикциона 6 первой передачи, которым включается первая (понижающая) передача, и автомобиль начинает движение.

С увеличением скорости автомобиля возрастает частота вращения грузиков центробежного регулятора 14. Их пере­мещение через рычаг 13 вызывает сме­щение влево золотника главного клапа­на 9. При достижении автомобилем определенной скорости это смещение оказывается достаточным для прохода масла под давлением из главной маги­страли через клапан 9 к клапану микро­переключателя 8. Цепь соленоида 3 раз­мыкается, а соленоида 4 замыкается. Периферийные клапаны 5 перемещают­ся поводком 2 в крайнее правое положе­ние. Масло под давлением поступает в цилиндр фрикциона 7, который вклю­чает вторую (прямую) передачу. В это время из цилиндра фрикциона 6 масло стекает в поддон.

При дальнейшем увеличении скорости автомобиля еще больше смещается вле­во золотник клапана 9, обеспечивая проход масла под давлением к клапану 21 блокировки. Цилиндр фрикциона 24 блокировки сообщается со сливом, и фрикцион включается, блокируя ло­пастные колеса гидротрансформатора 1,

т. е. соединяя турбинное колесо с на­сосным. Автоматические переключения при разгоне происходят при скорости автомобиля тем большей, чем большая подача топлива установлена педалью 11, соединенной тягой и рычагами 10 я 12 с рычагом 13. При уменьшении скорости движения в результате увели­чения сопротивления движению автомо­биля автоматически переключаются передачи в обратном порядке: сначала выключается фрикцион блокировки, а если скорость движения продолжает понижаться, то происходит переключе­ние со второй передачи на первую. При перемещении рычага контролле­ра в положение ЗХ выключаются фрик­ционы 6 и 7, шестерня 26 соединяется с ведомым валом 25 благодаря переме­щению зубчатой муфты под действием сжатого воздуха, подводимого в ци­линдр 27 через электропневматический клапан 28. После этого включается фрикцион 6.