Андрей Смирнов
Время чтения: ~9 мин.
Просмотров: 0

Устройство и работа механической коробки передач

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

Функции КПП:

  1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
  2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
  3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
  4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты

Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость

Коробка передач – вариатор

Коробки передач вариаторного типа относятся к бесступенчатым устройствам. В отличие от коробок передач, описанных выше, здесь нет привычных валов и шестеренных зацеплений. Конструкция состоит из следующих рабочих элементов:

  1. Два конусообразных шкива, позволяющих изменять радиус охвата.
  2. Металлический ремень (цепь), состоящий из набора отдельных пластин, изготовленных из высокопрочных легированных сплавов.

Скорость автомобиля плавно изменяется, благодаря степени натяжения ремня и перемене соотношения передаточного числа между подвижными дисками шкивов.

К недостаткам коробки вариатора можно отнести использование их в автомобилях небольшой мощности. Основное применение – скутеры, малолитражки.

Конструкторские разработки современного автомобилестроения не стоят на месте. Конкурирующие фирмы постоянно работают над усовершенствованием выпущенных моделей и внедрением в жизнь новых свежих идей. Каждый год можно услышать о нововведениях с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Основные требования. Современные тенденции

Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:

  • Надежность;
  • Минимальная потребность в обслуживании;
  • Высокие показатели КПД;
  • Плавность и бесшумность;
  • Минимально возможные габаритные размеры.

Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.

Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.

Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.

Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.

Схема коробки передач DSG

Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.

Расчет веса сцепления

Вес и простота конструкции фрикционного сцепления зависят в основном от числа ведомых дисков. Наибольшей простотой и наименьшим весом обладают однодисковые сцепления, которые и получили в настоящее время преимущественное распространение.

Вес сцепления ( с механизмом выключения, но без картера) составляет 0,3-0,6% от сухого веса шасси грузовых автомобилей. В случае применения двухдискового сцепления он повышается до 0.7%. В легковых автомобилях вес сцепления составляет 0,4-0,8% от их сухого веса.

Расчет сцепления автомобиля

Снижение ударной нагрузки в зубьях шестерен и муфт коробки передач при трогании с места и при переключении ступеней на ходу автомобиля, обеспечиваемое сцеплением, может быть определено при рассмотрении схемы.

Схема, поясняющая принцип работы фрикционного сцепления

Jm – момент инерции и ведущей части сцепления.

Ja – момент инерции условного маховика, эквивалентный поступательно движущейся массе автомобиля.

Jc – момент инерции ведомой части сцепления.

1,2 – шестерни постоянного зацепления.

3,4 – шестерни, подлежащие зацеплению на ходу автомобиля или при трогании с места.

Расчет момента инерции маховика

Момент инерции маховика Ja определяется из равенства кинетической энергии поступательно движущегося автомобиля и вращающегося маховика:

Сравним ударную загрузку, возникающую в зубьях соединяемых шестерен 3 и 4 без выключения сцепления и при его выключении.

Для определения ударной нагрузки, действующей на вторичный вал при переключении шестерен 3 и 4 без выключения сцепления, воспользуемся выражением:

Интегрируя это выражение  в предположении, что инерционный момент Mj=Pr3 действует в течении времени t, за которое угловая скорость вторичного вала повысится с Wa до W0, получим:

P – окружное усилие, действующее на зубья шестерен 3 и 4 в момент переключения.

r3 – радиус начальной окружности шестерни 3.

Аналогичное уравнение для промежуточного вала можно записать таким образом:

Где Wm – угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя. Сила P и время t в обоих уравнениях одинаковы. Из этих двух выражений находим результирующую скорость вращения:

Подставляя W0 d первое уравнение, найдем импульс момента, возникающего при переключении шестерен без выключения сцепления:

Если шестерни переключать при предварительном выключении сцепления, то маховик будет отсоединен и, следовательно, в последнем уравнении Jm следует приравнять к нулю. Следовательно:

Так как момент инерции ведомой части сцепления Jc во много раз меньше момента инерции Jm, соотношением Jc/Jm  можно пренебречь. Тогда:

Следовательно, благодаря сцеплению в данном случае импульс момента снизился в 50 раз при переключении передач на ходу автомобиля, что вполне обеспечивает необходимый срок службы шестерен в эксплуатации. Снижение импульса момента будет тем большим, чем меньше момент инерции Jc ведомой части сцепления. В дисковых фрикционных сцеплениях момент инерции ведомой части получается меньше, чем в конусных. Это, в частности, привело к тому, что конусные сцепления в настоящее время не применяют. Момент инерции Jc в дисковых сцеплениях (при заданном передаваемом крутящем моменте) практически не зависит от числа ведомых дисков, так как с увеличением их числа обычно удается уменьшить наружный диаметр дисков и сохранить момент инерции ведомой части двухдискового и многодискового сцепления таким же, как у однодискового.

В состав трансмиссии автомобиля входят:

Сцепление

Сцепление. Работа данного механизма основана на действии силы трения скольжения (фрикционная муфта); механизм предназначен для передачи крутящего момента, также плавного переключения передач, гашения крутильных колебаний, кратковременного соединения трансмиссии маховика двигателя.

Термин «сцепление» относят к компоненту трансмиссии транспортного средства, которое предназначено для подключения или отключения двигателя внутреннего сгорания с коробкой передач. Сцепление несет функцию временного разобщения коленчатого вала двигателя с силовой передачей автомобиля, что является необходимым при переключении шестерен в коробке передач и при торможении автомобиля вплоть до его остановки. Также, сцепление позволяет плавно (без рывков) трогаться с места;

Advertisement

Коробка передач

Коробка передач. Коробка передач предназначена для изменения частоты и крутящего момента на ведущих колесах в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель транспортного средства. Также коробка передач обеспечивает автомобилю способность движения задним ходом и длительного отключения двигателя от движения при пуске двигателя и работе его на стоянках;

Раздаточная коробка

Раздаточная коробка. Это не что иное, как агрегат для распределения крутящего момента от двигателя на несколько приводных механизмов, которые в большинстве случаев также увеличивают число передач в трансмиссии. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент между ведущими мостами так, чтобы обеспечивалась наилучшая проходимость автомобиля без возникновения негативного явления – «циркуляции мощности» в трансмиссии; увеличивает крутящий момент на ведущих колесах в пределах, необходимых для преодоления сопротивления качению колес при движении по плохим дорогам, а также на крутых подъемах; обеспечивает более устойчивое движение машины с малой скоростью при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента;

Коробка отбора мощности

Коробка отбора мощности. Механизм, предназначенный для привода всевозможных рабочих органов оборудования, установленного на автомобильном шасси, посредством карданного вала или гидравлического насоса;

Главная передача

Главная передача. Является одним из важнейших элементов трансмиссии. В наиболее распространенном варианте состоит из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванном преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи зависят тягово – скоростные характеристики автомобиля и расход топлива;

Дифференциал

Дифференциал. Это механизм по передаче мощности посредством вращения с одновременным делением единого потока мощности на два дифференциально связанных или суммированием двух независимых потоков мощности в один;

Карданная передача

Карданная передача. Данный механизм передает крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения;

Шарнир равных угловых скоростей

Шарнир равных угловых скоростей — не является отдельным элементом трансмиссии, так как выполняет роль главной передачи. Шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 70ᴼ относительно оси.

Классификация коробок передач по принципу работы трансмиссии коробки передач бывают механические и гидродинамические.

Классификация коробок передач по числу валов:

—         2х вальные;

—         3х вальные;

—         Многовальные (планитарные коробки передач или 2х, 3х поточные механические коробки).

Классификация коробок передач по числу передач и диапазонов бывают с 1м или 2мя диапазонами.

Классификация коробок передач по способу переключения передач с разрывом потока мощности и без разрыва потока мощности.

Коробки передач с разрывом потока мощности – способ переключения передач скользящими шестернями, зубчатыми или кулачковыми муфтами, синхронизаторами.

Коробки передач без разрыва потока мощности – переключение передач фрикционными муфтами, тракторы, audi TT 3,2 Quattro с двумя сцеплениями.

Классификация коробок передач по способу управления коробки передач бывают с ручным и автоматическим управлением.

Классификация коробок передач по способу смазки, с принудительной смазкой (МАЗ, КРАЗ), разбрызгивание.

Классификация коробок передач по способу перемещения осей – с неподвижными и с подвижными осями (планетарные).

Классификация коробок передач по числу степеней свободы – с 2мя и с 3мя степенями свободы.

Коробки передач должны иметь достаточное число передач с правильно выбранными передаточными числами, высокий КПД, небольшие размеры и вес (массу).

Коробки передач должны быть не сложными по конструкции, надежными и износостойкими в работе, простыми в управлении, удобными при обслуживании и ремонте.

Расчет коробки передач производится в следующем порядке:

1) Задаются числом передач и выбирают схему коробки передач;

2) Распределяют общее передаточное число трансмиссии;

3) Определяют передаточные числа коробки  передач на различных передачах;

4) Устанавливают число зубьев шестерен, вычисляют их модуль и основные размеры;

5) Вычерчивают в масштабе компоновочную схему коробки передач;

6) Определяют силы действия на валы и реакции их опор;

7) Рассчитывают валы на прочность и жесткость;

8) Подбирают подшипники.

Виды привода

По количеству задействованных ведущих колёс возможны разные системы передачи момента. Трансмиссия автомобиля состоит из механизмов, реализующих эти схемы.

  • Задний привод. Двигатель располагается впереди автомобиля или по центру кузова в пределах колёсной базы, или сзади над осью, или в заднем свесе. Коробка передач для организации лучшей развесовки может быть в блоке с двигателем или с главной передачей на задние колёса.
  • Передний привод. Используется в массовых автомобилях, хотя иногда его применяют и в более дорогих классах, а также в лёгких грузовиках. Разница может быть лишь в поперечном расположении силового агрегата или продольном. Первая схема более компактна и проще реализуется.
  • Подключаемый полный привод. Возможно много вариантов, но чаще всего используются два. На утилитарных внедорожниках водитель вручную подключает передний мост на тяжёлых участках при постоянном заднем. У кроссоверов используется электронная или вязкостная муфта, подключающая задний мост, постоянно в этом случае используется передний.
  • Постоянный полный привод. В машине всегда задействованы для создания тяги все колёса. Различные механические и электронные устройства могут изменять соотношение момента по осям или даже по колёсам.

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию