Расчет коробки передач

  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 плавно и легкое скольжение   
муфты по ступицам с минимальным зазором. На автомобиле ЗИЛ – 130 применяют синхронизатор  инерционного типа.

  Рис. 4. Механизмы переключения и управления коробкой передач:

  1 —  рычаг; 2 — чехол; 3, 33 — пружина; 4 — упорная чашка; 5 — шаровая  чашка; 6 — крышка; 7 — опорная  втулка; 8 — вкладыш; 9 — стопорный  болт; 10 — рычаг включения заднего  хода; 11 — шток переключения задней  передачи; 12 — шток переключения  третьей и четвертой передач; 13 — замок верхних штоков; 14 —  шток ползуна; 15 — толкатель замков; 16 — ползун переключения передач; 17 — вилка третьей и четвертой передач; 18 — крышка; 19 — пружина; 20 — шарик фиксатора; 21 — шток переключения первой и второй передач; 22 — замок нижних штоков; 23 — контргайка; 24 — шайба; 25 — болт; 26 — гайка; 27 — муфта; 28 — вал; 29 — крышка туннеля пола; 30 — чехол; 31 — ползун; 32 — направляющая чашка; 34 — демпфирующее кольцо; 35 — кронштейн; 36 — болт крепления механизма; 37 — корпус; 38 — коврик; 39 — стопорное кольцо.

  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.

            Главная передача с дифференциалом

  Главная передача увеличивает крутящий момент и передаёт его от карданного вала к полуосям под прямым углом. Главная  передача может быть одинарной, состоящей  из одной пары шестерён, и двойной, состоящей из двух пар шестерён. Передаточные числа главных передач  автомобилей следующие: ЗИЛ – 130 – 6,45;  ГАЗ – 53А – 6,83; ГАЗ – 24 «Волга» - 4,1.

  Главная передача с дифференциалом расположена  между картером сцепления и картером коробки передач и конструктивно  изготовлена в одном блоке  с коробкой передач (рис. 5). Ведущая  шестерня главной передачи одновременно выполняет и функции ведомого вала коробки передач, который вращается  на трех опорах. Между буртом переднего  подшипника и передней стенкой картера  установлены регулировочные прокладки, определяющие положение ведущей  шестерни. Ведомая шестерня главной  передачи крепится на корпусе дифференциала  болтами и вместе с дифференциалом вращается на двух конических подшипниках, установленных в корпусах. Корпуса  подшипников вставляются в боковые  отверстия картера коробки передач  и сцепления и крепятся к нему гайками. Конические подшипники ведомой  шестерни крепятся регулировочными  гайками, которыми устанавливается  боковой зазор в зацеплении главной  пары в пределах 0,1-0,22 мм. Стопорение регулировочных гаек осуществляется стопорами, входящими в их пазы. В корпусе дифференциала размещены сателлиты и полуосевые шестерни. Полуосевые шестерни имеют фасонный паз, в который сухарями вставляется полуось. Для защиты главной передачи от пыли и грязи, а также от вытекания смазки из картера, на полуоси устанавливается защитный резиновый чехол, внутри которого помещаются корпус манжеты и манжета. Корпуса манжет имеют маслосгонную резьбу: левый корпус — левую, правый — правую. Для их отличия на конце втулки левого корпуса сделана проточка (А). Для предохранения манжетного устройства от грязи на расстоянии 224 мм от фланца на полуоси установлен грязеотражатель.

    
   Рис. 5. Ступица заднего колеса, главная передача и полуоси:

  1 —  гайка; 2 — шплинт 3 — упорная шайба; 4 — колпак декоративный; 5 — манжета; 6 — тормозной барабан; 7 — гайка  крепления колеса; 8 — щит тормоза; 9 — ступица; 10 — рычаг задней  подвески; 11 — вилка кардана ведущая; 12 — фланец; 13 — болт; 14 — штифт  стопорный; 15 — полуось; 16 — крышка; 17 — палец полуоси; 18 — сухарь  полуоси; 19— корпус манжеты правый; 20 — шестерня полуоси; 21— чехол; 22 — корпус левый; 23 — манжета; 24 — грязеотражатель; 25 — подшипник крестовины кардана; 26 — иголки подшипника; 27 — стопорное кольцо; 28 — уплотнитель; 29 — колпачок; 30 — пресс-масленка; 31 — крестовины; 32 ,— ведомая вилка; 33 — подшипник ступицы; 34 — распорная втулка; 35 — корпус подшипников; 36 — болт; 37 — болт крепления тормозного барабана; 38 — диск колеса; А — проточка на левом корпусе 22.

  Полуось соединяется с карданным шарниром шлицевым соединением и стопорится штифтом. Карданный шарнир состоит  из двух вилок, крестовины, подшипников, манжет и стопорных колец. Ступица  заднего колеса вращается на двух конических подшипниках (одного размера), запрессованных в корпус. Между внутренними  обоймами подшипников установлена  пластмассовая распорная втулка. С обеих сторон корпуса подшипники защищены манжетами. Со стороны колеса в корпус вставлена ступица до упора во внутреннюю обойму подшипника. В шлицевую часть ступицы входит вал с карданным шарниром. Крепится вал к ступице гайкой и шплинтуется. Этой же гайкой регулируется зазор  в подшипниках. К фланцу ступицы  шестью болтами крепится тормозной  барабан.

   Автоматические коробки передач

  Сегодня актуальны три основных типа автоматических коробок передач.

  Автомобилю  приходится двигаться со скоростями от черепашьей до сотни-другой километров в час – а потому диапазон, в котором изменяются обороты  колес, получается огромным – раз  в 50. Но двигатель внутреннего сгорания способен эффективно работать лишь в интервале 2000–6000 об/мин, то есть менять скорость вращения коленчатого вала всего раза в три. Поэтому и приходится между ним и колесами ставить ту самую коробку, чтобы получить требуемую скорость движения при близких к оптимальным оборотах двигателя.

  Кстати, не все известные моторы требуют  применения такого преобразователя  на шестеренках. Например, паровая машина и электродвигатель развивают немалый  крутящий момент, что называется, "от нуля" – именно поэтому в троллейбусах (как и в паровозах) нет ни третьей  педали, ни рычага коробки передач.

  Итак, ДВС для автомобилей – мотор  не самый лучший. А поскольку скорой замены ему пока нет, совсем без коробки  передач в ближайшие годы обойтись не удастся. Но вот заставить ее работать, автоматически подстраиваясь к  режиму движения, можно, причем даже несколькими  способами. Рассмотрим три самых  распространенных сегодня варианта.

  ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА С ГИДРОТРАНСФОРМАТОРОМ

  Парадокс: устройство, наиболее сложное по механике и гидравлике, прижилось на серийных автомобилях, пожалуй, раньше других –  в 1955 году в американской технической  литературе уже рассматривались  конструкции доброго десятка "автоматов" разных фирм! А самая первая трехступенчатая  планетарная коробка передач  была создана "Кадиллаком" еще  в… 1906 году.

  Рис. 6. Классический "автомат": 1 – колесо насоса; 2 – колесо турбины; 3 – кожух; 4 – блок управления (работает автоматически  или по командам от рычага либо кнопок на рулевом колесе); 5 – солнечная шестерня; 6 – шестерни-сателлиты; 7 – коронная шестерня.

  Применяемые в таких "автоматах" планетарные  коробки передач получили свое название за шестерни-сателлиты, вращающиеся  вокруг центральной (солнечной) шестерни, подобно планетам. Рассказ о принципе работы таких систем занял бы слишком  много места. Скажем лишь, что их использование в автоматической трансмиссии обусловлено крайней  простотой изменения передаточного  отношения: достаточно лишь притормозить тот или иной вращающийся элемент  или соединить их между собой  посредством специальной фрикционной  муфты. Эти процессы относительно легко  поддаются автоматизации.

  Но  просто переключать шестерни недостаточно: автомобиль не должен разгоняться рывками. Поэтому такая коробка всегда дополняется гидротрансформатором – он плавно изменяет соотношение  между скоростями вращения входного и выходного валов (а также  между крутящим моментом на входе  и на выходе) в довольно узком  диапазоне (обычно от 1:1 до 1:2,3). Вот теперь, когда на место привычной и  небольшой механической коробки  с шестеренками взгромоздился сложный  гидромеханический агрегат (рис. 1), водитель может расслабиться и почти  забыть о рычаге под правой рукой  и педали под левой ногой. Почти  – потому что задний ход или  специальный режим для тяжелых  условий (а в последнее время  появились еще режимы для скользкой  дороги, интенсивного разгона) все-таки надо включать самому.

  Российскому водителю прелести езды с "автоматом" до недавних пор не были знакомы, если не считать городских автобусов  ЛиАЗ, переключение передач в которых сопровождалось ощутимыми рывками, да недоступных правительственных "членовозов".

  Отметим здесь же характерные недостатки этой классической конструкции: большие  потери мощности (а значит, перерасход топлива и потеря динамики), дороговизна, сложность и громоздкость. Что  касается надежности, то в современных  коробках-автоматах эта проблема решена и ресурс при надлежащем обслуживании достигает сотен тысяч километров. (Правда, при покупке подержанной иномарки следует проявить максимум осторожности, ведь стоило бывшему владельцу залить в гидротрансформатор что-нибудь кроме фирменного "Дексрона" (Dexron) или отбуксировать закапризничавшую машину без погрузки ведущих колес на эвакуатор – и вам обеспечен ремонт стоимостью, превышающей самые пессимистические ожидания.)

  БЕССТУПЕНЧАТЫЙ  ВАРИАТОР

  Устройство  известно давным-давно и подкупает  кажущейся простотой: клиновой ремень да пара разрезных шкивов (рис. 2). Сдвигая  или раздвигая диски одного из них, можно плавно изменять передаточное отношение в достаточно широких  пределах. Вариатор уже давно нашел  применение в легких машинах типа снегоходов, квадрициклов и т. п., но на пути внедрения в полноразмерный автомобиль встала проблема надежности. Передача значительного крутящего момента так нагружала ремень, что говорить о приемлемом сроке его службы не приходилось. Пожалуй, только голландская фирма ДАФ первой отважилась поставить вариатор на серийную легковую машину, но на ее наследнице "покрупнее" от него отказались.