Ступінчастікоробки передач

Ступінчасті коробки передач

Механічні ступінчасті коробки передач, на відміну від безступінчастих, дозволяють змінювати момент, що крутить, переданий трансмісією провідним колесам, стрибкоподібно (ступінчасто). Це істотний недолік такого типу коробок передач, який компенсується простотою їхньої конструкції, відносною надійністю та невибагливістю. Крім того, ступінчасті коробки дозволяють підвищити динамічні якості автомобіля (наприклад, при розгоні) та його економічність. З цих причин ступінчасті коробки передач в даний час широко застосовуються у всіх типах автомобілів та автобусів.

Типи ступінчастих коробок передач

Ступінчасті коробки передач класифікуються за кількома основними ознаками:

Вони можуть бути простими (вальними) і планетарними залежно від рухливості геометричних осей їх валів.

За кількістю валів прості коробки діляться на дво-, три- та багатовальні коробки передач.

За кількістю ступенів (враховуються лише передачі переднього ходу) коробки передач поділяються на дво-, трьох-, чотири-, п'ятиступінчасті та багатоступінчасті.

За способом перемикання передач коробки можуть бути рухомими зубчастими колесами, муфтами легкого включення і з синхронізаторами.

За способом управління розрізняють коробки з безпосереднім, дистанційним, напівавтоматичним і автоматичним управлінням.

За функціями коробки передач, що виконуються, поділяють на основні, дільники і додаткові.

Крім наведених ознак класифікації коробки передач діляться за кількістю ходів (площин переміщення важеля перемикання передач) на двоходові та триходові. Двоходовими є триступінчасті коробки передач, які вНині можна зустріти лише автомобілях старих марок, наприклад, ГАЗ-21.

На сучасних автомобілях в якості основних найбільшого поширення набувають прості, дво- або тривальні коробки передач. Кількість передач таких коробках зазвичай 4…5. Збільшення числа передач на автомобілях-тягачах, всюдиходах та автомобілях великої вантажопідйомності здійснюється шляхом встановлення дільника (мультиплікатора) або додаткової коробки (демультиплікатора), що дозволяє відповідно підвищити щільність ряду та розширити діапазон передавальних чисел. У цьому випадку загальна кількість передач дорівнює добутку числа передач основної коробки та додаткової. Багатоступінчасті коробки мають 5 або 6 валів і тому є багатовальними.

На більшості легкових і вантажних автомобілів застосовуються коробки з безпосереднім керуванням, при якому водій за допомогою важеля впливає на елементи механізму перемикання передач (штоки, виделки, синхронізатори або муфти) і включає обрану передачу. При дистанційному управлінні зусилля від важеля управління механізм перемикання передач здійснюється через систему тяг і важелів. Елементи напівавтоматичного керування є у приводі керування дільником автомобілів марки «КамАЗ» та додаткової коробки передач автомобіля КрАЗ-260.

Автоматичний привід для керування ступінчастими коробками передач не застосовується, і зазвичай використовується в управлінні коробками передач гідромеханічними.

Планетарні коробки передач, як правило, застосовують як додаткові коробки в гідромеханічних передачах для посилення перетворюючих властивостей гідротрансформаторів.

Кінематичні схеми коробок передач

Конструкційні, перетворювальні та експлуатаційнівластивості коробок залежать від її кінематичної схеми. На рис. 1 наведено найбільш поширені кінематичні схеми простих ступінчастих коробок.

Будь-яка ступінчаста коробка передач є зубчастим редуктором, в картері 1 якого на валах встановлені рухомі 8 або нерухомі 6, 7 зубчасті колеса. Вхідний вал 3 називається первинним валом, а вихідний вал – вторинним валом. У тривальній коробці передач третій вал 10 називається проміжним валом, а первинний і вторинний вали розташовуються співвісно.

Перемикання передач виконують при вимкненому зчепленні, вводячи рухомі зубчасті колеса (каретки) веденого валу в зачеплення з нерухомими на валу зубчастими колесами проміжного валу. Це зачеплення супроводжується ударами торців зубів і призводить до їхнього підвищеного зносу. Тому на автомобілях застосовують коробки передач із постійним зачепленням зубчастих коліс та включенням передач пересуванням кареток (муфт) синхронізаторів.

Рухливі зубчасті колеса виконуються прямозубими та встановлюються на шліцях, що дозволяє їм зміщуватися вздовж валу. На шліцах також встановлюються муфти включення 5 передач. Нерухомі зубчасті колеса для зниження рівня шуму виконуються косозубими і встановлюються на валу жорстко або вільно на підшипниках. Зубчасті колеса вищих передач як найменш навантажені розташовуються ближче до передньої опори, а нижчих передач як найбільш навантажені - ближче до задньої жорсткої опори.

Включення тієї чи іншої передачі здійснюється шляхом переміщення муфт 5 перемикання передач, які блокують зубчасте колесо 7 з вторинним валом 9 або первинний 3 і вторинний вали один з одним на прямій передачі, на якій передатне число дорівнює одиниці.

Втрати потужності вкоробці передач на прямій передачі практично відсутні, і її ККД близький до одиниці, так як зубчасті колеса, ні проміжний вал у передачі крутного моменту не беруть участь. На всіх інших передачах, крім прямої, момент, що крутить, в тривальної коробці передач передається від первинного валу послідовно через зубчасті колеса постійного зачеплення 2 і 4 на проміжний вал 10, і від нього на зблоковану з вторинним валом пару зубчастих коліс.

Наприклад, на третій передачі (рис. 1, а) крутний момент передається в наступній послідовності: первинний вал 3→ зубчасте колесо постійного зачеплення первинного валу 4→ зубчасте колесо постійного зачеплення проміжного валу→ зубчасте колесо 12 третьої передачі проміжного валу 2→ зубчасте колесо 6 третьої передачі вторинного валу→ вторинний (вихідний) вал 9.

Включення нижчих передач або передачі заднього ходу може здійснюватися переміщенням зубчастого рухомого колеса 8. Обертання вторинного валу в зворотну сторону (при задньому ході) відбувається завдяки установці додаткового зубчастого колеса 11.

Для забезпечення руху з великою швидкістю при порівняно невеликій частоті обертання колінчастого валу двигуна і отримання максимальної економічності, вищі передачі виконуються прискорюючими, тобто з передатним числом менше одиниці.

Вимоги до ступінчастих коробок передач

Вимоги до ступінчастих коробок передач аналогічні вимогам до всіх типів таких агрегатів:

забезпечення високих тягово-швидкісних та паливно-економічних якостей автомобіля;
надійний зв'язок двигуна з трансмісією;
легкість та зручність управління;
забезпечення руху автомобіля заднім ходом;
високий ККД;
низький рівень шуму під час роботи;
надійність в експлуатації та простота технічного обслуговування та ремонту;
малі габаритні розміри та вага.

Надійність та довговічність коробок передач

Міцність деталей коробок передач та їх ККД залежать від матеріалів, обраної геометрії зубів коліс, жорсткості, числа та розташування опор валів, їх механічної та термічної обробки.

У коробці найбільш навантаженими елементами є зубчасті колеса. Вони піддаються дії статичних і динамічних навантажень, наприклад, при різкому включенні зчеплення на момент торкання автомобіля з місця. Руйнування зубів коліс часто відбувається через зниження контактної міцності втоми. Від багаторазового застосування максимальних навантажень виникають тріщини в зоні контакту зубів, утворюються щербини (піттинг) і зубчасте колесо виходить з ладу. Зубчасті колеса розраховують із запасом міцності 1,2...2,0.

Виготовляють зубчасті колеса для коробок передач та легованих сталей. Так, наприклад, для виготовлення зубчастих коліс коробок передач ВАЗ застосовують сталі 20ХГНМ, 19ХГН, для КПП ГАЗ – 20ХГР, 20ХНМ, для зубчастих коліс ЗІЛ – 18ХГТ, 30ХГТ, для ЯМЗ – 12ХНЗА. Після виготовлення зубчастих коліс вони піддаються цементації, азотуванню, поверхневому загартування та шліфування.

Вали коробок передач під час роботи піддаються кручення та вигину, тому вони повинні бути міцними та жорсткими. При недостатній жорсткості вали можуть прогинатися під дією радіальних навантажень, внаслідок чого виникає перекіс зубів, зменшується міцність зубчастих коліс та підвищується шумність роботи коробки в цілому.