Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

действием пружины выгибается влево, открывая выпускной кла-

пан 11 и закрывая впускной клапан 10. Под действием пружины

пневматического поршня и оттяжных пружин в приводе выключе-

ния сцепления шток 2 смещается вправо и сцепление включается.

При постоянном давлении на педаль клапаны 10 к 11 закрыты.

Через клапан 5 воздух выходит в атмосферу при включении сцеп-

ления.

Регулировка привода заключается в установлении свободного

хода муфты выключения сцепления 12 (см. рис. 16.5, г). Для этого

от рычага 13 (см. рис. 16.7, а) отъединяют пружину

10 и

поворачи-

вают гайку 12, устанавливая свободный ход рычага 13 равным

4...5 мм, что соответствует свободному ходу муфты (3,6 ± 0,4) мм.

Полный ход рычага 13 должен быть 90 мм при нажатии педали

сцепления до упора.

16.4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СЦЕПЛЕНИЙ

Надежная работа сцепления зависит от правильной эксплуата-

ции и своевременного технического обслуживания.

В процессе эксплуатации сцепление выключают, нажимая на

педаль быстро и до конца ее полного хода. Включают сцепление

плавно без задержки педали в промежуточном положении. При

работающем двигателе нельзя долго держать сцепление в выклю-

ченном положении, нагружая выжимной подшипник.

При отсутствии свободного хода педали, ослаблении нажим-

ных пружин, замасливании или загрязнении дисков возможно их

относительное проскальзывание («пробуксовывание»). Диски бы-

стро нагреваются и изнашиваются. Подведенная к ведущим дис-

кам мощность не полностью передается на трансмиссию. Эксплу-

атация автомобиля в таких условиях невозможна.

Если свободный ход педали значительно превышает норму,

произошло коробление дисков, сломался отжимной рычаг или ос-

колок сломанной демпферной пружины попал между дисками, то

сцепление не выключается полностью («ведет»). В этом случае

сцепление трудно выключить. Если неисправность не удается уст-

ранить регулировкой свободного хода педали, то сцепление сни-

мают и разбирают для ликвидации неисправности.

При длительной стоянке машины может быть «залипание»

сцепления, когда его не удается выключить вследствие прилипа-

ния ведомого диска к маховику. В этом случае, нажав на педаль

тормоза, плавно увеличивают обороты двигателя при выключен-

ном сцеплении.

В процессе технического обслуживания сцепления необходимо

удалить воздух из системы гидропривода, смазать выжимной под-

шипник (при наличии масленки), подтянуть крепление корпуса

сцепления, проверить исправность пневмоусилителя.

240

Контрольные

вопросы и задания

1. Какого типа сцепления применяют на отечественных автомобилях? 2. В чем

преимущества фрикционных сцеплений перед гидравлическими и электрически-

ми? 3. Какими преимуществами обладают сцепления с диафрагменной пружи-

ной? 4. Назовите преимущества гидравлического привода сцеплений. 5. Объясни-

те назначение и принцип работы демпфирующих устройств сцеплений. 6. Какие

устройства применяют для облегчения управления сцеплением? 7. Объясните

принцип действия пневмоусилителя сцеплений автомобиля ЗИЛ-433360.

Глава 17

КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

17.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

Назначение коробок передач: изменение скорости движения ав-

томобиля, обеспечение движения задним ходом, длительное от-

ключение трансмиссии от двигателя.

Нагрузка на ведущих колесах автомобиля в эксплуатационных

условиях изменяется в широких пределах. Так, при трогании авто-

мобиля с места, разгоне, преодолении подъемов, трудных участ-

ков дороги и движении с большой нагрузкой требуется увеличен-

ный в несколько раз ведущий момент по сравнению с моментом,

необходимым при движении по горизонтальной асфальтирован-

ной дороге. В этих случаях желательно, чтобы двигатель продол-

жал работать в режиме, близком к оптимальному по мощности и

экономичности. Характеристики применяемых двигателей внут-

реннего сгорания не в полной мере удовлетворяют этим требова-

ниям. Приспособляемость двигателей (особенно дизелей) к пере-

грузкам также недостаточна. Чтобы обеспечить наиболее эффек-

тивную работу двигателя в определенном диапазоне частот враще-

ния коленчатого вала и получить необходимый ведущий момент

на колесах при изменении нагрузки, в трансмиссию вводят короб-

ки передач (КП) с изменяемыми передаточными числами. Это по-

зволяет получить различное тяговое усилие на ведущих колесах

при эффективной работе двигателя.

Классификация коробок передач. Различают бесступенчатые и

ступенчатые коробки передач.

Бесступенчатые передачи. Если изменение пере-

даточных чисел КП при изменении нагрузки происходит бессту-

пенчато и автоматически, то двигатель будет работать всегда в оп-

тимальном режиме с наилучшими показателями. Это возможно

при использовании автоматических бесступенчатых коробок пере-

дач, но у этих коробок сложная конструкция, высокая стоимость и

низкий КПД.

Ступенчатые механические коробки пе-

редач не позволяют использовать наибольшую мощность и

241

экономичность двигателя во всех эксплуатационных режимах ра-

боты автомобиля и требуют ручного управления, но благодаря от-

носительно невысокой стоимости, простоте конструкции, неболь-

шой удельной массе, высокому значению КПД получили широкое

применение. В механических коробках при переключении пере-

дач изменяется передаточное число, преобразуется передаваемый

с двигателями ведущий момент и одновременно изменяется часто-

та вращения выходного вала. В результате получают разные значе-

ния тяговых усилий и скоростей движения в условиях трогания,

разгона и преодоления дорожных сопротивлений.

Различают следующие механические ступенчатые коробки пе-

редач:

по числу валов

—

двух-, трех- и многовапьные;

кинематической схеме — с неподвижными осями валов и плане-

тарные;

расположению валов относительно продольной оси автомоби-

ля—с продольным и поперечным расположением валов;

наличию делителя и демультипликатора;

способу переключения передач

—

со скользящими зубчатыми

муфтами (каретками), синхронизаторами, фрикционными муфтами.

Коробки передач также подразделяют по числу передач пере-

днего хода

—

двух-, трех- и многоступенчатые.

Коробки передач должны надежно соединять, а при необходи-

мости и разъединять двигатель и трансмиссию; обеспечивать не-

обходимые динамические и экономические показатели автомоби-

ля в различных условиях движения (нагрузка, скорость) за счет

передаточных чисел, а также движение с небольшой скоростью и

задним ходом при маневрировании; быть бесшумными и легкими

в управлении при переключении передач, простыми в техничес-

ком обслуживании и ремонте; обладать высокими показателями

надежности и КПД, но минимальными массой и габаритными

размерами.

В коробках передач автомобилей сельскохозяйственного назна-

чения должны быть передачи, обеспечивающие синхронное дви-

жение с уборочными и другими сельскохозяйственными машина-

ми при выполнении технологических операций и высокие скорос-

ти при движении по хорошей дороге. В этих автомобилях должен

быть привод на вал отбора мощности.

Высокие тягово-динамические и экономические показатели

автомобиля получают в результате рационального подбора чис-

ла передач и передаточных чисел в коробке передач, главной

передаче, раздаточной коробке и бортовых передачах (при на-

личии их). Передаточные числа главной передачи и бортовых

передач рассчитывают в соответствии с назначением и типом

автомобиля. В процессе эксплуатации они остаются неизмен-

ными.

242

17.2. ПРИНЦИП ПОДБОРА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ

КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

Передаточные числа в коробке автомобилей образуют геомет-

рическую прогрессию. В этом случае разгон автомобиля происхо-

дит наиболее интенсивно. Для разгона на каждой передаче ис-

пользуется наибольшая средняя мощность двигателя. Разница в

скоростях движения автомобиля в конце разгона на предыдущей

передаче и начале разгона на следующей передаче минимальная,

что облегчает переключение передач.

Согласно закону геометрической прогрессии передаточное

число последующей передачи /

т+1

равно передаточному числу

предыдущей передачи /

, умноженному на постоянное число q:

+\ = i

q. Этот показатель, называемый знаменателем прогрессии,

оценивает плотность ряда передаточных чисел.

С увеличением числа передач повышаются плотность ряда, тя-

говые и экономические показатели автомобиля, динамика разго-

на, улучшаются условия работы синхронизаторов. В то же время с

увеличением числа передач усложняются конструкция коробки и

переключение передач, увеличиваются ее габаритные размеры,

масса и стоимость. Коробки передач легковых и грузовых автомо-

билей малой и средней грузоподъемности имеют по четыре-пять

передач, а большой грузоподъемности и высокой проходимости

—

восемь и более при наличии делителей и демультипликаторов

(понижающих редукторов). Большее число передач обычно имеют

автомобили с дизелями, имеющими меньшую приспособляемость

к перегрузкам.

Плотность ряда повышают, т. е. сближают, передаточные числа

наиболее часто используемых передач, например прямой и сосед-

ней с ней. Ускоряющая передача (V в легковых автомобилях) по-

зволяет улучшить экономичность машины, так как двигатель

переходит на более экономичный режим работы. Эту передачу ис-

пользуют при движении по асфальтированной дороге с неболь-

шой загрузкой и на высокой скорости. У современных автомоби-

лей q = 1,1...1,5.

На рисунке 17.1 изображен лучевой график зависимости часто-

ты вращения вала двигателя автомобиля КАЗ-4540 от скорости его

движения при разгоне на различных передачах, построенный в со-

ответствии с уравнением

V = ЯГ

Лд

/(30/о/

п)>

где v

—

скорость движения автомобиля; г

—

динамический радиус ведущего коле-

са; л

дв

—

частота вращения вала двигателя; /

, /

кп

—

передаточные числа соответ-

ственно главной передачи и коробки передач.

Плотность ряда передаточных чисел у этого автомобиля

9=1,38.

243

п, мин"'

Рис. 17.1. Лучевой график зависимости частоты вращения вала двигателя автомоби-

ля КАЗ-4540 от скорости его движения при разгоне на различных передачах

На этом же графике отмечены моменты переключения передач

(в точках а, a

, a

) при разгоне последовательно с III

до VIII передачи. Штриховая линия показывает, до какого уровня

снизилась бы частота вращения (примерно 2200 мин

-1

на всех пе-

редачах) при переключении на последующую передачу, если бы

было жесткое соединение двигателя с ведущими колесами. Так

как сцепление в момент переключения пробуксовывает, то изме-

нение скорости происходит по линии ab и т. д. и скорость автомо-

биля на последующей передаче несколько выше, чем на предыду-

щей:

i >

n >v

flin

fllv

. Частота вращения вала двигателя при

переключении на каждой передаче изменяется в диапазоне

2400...2500 мин~

. Время работы двигателя на холостом ходу при

переключении не учитывается.

Оценочным показателем коробки передач служит также диапа-

зон передаточных чисел, представляющий собой отношение пере-

даточных чисел низшей и высшей передач: Д= /

max

/'min- Для лег-

ковых автомобилей Д = 3...4, для грузовых

—

D = 5...8, для специ-

альных

—

Д= 9...

13.

Диапазон передаточных чисел определяет

диапазон тяговых усилий и скоростей движения, которые может

развивать автомобиль при установившейся скорости.

Ступенчатые коробки передач представляют собой редукторы с

набором валов и цилиндрических прямозубых или косозубых (или

244

со спиральными зубьями) колес. Косозубые цилиндрические ко-

леса применяют в случае постоянного зацепления колес. Косозу-

бые колеса обладают большей нагрузочной способностью, лучшей

плавностью работы, меньшей шумностью.

17.3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

ОСНОВНЫХ ТИПОВ

Трехвальная четырехступенчатая коробка с прямой передачей и

цилиндрическими косозубыми зубчатыми колесами постоянного

зацепления схематично изображена на рисунке 17.2, а. Первичный

вал 1 получает вращение от вала двигателя. Передний конец вто-

ричного вала 8 установлен на подшипнике в торце первичного

вала. На промежуточном валу 12 закреплены зубчатые колеса по-

стоянного зацепления: переднее зубчатое колесо находится в зацеп-

лении с зубчатым колесом 2 первичного вала, три других находят-

ся в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами 7, 9, 11, уста-

новленными на роликовых подшипниках на вторичном валу. За-

одно с колесами 7, 9, 11 изготовлены прямозубые зубчатые венцы.

На вторичном валу посредством шпонок закреплены зубчатые

ступицы, на которых установлены скользящие зубчатые муфты 5 и

10: При включении, например, третьей передачи скользящую

муфту 5 вводят в зацепление с зубчатым венцом 6. В этом случае

вращение с зубчатого колеса 2 вала 1 передается последовательно

на зубчатые колеса промежуточного вала и с них на зубчатое коле-

со 7, венец б, муфту 5, ступицу 4 и на вторичный вал, с которого

вращение передается на детали трансмиссии и на ведущие колеса.

Перемещением муфты 10 вперед или назад получают еще две

передачи: соответственно II и III. При смещении муфты 5 вперед

(на рисунке влево) получают IV прямую передачу. В этом случае

вращающий момент передается непосредственно с первичного

вала на вторичный, передаточное число /= 1, КПД возрастает,

преобразования момента не происходит.

Двухвальные коробки передач применяют на переднеприводных

автомобилях (ВАЗ, АЗЛК, многих иностранных моделях) с про-

дольным («Москвич-2141») или поперечным (ВАЗ) расположени-

ем валов. Коробки передач, главные передачи и дифференциалы

переднеприводных машин компонуют в одном блоке. Передаточ-

ные числа на V, а иногда и IV передаче двухвальных коробок пере-

дач устанавливают ниже единицы, чтобы во избежание увеличе-

ния габаритных размеров коробки передаточное число на I пере-

даче не превышало четырех при тяговом диапазоне Д= 4,6...4,8.

У двухвальных коробок отсутствует прямая передача, следова-

тельно, КПД на IV передаче несколько ниже, чем у трехвальных

коробок с прямой передачей. На других же передачах, наоборот,

КПД выше, чем у трехвальных. Трехвальные коробки передач

245

Рис. 17.2. Схема коробки передач:

—

с неподвижными осями и прямой передачей: I, 8,

— соответственно первичный, вто-

ричный и промежуточный валы; 2 —зубчатое колесо постоянного зацепления первичного

вала; 3, б—зубчатые венцы; зубчатая ступица; 5, /0—скользящие зубчатые муфты; 7, 9,

11 — зубчатые колеса постоянного зацепления вторичного вала; б

—

планетарная передача:

2, 4

—

соответственно коронное, планетарные, солнечное зубчатые колеса; 3— водило; 5

—

тормоз; 6

—

ведомый вал

обычно с прямой передачей широко применяют на легковых авто-

мобилях классической компоновки и грузовых автомобилях малой

и средней грузоподъемности. КПД трехвальных коробок передач

Лм

0,96...0,98. С целью уменьшения массы и габаритных разме-

ров коробки передач на машинах большой грузоподъемности

стремятся применять трехвальные коробки с прямой передачей,

расширяя диапазон передаточных чисел использованием делите-

лей и демультипликаторов, позволяющих удваивать число пере-

дач.

Многовальные коробки передач устанавливают на автомобилях

большой грузоподъемности, когда необходимо получить большое

число передач при большом тяговом диапазоне. Для этого исполь-

зуют дополнительные редукторы с передачами, повышающими

246

(мультипликаторы) или понижающими (демультипликаторы)

скорость. При применении мультипликатора (повышающей пере-

дачи) уменьшается разрыв между передаточными числами сосед-

них передач. Демультипликаторы, обычно двухступенчатые редук-

торы, устанавливают после коробки передач. Они удваивают чис-

ло передач, повышают тяговый диапазон автомобиля.

В состав коробки передач часто входит планетарная передача,

состоящая из прямозубых колес: коронного

(рис. 17.2, б), плане-

тарных 2 (сателлитов) и солнечного 4. Сателлиты, соединенные

между собой водилом 5, одновременно находятся в зацеплении с

коронным и солнечным зубчатыми колесами. Солнечное зубчатое

колесо закреплено на полом валу, на другом торце которого уста-

новлен ленточный тормоз 5. Водило J укреплено на валу б, к кото-

рому приложен момент сопротивления Л/

. Ведущий момент М\

действует на коронное колесо 7.

При заторможенном вале солнечного колеса под действием

вращающегося коронного колеса 1 сателлиты 2 обкатываются

вокруг неподвижного солнечного колеса и вращают водило 3 и

вал 6, преодолевая момент сопротивления Л/

. Когда вал солнеч-

ного зубчатого колеса расторможен, вращающий момент на вал 6

не передается, так как планетарные зубчатые колеса свободно вра-

щают солнечное колесо. Передаточное число данной передачи

при заторможенном солнечном колесе равно отношению числа

зубьев коронного колеса к числу зубьев солнечного колеса.

Планетарные коробки передач имеют несколько большие КПД

и передаточное число, чем обычные коробки, при тех же габарит-

ных размерах. Передачи можно переключать с помощью тормозов

и фрикционных сцеплений, что удобно при использовании авто-

матических коробок передач. Однако планетарные коробки более

сложны и дороже в изготовлении.

Прочность деталей коробки передач зависит от применяемых

материалов, их механической и термической обработки, выбранной

геометрии зубьев, жесткости, числа и расположения опор валов.

Наиболее нагруженными деталями коробок передач являются

зубчатые колеса, которые подвергаются действию статических и

динамических нагрузок, например при резком включении сцепле-

ния в момент трогания. Наиболее часто зубья разрушаются из-за

нарушения контактной усталостной прочности. При этом от мно-

гократного приложения максимальных нагрузок возникают тре-

щины в контакте зубьев, которые под давлением масла увеличива-

ются. В результате появляются коррозионные полости (питтинг) и

зубчатое колесо выходит из строя. С учетом динамических нагру-

зок рекомендуют учитывать при расчете коэффициент запаса

прочности 1,2...2.

Зубчатые колеса обычно изготовляют из легированных сталей:

20ХГНМ и 19ХГН (ВАЗ), 20ХГР И 20ХНМ (ГАЗ), 18ХГТ И ЗОХГТ

(ЗИЛ), 12ХНЗА (ЯМЗ).

247

Валы коробки передач, подвергающиеся кручению и изгибу,

рассчитывают на прочность и жесткость. Размеры валов лимити-

руются не прочностью, а жесткостью, так как от возможного про-

гиба под действием радиальных нагрузок возникает перекос зубь-

ев, уменьшается прочность зубчатых колес и повышается шум.

Уровень шума работающей коробки передач должен быть мини-

мальным. Это достигается точностью изготовления и применени-

ем косозубых и шевронных зубчатых колес, повышением жесткос-

ти валов и корпуса. Жесткость корпуса коробки передач должна

быть такой, чтобы не изменялось межосевое расстояние валов и

не создавался звуковой резонанс.

В качестве опор валов используют одно- и двухрядные шарико-

вые и роликовые цилиндрические подшипники, воспринимаю-

щие радиальные и осевые нагрузки. Роликовые конические под-

шипники не используют во избежание регулировок. Для соедине-

ния первичного и вторичного валов и зубчатых колес постоянного

зацепления с опорными валами применяют игольчатые подшип-

ники, которые фиксируют стопорными кольцами от осевых сме-

щений.

Механизмы управления КП. Передаточные числа изменяют пе-

реключением передач. Для этого на шлицованных валах устанав-

ливают скользящие блоки прямозубых зубчатых колес

—

каретки,

с помощью которых вводятся в зацепление те или иные зубчатые

колеса. Чаще всего применяют зубчатые муфты. Для передач зад-

него хода или включения первой и второй передач используют

скользящие каретки. В коробки с автоматическим переключением

передач устанавливают фрикционные муфты.

Синхронизаторы. Для предотвращения торцевого износа зубьев,

повышения их долговечности, уменьшения шума от переключае-

мых зубчатых колес и повышения удобства управления применя-

ют зубчатые муфты с синхронизаторами, которые выравнивают

угловые скорости соединяемых колес перед включением соответ-

ствующей передачи. Выравнивание угловых скоростей происходит

за счет сил трения, которые возникают на конусных поверхностях

включаемых зубчатых колес. Силами трения поглощается кинети-

ческая энергия деталей, связанных с первичным валом, при вык-

люченном сцеплении. На отечественных автомобилях применяют

инерционные синхронизаторы.

Синхронизаторы бывают одностороннего и двустороннего дей-

ствия, простые и с блокировкой. Для включения одной передачи

устанавливают односторонние, для включения раздельно двух пе-

редач—двусторонние синхронизаторы. Синхронизаторы с блоки-

ровкой не позволяют включать передачу до полного выравнива-

ния угловых скоростей включаемых зубчатых колес. Простые син-

хронизаторы могут включать передачи при частичном выравнива-

нии скоростей. Обычно их используют для переключения на

низших передачах.

248

Синхронизаторы используют или на всех передачах для движе-

ния вперед, или только на высших передачах. Обычно передачи

заднего хода не синхронизированы. Износ трущихся пар синхро-

низатора будет тем меньше, чем ниже плотность ряда передаточ-

ных чисел (меньше разность скоростей). Конструкции синхрони-

заторов рассмотрены при описании конструкций коробок передач

различных автомобилей.

17.4. КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

РАЗЛИЧНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Коробка передач автомобиля BA3-21213 (рис. 17.3) трехвальная

с прямой передачей, продольным расположением валов, с пятью

передачами переднего хода и одной передачей заднего хода. Все

передачи переднего хода оборудованы синхронизаторами. Управ-

ление переключением передач ручное. Детали коробки передач

расположены в корпусе 3, отлитом из алюминиевого сплава и

прикрепленном болтами к корпусу сцепления.

Первичный вал 1 (вал сцепления) вращается в двух подшипни-

ках. Передний подшипник (на рисунке слева) установлен в торце

маховика, задний J5

—

в передней стенке корпуса коробки передач.

Задний конец первичного вала изготовлен заодно с косозубым зуб-

чатым колесом 34, в торец к которому медью припаян прямозубый

венец. Вторичный вал

установлен соосно первичному валу и вра-

щается в трех подшипниках. Передний игольчатый подшипник 5

установлен в заднем торце первичного вала, средний шариковый

подшипник 75—в средней стенке корпуса коробки передач, зад-

ний роликовый цилиндрический подшипник 20— в задней стенке

корпуса. Промежуточный вал 31 вращается в двух подшипниках.

На этом валу закреплен блок четырех косозубых зубчатых колес 32,

29, 28 и 26, находящихся в постоянном зацеплении соответственно

с зубчатыми колесами 34, И, 12, 14. На шлицах заднего торца про-

межуточного вала установлен и прикреплен к нему стяжным бол-

том блок зубчатых колес V передачи и заднего хода. Косозубое зуб-

чатое колесо 22 блока находится в постоянном зацеплении с зубча-

тым колесом V передачи, установленном на вторичном валу.

На кольцевых прорезях вторичного вала стопорными кольцами

закреплены ступицы муфт синхронизатора I и II передач и 5(111 и

IV передачи). Ступица 23 синхронизатора V передачи и заднего

хода установлена посредством шпонки на вторичном валу. Зубча-

тые колеса 11, 12, 14 и V передачи свободно вращаются на термо-

обработанных шейках вторичного вала. Все ступицы, втулки и

фланец выходного вала закреплены на вторичном валу от осевого

смещения специальной гайкой. Промежуточное зубчатое коле-

со 24 заднего хода свободно насажено на ось через металлокера-

мическую втулку.

249