Синхронизированные коробки передач

Синхронизированные коробки передач

 

Определение «синхронизированная коробка передач» относится ко всем коробкам передач, в которых перед соединением деталей (подвиж­ной шестерни и скользящей муфты включения) с геометрическим замыканием сначала обеспечивается их синхронное вращение с одинаковой частотой.

Кроме синхронизаторов, обеспечение синхронного вращения осуществля­ется в основном с помощью конических блокиру­ющих колец синхронизатора, которые при изме­нении положения рычага переключения передач надвигаются на соответствующий сопряженный конус сцепного элемента подвижной шестерни и за счет трения о подвижную шестерню обеспе­чивают замедление (переключение на более выс­шую передачу) или ускорение (переключение на более низшую передачу). Современные синхро­низированные коробки передач оснащены инер­ционными синхронизаторами (рис. 27 «Инерционный синхронизатор ZF-B«). Это означает, что переключение передач возможно только, если подвижная шестерня соответствую­щей передачи и относящаяся к ней скользящая муфта включения вращаются синхронно.

 

Инерционный синхронизатор ZF-B

 

При этом различают следующие варианты:

  • Инерционная синхронизация с помощью бло­кирующего зубчатого кольца;
  • Двойная синхронизация;
  • Внешняя синхронизация;
  • Инерционная синхронизация с сервоуправ­лением прижимного усилия (у автомобилей Porsche).

В коробках передач легковых автомобилей в качестве элементов переключения используются только синхронизаторы, частично даже для пере­дачи заднего хода.

 

Инерционный синхронизатор ZF-B (конструкция Borg-Warner) на деталировочном чертеже

 

На рисунках 27 и 28 «Инерционный синхронизатор ZF-B (конструкция Borg-Warner) на деталировочном чертеже» изображен широко распространенный и прекрасно зарекомендо­вавший себя инерционный синхронизатор ZF-B (конструкция Borg-Warner). В этом синхрониза­торе синхронное вращение соединяемых деталей обеспечивается за счет поверхностей трения. Сам процесс синхронизации подробно показан на ри­сунке 29 «Обеспечение синхронизации подвижных элементов на разных режимах«.

 

Обеспечение синхронизации подвижных элементов на разных режимах

 

Скользящая муфта (5) находится в среднем положении. Фиксаторы (2) отжимаются с по­мощью пружин (6) в отверстия в скользящей муфте. Подвижные шестерни (8) могут свободно вращаться на валу. Разница частоты вращения между блокирующим кольцом синхронизатора

(1) и сцепным элементом (3), а также момент проскальзывания между поверхностями трения вызывают прилегание блокирующего кольца синхронизатора к упору синхронизирующего элемента (синхронизатора) (4). Скошенные тор­цевые поверхности зубьев скользящей муфты и блокирующего кольца    синхронизатора распола­гаются друг напротив друга.

Сначала скользящая муфта придвигает бло­кирующее кольцо синхронизатора к сцепному элементу с помощью фиксаторов (2) и упоров (7). При этом торцевые поверхности зубьев обе­спечивают передачу усилия переключения от скользящей муфты непосредственно на блоки­рующее кольцо синхронизатора. До тех пор, пока сохраняется разница частоты вращения между блокирующим кольцом синхронизатора и сцеп­ным элементом, момент трения на поверхностях трения блокирующего кольца и сцепного элемен­та будет выше, нем восстанавливающий момент, создаваемый торцевыми поверхностями зубьев. Это позволяет предотвратить прямое соединение скользящей муфты со сцепным элементом.

Только после того, как нивелируется разница частоты вращения между блокирующим кольцом синхронизатора и сцепным элементом и, соответ­ственно, увеличивается момент трения, скольз­ящая муфта передвигает блокирующее кольцо синхронизатора обратно в положение «зуб на­против впадины».

 

После этого скользящая муфта (5) задвигает­ся в зубчатый венец сцепного элемента (3) (также со скошенным торцом) через храповой зубчатый венец блокирующего кольца синхронизатора.

На низших передачах синхронизаторам прихо­дится преодолевать более значительные момен­ты трения, чем на высших. Это особенно сильно заметно при быстром переключении с высшей передачи на вторую или первую, и выражается, прежде всего, в увеличении необходимого уси­лия переключения. Однако, эту проблему можно решить только путем увеличения размеров по­верхностей трения в синхронизаторе, что не со­гласуется с современными требованиями к ком­пактности коробок передач.

 

В связи с этим были разработаны синхрони­заторы с несколькими поверхностями трения. На рисунке 30 изображен двухконусный синхронизатор производства ZF. Он включает в свою конструкцию, помимо блокирующего коль­ца синхронизатора (S) и сцепного элемента на подвижной шестерне (К), также промежуточное кольцо (R). Благодаря этому удваивается коли­чество поверхностей трения и, как следствие, обеспечивается синхронное вращение всех эле­ментов.

 

Двухконусный синхронизатор

 

Другой вариант — это трехконусный синхрони­затор производства Фольксваген (рис. 31), где допол­нительно к промежуточному кольцу (R) имеется также второе блокирующее кольцо синхрониза­тора (S). В результате в процессе синхронизации участвуют в общей сложности три поверхности трения.

 

трехконусный синхрони­затор

 

Синхронизированная пятиступенчатая коробка передач ZF S 5-31Преимущества этих многоконусных синхро­низаторов состоят в облегчении переключения передач, снижении степени износа и уменьшении нагрузки на все детали механизма переключения передач.

Усилие переключения передач можно также уменьшить путем смешанного расположения элементов переключения. На рисунке 32 изо­бражена синхронизированная пятиступенчатая коробка передач ZF S 5-31 (прямая высшая пере­дача, i = 1,0). В данном случае синхронизаторы передач 1/2 (1) и 5/R (2) расположены на вторич­ном валу (двойной конус для 1/2), а синхрониза­тор для передач 3/4 (3) — на промежуточном валу, то есть имеет место смешанное расположение элементов переключения.

Благодаря этому синхронизируемый момент инерции масс уменьшается на передачах 3/4 на коэффициент i соответствующей зубчатой пере­дачи, в результате чего становится меньше также усилие переключения.

Процесс передачи крутящего момента при смешанном расположении элементов переклю­чения показан на примере коробки передач ZF S 5-31 на рисунке 33 «Схема передачи крутящего момента в пятиступенчатой коробке передач«.

 

Схема передачи крутящего момента в пятиступенчатой коробке передач

 

Внедорожник VW Touareg оснащен шестисту­пенчатой механической коробкой передач (рис. 34 «Схема передачи крутящего момента в шестиступенчатой коробке передач автомобиля фольксваген Touareg«), обеспечивающей оптимальную передачу крутящего момента двигателя на ведущие колеса в любом режиме движения. Для этой разработан­ной специально для внедорожников категории SUV коробки передач характерны сближенные передачи в сочетании с максимальной передачей крутящего момента на плохих дорогах и отличной динамикой на автомагистралях. Шестиступенча­тая коробка передач представляет собой коробку передач с продольным расположением деталей и синхронизированными передачами. Она осна­щена промежуточным и вторичным валами, на которых равномерно распределены подвижные шестерни, установленные на игольчатых подшип­никах.

 

Схема передачи крутящего момента в шестиступенчатой коробке передач автомобиля VW Touareg

 

Передача крутящего момента двигателя на коробку передач осуществляется через первич­ный вал и пару шестерен постоянной ступени, находящихся в постоянном зацеплении, на про­межуточный вал, а затем через соответствующую пару шестерен на вторичный вал, в зависимости от включаемой передачи. Пятая передача являет­ся прямой, то есть крутящий момент передается не через промежуточный вал, а напрямую за счет непосредственного соединения первичного и вто­ричного валов скользящей муфтой.

 

Механизм переключения передач

 

В настоящее время существует множество раз­личных типов механизмов переключения пере­дач. Одним из самых старых вариантов являет­ся штоковый механизм, показанный на рисунке 35 «Штоковый механизм переключения передач» на примере коробки передач ZF S 5-20. В этом механизме скользящие муфты приводятся в движение с помощью вилок переключения пере­дач (1), каждая из которых жестко соединена с круглым штоком (2). Сами штоки находятся вну­три картера коробки передач.

 

Штоковый механизм переключения передач

 

На рисунке 36 изображена коробка передач ZF S 5-24/3 с механизмом переключения передач с соединительной тягой. В этом механизме вилки переключения передач заменены на коромысла переключения передач (1), которые установлены на опорных шейках (см. также рисунок 37). Вместо штоков вилок переключения передач ис­пользуются более компактные соединительные тяги (2), изготовленные из полосовой стали.

 

механизмом переключения передач с соединительной тягой

 

Современные коробки передач — такие как S 5-31 на рисунке 32 — оснащены механизмом переключения передач с коромыслами или цен­тральным валом (рис. 37 «Механизм переключения передач с коромыслами и центральным валом«). В этих простых ме­ханизмах используются коромысла переключе­ния передач, изготовленные литьем из алюминия. Это способствует уменьшению их массы, а также снижению коэффициента трения между деталя­ми механизма. Кроме этого, благодаря удачному расположению центров вращения коромысел этот механизм имеет внутреннее передаточное отношение 3:2, что заметно снижает усилия пере­ключения на центральном валу управления пере­ключением передач.

 

Механизм переключения передач с коромыслами и центральным валом

 

Во многих коробках передач автомобилей Volkswagen использован тросовый механизм переключения передач. Два троса — трос выбора и трос переключения передачи — обеспечивают связь между коробкой передач и рычагом пере­ключения передач в салоне автомобиля. К внеш­ним деталям тросового механизма переключения передач, расположенным вне картера коробки, относятся рычаг переключения передач с корпу­сом механизма переключения, тросы, опорный кронштейн, а также рычаги выбора и переклю­чения передач на картере коробки. Перемеще­ния рычага переключения передач в салоне при переключении передачи преобразуются внутри корпуса механизма переключения в осевые пере­мещения тросов. Во внешнем модуле переключе­ния передач большая часть перемещений тросов преобразуется во вращательные движения валов выбора и переключения передач (рис. 38 «Внешние детали тросового механизма переключения передач«).

 

Внешние детали тросового механизма переключения передач

 

 

 

Ограничители переключения передач

 

Чтобы избежать одновременного включения двух передач или случайного переключение с пятой передачи на передачу заднего хода (если эти пе­редачи находятся в одном канале, см. рис. 15), механические коробки передач оснащены специ­альными ограничителями переключения передач (блокираторами).

В механизме переключения передач с цен­тральным валом, изображенном на рисунке 37, ограничение переключения передач осу­ществляется с помощью системы рычагов (8). При движении одного из трех коромысел пере­ключения передач (5, 6, 7) с помощью централь­ного вала (1) рычаги перемещаются и блокируют два других коромысла.

 

На рисунке 39 «Внутренний механизм переключения передач пятиступенчатой механической коробки передач VW 012» изображены детали внутрен­него устройства механизма переключения пере­дач пятиступенчатой коробки передач модели 012 производства VW. В этом механизме переключе­ния передач вращательные и осевые движения внутреннего вала управления переключением передач (1) передаются на направляющий вал (2). Это вызывает смещение соответствующего штока вилки переключения передач (3) для выбранной передачи. При этом двойные переключающие кулачки (4) на направляющем валу препятствуют одновременному включению двух передач.

 

Внутренний механизм переключения передач пятиступенчатой механической коробки передач VW 012

 

Блокиратор передачи заднего хода (5) препят­ствует переключению с пятой передачи на пере­дачу заднего хода. Центральный блокиратор передач (6) обе­спечивает точную фиксацию каждой выбранной передачи.

 

На рисунке 40 «Внутренний механизм переключения передач пятиступенчатой коробки передач Ford МТХ 75» в качестве примера изобра­жены внутренние детали другого механизма пе­реключения передач — пятиступенчатой коробки передач Ford МТХ 75 (см. рис. 44).

 

Внутренний механизм переключения передач пятиступенчатой коробки передач Ford МТХ 75

 

В этой коробке передач для ограничения пере­ключения передач используется специальная ку­лиса переключения передач (1). Вращательное и осевое движение переключающего пальца (2) на валу управления переключением передач (3) бло­кируется в этой кулисе, в результате чего одно­временная активизация двух вилок переключения передач (4) становится невозможной.

Включение передачи заднего хода возможно только, если блокиратор передачи заднего хода (5) во внешнем механизме переключения передач разблокирован. А это можно сделать только из нейтрального положения канала пятой передачи/ передачи заднего хода.

 

Более простой способ блокировки штоков ви­лок переключения передач показан на рисунке 41 «Фиксатор штока вилки переключения передач в пятиступенчатой коробке передач Porsche 944 Turbo«. В этой схеме одновременное включение двух передач блокируется с помощью фиксато­ров (4, 5), расположенных между штоками вилок переключения передач (1, 2 и 3).

 

Фиксатор штока вилки переключения передач в пятиступенчатой коробке передач Porsche 944 Turbo

 

 

Это происходит следующим образом:

  • при активизации штока вилки переключения передач (2) штоки вилок (1 и 3) блокируются с помощью фиксаторов (4 и 5);
  • при активизации штока вилки переключения передач (1) или (3) с помощью маленько­го фиксатора (6), расположенного в штоке вилки (2), блокируется также находящийся на некотором расстоянии шток вилки (3) или (1).
  • Различная глубина канавок в штоках вилок переключения передач гарантирует, что шток вилки начнет двигаться только после того, как два других штока вилок окажутся в нейтральном положении.

 

Ограничители переключения передач (7) удерживают невключенные штоки вилок пере­ключения передач в нейтральном положении. Они препятствуют самопроизвольному «выска­киванию» включенной передачи при случайном изменении положения рычага переключения передач. Кроме этого, «выскакивания» передачи позволяет избежать так называемое затыловочное шлифование. Благодаря тому, что зубья ше­стерен сужаются кверху, включенная передача не «выскакивает», так как зубья шестерен оста­ются сцеплены друг с другом во включенном со­стоянии при изменении нагрузки.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *