Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

Картер коробки передач представляет собой блочную конструкцию, разделенную перегородками на три секции. В первой секции со стороны маховика размещена главная передача. Во второй секции размещены зубчатые колеса первой и второй передач и зубчатые колеса заднего хода, а в третьей секции — зубчатые колеса третьей и четвертой передач. Первая и вторая секции сообщаются между собой и имеют общее отверстие для слива масла, закрытое пробкой с вклеенным постоянным магнитом для сбора металлических частиц, попавших в масло. Третья секция сообщается с полостью задней крышки и также имеет отверстие для слива масла, закрытое такой же пробкой. В третьей секции между зубчатыми колесами третьей и четвертой передач установлено зубчатое колесо привода спидометра. В передней части картера коробки передач крепится картер сцепления, к задней — задняя крышка. Посадочные места картера коробки передач обработаны совместно с картером сцепления, поэтому они заменяются в комплекте.

Ведущий вал коробки передач вращается на двух подшипниках: передний конец вала на игольчатом подшипнике, запрессованном в болт маховика, а задний — на подшипнике, установленном в отверстие картера коробки передач. Упорное разрезное кольцо, установленное на ведущем валу, препятствует смещению подшипника и вала назад. От смещения вперед он удерживается крышкой заднего подшипника, которая закреплена болтами с моментом затяжки 1,6-2 кгс-м. На переднем конце ведущего вала нарезаны шлицы для скользящей посадки ведомого диска сцепления. В средней части вала, находящейся внутри коробки передач, нарезана косозубая шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней первой передачи и промежуточной ведомой шестерней заднего хода. Осевая сила, возникающая при передаче крутящего момента ведущим валом, воспринимается шариковым подшипником. За шестерней на заднем конце ведущего вала имеются эвольвентные шлицы, входящие в зацепление со ступицей промежуточного вала. Уплотнение ведущего вала осуществляется самоподвижным резиновым сальником с масло сгонной резьбой.

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 плавное и легкое скольжение муфты по ступицам с минимальным зазором.

Рис. 7.4 – Пятиступенчатая двухвальная коробка передач легкового автомобиля с поперечным расположением двигателя: 1 – задняя крышка картера коробки передач; 2 – ведущая шестерня V передачи; 3 – шариковый под шип ник первичного вала; 4 – ведущая шестерня IV передачи первичного вала; 5 – первичный вал; 6 – ведущая шестерня III передачи первичного вала;
7 – картер коробки передач; 8 – ведущая шестерня II передачи первичного вала; 9 – шестерня заднего хода; 10 – промежуточная шестерня заднего хода; 11 – ведущая шестерня I передачи первичного вала; 12 – роликовый подшипник первичного вала; 13 – сальник первичного вала;
14 – сапун; 15 – фланец муфты; 16 – подшипник выключения сцепления; 17 – направляющая втулка муфты; 18 – роликовый подшипник вторичного вала; 19 – вторичный вал; 20 – ось сателлитов; 21 – ведущая шестерня привода спидометра; 22 – шестерня полуоси; 23 – коробка дифференциала; 24 – сателлит; 25 – картер сцепления; 26 – пробка для слива масла; 27 – ведомая шестерня главной передачи; 28 – регулировочное кольцо; 29 – роликовый конический подшипник дифференциала; 30 – сальник полуоси; 31 – ведомая шестерня I передачи вторичного вала;
32 – синхронизатор I и II передач; 33 – ведомая шестерня II передачи вторичного вала;
34 – стопорное кольцо; 35 – упорное полукольцо; 36 – ведомая шестерня III передачи вторичного вала; 37 – синхронизатор III и IV передач; 38 – ведомая шестерня IV передачи вторичного вала;
39 – шариковый подшипник вторичного вала; 40 – ведомая шестерня V передачи вторичного вала; 41 – синхронизатор V передачи; 42 – игольчатый подшипник; 43 – вилка переключения передач

 

Рис. 7.5 - Устройство механизма переключения и управления коробкой передач: 1 – гайка крепления опорной пластины; 2 – тяга привода управления коробкой передач; 3 – прокладка крышки люка; 4 – крышка люка рычага; 5 – рукоятка рычага; 6 – рычаг переключения передач;
7 – чехол рычага переключения передач; 8 – уплотнительный чехол; 9 – винт крепления крышки люка; 10 – задняя опора; 11 – корпус рычага переключения передач; 12 – нижний корпус рычага переключения передач; 13 – гайки крепления задней опоры; 14 – шайба задней опоры; 15 – гайка; 16 – кольцо распорное; 17 – стопорное кольцо; 18 – корпус шаровой опоры; 19 – пружина рычага переключения передач; 20 – ползун шаровой опоры; 21 – гайки крепления корпуса шаровой опоры; 22 – защитный чехол; 23 – наконечник тяги; 24 – пластина опорная; 25 – коробка передач

 

Переключение передачосуществляется с помощью муфт, вилок и трех подвижных штоков (рис. 16), 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 расположена между картером сцепления и картером коробки передач и конструктивно изготовлена в одном блоке с коробкой передач (рис. 17). 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. 17. 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.

Сцепление является агрегатом трансмиссии и предназначено для передачи крутящего момента от маховика коленчатого вала двигателя к первичному валу коробки передач. Сцепление позволяет водителю кратковременно прерывать передачу крутящего момента, как бы отделять двигатель от трансмиссии, а затем плавно их соединять. Сцепление состоит из привода сцепления и механизма сцепления.

Дальнейшее изучение невозможно без понимания термина "привод". В обычной жизни человек самостоятельно, посредством ног и рук, перемещается по улице и квартире, прилагает усилия и передает их окружающим предметам. Что-то открывает и закрывает, включает и выключает, и все это без применения трубопроводов и рычагов. И совсем другое дело в автомобиле. Когда надо передать усилие от водителя к некому механизму или от одного агрегата к другому, то без "посредников" не обойтись. Ведь в машине все надежно закреплено в различных местах кузова, и водитель не имеет возможности на ходу выйти из-за руля, чтобы, допустим, руками приоткрыть заслонку карбюратора. Поэтому существует привод механизмов. В автомобиле практически каждый механизм имеет свой привод, посредством которого он приводится в действие. Привод состоит из большого количества отдельных узлов и деталей, может быть механическим, гидравлическим или иным. Привод выключения сцепления (гидравлический) состоит из: - педали; - главного цилиндра; - рабочего цилиндра; - вилки выключения сцепления; - выжимного подшипника; - трубопроводов. При нажатии на педаль сцепления усилие ноги водителя через шток и поршень передается жидкости, которая, в свою очередь, передает давление от поршня главного цилиндра на поршень рабочего цилиндра. Далее шток рабочего цилиндра перемещает вилку выключения сцепления и нажимной подшипник, который передает усилие на механизм сцепления. Когда водитель отпускает педаль, под воздействием возвратных пружин все детали привода занимают исходные позиции.

Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления: 1 - трубопровод; 2 - нажимной диск; 3 - ведомый диск; 4 - маховик; 5 - коленчатый вал; 6 - картер сцепления; 7 - кожух сцепления; 8 - нажимные пружины; 9 - отжимные рычаги; 10 - выжимной подшипник; 11 - первичный вал коробки передач; 12 - шестерня первичного вала; 13 - вилка выключения сцепления; 14 - рабочий цилиндр; 15 - картер коробки передач; 16 - главный цилиндр; 17 - педаль сцепления. На переднеприводных автомобилях ВАЗ используется механический привод, где педаль сцепления связана с вилкой выключения с помощью троса в оболочке.

Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем вновь плавно их соединять. Элементы механизма заключены в картер, сцепления который крепится к картеру двигателя. Механизм сцепления состоит из: - картера и кожуха, - ведущего диска (которым является маховик коленчатого вала двигателя), - нажимного диска пружинами, - ведомого диска со специальными износостойкими накладками. Ведомый диск, связанный с первичным валом коробки передач, постоянно прижат к маховику нажимным диском под воздействием сильных пружин. За счет огромных сил трения между маховиком, ведомым и нажимным дисками, все это вместе, как единое целое, вращается при работе двигателя. Но это только тогда, когда водитель не трогает педаль сцепления, независимо от того движется его автомобиль или стоит на месте. Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Нажимать на педаль сцепления следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.

Сцепление выключено

Для начала движения машины необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами (через первичный вал коробки передач и другие составляющие трансмиссии) к вращающемуся маховику, то есть включить сцепление. И это сложная задача, так как угловая скорость вращения маховика составляет 20-25 оборотов в секунду, а скорость вращения ведущих колес - ноль.

Сцепление включено.

На первом этапе работы по включению сцепления - приотпускаем педаль, то есть даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения (догнали поезд). За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а ваш автомобиль - потихоньку ползти. На втором этапе - удерживаем ведомый диск от какого-либо перемещения в средней позиции в течение двух-трех секунд для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись (ухватились за поручни вагона). Машина при этом немного увеличивает скорость движения. На третьем этапе - маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания и с одинаковой скоростью, стопроцентно передавая крутящий момент к коробке передач и далее на ведущие колеса автомобиля. Это соответствует состоянию механизма сцепления включено, автомобиль движется. Теперь остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу. Если в начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль "прыгнет" вперед, а двигатель заглохнет. В худшем варианте что-нибудь еще и сломается, так как в этот момент возникает сильная ударная волна, которая многократно увеличивает нагрузки на все детали двигателя и агрегаты трансмиссии. Действия водителя по выключению и включению сцепления в течение поездки (при стартах с места, остановках и переключениях передач) повторяются многократно, особенно в условиях городского движения.

Рис. 51 Механизм сцепления МКПП

 

Плюсы МКПП:

Простота конструкции, относительная дешевизна ремонта и обслуживания.

Большой ресурс эксплуатации (некоторые коробки передач данного типа могут использоваться даже после того, как выйдет из строя «родной» двигатель автомобиля).

 Экономия топлива (по сравнению с автоматической КПП, автомобиль на «механике» потребляет на 10-15% меньше горючего) и высокая динамика разгона.

Высокий процент коэффициента полезного действия (механическая КПП позволяет использовать всю мощность двигателя и его крутящего момента).

Хорошая приемистость автомобиля (быстрота увеличения оборотов двигателя) при которой водитель сам избирает стиль вождения, регулируя момент переключения скоростей.

Меньший, чем у автоматической КПП, вес.

Возможность запуска двигателя при вышедших из строя зажигании и аккумуляторной батареи.

Возможность буксировки автомобиля без использования эвакуатора, на жесткой или гибкой сцепке на любые расстояния.

Минусы МКПП:

Сложность эксплуатации для новичков (начинающие водители из-за необходимости использовать сцепление могут повредить как само сцепление, так и узлы коробки – например, включив вместо передней передачи заднюю или не включив полностью сцепление).

Перегрузка мотора при некорректном включении передач (тоже касается неопытных водителей, которые могут забыть вовремя переключиться на высшую или низшую ступень, заставляя, тем самым, работать мотор на повышенных оборотах).

Увеличенный, по сравнению с АКПП, промежуток переключения передач (во время переключения с низшей на высшую ступень и обратно двигатель на определенный промежуток времени разобщается с трансмиссией, что ведет к потере мощности).

Усталость водителя при эксплуатации «механики» при езде в городском режиме (приходится постоянно включать/выключать передачи). Удобный, но дорогой в обслуживании «автомат»