5 ступенчатая коробка передач автомобиль схема
Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, развиваемого двигателем с целью получения различных тяговых усилий на ведущих колесах при трогании автомобиля с места, разгоне, движении и преодолении дорожных препятствий; изменения скорости и направления движения автомобиля; возможности
движения автомобиля с малыми скоростями, которые не могут быть обеспечены двигателем, и отсоединения на длительное время двигателя от трансмиссии на стоянке или при движении автомобиля по инерции (накатом).
По принципу действия коробки передач подразделяются на ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные.
Ступенчатые коробки делят по числу передач переднего хода: четырехступенчатые, пятиступенчатые и т.д.; по подвижности осей валов: с неподвижными осями – простые и с подвижными осями планетарные; по числу валов: двух-, трехи многовальные; по числу редукторов: простые – с одним редуктором, составные с двумя или тремя редукторами; по способу управления: неавтоматизированные, полуавтоматизированные (с командным управлением) и автоматизированные.
Бесступенчатые коробки передач по способу преобразования крутящего момента классифицируют на гидравлические: гидродинамические и гидрообъемные; механические: клиноременные, фрикционные и импульсные; электрические.
Комбинированные коробки передач бывают электромеханическими и гидромеханическими. Гидромеханические коробки передач состоят из гидромеханической бесступенчатой передачи (гидротрансформатора) и последовательно присоединенной к ней ступенчатой механической коробки.
В настоящее время наибольшее распространение имеют механические бесступенчатые коробки передач с неподвижными осями валов и ручным управлением, так как они достаточно просты, недороги в изготовлении и имеют высокий КПД.
Двухвальные пятиступенчатые коробки передач применяют для переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-2109 . ВАЗ-2115, АЗЛК-2141 «Москвич», ЗАЗ1102 «Таврия» и многих зарубежных автомобилей. Высшая передача обычно повышающая. Передачи, как правило, синхронизированы.
Трехвальные пятиступенчатые коробки передач используют для легковых автомобилей, выполненных по классической схеме (ГАЗ-3110 «Волга», ИЖ-2126), грузовых автомобилей малой (ГАЗ-3302, ГАЗ-33021, ГАЗ-33023), средней грузоподъемности (ГАЗ-4301, ЗиЛ-4333, ЗИЛ-4318, ЗиЛ-5301 «Бычок», Урал-4320, КамАЗ-4310) и автобусов (ПАЗ-3209 «Аврора», МАЗ-101 . МАЗ-104, ЛАЗ-4203, ГАЗ3221, 32212, 32213).
Многовальные коробки передач используются на автомобилях большой грузоподъемности (МАЗ и КамАЗ) для увеличения числа передач с целью улучшения тяговых и топливно-экономических свойств. В основе конструкций многовальных коробок передач лежит 4-х, 5-ти или 6-ти ступенчатая трехвальная коробка передач, в общем картере с которой размещены повышающий редуктор (делитель) и (или) понижающий редуктор (демультипликатор). При применении многовальных коробок число передач может быть от 8 до 24. Такие коробки используют для автомобилей-тягачей, работающих с прицепным составом.
В большинстве конструкций ступенчатых коробок переключение передач выполняет водитель. Однако имеются конструкции ступенчатых коробок передач, где процесс переключения автоматизирован на базе применения микропроцессорной техники.
Схема и принцип работы ступенчатых механических коробок передач
Ступенчатая коробка передач устанавливается за сцеплением, и крепиться к его картеру. На рис. 3.1 схематично показан принцип работы трехи двухвальных коробок передач. На первичный вал 1 передается крутящий момент от двигателя. При движении автомобиля вперед в трехвальной коробке передач (рис. 3.1, а) крутящий момент передается через шестерни 2 и 7 постоянного зацепления, промежуточный вал 5 и шестерни 6 и 3 на вторичный вал 4, соединенный через главную передачу с ведущими колесами автомобиля. При включении прямой передачи крутящий момент передается непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4, т.е. напрямую ведомому валу, минуя промежуточный вал.
Рис. 3.1. Схема работы трехвальной (а) и двухвальной (б) коробок передач при включении понижающей (I), прямой (II) передач и передачи заднего хода (Ш):
1,5 первичный и промежуточные валы; 2 шестерня первичного вала; 3,8 шестерни вторичного вала; 4 вторичный вал; 6, 7,10 шестерни промежуточного вала; 9 промежуточная шестерня
Движение автомобиля задним ходом происходит благодаря промежуточной шестерне 9, вводимой между шестернями 8 и 10, в результате чего вторичный вал 4 вращается в сторону, противоположную вращению первичного вала.
В двухвальной коробке передач (рис. 3.1, б) крутящий момент передается непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4.
Передаточное число передачи
В передаче из двух шестерен, в которых меньшая – ведущая 2, а большая – ведомая 3 (рис. 3.1, б ( )), крутящий момент на ведомой шестерне 3 будет больше во столько раз, во сколько число зубьев ведомой шестерни будет больше числа зубьев ведущей. При этом частота вращения (угловая скорость) ведомой шестерни будет соответственно меньше, чем ведущей. Действие коробки передач основано на том, что вращение от коленчатого вала двигателя передается на ведущие колеса через зубчатые шестерни с разными передаточными числами.
Значение, получаемое от деления числа зубьев ведомой шестерни на число зубьев ведущей шестерни, называется передаточным числом. Если в передаче участвуют несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается при перемножении передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче. Таким образом, коробка передач изменяет не только крутящий момент или силу, с которой колесо отталкивается от дороги, но и скорость движения автомобиля.
Устройство ступенчатых механических коробок передач базовых автомобилей
Двухвальные 5-ти ступенчатые коробки передач, устанавливаемые на современных автомобилях ВАЗ, АЗЛК и ЗАЗ, имеют шестерни постоянного зацепления (кроме шестерен заднего хода) и синхронизаторы включения передач переднего хода.
В картере 1 (рис. 3.2) коробки передач автомобиля ВАЗ-2110 на подшипниках установлен первичный 2 и вторичный 12 вал с шестернями и синхронизаторами, а также ось 9 с промежуточной шестерней 8 заднего хода. Шестерни передач переднего хода находятся в постоянном зацеплении. Шестерня каждой передачи переднего хода устанавливается на вторичном валу на подшипниках и крутящий момент при включении передачи передается через синхронизаторы, которые связаны с валом. Ведущая 7 и ведомая 11 шестерни заднего хода соединяются через установленную на оси 9 промежуточную шестерню 8, которая вводится с ними в зацепление при включении передачи заднего хода.
Передачи переключаются специальным механизмом, размещенным на картере коробки передач. Включение передачи производится рычагом, который при помощи вилок перемещает одну из муфт синхронизаторов 22, 25 или 28 выбранной передачи к соответствующей шестерне, обеспечивая их соединение и передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки передач. Рассматриваемая коробка передач позволяет изменять величину крутящего момента двигателя и частоту вращения коленчатого вала соответственно следующим передаточным числам: на 1-ой передаче – 3,636; на 2-й – 1,950; на 3-ей – 1,357; на 4-ой –
0,941; на 5-ой – 0,784; на передаче заднего хода – 3,5.
Рис. 3.2. Кинематическая схема двухвальной пятиступенчатой коробки передач с главной передачей автомобиля ВАЗ-2110:
I картер; 2 первичный вал; 3, 27 ведущая и ведомая шестерни V передачи; 4 и 26 ведущая и ведомая шестерни IV передачи; 5 и 24 ведущая и ведомая шестерни Ш передачи; 6 и 23 ведущая и ведомая шестерни П передачи; 7, 8 и II ведущая, промежуточная и ведомая шестерни заднего хода; 9 ось шестерни заднего хода; 10 и 21 ведущая и ведомая шестерни I передачи; 12 вторичный вал; 13 ведущая шестерня главной передачи; 14 сателлит; 15 ось сателлита; 16 и 20 валы привода ведущих колес (полуоси); 17 полуосевая шестерня; 18 ведомая шестерня главной передачи; 19 корпус дифференциала; 22, 25, 28 муфты синхронизаторов включения соответственно I и П, Ш и IV, V передач
Схемы передачи крутящего момента 5-ти ступенчатой двухвальной коробкой передач автомобиля ВАЗ-2110 на разных передачах показаны на рис. 3.3 (обозначения те же, что и на рис. 3.2).
Первая передача (рис. 3.3, а) включается перемещением при помощи вилки муфты синхронизатора 22 вправо и соединением синхронизатора со свободно установленной на вторичном валу 12 ведомой шестерней 21 первой передачи. При этом крутящий момент от первичного вала 2 будет передаваться через жестко установленную на нем ведущую шестерню 10 на ведомую шестерню 21 первой передачи и далее через муфту синхронизатора 22, ступица которого закреплена на шлицах вторичного вала, на вторичный вал 12 коробки передач.
Рис. 3.3. Схемы передачи крутящего момента пятиступенчатой двухвальной коробкой передач автомобиля ВАЗ-2110 на различных передачах
Вторая передача (рис. 3.3, б) включается перемещением муфты синхронизатора 22 влево. При этом муфта соединяет ведомую шестерню 23 второй передачи со ступицей синхронизатора, и крутящий момент от ведущей шестерни 6 через муфту 22 передается на ступицу синхронизатора и на вторичный вал 12.
Третья и четвертая передачи (рис. 3.3, в, г) включаются перемещением муфты синхронизатора 25 вправо или влево. При этом с помощью синхронизатора обеспечивается соединение вторичного вала 12 с ведомой шестерней 24 третьей или 26 четвертой передачи. Крутящий момент от первичного вала 2 на вторичный вал 12 будет передаваться через шестерни 5 и 24 третьей передачи или через шестерни 4 и 26 четвертой передачи.
Пятая передача (рис. 3.3, д) включается перемещением муфты синхронизатора 28 вправо и соединением ее с ведомой шестерней 27 пятой передачи. При этом крутящий момент будет передаваться от первичного вала на вторичный через ведущую 3 и ведомую 27 шестерни пятой передачи и муфту синхронизатора 28, ступица которого закреплена неподвижно на шлицах вторичного вала.
Передача заднего хода (рис. 3.3, е) включается перемещением влево установленной на оси 9 промежуточной шестерни 8 заднего хода, благодаря чему она вводится в зацепление с ведущей шестерней 7 и зубчатым венцом 11 муфты 22 синхронизатора и передачи, обеспечивая тем самым передачу крутящего момента с первичного вала на вторичный. При помощи промежуточной шестерни вторичный вал изменяет направление своего вращения.
Передачу заднего хода включают при полностью остановленном автомобиле, так как синхронизаторы имеются только у передач переднего хода. Шестерни передачи заднего хода – прямозубые.
К основным частям коробки передач автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3.4) относятся: картер 1 коробки передач с задней крышкой 19, первичный 21 и вторичный 18 валы с шестернями, три синхронизатора, ось с промежуточной шестерней заднего хода, главная передача, дифференциал и механизм управления коробкой передач.
Рис. 3.4. Коробка передач автомобиля ВАЗ-2110
Картер 1 коробки отлит из алюминиевого сплава и соединяется с картерами сцепления, главной передачи и дифференциала, образуя единый агрегат. Оребренная поверхность картера, кроме создания необходимой жесткости, обеспечивает хорошую теплоотдачу. Передним торцом картер 1 крепиться к картеру 32 сцепления. Для предотвращения избыточного давления в картере и вытекания при этом масла внутренняя его полость сообщается с атмосферой через запрессованный в картер сцепления сапун 29. Уровень масла в картере коробки передач контролируется щупом, пробка 2 закрывает сливное отверстие. В полости коробки передач установлен съемный магнит для сбора частиц износа деталей.
Первичный вал 21 изготовлен в виде блока шестерен , , , V передач и заднего хода. Ведущая шестерня 20 пятой передачи изготовлена съемной и крепится на шлицах первичного вала. Первичный вал установлен на двух подшипниках: роликовом 27 и шариковом 22. На шлицевой конец вала, выходящий из картера сцепления, устанавливается ступица ведомого диска сцепления.
Вторичный вал 18 установлен также как и первичный вал на двух подшипниках: роликовом 34 и шариковом 14. На вторичном валу расположены неподвижно
(жестко) шестерня ведущая главной передачи, три ступицы синхронизаторов и втулка ведомой шестерни пятой передачи. Ведомые шестерни устанавливаются на вторичном валу свободно: , , и V передач на поясках вала и пятой передачи
— на втулке. Шестерни располагаются на валу без подшипников качения, что позволило сделать вал ступенчатым для увеличения жесткости и снизить шумность при работе. Внутри вторичный вал полый и имеет радиальные отверстия под каждую ведомую шестерню. Под передним подшипником 34 расположен маслосборник, направляющий поток масла внутрь вторичного вала и далее под ведомые шестерни.
Каждая шестерня вторичного вала имеет два венца: косозубый и прямозубый. Косозубые венцы находятся в постоянном зацеплении с одноименными шестернями первичного вала. С прямозубыми венцами соединяются скользящие муфты синхронизаторов при включении передачи. Функцию ведомой шестерни заднего хода выполняет муфта 8 синхронизатора и передач, которая имеет для этого зубчатый венец.
Промежуточная шестерня 5 заднего хода (рис. 3.5) подвижно соединена с осью 4, которая установлена в отверстиях картеров сцепления и коробки передач. В центральном отверстии промежуточной шестерни запрессована металлокерамическая втулка. В паз шестерни входит вилка 6, которая вводит ее в зацепление с ведущей шестерней первичного вала и зубчатым венцом муфты синхронизатора и передач. Ступица синхронизатора жестко установлена на вторичном валу, вследствие чего этот вал вращается в обратную сторону. Одновременно с включением заднего хода включается фонарь заднего хода, так как вилка 6 нажимает на шток выключателя 7 заднего хода, и контакты цепи замыкаются. Во включенном положении вилка 6 фиксируется шариковым фиксатором 8.
Рис. 3.5. Механизм включения заднего хода коробки передач автомобиля ВАЗ2110:
1 и 3 соответственно шток и трехплечий рычаг выбора передач; 2 рычаг штока выбора передач; 4 ось промежуточной шестерни заднего хода; 5, 6 и 7 – соответственно промежуточная шестерня, вилка выключения передач и выключатель фонаря заднего хода; 8 фиксатор вилки заднего хода
Главная передача (рис. 3.4) состоит из пары косозубых цилиндрических шестерен. Ведущая шестерня закреплена на вторичном валу, а ведомая 35 крепится болтами к фланцу коробки дифференциала. Дифференциал конический, вращается на двух роликовых конических подшипниках 3, предварительный натяг в которых регулируется подбором толщины регулировочного кольца 4. Внутренняя полость
коробки дифференциала имеет форму сплошной сферы. В этой полости расположены две полуосевые шестерни 38 и два сателлита 36, вращающиеся на оси 37. Ось удерживается в коробке дифференциала стопорными кольцами. Через сальники 5 в полуосевые шестерни 38 вставляются шлицевые хвостовики корпусов внутренних шарниров привода 6 и 42 колес со стопорными кольцами.
На коробку дифференциала напрессована пластмассовая шестерня 39 привода спидометра, с которой находится в зацеплении ведомая шестерня 41, расположенная своим валиком в корпусе привода спидометра, который крепиться к картеру коробки передач. На выходе из корпуса валик шестерни уплотняется сальником. На верхней части корпуса привода спидометра нарезана резьба для установки датчика скорости 40.
Чертеж (развертка) коробки автомобиля ВАЗ-2110 показан на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Чертеж коробки передач автомобиля ВАЗ-2110:
1 подшипник выключения сцепления; 2 направляющая втулка муфты подшипника выключения сцепления; 3 шестерня ведущая главной передачи; 4 — роликовый подшипник вторичного вала; 5 — маслосборник; 6 ось сателлитов; 7 ведущая шестерня привода спидометра; 8 шестерня полуоси; 9 коробка дифференциала; 10 сателлит; 11 картер сцепления; 12 – ведомая шестерня главной передачи; 13 – регулировочное кольцо; 14 роликовый конический подшипник дифференциала; 15сальник полуоси; 16 ведомая шестерня I передачи вторичного вала; 17 синхронизатор 1 и 2 передач; 18
ведомая шестерня II передачи вторичного вала; 19 ведомая шестерня Ш передачи вторичного вала; 20 синхронизатор Ш и IV передач; 21 ведомая шестерня IV передачи вторичного вала; 22 шариковый подшипник вторичного вала; 23 ведомая шестерня V передачи вторичного вала; 24 синхронизатор V передачи; 25 вторичный вал; 26 задняя крышка картера коробки передач; 27 ведущая шестерня V передачи; 28 шариковый подшипник первичного вала; 29 первичный вал; 30 картер коробки передач; 31роликовый подшипник первичного вала; 32 — сальник первичного вала; 33 — сапун
Девятиступенчатая коробка передач ЯМЗ-202, устанавливаемая на седельных тягачах МАЗ-54327, полноприводных седельных тягачах повышенной проходимости МАЗ-6425 с колесной формулой 6х6, а так же бортовых полноприводных автомобилях семейства МАЗ-6317, выполнена на базе 5-ти ступенчатой по схеме, показанной на рис. 3.7, и имеет двухступенчатый задний планетарный редуктор.
Чертеж (развертка) коробки передач ЯМЗ-202 показан на рис. 3.8. Особенности конструкции данной коробки передач следующие: применен картер из алюминиевого сплава; картер базовой коробки выполнен совместно с картером сцепления и имеет горизонтальный разъем по оси первичного и вторичного валов, верхняя по-
ловина картера 1 используется также для размещения механизма управления пере-
Рис. 3.7. Кинематическая схема девятиступенчатой коробки передач ЯМЗ-202
Рис. 3.8. Чертеж девятиступенчатой коробки передач ЯМЗ-202
ключением передач; подшипники валов установлены в стальные стаканы; предусмотрен дополнительный отбор мощности с торца заднего конца промежуточного вала 9; для смазки подшипников ведомых зубчатых колес постоянного зацепления и деталей планетарного редуктора используется маслонагнетающее кольцо 3, с помощью которого масло, вытесняемое из картера через задний подшипник первичного вала 2, направляется в центральный канал вторичного вала 4. Планетарный редуктор выполнен в виде однорядного трехзвенного механизма. Солнечная шестерня 5 ме-
ханизма с помощью зубчатой муфты 8 соединена со вторичным валом 4 базовой коробки. Водило механизма жестко соединено с выходным валом 7 планетарного редуктора. Высшая (прямая) ступень редуктора получается при блокировке планетарного механизма путем соединения эпицикла 6 с водилом. Низшая ступень реализуется при остановке эпицикла путем замыкания его на картер.
Передаточные числа данной коробки передач имеют следующие значения: на 1-ой передаче 8,73; на 2-ой 6,13; на 3-ей 4,51; на 4-ой 3,50; на 5-ой 2,78; на 6-ой 1,75; на 8-ой 1,00; на 9-ой 0,795; на передаче заднего хода 9,05.
Шестнадцатиступенчатые коробки передач ZF16S151 немецкой фирмы Zahnradfabrik устанавливаются на автомобилях-тягячах семейства МАЗ-5440 и МАЗ6430, а коробка передач ZF16S221 на бортовом автомобиле МАЗ-53424.
Кинематическая схема этих коробок передач представлена на рис. 3.9. Они имеют двухступенчатый делитель А на входе в коробку, основную 4-х ступенчатую коробку передач Б и демультипликатор В на выходе коробки передач. Гидродинамический тормоз-замедлитель Г поставляется по желанию заказчика и на автомобилях МАЗ не используется. Гидродинамический тормоз-замедлитель относится к вспомогательной тормозной системе, предназначенной для торможения на длительных спусках. Торможение осуществляется за счет сопротивления жидкости, заполняющей гидродинамический тормоз, вращению выходного вала коробки передач.
Рис. 3.9. Кинематическая схема 16-ступенчатой коробки передач с делителем и демультипликатором со встроенным гидрозамедлителем (ZF-16 S 220)
Включение передач переднего хода осуществляется с помощью синхронизаторов С1 . С8, а включение заднего хода с помощью зубчатой муфты М. Элементы, которые необходимо включить в коробке для движения автомобиля на требуемой передаче, указаны в таблице 3.1.
Разрез данной коробки передач изображен на рис. 3.10. Здесь цифрами обозначены: 1 – первичный (ведущий) вал; 2 – рычаг для подсоединения тяги механиз-
ма управления переключением передач; 3 – вторичный вал основной коробки передач; 4 – шток с вилкой переключения передач; 5 – планетарный демультипликатор; 6 – выходной вал демультипликатора (водило); 7 – промежуточный вал; 8 – гидродинамический замедлитель.
