Трехвальная коробка передач – Трехвальные коробки передач — Энциклопедия журнала «За рулем»

Содержание

Трехвальные коробки передач — Энциклопедия журнала «За рулем»

Трехвальные коробки передач характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время, как у двухвальной — одна.
Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передач. Для повышения жесткости картера коробки передач широко применяют оребрение. Применение новых технологий и материалов дает возможность уменьшить массу коробок передач, а создание новых синхронизаторов обеспечивает улучшение легкости включения передач.

Многовальные коробки передач

Многовальные коробки передач представляют собой четырех-шестиступенчатую трехвальную коробку передач со встроенным или совмещенным редуктором. Редуктор может быть повышающим или понижающим. Повышающий редуктор (делитель) устанавливается перед коробкой передач и предназначен для уменьшения разрыва между передаточными числами соседних передач, незначительно увеличивая диапазон. Делитель имеет обычно две передачи — прямую и повышающую, что позволяет увеличить число передач вдвое.

Понижающий редуктор (демультипликатор) размещается за коробкой передач. Демультипликатор выполняют двух или трехступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему еще больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.
Механизм переключения передач должен обеспечить четкое переключение, надежную фиксацию включенной передачи и предотвратить возможность одновременного включения нескольких передач. В его состав входят штоки, вилки и фиксаторы. В приводе включения применяют рычаги, тросы и в последнее время гидростатический привод. Для уменьшения трения ползуны механизма переключения покрывают тефлоном или применяют игольчатые подшипники в шарнирах.

Трехвальная коробка передач:
1 — первичный вал;
2 — крышка подшипника;
3 — выключатель света заднего хода;

4 — манжета первичного вала;
5 — задний подшипник первичного вала;
6 — шестерня привода промежуточного вала;
7 — сапун;
8 — шестерня III передачи;
9 — передний картер;
10 — шестерня I передачи;
11 — шестерня заднего хода;
12 — штоки переключения передач;
13 — шарик-фиксатор;
14 — пружина;
15 — рычаг переключения;
16 — защитный уплотнитель;
17 — колпак рычага;
18 — корпус рычага переключения;
19 — задний картер;
20 — вторичный вал;
21 — манжеты удлинителя заднего картера;
22 — сталебаббитовая втулка;
23 — шестерня привода спидометра;
24 — привод спидометра;
25 — задний подшипник промежуточного вала;
26 — шестерня V передачи;
27 — болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода;
28 — промежуточная шестерня заднего хода;
29 — промежуточный вал;
30 — маслозаливная пробка

wiki.zr.ru

Устройство и принцип работы трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач имеет следующее устройство:

  • ведущий (первичный) вал;
  • шестерня ведущего вала;
  • промежуточный вал;
  • блок шестерен промежуточного вала;
  • ведомый (вторичный) вал;
  • блок шестерен ведомого вала;
  • синхронизаторы;
  • механизм переключения передач;
  • картер (корпус) коробки передач.

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синхронизаторы (другое название — муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

razvar.ru

Механическая коробка передач — Энциклопедия журнала «За рулем»

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).

Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.

Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.

На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.

wiki.zr.ru

устройство, принцип работы и особенности

Механическая коробка передач (МКПП) сегодня пользуется меньшим спросом, чем различные виды АКПП, однако вплоть до сегодняшнего дня остается наиболее распространенным агрегатом на территории СНГ и ряда других стран. Как и любая другая коробка передач, указанный тип трансмиссии получает, изменяет и затем передает крутящий момент от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

При этом данный тип КПП, в отличие от автоматических коробок, полностью управляется вручную, то есть самим водителем. Коробка «механика» является ступенчатой, крутящий момент изменяется ступенчато путем переключения между передачами (ступенями). Каждая ступень фактически являются парой шестерен с разным передаточным числом.

По конструкции механические коробки передач могут иметь разное количество ступеней, а также устройство. При этом зачастую выделяют двухвальные и трехвальные коробки. В этой статье мы рассмотрим, что такое двухвальная коробка передач, как устроена двухвальная КПП, в чем ее особенности, преимущества и недостатки.    

Читайте в этой статье

Двухвальная коробка передач:  схема устройства и принцип работы

Итак, как уже было сказано выше, МКПП могут иметь разное количество ступеней (передач). Каждая из ступеней имеет свое передаточное число, которое является отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни.

При этом самая низкая ступень (пониженная передача) имеет самое большое передаточное число, тогда как самая высокая (повышенная передача) отличается самым малым передаточным числом.

Сами коробки принято делить по общему количеству ступеней (четырехступенчатая МКПП, пятиступенчатая, шестиступенчатая коробка и т.д.). Кстати, сегодня самое широкое распространение имеет пятиступенчатая коробка передач. Также по конструкции выделяются трехвальные и двухвальные КПП.

При этом трехвальная коробка обычно ставится на легковые машины с задним приводом, тогда как на переднеприводных авто двухвальная механическая коробка передач получила широчайшее распространение.

Обратите внимание, по схеме устройства и принципам работы данные коробки заметно отличаются. Далее мы отдельно рассмотрим двухвальную коробку, так как подавляющее большинство современных автомобилей с передним приводом.

Общее устройство двухвальной механической коробки передач (в отличие от трехвальной с промежуточным валом) предполагает следующие составные элементы:

Картер изготавливается из алюминия или магниевых сплавов. В картере КПП размещаются основные элементы коробки и механизмы, также он является резервуаром для трансмиссионного масла. Ведущий вал соединен со сцеплением при помощи имеющегося шлицевого соединения. На валу жестко крепится блок шестерен.

Ведомый вал установлен параллельно, также на нем закреплен набор шестерен. При этом шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала, а также имеют возможность свободно вращаться на валу. Также на ведомом валу жестко крепится ведущая шестерня главной передачи.

Еще между шестернями ведомого вала расположены муфты синхронизаторов (синхронизаторы). Их работа представляет собой выравнивание, то есть синхронизацию угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала посредством силы трения.

Синхронизаторы находятся в жестком зацеплении с ведомым валом, а также имеют возможность продольно двигаться по валу благодаря шлицевому соединению. Большинство современных КПП сегодня имеют синхронизаторы всех передач. Исключением можно считать бюджетные модели, где первая и задняя передача не синхронизированы.

Через главную передачу и дифференциал осуществляется  передача крутящего момента от вторичного вала через ряд элементов трансмиссии на ведущие колеса. Дифференциал при определенных условиях позволяет реализовать вращение колес так, что у них будет разная угловая скорость.

Что касается механизма переключения передач (в отличие от трехвальных КПП, где механизм находится внутри), на двухвальной коробке он расположен отдельно (вынесен наружу из корпуса).

Коробка связана с механизмом переключения посредством тросов (тросовая коробка передач) или специальных тяг. Как правило, самым простым и доступным является соединение тросиками, которое широко используется в устройстве механизмов переключения.

Сам механизм переключения передач двухвальной коробки включает в себя рычаг управления, который соединен тросиками с рычагами выбора, а также включения передач. Указанные рычаги присоединены к центральному штоку переключения передач, а шток имеет вилки.

Для выбора передачи нужно совершить поперечное движение рычагом управления по отношению к оси кузова авто, тогда как для включения той или иной передачи нужно выполнить продольное движение относительно упомянутой оси. В этом состоит главное отличие работы механизма переключения передач двухвальных КПП от трехвальных.

Если иначе, все движения рычага КПП можно разделить на поперечные и продольные. Когда совершается поперечное движение,  усилие передается на трос выбора передач, который оказывает воздействие на рычаг выбора передач. Рычаг проворачивает центральный шток вокруг оси, позволяя выбрать передачу.

Далее, когда происходит продольное перемещение рычага, усилие передается на трос переключения передач, который оказывает воздействие на рычаг переключения передач. Указанный рычаг инициирует горизонтальное перемещение штока с вилками. Та или иная вилка на штоке осуществляет смещение синхронизатора КПП, блокируя шестерни ведомого вала.

Еще добавим, что для уменьшения размеров КПП, а также с целью добавления ступеней в некоторых агрегатах может стоять не один ведомый вал, а несколько (два вала или три). На каждом из таких ведомых валов жестко крепится шестерня главной передачи, находящаяся в зацеплении с ведомой шестерней. Фактически, такая коробка имеет сразу несколько главных передач.

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Общий принцип работы двухвальной и трехвальной коробки идентичен. Когда рычаг управления находится в положении «нейтраль», передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса не происходит. После того, как водитель перемещает рычаг, вилка также смещает муфту синхронизатора.

Синхронизатор выравнивает угловые скорости шестерни выбранной передачи и ведомого вала.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какие бывают виды коробок передач. Из этой статьи вы узнаете о разновидностях КПП, отличиях и особенностях различных типов коробок передач.

Затем зубчатый венец синхронизатор входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни. Результат- шестерня на ведомом валу блокируется (включается передача, шестерни которой формируют пару с тем или иным передаточным числом).

Таким образом, коробка передач начинает передавать крутящий момент от двигателя на колеса. Еще отметим, что задний ход реализован отдельной задней передачей. Само изменение направления вращения становится возможным благодаря использованию промежуточной шестерни заднего хода, которая ставится на отдельную ось.

Что в итоге

Как видно, устройство двухвальной КПП относительно простое по сравнению с трехвальными аналогами. Более того, механизм управления тросиковых коробок позволяет сделать переключения более четкими. Также отсутствует ряд характерных проблем с механизмом выбора и включения передачи, которые присущи коробкам, где указанный механизм находится внутри корпуса коробки в масле.

Напоследок отметим, что при соблюдении правил эксплуатации и своевременном обслуживании, а также качественных настройках и регулировках «кулисы» и других элементов, двухвальная коробка передач отличается достаточно большим ресурсом и высокой надежностью.

Ремонт двухвальной коробки также не представляет особых сложностей для опытных специалистов.  Такие качества делают данную КПП надежным и комфортным решением для многих легковых автомобилей с передним приводом. 

Читайте также

krutimotor.ru

Трансмиссия танка. Часть восьмая: теория безвальных коробок передач

Предыдущий пост. Больше постов серии по тегу.

Механические коробки передач можно разделить на три больших семейства:


  1. Вальные КПП. На двух или более валах посажены шестерни, которые или входят в зацепление друг с другом, или включаются и выключаются муфтами. Двухвальные и трёхвальные КПП данного семейства мы уже рассмотрели.

  2. Планетарные КПП. Их мы ещё успеем разобрать, это отдельный разговор.

  3. Безвальные КПП. В безвальных КПП отсутствуют общие валы, которые бы соединяли две или более шестерни. Каждая шестерня или посажена на свой индивидуальный вал, или вовсе посажена на подшипники и с валами жёстко не связана.

Третий тип самый омский, очень интересный и редко используемый, он очень плохо описан в литературе. Им мы и займёмся, благо, иллюстрации из архива нам помогут. Я разобью повествование на три логические части: теория работы, примеры реализации и механизмы включения передач и синхронизации. Если по первым двум пунктам сведения достать ещё можно, то с третьим прямо беда. Скажу прямо: я и сам до конца не понимаю устройство полуавтоматического синхронизатора таких КПП.




Возьмём две постоянно сцепленные между собой шестерни, одна из которых соединена с ведущим валом. К каждой шестерне сверх этого приделан вал с муфтой:

Пока всё просто, не так ли? Ведущий вал вращает шестерню z1, которая вращает шестерню z2 с определённым передаточным отношением.

Продолжим строить нашу безвальную КПП. Добавим ещё одну пару шестерён, каждая из которых тоже связана со своим валом:

Если мы не включим муфту m1 или m2, то вращение с ведущего вала на ведомый передаваться не будет, то есть это нейтральная передача.

Теперь давайте включим муфту m1:

Ведущий вал вращает пару шестерён z1 и z2. Вал шестерни z1 с муфтой m1 вращает шестерню z3, то есть нижние валы благодаря муфте m1 соединяются в одно целое и вращаются как один вал обычной двухвальной КПП. Шестерня z3 постоянно сцеплена и вращает шестерню z4, которая вращает ведомый вал с муфтой m4. Передаточное отношение равно i = z4/z3.

Теперь давайте включим муфту m2:

Нижняя муфта расцеплена, поэтому составной вал разъединён (за эту особенность безвальные КПП нередко называют КПП с разрезными валами, которые «разрезаются» и «склеиваются» в одно целое при помощи муфт). Верхние же валы за счёт муфты m2 вращаются как одно целое, то есть «склеиваются», посему передаточное отношение равно i = z2/z1.

Пока всё просто. У нас есть две пары шестерён постоянного зацепления. За счёт определённых положений муфт включается нужная нам передача. Каждая шестерня соединена со своим индивидуальным валом. Отсутствуют общие валы, то есть такие валы, которые бы постоянно соединяли две и более шестерни, отсюда название «безвальные». Во время включения передач индивидуальные валы соединяются в составные, соединяя ведомый вал с определёнными парами шестерён.

Данная КПП очень проста и столь же бесполезна: две пары шестерён, две передачи. У обычных двухвальных КПП всё было бы так же, но проще по устройству. Чтобы в безвальной схеме появился смысл, продолжим стоить нашу КПП и добавим ещё одну пару шестерён:

Третья пара шестерён z5 и z6 сцепляется с парой шестерён z3 и z4 точно так же, как пара шестерён z3 и z4 сцепляется с парой z1 и z2. В дальнейшем для краткости я так и буду писать: первая пара шестерён, вторая пара шестерён и т.д.

Число передач.
Сколько передач у нас получилось? Давайте посчитаем, а заодно приведём формулу. Шестерни второй пары вращаются относительно шестерён первой пары с двумя разными скоростями в зависимости от того, включена ли муфта m1 или m2. Точно так же шестерни третьей пары могут вращаться с двумя разными скоростями относительно второй пары. Таким образом, три пары шестерён в безвальной КПП дают 2*2 = 4 скорости.

Если мы добавим четвёртую пару шестерён, то она будет вращаться с двумя разными скоростями относительно третьей пары, то есть передач будет 2*4 = 8. Сформулируем закон максимального числа передач в КПП данного типа: m = 2^(p-1), то есть два в степени число пар шестерён — 1. Если у нас четыре пары шестерён, то передач 2 в степени 4-1, то есть 2^3 = 8. Число совпадает с нашими рассуждениями.

И тут видно главное достоинство безвальных коробок передач: максимальное число передач при минимальном числе шестерён. Если у нас есть три пары шестерён, то двухвальная схема даст три скорости, по одной скорости на каждую пару. А безвальная схема даёт не три передачи, а четыре. Если мы добавим четвёртую пару шестерён, то в двухвальной КПП будет четыре передачи, а в безвальной уже восемь.

Отсюда главное достоинство безвальных КПП по сравнению с двухвальными и многими трёхвальными: при добавлении пары шестерён число передач не увеличивается на единицу, а УДВАИВАЕТСЯ. Чем больше передач нужно получить, тем более значительный разрыв получается в итоге. В случае с тремя парами безвальная схема даёт на одну передачу больше. В случае с пятью парами безвальная схема даёт 16 передач, то есть на 11 передач больше. Вдумайтесь в эти слова. Мы можем получить коробку передач с 16 скоростями, а её габариты и число шестерён точно такие же, как у двухвальной пятискоростной! Выигрыш может получиться огромным.

Посмотрите на иллюстрацию ниже. Верхняя схема — шасси с безвальной 10-скоростной КПП и соединённым с ней главным фрикционом. А ниже схема с трёхвальной 6-скоростной КПП автомобильного типа. Безвальная КПП с намного большим диапазоном скоростей и большим числом скоростей + главный фрикцион + сложнейшая система управления занимают столько же места, сколько одна 6-скоростная КПП. Именно поэтому конструкторам на поздних Pz.III пришлось переносить главный фрикцион к двигателю и тянуть рядом с карданом тягу от педали сцепления. Так то!

Занимательная комбинаторика.
Итак, если говорить очень кратко, то безвальные КПП устроены следующим образом. Редукторная часть состоит из пар шестерён постоянного зацепления. Верхние шестерни вращаются на одной геометрической оси, нижние — на другой оси. Каждая или практически каждая шестерня соединена с индивидуальным валом, которые соединяются друг с другом при помощи муфт. При этом пары шестерён вращаются с разными скоростями, что и даёт разные скорости.

Теперь посмотрим, как составляются разные передачи на примере нашей простой трёхвальной КПП. Для удобства чтения статьи я ещё раз вставлю её схему в немного изменённом виде. Я убрал муфты m6, m5 и её вал, они нам были нужны только для иллюстрации того, как пары шестерён могут нанизываться друг на друга в неограниченных количествах. Так было:
Теория 1.png
А так стало:
Теория 1.png

Давайте приступим. Передачи в двухвальных КПП делятся на простые и сложные. В простых передачах используется только одна пара шестерён (про неё говорят: нагружена одна пара), остальные вращаются для красоты. В сложных передачах используется несколько пар шестерён. Разумеется, максимальное число простых передач равно числу пар шестерён, в этом безвальные КПП схожи с двухвальными.

Самая маленькая шестерня — z1, а самая большая — z2, следовательно, первая пара шестерён имеет самое большое передаточное число и работает как понижающий редуктор, а потому мы будем использовать первую пару шестерён для первой простой передачи. Вот её схема:
Теория 1.png
Верхние валы «склеиваются» в один, а нижние вхолостую вращаются раздельно. Данная передача аналогична по сути передаче двухвальной КПП.

Вторая простая передача состоит из третьей пары:
Теория 1.png
Теперь уже нижние валы вращаются как одно целое, а верхние просто так для красоты. И снова данная схема удивительно напоминает двухвальную КПП.

Третья передача реализуется второй парой. Так как шестерня z3 больше, чем z4, то это не понижающая, а повышающая передача:
Теория 1.png

Вот мы и составили три передачи. Согласно формуле данная схема может дать четыре передачи. Ещё одна передача — сложная, она реализуется не одной, а тремя парами шестерён:
Теория 1.png

Сложная передача реализована последовательным редуцированием: сперва пара z1-z2 снижает обороты, а затем пара z4-z3, работая в режиме не повышающего, как на третьей простой передаче, а понижающего редуктора ещё более снижает обороны. Наконец, пара z5-z6 работает как повышающий редуктор, увеличивая итоговые обороты. Если передаточное число пары z3-z4 больше, чем у пары z5-z6, то сложная передача отличается наибольшим передаточным числом и выполняет роль первой передачи для езды в особо трудных условиях. В противном случае получается промежуточная передача, которая несколько увеличивает среднюю скорость движения танка. В любом случае профит очевиден.

Если рассматривать безвальную КПП с четырьмя парами шестерён, то получатся четыре простые скорости + 4 сложные с большими передаточными числами.

Возрастание диапазона скоростей и передаточные числа.
Исходя из вышенаписанного очевидно ещё одно достоинство безвальных КПП — значительный диапазон скоростей. В сложных передачах можно получить очень большие передаточные числа, поскольку передаточные числа отдельных пар перемножаются между собой. Мало того, что безвальные КПП очень компактны из-за минимального числа шестерён, так ещё и сами шестерни можно сделать компактными. Пусть каждая пара и будет иметь небольшое передаточное число, нужного диапазона можно добиться сложными передачами. Вывод: безвальные КПП не только короче за счёт меньшего числа пар шестерён, так ещё и картер у них очень компактен по ширине и высоте. По данному пункту двухвальные КПП сливают безвальным без шансов на реванш.

Однако, за это нужно платить. Во-первых, сложные передачи отличаются пониженным КПД и большими потерями мощности. Во-вторых, в безвальных КПП из-за сложных передач невозможно достичь совершенно рационального подбора скоростей, о чём я расскажу ниже. Кто-то обязательно спросит: если сложные передачи приводят к таким недостаткам, может, от них стоит отказаться и использовать только простые? Конечно, можно сделать и так, но только в этом случае безвальная КПП превратится… в обыкновенную двухвальную КПП, а от весомых достоинств не останется и следа! Сложные передачи — это то, что отличает безвальную КПП от двухвальной и даёт ей как отличные показатели, так и существенные недостатки. За всё нужно платить.

Окей, с этим всё ясно, посему перейдём к передаточным числам. Передаточные числа простых передач очевидны:
i1 = z2/z1
i2 = z6/z5
i3 = z4/z3

Передаточное число сложной передачи:
i(понижающая) = (z2/z1) * (z3/z4) * (z6/z5)

Постойте! z2/z1 — это первая передача, а z6/z5 — вторая! Давайте подставим их в формулу:
i(понижающая) = i1 * (z3/z4) * i2

Хорошо, а что такое z3/z4? Да ведь это же 1/(z4/z3), то есть 1/i3! Снова подставим в формулу:
i(понижающая) = i1 * (1/i3) * i2

Вывод: сложная передача зависит от простых. Если мы изменим передаточные числа простых передач, то неизбежно изменится передаточное число понижающей сложной передачи, а это совсем не то, что нам нужно. Если мы рационально подберём i1, i2 и i3, то совершенно не обязательно, что мы получим рациональную сложную передачу, тут уж как получится. Вот и получается, что передаточные числа непреднамеренно образуют прогрессию, а некоторые передачи не совсем такие, как нам бы хотелось.

С другой стороны, если передач много и диапазон скоростей отменный, то лучшее использование мощности двигателя скомпенсирует пониженный КПД сложных передач и нерациональную разбивку. Именно поэтому безвальную схему имеет смысл использовать только при большом числе передач со значительным диапазоном скоростей, в других случаях двухвальные и трёхвальные схемы лучше. Чем больше передач и чем больше диапазон передаточных чисел, тем весомее профит.

Промежуточные итоги.
Пока что мы рассмотрели лишь суть редукторной части безвальных КПП. В следующих постах я расскажу, как реализуются скорости заднего хода и устроены механизмы переключения передач и синхронизации. Но из того, что мы рассмотрели, вырисовывается следующая картина.

Достоинства безвальных КПП:


  • максимальное число передач при минимальном числе шестерён

  • минимальные размеры шестерён и, как следствие, картера КПП

  • значительный диапазон скоростей, больше число передач

  • постоянное зацепление шестерён

Недостатки:

  • более сложная конструкция со многими валами, требующая большее число подшипников и расточек в картере для их установки

  • невозможность рационального подбора передач

  • пониженный КПД сложных передач

Как видно, достоинства очень весомые, а недостатки вполне сглаживаемые. Почему же безвальные КПП не получили распространения? Всё дело в том, что их основные недостатки заключаются в крайне сложных механизмах включения передач и синхронизации. Но об этом в следующий раз.

kedoki.livejournal.com

Автомобильные коробки передач.


Автомобильные коробки передач




Ниже приведены примеры устройства и работы ступенчатых коробок передач некоторых марок отечественных автомобилей.


Трехвальные коробки передач

Основными преимуществами трехвальных коробок передач являются возможность получения большого передаточного числа передачи и наличие прямой передачи, при которой КПД коробки передач близко к 100%. Поэтому они применяются как на грузовых, так и на легковых автомобилях.


Коробка передач автомобиля ВАЗ-2105

На автомобилях модели ВАЗ-2105 стандартной комплектации устанавливается трехвальная четырехступенчатая коробка передач с непосредственным механическим приводом. Силовой агрегат (двигатель, сцепление и коробка передач) устанавливается вдоль оси автомобиля, крутящий момент от него передается на задние ведущие колеса посредством карданной передачи, главной передачи с межколесным дифференциалом и полуосей.

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2105 (рис. 1) имеет литой алюминиевый картер 4 с нижней 30 и задней 19 крышками.
Полость коробки передач сообщается с атмосферой посредством сапуна 5, что исключает повышение давления в картере и связанную с этим утечку масла через уплотнения.
Коробка передач крепится к картеру сцепления, образуя вместе с ним и двигателем силовой агрегат. Механизм переключения передач расположен в задней крышке картера.

Первичный вал 36 выполнен заодно с консольно-расположенным зубчатым колесом 34, и установлен передним концом в расточке коленчатого вала двигателя, а задним концом на шариковом подшипнике 2 в передней стенке картера. Этот подшипник благодаря тарельчатой шайбе, установленной в проточке его наружной обоймы, обеспечивает осевую фиксацию первичного вала.
На передней части вала нарезаны шлицы, которыми он соединяется с ведомым валом сцепления. На заднем конце вала имеется зубчатый венец с прямыми зубьями, который может входить в зацепление с зубьями синхронизатора.

Промежуточный вал 31 представляет собой блок четырех зубчатых колес и опирается передним концом на двухрядный шариковый подшипник 33, а задним концом на роликовый подшипник 24.

Вторичный вал вращается на трех подшипниках. Передний подшипник 3 вторичного вала устанавливается в расточке консольной части первичного вала. Для его смазывания в зубчатом колесе первичного вала просверлены отверстия.
Средний подшипник 11 расположен в задней стенке картера, а задний подшипник 17 в задней крышке. Задний конец вала уплотняется манжетой 14 и закрыт грязеотражателем 18.

На обработанных шейках вала вращаются зубчатые колеса третьей и второй передач, а зубчатое колесо 10 первичной передачи вращается на стальной втулке. Каждое из зубчатых колес помимо основного косого зубчатого венца имеет прямозубые венцы, расположенные сбоку.
На двух поясах ведомого вала нарезаны по три глубоких паза, с помощью которых вал жестко соединяется с муфтами 6 и 26 синхронизаторов. В коробке передач применяются синхронизаторы с блокировочными кольцами, обеспечивающие безударное переключение передач. Промежуточное колесо 22 заднего хода вращается на неподвижной оси 23 на металлокерамической втулке.

Работает коробка передач следующим образом.
При работающем двигателе, включенном сцеплении и нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момент через зубчатые колеса 34 и 32 постоянного зацепления передается на промежуточный вал 31 и далее на все зубчатые колеса вторичного вала. Но ни одно из этих зубчатых колес не может передавать крутящий момент, поскольку они в данном случае не связаны жестко с вторичным валом.

При включении первой передачи через привод и механизм переключения передач перемещается муфта 26 синхронизатора и соединяет малый венец зубчатого колеса 10 со ступицей. При этом крутящий момент через зубчатое колесо 10, муфту 26 и ступицу передается на вторичный вал 9.

Когда включается вторая передача, муфта 26 соединяет зубчатый венец зубчатого колеса 8 со ступицей и крутящий момент на вторичный вал передается через зубчатое колесо 8, муфту 26 и ступицу. Включение третьей и четвертой передачи осуществляется перемещением муфты 6.

Крутящий момент на третьей передаче передается с промежуточного вала 31 на вторичный вал 9 через зубчатое колесо 7 третьей передачи вторичного вала, муфту синхронизатора 6 и ступицу, а на четвертой передаче непосредственно с зубчатого венца первичного вала 36 через муфту 6 на вторичный вал 9. Эта передача является прямой.

Для включения заднего хода необходимо рычаг переключения передач передвинуть вправо, затем утопить и переместить назад. При этом переместится промежуточное зубчатое колесо 22 заднего хода и войдет в зацепление с ведущим 37 и ведомым 12 зубчатым колесом заднего хода.
Крутящий момент будет передаваться через все три зубчатых колеса.

***

Коробка передач автомобиля ГАЗ-66

Коробка передач многих бензиновых автомобилей марки «ГАЗ» (семейства ГАЗ-66, ГАЗ-53, ГАЗ-3307 и некоторых других) – четырехступенчатая, трехвальная, трехходовая, без синхронизаторов, четвертая передача прямая. На более поздних моделях устанавливались коробки передач с блокирующим синхронизатором включения III и IV передач.

Коробка состоит из чугунного картера 12 (рис. 2), крышки с механизмом переключения передач, первичного 1, вторичного 7 и промежуточного 14 валов, зубчатых колес 6, 5, 4 первой, второй и третьей передач соответственно, муфты 15 включения третьей и четвертой передач и блока зубчатых колес заднего хода.
Валы установлены на шариковых и роликовых подшипниках.

Передний конец вторичного вала входит в выточку первичного вала. Зубчатое колесо 6 первой передачи и заднего хода прямозубое, установлено на шлицах вторичного вала. А зубчатые колеса 4 и 5 косозубые, установлены свободно и вращаются на бронзовых втулках.
Все зубчатые колеса промежуточного вала 14 изготовлены заодно с валом и представляют собой блок шестерен.

Для упрощения конструкции в коробке передач не применяются синхронизаторы, а включение третьей и четвертой передач осуществляется муфтой 15 быстрого включения. С этой целью она перемещается соответственно назад или вперед по ходу автомобиля с помощью механизма переключения передач.

В первом случае зубчатое колесо 4 третьей передачи вторичного вала блокируется с валом 7, и крутящий момент передается от зубчатого колеса 11 промежуточного вала на зубчатое колесо 4 и далее на вторичный вал 7.

Во втором случае валы 1 и 7 блокируются, и включается прямая передача.

Для включения второй передачи блокируют зубчатое колесо 5 с валом 7 через зубчатое колесо 6 первой передачи, перемещая его вперед.
Для включения первой передачи зубчатое колесо 6 перемещают назад до зацепления с зубчатым колесом 8 первой передачи промежуточного вала.

Для движения задним ходом в зацепление с зубчатыми колесами 6 и 8 вводят блок 9 зубчатых колес заднего хода.

***



Коробка передач автомобиля ЗИЛ-433360

Автомобили ЗИЛ-433360 и некоторые другие модели автомобилей марки «ЗИЛ» с бензиновым двигателем оборудованы трехвальной трехходовой пятиступенчатой коробкой передач с двумя синхронизаторами для включения всех передач переднего хода, кроме первой.

Детали коробки передач (рис. 3) смонтированы в чугунном литом картере, закрытом крышкой. На правом люке устанавливается (при необходимости) коробка отбора мощности или лебедка, левый люк закрыт крышкой.

В правой стенке картера имеется резьбовая пробка отверстия для заправки коробки маслом и для проверки уровня масла.
В левой стенке картера снизу имеется сливное отверстие, закрываемое резьбовой пробкой, оснащенной магнитным улавливателем металлических продуктов износа, содержащихся в масле.
Механизм переключения передач размещен в крышке коробки передач, переключение осуществляется рычагом прямого управления коробкой.

Принципиальное устройство коробки передач автомобилей семейства «ЗИЛ» аналогично рассмотренной выше коробке передач автомобилей «ГАЗ», имеются лишь конструктивные отличия.

***


Двухвальные коробки передач

Основными достоинствами двухвальных коробок передач являются простота конструкции, небольшие масса и габаритные размеры, высокий КПД. К основным недостаткам относятся невозможность получения больших значений передаточных чисел.

Двухвальная схема позволяет использовать такие коробки передач на легковых автомобилях с передними ведущими колесами.


Коробка передач автомобилей ВАЗ-2108, -2109

Особенностью коробки передач переднееприводного легкового автомобиля ВАЗ-2108 является отсутствие прямой передачи, так как в ней нет соосных валов, а главная передача и коробка размещены в одном картере.

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2108 двухвальная четырехступенчатая, без прямой передачи. Картер 1 коробки передач (рис. 4) выполняется из алюминиевого сплава и закрывается крышками. В задней крышке 14 имеется сапун для соединения полости картера с атмосферой. Это предотвращает повышение давления внутри картера во время работы передач, что может вызвать утечку смазочного материала через уплотнения в корпусе коробки.
В передней крышке, являющейся также картером 22 сцепления, расположены главная передача и дифференциал.

Первичный вал 18 выполнен в виде блока косозубых зубчатых колес и установлен на двух подшипниках 15 и 19 в стенках картера. В постоянном зацеплении с зубчатыми колесами первичного вала находятся ведомые зубчатые колеса 5, 7, 9, 11 вторичного вала, вращающиеся на игольчатых подшипниках 12.

Вторичный вал 26 выполнен заодно целое с ведущим зубчатым колесом главной передачи и установлен на переднем шариковом 13 и заднем роликовом 25 подшипниках.
На шлицах вторичного вала установлены два синхронизатора с блокировочными зубчатыми кольцами. Ведущее зубчатое колесо главной передачи вторичного вала находится в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 27 главной передачи.

Синхронизаторы обеспечивают безударное включение всех передач прямого (переднего) хода. Муфта 6 синхронизатора первой и второй передач является одновременно зубчатым колесом заднего хода.
Для включения заднего хода в зацепление с муфтой 6 и прямозубым зубчатым колесом заднего хода первичного вала вводится промежуточное зубчатое колесо.

На автомобилях ВАЗ-2109 устанавливается модифицированная двухвальная коробка передач, в которой предусмотрена пятая передача. Первичный и вторичный валы выполнены более длинными, при этом их задние концы выходят за пределы картера.
На концах валов устанавливается дополнительная пара зубчатых колес и третий синхронизатор с блокирующими зубчатыми кольцами.
Установка дополнительных зубчатых колес потребовала усиления подшипников, поэтому здесь применяются двухрядные шариковые подшипники. Картер закрывается увеличенной в размерах крышкой.

При такой конструкции усложняется смазывание дополнительных зубчатых колес пятой передачи, что снижает ее надежность. Поэтому предпочтительнее коробки, изначально разработанные как пятиступенчатые, а не модифицированные.
В настоящее время существуют сконструированные аналогично шестиступенчатые коробки передач.

***

Техническое обслуживание коробок передач

При ТО-2 в коробках передач проверяют и доливают до установленного уровня масло.
Устраняют подтекания масла, которые могут быть через сальники и прокладки. При наличии подтеков масла следует проверить сапун — его засорение может быть причиной утечки масла через уплотнения.
Проверяют и при необходимости регулируют механизм включения передач.

Замену масла производят в соответствии с нормативами.
Трансмиссионные масла, применяемые для коробок передач (по ГОСТ 23652-79):
ТСп-15К, ТАП-15В, ТАД-17И, ТСп-10 (в холодное время года).
В соответствии с инструкцией по эксплуатации заменяют масло в корпусах коробки передач и раздаточной коробки.

***

Устройство и работа механизма переключения передач



k-a-t.ru

Трансмиссия танка. Часть четвёртая: трёхвальные КПП: thunder_games — LiveJournal

Я немного отошёл от шока, вызванного визуальным осмотром схемы механизма включения передач на КПП Pz.III ausf.E-G, посему настало время продолжить цикл. В прошлый раз речь шла о постоянном зацеплении шестерён и подвижных муфтах, то бишь о тех строительных блоках, из которых составляются коробки передач. Теперь настало время построить из них что-то более интересное.


КДПВ.png


Диапазон КПП и бортовые редукторы.
Важнейшая характеристика КПП — это диапазон скоростей. Для того, чтобы его найти нужно разделить скорость на последней передаче на скорость первой передачи при тех же оборотах. То есть это тот диапазон скоростей, который обеспечивает коробка передач. Для примера посчитаем диапазон скоростей уже упоминавшегося Pz.III ausf.E. Минимальная расчётная скорость при 3000 об/мин составляет 4,94 км/ч, а максимальная при тех же оборотах — 71,86 км/ч. Диапазон скоростей равен: d = 71,86/4,94 = 14,55. Много это или мало? На самом деле, это отличный показатель, ведь даже диапазон в районе 8…11 считается более чем достаточным. Отмечу, что скорости прямо пропорциональны передаточным числам, поэтому если мы разделим наибольшее передаточное число на наименьшее, мы получим то же самое число (с учётом округления, погрешностей в расчётах скоростей и т.д.): d = 8/0,55 = 14,55. Поэтому впредь я буду использовать словосочетание диапазон коробки передач для её характеристики. Чем он выше, тем он лучше. Давайте разберёмся, почему.

Итак, важнейшей характеристикой КПП является диапазон передаточных чисел, а не сами по себе передаточные числа. Предположим, что у нас есть две воображаемые четырёхскоростные КПП. Передаточные числа первой коробки таковы: 1, 2, 3, 5. Передаточные числа второй коробки: 10, 20, 30, 50. Хотя передаточные числа второй коробки в 10 раз больше, диапазон у них одинаков и равен 5. Что касается разницы в 10 раз, то этот вопрос решается элементарно. Помните, в первом посте я говорил о том, что при передаче потока мощности через две пары шестерён их передаточные числа перемножаются? Так вот, достаточно к первой коробке передач приделать редуктор с i = 10. Итоговые передаточные числа будут точно такими же, но при этом вторая КПП составлена из огромных шестерён, а потому разместить её в машине невозможно. Первая же КПП даже с учётом редуктора будет весьма компактной, разместить её в тесном бронекорпусе получится без проблем. Вывод: размеры и вес коробки передач можно уменьшить добавив редукторы. Так как оные редукторы располагаются у самых ведущих колёс танка по бортам, они называются бортовыми.

Редукторы на схеме выделены красным. Если их убрать, то КПП придётся увеличивать в несколько раз.
КДПВ.png

Теперь посмотрим, как от диапазона КПП зависит скорость. Предположим, минимальная скорость движения, которую обеспечивает упоминаемая четырёхскоростная коробка передач, составляет 4 км/ч, а максимальная скорость на пятой передаче 4*5 = 20 км/ч. Как увеличить максимальную скорость при неизменном диапазоне? Для этого нужно уменьшить передаточное число бортовых редукторов, из-за чего увеличатся все скорости. Предположим, скорость на первой передаче возросла до 8 км/ч. Стало быть, максимальная скорость теперь 8*5 = 40 км/ч. Хорошо это или плохо? На первый взгляд всё просто замечательно, ведь максимальная скорость возрасла в 2 раза. Но только на первый, ведь при этом увеличилась в два раза минимальная скорость, а это значит, что сила тяги уменьшилась в два раза! А ведь первая передача и нужна ради тяги, а не ради скорости. Вывод: при неизменном диапазоне увеличить максимальную скорость можно лишь за счёт ухудшения проходимости, что совершенно недопустимо. Увеличить максимальную скорость при неизменной проходимости можно только за счёт увеличения диапазона.

Трёхвальные КПП (на примере трёхвальной КПП компактной структуры).
Для увеличения диапазона нужно увеличить самое большое передаточное число, соответствующее первой передаче или уменьшить передаточное число последней передачи. Как это сделать? Если просто увеличивать размеры шестерён, то очень скоро КПП станет недопустимо большой и тяжёлой. И снова нужно вспомнить о том, что при передаче потока мощности через несколько пар шестерён итоговое передаточное число будет произведением передаточных чисел каждой пары. То есть для значительного увеличения передаточного числа поток мощности в КПП нужно передавать не через одну пару шестерён, а через две и больше.

Это реализовано в трёхвальных коробках передач, в которых помимо ведущего и ведомого валов есть также промежуточный вал, на котором вращаются шестерни. Давайте соорудим что-нибудь эдакое с тремя валами:
КДПВ.png
Что мы видим на схеме? Под ведомым валом находится промежуточный вал, который реализует первую передачу. Для её включения сдвигается муфта m3, а муфты m1 и m2 включают 2-5 передачи.

Включим вторую передачу. Вращение передаётся через одну пару шестерён, то есть КПП работает аналогично двухвальной:
КДПВ.png

Теперь включим, к примеру, четвёртую передачу:
КДПВ.png
То есть передачи 2-5 работают точно так же, как и на двухвальной КПП. Вся мякотка заключена в первой передаче. Включим её и посмотрим, как пойдёт поток мощности:
КДПВ.png

Вот это уже интересно. Поток мощности последовательно передаётся не через одну пару шестерён, а через три. Как следствие, итоговое передаточное число будет произведением трёх передаточных чисел.

Итак, передаточное число первой скорости возросло, как следствие, увеличился диапазон коробки передач по сравнению с двухвальной схемой и возросла максимальная скорость без уменьшения тяги. За это пришлось заплатить увеличением сложности конструкции.

Обычные трёхвальные КПП.
Вообще, трёхвальные КПП делятся на четыре типа: обычные, компактной структуры, автомобильного типа (соосные) и КПП с последовательным редуцированием.

КПП компактной структуры мы только что рассмотрели выше. Обычные трёхвальные КПП отличаются от КПП компактной структуры только тем, что для связи промежуточного вала с ведомым используется отдельная шестерня на ведомом валу. В нашей же КПП промежуточный вал связан с ведомым через шестерню, которая также используется на четвёртой передаче. В этом и заключено всё отличие данных типов: КПП компактной структуры состоят из меньшего числа шестерней, потому они легче и компактнее, но передаточные числа первой и в данном случае четвёртой передач связаны между собой зависимостью. В обычных трёхвальных КПП шестерней больше, зато все передаточные числа не зависят друг от друга и их проще подобрать оптимальным образом.

Добавим ещё одну шестерню к нашей КПП и иначе соединим промежуточный вал с ведомым. Получится обычная трёхвальная КПП:
КДПВ.png

Соосные трёхвальные КПП (автомобильного типа).
Данная схема называется автомобильной потому, что наибольшее распространение она получила на автомобилях. Устройство трёхвальных КПП автомобильного типа схоже с устройством двухвальных КПП:

КДПВ.png

Как мы видим, ведущий вал расположен соосно ведомому, отсюда и название — соосные. Ведущий вал вращает через пару шестерён промежуточный вал. Первые три передачи включаются так, словно мы имеем дело с двухвальной КПП, только поток мощности передаётся через две пары шестерён, а не через одну. Включим вторую передачу:

КДПВ.png

Весь смысл данной схемы заключается в том, что есть так называемая прямая передача, то есть ведущий и ведомый валы сцепляются муфтой и начинают вращаться как одно целое, а поток мощности передаётся в обход шестерён:
КДПВ.png

КПД данной передачи очень высокий (обычно пишут, что КДП равен 1, поскольку потери мощности через нагрев и трение в подшипниках не учитывается). Однако, на остальных передачах КПД понижается, поскольку поток мощности передаётся через две пары шестерён. КПД одной пары шестерён 0,98. Следовательно, КПД всех передач двухвальных КПП равен 0,98. В коробке передач автомобильного типа на всех передачах кроме прямой КПД уменьшается до 0,98*0,98 = 0,96. В КПП компактной структуры КПД первой передачи тоже пониженный, но это окупается большей тягой и увеличением диапазона.

Трёхвальные КПП с последовательным редуцированием.
Для увеличения числа скоростей можно соединить две коробки передач последовательно. Возьмём четырёхскоростную трёхвальную КПП автомобильного типа с подвижными каретками и соединим её с двухскоростной КПП, называемой демультипликатором:
КДПВ.png
Трёхвальная КПП обеспечивает четыре скорости, а демультипликатор — две. В итоге получится 4*2 = 8 скоростей вперёд. Результат, конечно, хороший, но вся конструкция получилась очень длинной, компоновать её в корпусе танка неудобно. Почему бы не объединить демультипликатор с КПП в одном картере? Так и сделаем, а заодно уберём лишний вал, оставив только три:
КДПВ.png
Подвижные шестерни 2 и 4 и сцепляются с шестернями 1 и 3 промежуточного вала. Как следствие, промежуточный вал относительно ведущего может вращаться в двух разных скоростях. Ведомый вал относительно промежуточного может вращаться с четырьмя скоростями, всего же получается 8 скоростей. КПП стала компактнее и легче, в ней меньше деталей. Но это уж очень архаичная конструкция с надвижными шестернями. Давайте переделаем её и добавим муфты:

КДПВ.png

Что даёт такая схема? Если мы захотим сделать КПП с восемью скоростями по двухвальной схеме, то нам понядобятся оооочень длинные валы и 16 шестерён, объединённых в 8 пар. В трёхвальной КПП с последовательным редуцированием мы обошлись только 10 шестернями, то есть схема дала выигрыш в массе, простоте изготовления и габаритах. Более того, такая схема позволяет достичь достаточного диапазона и, как следствие, хороших скоростей движения. Например, на танках ИС-1, ИС-2 и ИС-3 стоит КПП именно такой схемы. Базовая КПП с четырьмя скоростями вперёд и одной назад соединена с валом демультипликатора, который удваивает число скоростей. Отличная скорость заднего хода достигается включением повышающей передачи демультипликатора.

Недостаток заключается в том, что передаточные числа выстраиваются в геометрической прогрессии. Если мы хотим скорректировать какое-либо передаточное число, то изменятся и другие связанные передаточные числа. Поэтому такая восьмискоростная КПП аналогична по своим качествам семискоростной обычной трёхвальной КПП, в которой все передаточные числа подобраны оптимальным образом.

Впрочем, для этого раза информации более чем достаточно. В следующий раз речь пойдёт о других частях трансмиссии — о главном фрикционе и простейших механизмах поворота гусеничной техники.

thunder-games.livejournal.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *