Двухвальная коробка передач – Механическая коробка переключения передач — это… Что такое Механическая коробка переключения передач?

как устроена и работает — Auto-Self.ru

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.    

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 коробки передач;
  • ведущий (первичный) вал;
  • ведомый (вторичный) вал;
  • блоки шестерен и синхронизаторы;
  • в картере коробки установлена главная передача, а также дифференциал;

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.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

Устройство и принцип работы двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач имеет следующее устройство:

  • ведущий (первичный) вал;
  • блок шестерен ведущего вала;
  • ведомый (вторичный) вал;
  • блок шестерен ведомого вала;
  • муфты синхронизаторов;
  • главная передача;
  • дифференциал;
  • механизм переключения передач;
  • картер коробки передач.

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней — по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки имеет следующее устройство:

  • рычаг управления;
  • трос выбора передач;
  • рычаг выбора передач;
  • трос включения передач;
  • рычаг включения передач;
  • центральный шток переключения передач с вилками;
  • блокирующее устройство.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

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.

Двухвальные коробки передач легковых автомобилей ВАЗ и АЗЛК

Такие коробки передач

применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) легковых автомобилях. Эти коробки просты по конструкции, имеют небольшую массу и высокий КПД. Конструктивно они объединены в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Конструкция двухвальной коробки передач во многом зависит от того, какое расположение на автомобиле имеют двигатель и коробка передач – продольное или поперечное. При поперечном расположении коробки передач применяется цилиндрическая главная передача и дистанционный привод переключения передач. При продольном расположении – коническая или гипоидная главная передача и непосредственный привод переключения передач.

В двухвальной коробке передач на любой передаче, кроме заднего хода, крутящий момент двигателя передается двумя шестернями 2 и 3 (схема 1) непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4, который соединен с ведущими колесами автомобиля.

Движение автомобиля задним ходом обеспечивается промежуточной шестерней 6, которая вводится в зацепление между шестернями 5 и 7. В результате этого вторичный вал коробки передач вращается в сторону, противоположную вращения первичного вала 1.

Схема 1 – Работа двухвальной коробки передач

а – движение вперед; б – движение задним ходом; 1 – первичный вал; 2, 3, 5, 6, 7 – шестерни; 4 – вторичный вал

Коробка передач ВАЗ

Конструкция двухвальной коробки передач, применяемой на переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ, представлена на схеме 2. Коробка передач механическая, четырехступенчатая, трехходовая, с постоянным зацеплением шестерен, с синхронизаторами и ручным управлением.

Картер 18 коробки передач, отлитый из алюминиевого сплава, соединен шпильками с картером 17 сцепления и образует с ним единый картер, в котором размещены первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами, главная передача и межколесный дифференциал.

Главная передача – одинарная, цилиндрическая, косозубая. Дифференциал – конический, двухсателлитный, симметричный, малого трения. Картер коробки передач сзади закрыт крышкой 27, в которой установлен сапун 1 для связи внутренней полости коробки передач с атмосферой.

Схема 2 – Коробка передач переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ

а – общий вид; б – схема; в – включение заднего хода; г – синхронизатор; 1 – сапун; 2 – первичный вал; 3, 6 – синхронизаторы; 4, 7, 9, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 35 – шестерни; 5 – зубчатый венец; 8 – вторичный вал; 10 – корпус; 11 – сателлит; 14, 22 – шарниры; 15 – привод спидометра; 16, 34 – оси; 17, 18 – картеры; 19, 20 – пробки; 21 – подшипник; 27 – крышка; 28 – кольцо; 29 – муфта; 30 – фиксатор; 31 – пружина; 32 – сухарь; 33 – ступица; 36 – вилка

Первичный вал 2 представляет собой блок ведущих шестерен I, II, III, IV передач и заднего хода. Вал вращается в двух подшипниках, один из которых установлен в картере коробки передач, а другой – в картере сцепления.

Вторичный вал 8 изготовлен вместе с ведущей шестерней 7 главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картере сцепления и в картере коробки передач. На вторичном валу свободно установлены ведомые шестерни 23, 24, 25 и 26 соответственно I, II, III и IV передач, находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу жестко закреплены ступицы синхронизаторов 3 и 6. На скользящей муфте синхронизатора 6 имеется зубчатый венец 5 для включения заднего хода. Промежуточная шестерня 35 заднего хода свободно установлена на оси 34, которая закреплена в картерах коробки передач и сцепления.

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.

Трансмиссия танка. Часть вторая: простая двухвальная КПП: thunder_games — LiveJournal

В предыдущем посте мы рассмотрели пары шестерён и научились рассчитывать их скорости вращения. Теперь посмотрим, как из пар шестерён на общих валах можно сделать нечто полезное — коробку передач. Заодно распишем, зачем она нужна, как передачи переключаются и сколько этих самых передач нам нужно.

КДПВ — 3D-модель трёхвальной коробки передач Zahnradfabrik AK-7-200


Как и в прошлый раз, возьмём два вала — ведущий и ведомый. Ведущий вал соединим с двигателем, а ведомый с колёсами. На валах закрепим шесть шестерён, образующих три пары. Получилось как-то так:

На ведущем валу шестерни закреплены жёстко, своего месторасположения они не меняют. На ведомом валу нарезаны шлицы. По ним скользят шестерни ведомого вала. То есть шестерни ведомого вала могут перемещаться, скользя на шлицах, но при этом постоянно с ним вращаются. Такие шестерни называются каретками. Как тут не вспомнить Лего?

Передаточные числа таковы. Первая пара: i = 13. Вторая пара: i = 4. Третья пара: i = 1, т.е. шестерни одинаковые. Я за минуту набросал тяп-ляп схему, лишь на глаз сохраняя пропорции. Нам большего и не нужно:


Обратите внимание на условные обозначения. С верхними шестернями и валом вопросов нет, палочки и в Африке палочки. А вот нижние шестерни могут скользить по шлицам, это показано нехитрым условным обозначением — двумя треугольниками, которые как бы вцепились в вал яко зубы.

В нейтральном положении (показано на схеме выше) все шестерни расцеплены, а если вращать ведущий вал, то ведомый будет без движения. Такое положение называется нейтральной передачей. Она очень полезна во время коротких остановок. Зачем заглушать двигатель для того, чтобы остановиться, а затем снова его запускать, сокращая моторесурс стартёра? Можно просто включить нейтральную передачу: двигатель будет вращать ведущий вал и его шестерни, но ведомый вал и связанные с ним колёса вращаться не будут.

Включим первую передачу, для чего сдвинем шестерню z1 влево. Она сцепится с шестернёй z2 и ведомый вал начнёт вращаться. Это ясно видно на схеме:
1 передача.png
Данная передача является понижающей, так как ведомый вал сделает оборот за 13 оборотов ведущего вала. В данной передаче используются только шестерни z1 и z2, поэтому их называют нагруженными. Остальные четыре шестерни будут вращаться просто так для красоты.

Теперь включим вторую передачу. Шестерня z1 сдвигается вправо на своё исходное место, после чего шестерня z3 скользит по шлицам и входит в зацепление с шестернёй z4:
1 передача.png
Теперь ведомый вал делает один оборот уже только за 4 оборота ведущего.

Осталась третья передача. Так как шестерни z5 и z6 одинаковы, то i = 1 и скорость ведущего и ведомого валов будет одинакова. Расцепим z3 и z4, после чего сдвинем шестерню z5 влево:
1 передача.png

Если во время движения включать разные передачи, то машина будет ехать с разными скоростями. Предположим, включена третья передача, а машина едет по шоссе с большой скоростью. Затем шоссе закончилось и началась извилистая разбитая мухосранская дорога. Водитель не успевает следить за дорогой на такой большой скорости и переключается на вторую передачу, при этом скорость снижается в 4 раза (при прочих равных). Но коробка передач не только обеспечивает движение с нужной максимальной скоростью. Это, конечно, полезная возможность, но далеко не главная. О главной же функции речь впереди.

Охарактеризуем нашу гипотетическую коробку. Мы можем двигаться на трёх разных передачах, следовательно, это трёхскоростная КПП. В конструкции есть один ведущий и один ведомый вал, то есть это двухвальная коробка. В следующих постах мы, конечно, познакомимся и с другими конструкциями, например, с трёхвальными КПП.

Скорость и тяга.
Пересядем из машины в танк и будем кататься по всяким говнам. При движении по асфальту сопротивление окружающей среды практически отсутствует, а транспортное средство легко и быстро едет. При движении по говнам сила сопротивления движению многократно возрастает. Для того, чтобы преодолеть эту силу и начать движение нужна сила тяги. Если тяги не хватает, то танк застревает и не может ехать. В данном случае вообще:

Как не трудно догадаться, тягу создаёт двигатель, а вовсе не крутящий педали мехвод. Любой двигатель на определённых оборотах может создать максимально возможную для него силу тяги. Предположим, мы едем даже не по очень плохой дороге, а просто по направлению. Сопротивление движению такое, что требуется значительная тяга. Как её повысить при неизменной максимальной мощности двигателя?

Оказывается, прыгнуть выше головы в нашем случае очень просто. Если приделать к двигателю понижающий редуктор (вроде того, что мы рассматривали в самом начале цикла статей), то скорость вращения ведомого вала снизится в i раз, но при этом в i раз возрастёт сила тяги. То есть мы можем разменять скорость движения на проходимость. Langsam, aber immer voran — медленно, но всегда вперёд, так говорят немцы. Ну а по-русски это медленно, но верно.

Поставим на танк нашу трёхскоростную коробку передач. Какой русский не любит быстрой езды? Включаем третью передачу и едем с ветерком. Неожиданно начинаются лютые говны и силы тяги уже не хватает. Если проявить упрямство, то вскоре мощности двигателя перестанет хватать и он просто напросто заглохнет. Но мы поступим разумнее, выключим третью передачу с i = 1 и включим вторую передачу с i = 4. Сила тяги возрастёт в 4 раза, хотя и ценой снижения скорости в те же 4 раза. Но лучше так, чем пешком, не так ли? Если же дорога испортилась вконец да ещё и предстоит заехать на холм, то нужно включить первую передачу с i = 13. Тяга возрастёт ещё больше, но танк уподобится бронелохани Первой мировой войны, плетущейся со скоростью пешехода.

Вывод: понижающие передачи позволяют ездить в сложных дорожных условиях, а повышающие подходят для хороших дорог и обеспечивают хорошую скорость.

Сколько передач нам хватит?
Каких только схем не придумали люди. На Ford T ставилась двухскоростная КПП, на Т-34 образца 1940 года четырёхскоростная, а на Pz.III ausf.E аж десятискоростная КПП! По количеству передач все эти КПП отличаются друг от друга. Но сколько же нам нужно передач? Давайте разберёмся.

Предположим, в нашем воображаемом танке стоит двухскоростная КПП и двигатель, работающий на максимальных оборотах 3000 об/мин. Первая передача обеспечивает скорость 5 км/ч, вторая передача — 50 км/ч, то есть, грубо говоря, одна передача для грязи, а другая для асфальта. Такая схема совершенно непрактична, и вот почему. Мы едем по хорошей щебёнчатой дороге на второй передаче со скоростью около 50 км/ч. Затем мы сворачиваем на вспаханное поле и сопротивление движению резко возрастает. Так как силы тяги на второй передаче недостаточно, мы включаем первую (выбор не ахти какой богатый) и скорость с 50 км/ч сразу падает до 5 км/ч. А ведь мощности двигателя вполне достаточно, чтобы в данных условиях ехать со скоростью 15 км/ч, но коробка передач этого не позволяет. Вывод: двигатель используется нерационально, в этом вина коробки передач.

Добавим ещё две промежуточные передачи для 10 км/ч и 25 км/ч. Теперь вторая передача соответствует 10 км/ч, а четвёртая 50 км/ч. При движении по пахоте мы можем включить вторую передачу и ехать уже со скоростью 10 км/ч, что вдвое больше, чем на более примитивной двухскоростной КПП. Если добавить ещё две промежуточные передачи, например, на 15 и 35 км/ч, то скорость движения в данных условиях ещё возрастёт.

1 передача.png

Вывод: чем больше передач, тем рациональнее используется мощность двигателя и тем выше средняя и максимальная скорости движения танка. Но чем больше передач, тем сложнее, тяжелее и больше сама КПП, поэтому инженерам приходится искать компромисс в каждом конкретном случае сообразно техзаданию и возможностям производства.

Механизм включения передач.
В разговоре о нашей простейшей КПП осталось лишь разобрать механизм переключения передач. Итак, для включения передачи нам нужно сдвинуть определённую шестерню, введя её в зацепление. Для этого служат вилки, закреплённые на скользящих валах. Выглядит это примерно так:
1 передача.png

Вернитесь к рисунку нашей трёхскоростной КПП. На нём видно, что каждая каретка состоит не только из самой шестерни, но и из металлического цилиндра с углублением, то бишь канавкой. В эти канавки входят вилки. Если какой-либо вал сдвинуть, то вместе с ним сдвинется и связанная с ним вилка, увлекающая за собой шестерню. Вилки не только служат для переключения передач, но и удерживают шестерни в определённом положении, препятствуя их самопроизвольному выключению. В самом механизме включения передач предусмотрен замок, делающий невозможным одновременное включение нескольких передач, ведь в этом случае КПП заклинит.

Ладно, на сегодня хватит, порция информация получилась преизрядной. В следующий раз пощупаем трёхвальные КПП, а там и до реальных конструкций один шаг.

Двухвальная коробка передач

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен, а не одна шестерня, как в трехвальной коробке. Промежуточный вал отсутствует. Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Однако прямой передачи в двухвальной коробке нет. Каждая передача, кроме заднего хода, создается одной парой шестерен, а не двумя, как в трехвальной коробке. Это повышает КПД двухвальной коробки, но не позволяет добиться большого передаточного числа. Поэтому и применяется она только в легковых автомобилях.

Как работает синхронизатор

Синхронизатор служит для бесшумного переключения передач путем выравнивания угловых скоростей включаемых элементов. Он состоит из ступицы 1, муфты 2, двух блокировочных колец 3, трех сухарей 4, двух проволочных колец 5.

 

 

Ступица устанавливается на шлицах вторичного вала и жестко фиксируется. На ступице нарезаны наружные зубья и пазы под сухари. Муфта расположена на зубьях ступицы и в среднем положении удерживается сухарями, выступы которых входят во внутреннюю кольцевую канавку муфты. Сухари прижимаются к муфте упругими кольцами (как вариант, вместо колец могут использоваться подпружиненные шарики). Бронзовые блокировочные кольца имеют наружные зубья со скосами и впадины под сухари; ширина впадин несколько больше ширины сухарей. Кольцо может провернуться относительно ступицы на величину разницы ширины паза кольца и ширины сухаря. Для увеличения сил трения на конической поверхности кольца нарезана резьба и выполнены продольные канавки.

Работает синхронизатор следующим образом. При включении передачи вилка переключения перемещает муфту в направлении шестерни включаемой передачи. При перемещении муфты усилие через сухари передается на одно из блокировочных колец, которое вместе с муфтой перемещается относительно ступицы в сторону включаемой шестерни до соприкосновения с ее конической поверхностью. Вследствие разности угловых скоростей включаемой шестерни и ведомого вала на конических поверхностях возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора его в сухари. При этом зубья блокировочного кольца станут напротив зубьев муфты и дальнейшее перемещение муфты становится невозможным. После выравнивания угловых скоростей шестерни и синхронизатора сила, сместившая блокировочное кольцо, исчезает; под действием усилия водителя оно вернется в первоначальное положение, чему способствуют скосы на зубьях муфты и кольца. После этого муфта свободно проходит между зубьями блокировочного кольца и соединяется с зубьями малого венца включаемой шестерни. При этом гребни сухарей выходят из кольцевой проточки муфты, а сухари утапливаются, преодолевая упругую силу кольцевых пружин. Шестерня жестко соединяется со вторичным валом, передача включается. Весь процесс занимает время порядка милисекунд. С помощью одного синхронизатора можно поочередно включать две передачи в коробке.

Механизм переключения

Конструкция механизма переключения передач зависит от конструкции автомобиля. В заднеприводных рычаг располагается непосредственно на корпусе коробки передач. В этом случае весь механизм переключения расположен внутри корпуса коробки и рычаг напрямую воздействует на него. Плюсы такой схемы – простота, более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток — такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях. В этом случае применяется иная схема механизма переключения: рычаг располагается дистанционно (напольно, на рулевой колонке или на панели приборов) и связан с коробкой передач при помощи расположенных вне ее корпуса тросов либо тяг (называемых обычно «кулисой»). Плюсы такого решения — удобное расположение рычага КПП, отсутствие его вибрации и практически полная свобода в компоновке автомобиля. Однако, дистанционный привод менее долговечен и со временем допускает разбалтывание, что требует его регулировки или замены. Кроме того, чёткость переключения передач с таким механизмом переключения хуже, чем при непосредственном расположении рычага на корпусе КПП.

Несмотря на различия в конструкции привода включения передач, механизм включения в большинстве коробок передач имеет одинаковое устройство. Он состоит из подвижных штоков 1, расположенных в крышке коробки передач, и закрепленных на каждом штоке вилок 2. Вилки своими концами входят в пазы муфт синхронизаторов, а вилка включения заднего хода — в кольцевую проточку шестерни заднего хода. Также в любой коробке передач предусмотрены устройства, предохраняющие от неполного включения, самовыключения передачи и одновременного включения двух передач.

 

 

При расположении рычага переключения 3 непосредственно на корпусе коробки передач его нижний конец входит в пазы головок подвижных штоков. Поперечное перемещение рычага, находящегося в нейтральном положении, приводит к выбору необходимого штока (передачи), а продольное — вызывает смещение штока, закрепленной на нем вилки и включение требуемой передачи.

Для удержания штока в нейтральном или включенном положении в нем выполнены гнезда, к которым поджимается пружиной шарик фиксатора. Штоки имеют по три гнезда под шарик фиксатора: среднее служит для удержания штока в нейтральном положении, а крайние — для фиксации одной из включенной передач. Шток вилки включения заднего хода имеет два гнезда: одно для фиксации штока в нейтральном положении, другое — во включенном положении передачи заднего хода.

Чтобы исключить одновременное включение двух передач, в приводе имеется замковое устройство. Один из вариантов его конструкции — три блокировочных сухаря 4. Два крайних сухаря установлены в отверстия задней стенки картера, а средний — в отверстии среднего штока. У штоков имеются гнезда для сухарей. При перемещении одного из крайних штоков он выдавливает из своего гнезда сухарь, который, перемещаясь, входит в гнездо среднего штока и одновременно сдвигает два других сухаря, блокируя и второй крайний шток. При перемещении среднего штока, он прижимает два крайних сухаря в гнезда крайних штоков. Тем самым неподвижные штоки оказываются в запертом положении.

 

Если рычаг коробки передач располагается дистанционно, то, как уже упоминалось, он соединяется с коробкой с помощью тросов или тяг 1, которые через шток выбора передач 2 воздействуют на механизм выбора передач 3. На конце штока выбора передач крепится двуплечий рычаг 4, который при перемещении штока поворачивает трехплечий рычаг 5 механизма выбора передач. Трехплечий рычаг перемещает шток выбранной передачи с закрепленной на нем вилкой. Одно плечо трехплечего рычага служит для включения передач переднего хода, другое для включения заднего хода, а на третье плечо действует рычаг штока выбора передач. Блокировочные скобы 6 предназначены для предотвращения одновременного включения двух передач. Механизм включения передач состоит из штоков, вилок и шариковых фиксаторов.

 

Автоматическая КПП – планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.

К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт. АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП. В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие откатывания при трогании с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.

К недостаткам АКПП обычно относят более низкий КПД, более высокую цену, а также стоимость ремонта и обслуживания, повышенный расход топлива, ухудшение динамических качеств автомобиля, задержки в переключении передач. Однако с каждым годом эксплуатационные свойства автоматических коробок улучшаются, а число поклонников АКПП уверенно растет.

 

Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапециедальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.

Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов трогания и заднего хода,высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт.

 

Роботизированная коробка – это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.

Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.

Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое — четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена. Когда электроника «чувствует», что надо переключаться на другую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Это позволяет избавиться от рывков при переключениях и обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к колёсам, что недостижимо для обычной механической коробки с одним сцеплением. Режим переключения – как ручной, так и автоматический. Технически это довольно сложный вид коробки (а значит, и недешевый), но по динамике и экономии топлива он превосходит даже простую механику.

 

Сцепление

Сцепление служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при трогании с места, а также при переключении передач. Сцепление состоит из привода и механизма сцепления.

Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — ведомый диск; 4 — нажимной диск; 5 — кожух сцепления; 6 — нажимные пружины; 7 — отжимные рычаги; 8 — нажимной подшипник; 9 — вилка выключения сцепления; 10 — рабочий цилиндр; 11 — трубопровод; 12 — главный цилиндр; 13 — педаль сцепления; 14 — картер сцепления; 15 — шестерня первичного вала; 16 — картер коробки передач; 17 — первичный вал коробки передач


Читайте также:


Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *