4.2. Принципиальные кинематические схемы и работа коробок передач

ными осями валов рассмотрим на примере КП , где переключение передач выполняется с помощью подвижных кареток .

Простейшая с х е м а д в у х в а л ь н о й К П ( рис . 4.2, а ) с раз - рывом потока мощности при переключении передач , состоит из пер - вичного вала 1 и вторичного 8 . К валу 1 мощность от двигателя под - водится обычно через ФС , а выходной конец вала 8 может иметь ве - дущую коническую или цилиндрическую шестерню 7 главной ( цен - тральной ) передачи . На шлицах первичного вала 1 установлены под - вижные двухвенцовая каретка 2 для получения второй ( влево по стрелке ) и третьей ( вправо по стрелке ) передачи и одновенцовая ка - ретка 4 для получения первой ( влево по стрелке ) передачи и заднего хода ( вправо по стрелке ). Правый выступающий шлицевой хвостовик г первичного вала 1 ( в тракторных КП ) может быть приводом зависи - мого ВОМ . На вторичном валу 8 неподвижно установлены ведомые шестерни передач переднего хода : первой 10 , третьей 11 и второй 12 , в зацепление с которыми вводятся зубчатые венцы кареток для полу - чения необходимой передачи , и ведомая шестерня 9 заднего хода .

Перемещение кареток по шлицам первичного вала 1 осуществ - ляется отдельной рычажно - тяговой системой ручного управления КП , которая позволяет фиксировать в зацеплении только одну пару шес - терен , обеспечивающую необходимое передаточное число .

Шестерни и валы размещаются внутри картера 3 КП , в отвер - стиях стенок и перегородок которого установлены соответствующие подшипники опор валов или дополнительных осей . В отечественных тракторах в основном применяются литые чугунные картеры КП . В автомобилях и зарубежных конструкциях тракторов широко приме - няются также более легкие алюминиевые сплавы .

Для получения передачи заднего хода между валами КП вводят дополнительную шестеренную передачу , изменяющую направление вращения ее вторичного вала при неизменном вращении первичного

вала . Это может быть шестерня или блок из двух шестерен одного или разных диаметров , находящихся в постоянном зацеплении с ве - домой шестерней , закрепленной на вторичном валу . В рассматривае - мой схеме КП задний ход получается при введении каретки 4 в кон - такт с блоком шестерен 5 , находящимся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9 вторичного вала . Блок шестерен 5 установлен на подшипниках закрепительной оси 6 .

Рис . 4.2. Принципиальные кинематические схемы КП :

а – двухвальной ; б – трехваль - ной ; в - трехвальной с попереч - ными валами ; 1 – первичный вал ; 2 , 4 , 16 – каретки ; 3 – кар - тер ; 5 , 9 -14 – шестерни КП ; 6 – ось ; 7 , 19 – ведущая и ведомая шестерни центральной ( глав - ной ) передачи ; 8 – вторичный вал ; 15 – зубчатая муфта ; 17 – промежуточный вал ; 18 – под - шипник ; 20 – корпус диффе - ренциала ; 21 – зубчатый венец

В данной кинематической схеме двухвальной КП показано практически минимальное число передач - три вперед и одна - назад . На практике число передач не превышает шести , так как при их уве - личении возрастает длина валов и их прогиб при передаче крутящего момента . Это ведет к нарушению зацепления шестерен и ухудшению работы подшипниковых узлов , а в итоге - к снижению долговечности КП .

Смазывание трущихся деталей данной КП осуществляется мас - лом , заливаемым в ее картер и последующим его разбрызгиванием венцами вращающихся ведомых шестерен при движении автомобиля или трактора . Для смазывания деталей КП при стационарной работе МТА , когда вторичный вал неподвижен , в ряде конструкций приме - няют специальные маслоразбрызгивающие шестерни , кинематически связанные с первичным валом . Один из этих вариантов показан на приводимой схеме КП , где свободно вращающаяся на валу 8 ведомая маслоразбрызгивающая шестерня 13 имеет постоянный привод от ве - дущей шестерни 14 первичного вала 1 .

Достоинствами двухвальных КП являются : конструктивная простота и высокий механический КПД , так как при передаче мощно - сти в зацеплении участвует только одна пара шестерен . Недостат - ками - невозможность получения более 5-6 передач переднего хода , вследствие повышенного прогиба валов , и малый диапазон переда - точных чисел .

Двухвальные КП применяют в переднеприводных и заднепри - водных ( с задним расположением двигателя ) легковых автомобилях . Конструктивно они объединены в одном блоке с двигателем , сцепле - нием , центральной ( главной ) передачей и дифференциалом . При этом они выполняются с шестернями постоянного зацепления ( см . рис . 4.1, в и 4.1, г ).

На тракторах двухвальные КП в качестве самостоятельного аг - регата имеют ограниченное применение , но их часто используют как один из элементов составной КП с шестернями постоянного зацепле -

ния ( см . рис . 4.1, б - г ).

Простейшая с х е м а т р е х в а л ь н о й К П ( рис . 4.2, б ) с раз - рывом потока мощности при их переключении и с продольным рас - положением валов состоит из соосно расположенных первичного 1 и вторичного 8 валов и промежуточного вала 17 . Валы 1 и 17 соедине - ны парой цилиндрических шестерен постоянного зацепления - веду - щей 12 и ведомой 11 , образующих передаточное число первой ступе - ни КП . На конце вторичного вала 8 в тракторных КП обычно уста - новлена или выполнена за одно с ним ведущая коническая шестерня 7 главной ( центральной ) передачи .

На промежуточном валу 17 жестко закреплены ведущие шес - терни 10 переднего хода . В зацепление с ними входят зубчатые венцы ведомых кареток вторичного вала 8 , образуя тем самым передаточ - ные числа второй ступени данной КП . На промежуточном валу 17 за - креплена и ведущая шестерня 9 передачи заднего хода , находящаяся в постоянном зацеплении с одновенцовой “ паразитной ” шестерней 5 .

На шлицах вторичного вала 8 установлены типовые одновенцо - вая 16 и двухвенцовая 4 каретки и комбинированная одновенцовая каретка 2 с зубчатой блокировочной полумуфтой 15 . Последняя при перемещении каретки 2 влево входит в зацепление с зубчатой полу - муфтой в торце первичного вала 1 , образуя тем самым прямую пере - дачу мощности от вала 1 к валу 8 . Передний подшипник 18 ( обычно роликовый ) вторичного вала 8 установлен в расточке торца первично - го вала 1 и нагружен только радиальными силами . Остальные опоры валов установлены в отверстиях стенок или специальных перегородок картера 3 аналогично креплению валов двухвальной КП . В некоторых конструкциях тракторных трехвальных КП с целью устранения кон - сольного крепления шестерни 12 и облегчения работы переднего подшипника 18 вала 8 исключают прямую передачу и выполняют от - дельные опоры конца вала 1 и начала вала 8 , тем более что на тракто - рах прямая передача не относится к основному ( рабочему ) их диапа - зону .

В данной кинематической схеме трехвальной КП можно полу - чить пять передач ( включая прямую ) переднего хода и одну заднего .

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла , залитого в ее картер , шестернями промежуточного вала 17 , который всегда вращается при работающем двигателе и включенном ФС . Шлицевой хвостовик г промежуточного вала 17 может использовать - ся в тракторных КП как привод зависимого ВОМ .

Трехвальные КП наибольшее распространение получили на лег - ковых , грузовых автомобилях и автобусах . На тракторах такие КП чаще применяют в качестве одного из элементов составной КП .

Простейшая с х е м а

т р е х в а л ь н о й К П с п о п е р е ч -

н ы м р а с п о л о ж е н и е м

в а л о в , полным реверсированием всех

передач и конструктивной компоновкой в общем корпусе заднего моста трактора , представлена на рис . 4.2, в . Такие КП применяют толь - ко на тракторах .

Наиболее интересным элементом схемы является механизм ре - верса передач , позволяющий промежуточному валу 17 вращаться в разные стороны при постоянном направлении вращения первичного вала 1 . Он состоит из ведущей конической шестерни 12 , находящейся в постоянном зацеплении с двумя одинаковыми ведомыми кониче - скими шестернями 11 и 13 , свободно установленными на валу 17 и вращающимися в противоположные стороны . На ступицах этих шес - терен имеются зубчатые венцы , аналогичные зубчатому венцу 21 вала 17 , на котором установлена подвижная зубчатая муфта 15 , блоки - рующая вал с любой из вышеуказанных шестерен . На схеме показано

положение муфты 15 для движения трактора вперед . При замыкании вала 6 с шестерней 13 трактор будет двигаться назад . Перемещение муфты 15 производится отдельным рычагом управления реверсом .

Соединение одновенцовой 2 и двухвенцовой 4 кареток с ведо - мыми шестернями 10 вторичного вала 17 аналогично рассмотренно - му выше .

В аналогичных КП с полным реверсированием всех передач пе - реднего хода иногда , как показано на схеме , выполняется одна от - дельная передача заднего хода . Она осуществляется перемещением каретки 2 в зацепление с “ паразитной ” шестерней 5 , находящейся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9 заднего хода на вто - ричном валу 8 . Применение данной передачи объясняется удобством управления КП одним рычагом для передач как переднего хода , так и заднего . При полностью реверсивной КП без дополнительной задней передачи для получения заднего хода трактористу приходиться одно - временно манипулировать двумя рычагами управления - реверса и КП , что вызывает определенное неудобство .

Компоновка поперечно расположенных валов 17 и 8 в общем корпусе 3 трансмиссии облегчает выполнение центральной ( главной ) передачи цилиндрическими шестернями - ведущей 7 и ведомой 19 , установленной на корпусе дифференциала 20 . Шлицевый хвостовик г вторичного вала 8 может быть боковым приводом синхронного ВОМ .

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла , находящегося в корпусе .

Подобного типа КП применяются на легких колесных универ - сальных тракторах , которые по характеру работы должны иметь воз - можность длительное время и при разных тяговых нагрузках двигать - ся задним ходом .

Достоинствами трехвальных КП являются : значительно боль -

ший чем у двухвальных диапазон передаточных чисел , так как на ос - новных рабочих передачах всегда участвуют две пары шестерен ; вы - сокий КПД на прямой ( транспортной ) передаче и отсутствие необхо - димости в маслоразбрызгивающей паре шестерен . Недостатками - более низкий КПД на всех передачах кроме прямой , так как в зацеп - лении находятся одновременно две пары шестерен , вместо одной у двухвальной ; невозможность получения более 5-6 передач переднего хода , ввиду повышенного прогиба валов ; повышенный износ под - шипника передней опоры вторичного вала , расположенного в расточ - ке торца первичного вала при работе автомобиля или трактора на всех передачах , кроме прямой . При включенной прямой передачи указан - ный подшипник не вращается . Поскольку на этой транспортной пере -

даче трактор работает , как правило , не более 12…15% всего времени его эксплуатации , то такие схемы КП в настоящее время на тракторах не применяют .

Элементарные к и н е м а т и ч е с к и е с х е м ы с о с т а в н ы х КП и компоновки их основных узлов представлены на рис . 4.3. На рис . 4.3, а приведена схема КП , состоящая из входной двухступенча - той коробки А , выполненной по трехвальной схеме , и основной ко - робки Б , выполненной по двухвальной схеме с тремя передачами впе - ред и одной назад . В данной схеме вторичный вал 1 коробки А , явля - ется передним концом первичного вала коробки Б , а соответствую - щие вторичный вал 2 коробки Б и промежуточный вал 3 коробки А имеют опоры в стенках корпусов .

В данной схеме можно получить шесть передач вперед и две назад .

Рис . 4.3. Кинематические схемы составных КП :

1-3 – валы КП ; 4 , 6 – 9 , 11 – шестерни ; 5 – картер ; 10 – фрикционные муфты ; 12 – зубчатые муфты

На рис . 4.3, б приведена схема составной КП , выполненной в од - ном общем картере 5 , с использованием трех параллельных валов : первичного 1 , промежуточного 2 и вторичного 3 . Валы 1 и 2 пред - ставляют собой входную двухвальную коробку диапазонов передач с шестернями постоянного зацепления , блокируемых посредством зубчатых подвижных муфт 12 . Шестерни 4 и 11 обеспечивают получение трех передач переднего хода , а шестерни 6 , 7 и 8 - заднего . Валы 2 и 3 также представляют собой двухвальную четырехступенча - тую КП с шестернями 9 постоянного зацепления , которые блокиру - ются с валом 3 посредством многодисковых фрикционных муфт 10 с

гидронажимным механизмом . Следовательно , в данной схеме состав - ной КП можно получить двенадцать передач переднего хода и четыре заднего . При этом внутри установленного диапазона переключение передач осуществляется без остановки машины .

Составные КП применяют на тракторах , автомобилях повышен - ной грузоподъемности и автомобилях - тягачах , что обеспечивает при минимальных габаритах получение большого числа передач и диапа - зона изменения их передаточных чисел .

В настоящее время на современных легковых автомобилях стали применять составные КП с двумя фрикционными муфтами .

В качестве примера на рис . 4.4 приведена схема составной КП

DSG (Direct Shift Gearbox).

Представленная схема КП является преселекторной , так как для включения какой - либо передачи необходимо последовательно выполнить два управляющих воздействия на органы ее управления . С точки зрения принципа управления данная КП является секвенталь - ной , так как здесь можно включать только соседнюю повышенную или пониженную передачу и нельзя перескочить через одну или более передач .

Она состоит из двух параллельных КП .

Первая КП состоит из первичного вала 1 , двух вторичных ва - лов 3 и 4 и промежуточного вала 5 . Она обеспечивает с помощью синхронизаторов С 1 , С 3 , С 5 и С ЗХ включение соответственно 1, 3, 5 передачи и передачи заднего хода . При включении 1 и 3 передачи крутящий момент с первичного вала 1 КП передается на вторичный вал 4 и далее через ведущую шестерню 7 центральной ( главной ) пере - дачи на ее ведомую шестерню 8 . При включении 5 передачи крутя - щий момент с первичного вала 1 передается на вторичный вал 3 и да - лее через вторую ведущую шестерню 6 центральной ( главной ) пере - дачи на ее ведомую шестерню 8 . Включение передачи заднего хода осуществляется синхронизатором С ЗХ . Здесь крутящий момент с пер - вичного вала 1 КП на вторичный вал 3 передается через промежуточ - ный вал 5 . Для получения указанных передач связь между валом дви - гателя и КП осуществляется фрикционной муфтой М 1 . Таким обра - зом , данная КП предназначена для включения всех нечетных передач и передачи заднего хода .

Вторая КП состоит из первичного вала 2 и двух вторичных ва - лов 3 и 4 . Она предназначена для включения с помощью синхрониза - торов С 2 , С 4 и С 6 соответственно 2 , 4 и 6 передач ( всех четных пере - дач ). Здесь связь между валом двигателя и КП осуществляется фрик - ционной муфтой М 2 .

Рис . 4.4. Кинематическая схема коробки передач DSG:

1, 2 – первичные валы ; 3, 4 – вторичные валы ; 5 – промежуточный вал ; 6, 7 – ведущие шестерни центральной ( главной ) передачи ; 8 – ведомая шестерня центральной ( главной ) передачи ; М 1 , М 2 - фрикционные муфты ; С 1 – С 6 и С ЗХ – синхронизаторы включения соответственно 1 – 6 передач и передачи заднего хода

Управление процессом переключения передач в данной КП выполняется с помощью бортового компьютера . При стоянке автомо - биля фрикционные муфты М 1 и М 2 и синхронизаторы С 1 – С 6 и С ЗХ выключены . Для начала его трогания с места синхронизатором С 1 включают 1 передачу и после этого включают фрикционную муфту М 1 . В результате происходит трогание с места и разгон автомобиля на 1 передаче . При достижении точки переключения передачи , основы - ваясь на данных о динамике разгона автомобиля , компьютер прини - мает решение о включении 2 передачи . В результате этого происхо - дит включение синхронизатора С 2 и разгон ведомых деталей фрикци - онной муфты М 2 . После выравнивания угловых скоростей синхрони - зируемых деталей трансмиссии начинается процесс включения фрик - ционной муфты М 2 и одновременного выключения муфты М 1 . Обе муфты буксуют с перекрытием без разрыва потока мощности , поэто -

му ощутимого снижения скорости движения автомобиля не происхо - дит . После выключения фрикционной муфты М 1 синхронизатор С 1 также выключается . Автомобиль продолжает разгон уже на 2 переда - че и когда скорость движения автомобиля достигает очередной точки переключения передачи , то происходит включение 3 передачи . По - следующие переключения передач происходят по той же схеме .

Аналогичные процессы происходят и при снижении скорости автомобиля , когда включается более низкая передача . При нажатии на педаль тормоза обе муфты М 1 и М 2 выключаются , но бортовой ком - пьютер продолжает отслеживать скорость движения автомобиля и со - ответственно с ней выбирать нужную передачу в КП ( включается со - ответствующий синхронизатор ).

Таким образом , составные КП с двумя параллельными КП яв - ляется перспективными для применения в трансмиссиях автомобилей и тракторов , так как позволяют существенно уменьшить число фрик - ционных элементов управления , а , следовательно , повысить КПД КП , обеспечивая при этом процесс переключения без разрыва потока мощности с различной степенью перекрытия передач . При этом зна - чительно снижается стоимость КП .

Принципиальные кинематические схемы планетарных КП

( ПКП ). ПКП представляет собой соединение нескольких планетар - ных рядов , различное сочетание которых обеспечивает получение не - обходимого диапазона передаточных чисел и числа передач . Включе - ние передач в ПКП достигается торможением или блокировкой от - дельных ее звеньев .

Планетарный ряд состоит из двух центральных соосных шесте - рен разных диаметров , сателлитов , находящихся в постоянном зацеп - лении с ними и водила - держателя осей сателлитов , ось вращения ко - торого совпадает с центральной осью .

Управляются ПКП остановочными ленточными или многодис - ковыми фрикционными тормозами и блокировочными многодиско - выми фрикционными муфтами , как правило , c гидравлическим под - жатием . Переключение передач в большинстве случаев производится без остановки машины , что в ряде случаев исключает необходимость применения в ней ФС . Подобная система управления ПКП позволяет ее относительно легко автоматизировать .

ПКП по сравнению с КП с неподвижными осями валов отлича - ются более высоким КПД , меньшими габаритными размерами и мас - сой , удобством управления , однако они сложнее в изготовлении и в эксплуатации , их стоимость выше .