kitayteka.ru

Механические трансмиссии автомобиля - виды, типы, устройство

Содержание
Назначение трансмиссии
Зубчатая передача
Механизм переключения передач
Синхронизатор
Поток мощности
Сцепление
Типы сцепления
Кольцевой рабочий цилиндр привода сцепления
Сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия
Двухмассовый маховик
Проверка и замена сцепления
Компоновочные схемы трансмиссий
Привод задних колес
Дифференциалы
Блокирующиеся дифференциалы
Многодисковый самоблокирующийся дифференциал
Червячный самоблокирующийся дифференциал
Привод передних колес
Сервис и техническое обслуживание
Механическая трансмиссия 2
Синхронизатор
Сравнение коробок передач M5UR1 и M5SR
Конструкция коробки передач M5SR
Конструкция коробок передач RT10, M5TR1, M5ZR1
Коробки передач M5CFx
Различия 5- и 6-ступенчатой коробок передач
Переключение передач
Усиленные детали коробки передач M5CF3
Технические характеристики коробок передач M5/6GF2
Конструкция коробок передач M5/6GF2
Общие сведения о ремонте и диагностике
Подшипники, шестерни и валы
Синхронизатор
Штоки вилок переключения передач, втулки и др.
Общие принципы капитального ремонта
Регулировка осевого зазора
Регулировка и измерение зазора
Регулировка высоты установки дифференциала
Зазор и площадь контакта зубьев шестерен дифференциала

Назначение трансмиссии

Для того чтобы автомобиль мог двигаться, он должен преодолевать силы сопротивления. Существует три вида сил сопротивления, препятствующих движению автомобиля. Сила сопротивления качению минимальна при движении по асфальту и максимальна в условиях бездорожья. Аэродинамическое сопротивление имеет низкое значение на малых скоростях движения и высокое — на больших скоростях. Аэродинамическое сопротивление имеет не линейную, а квадратичную зависимость от скорости движения автомобиля: увеличение скорости в два раза приводит к росту силы сопротивления в четыре раза и т. д. Сила сопротивления воздуха зависит также от формы кузова автомобиля, которая характеризуется значением коэффициента аэродинамического сопротивления Cw, значение которого получают в ходе измерений в аэродинамической трубе. На автомобиль устанавливают устройство для измерения силы и затем на него направляют воздушный поток с определенной скоростью. Еще один вид сил сопротивления — сила сопротивлению подъему; чем круче подъем, тем выше эта сила. Максимальный угол подъема автомобиля может быть ограничен при буксировке прицепа. Для движения автомобиля необходимо, чтобы сумма всех сил сопротивления его движению компенсировалась силой тяги на ведущих колесах, передаваемой силовой передачей. Поскольку мощность и крутящий момент двигателя, как и его максимальные обороты, ограничены, необходима система, которая изменяла бы крутящий момент, передаваемый от двигателя на ведущие колеса, и скорость их вращения. Эта система называется трансмиссией. Трансмиссия преобразует частоту вращения двигателя и его крутящий момент таким образом, что автомобиль может преодолеть сопротивление и начать движение. Для преодоления силы инерции в момент начала движения автомобиля необходимо передать высокий крутящий момент на ведущие колеса, скорость вращения которых должна быть низкой. В этом случае трансмиссия преобразует относительно высокую частоту вращения и низкий крутящий момент двигателя соответственно в низкую скорость вращения и высокий крутящий момент на ведущих колесах. В процессе движения и ускорения автомобиля необходимо снижать крутящий момент на ведущих колесах и увеличивать скорость их вращения, поэтому в коробке передач есть несколько передач с различными передаточными числами, благодаря которым и обеспечиваются данные тягово-скоростные качества автомобиля.

Зубчатая передача

Соотношение между передаваемым крутящим моментом и скоростью вращения ведущих колес изменяется при помощи зубчатых передач в коробке передач. Давайте для начала рассмотрим простейшую зубчатую передачу: поток мощности подводится к шестерне Z1 (15 зубьев), отбирается от шестерни Z2 (30 зубьев). В такой зубчатой паре частота вращения выходного вала будет в два раза ниже частоты входного, а крутящий момент изменится наоборот: на выходном валу он станет в два раза больше, чем на входном. Соотношение числа зубьев пары шестерен называется передаточным числом и определяется как: I = ведомая шестерня/ведущая шестерня, в данном примере 30/15 = 2,0. Теперь для расчета частоты вращения выходного вала необходимо частоту вращения коленчатого вала двигателя разделить на полученное значение передаточного числа, а для определения крутящего момента на выходном валу, наоборот, умножить крутящий момент двигателя на передаточное число зубчатой пары. Суммарное передаточное число двух зубчатых пар рассчитывается следующим образом: i = Z2  Z3 / Z1  Z4, в нашем примере: 30  28 / 15  14 = 840 / 210 = 4. На легковых автомобилях устанавливается несколько зубчатых передач с разным количеством зубьев, так как одной передачи недостаточно для обеспечения желаемого диапазона скоростей движения автомобиля. На нижнем рисунке показан принцип работы трехступенчатой механической коробки передач. Шестерни жестко закреплены на входном и промежуточном валах, а на выходном валу могут свободно вращаться. Для соединения каждой шестерни и выходного вала используется специальный механизм, который показан на правом верхнем рисунке. Подвижная часть механизма соединяет соответствующие шестерню и зубчатую муфту на валу. В результате этого шестерня соединяется с валом. Теперь передача выбрана и может передаваться крутящий момент. Для обеспечения возможности движения задним ходом необходимо установить третье зубчатое колесо между шестернями разных валов. Благодаря ему осуществляется реверсирование, или изменение направления вращения, выходного вала. Промежуточная или «паразитная» шестерня не меняет передаточное число!

Механизм переключения передач

На рисунке показан принцип работы и конструкция коробки передач, выполненной по аналогии с рассмотренной выше. Очевидно, что муфта одного синхронизатора может соединять с валом или отсоединять не больше двух шестерен. Номер включаемой передачи зависит от положения муфт синхронизатора. В нейтральном положении, когда ни одна из шестерен не соединена с выходным валом и поэтому они вращаются свободно, муфты синхронизаторов находятся в среднем положении. Для включения передачи необходимо переместить рычаг переключения передач из нейтрального положения. Перемещение рычага передается посредством штока на соответствующую вилку переключения передач, как показано на схеме переключения передач справа. При перемещении рычага влево или вправо сдвигаются шток и вилка переключения передач, затем при перемещении рычага вперед или назад левая или правая шестерня входит в зацепление с соответствующей шестерней выходного вала и передача включается. На нижних рисунках показано, как происходит выбор и включение передачи в коробке передач.



Для улучшения четкости переключения и надежного включения передач штоки вилки удерживаются в заданном положении фиксаторами. Кроме того, на случай неправильных действий водителя применяются замковые устройства. В некоторых коробках передач есть защита от случайного включения заднего хода. Она позволяет включить задний ход только после перевода рычага в нейтральное положение.



В зависимости от типа автомобиля и конструкции трансмиссии рычаг переключения пере-дач устанавливается непосредственно на коробке передач или соединяется с механизмом выбора передач системой тяг или чаще всего тросовым приводом. В большинстве случаев на механизме выбора передач закреплен грузик, благодаря которому повышается четкость переключения передач за счет инерционной нагрузки от массы грузика. Тросы управления переключением передач крепятся к картеру коробки скобами, а к механизму выбора пере-дач — с помощью втулки или стопора.

Синхронизатор

Сначала механизм переключения передач имел довольно простую конструкцию, например такую, как на предыдущих рисунках. Но это заметно осложняло процесс переключения. Для включения передачи в таком случае необходимо, чтобы угловые скорости шестерни и зубчатой муфты были одинаковыми. Поэтому раньше при переключении передач необходимо было дважды нажимать на педаль сцепления, что было трудно для неопытного води-теля. Для снижения утомляемости водителя и сокращения времени включения передачи было разработано устройство синхронизации, которое автоматически выравнивало скорости вращения шестерни и вала (муфты), поэтому необходимость в «двойном выжиме» сцепления отпала. На правом верхнем рисунке изображен принцип работы синхронизатора, который необходим для безударного включения передачи введением подвижной муфты в зацепление с зубчатым венцом шестерни. Муфта и шестерня имеют коническую поверхность. Перед введением в зацепление зубьев муфта и шестерня контактируют друг с другом своими конусами. За счет силы трения шестерня либо ускоряется, либо замедляется таким образом, что угловая скорость ее вращения становится равной скорости вращения вала (муфты). После этого осуществляется процесс безударного соединения муфты и шестерни. Для работы синхронизатора его коническая поверхность должна свободно перемещаться относительно муфты в осевом направлении. На правом нижнем рисунке изображен синхронизатор и его основные детали. Для повышения надежности работы он имеет не один, а несколько конусов. Более подробные сведения приведены во второй части учебного курса.

Поток мощности

Это стандартная коробка передач переднеприводного автомобиля. На левом рисунке изображена коробка в состоянии, когда рычаг переключения передач находится в нейтральном положении. Здесь показаны пары шестерен, которые образуют зубчатые передачи или ступени коробки. Все муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, поэтому крутящий момент не передается на ведущие колеса. На правом рисунке изображено включение первой передачи в коробке. Видно, что муфта синхронизатора сдвинута вправо, поэтому она соединяет выходной вал с шестерней первой передачи и поток мощности передается по желтой линии.



На данных рисунках изображено включение со второй по пятую передач в коробке. Следует обратить внимание на то, что муфты синхронизаторов занимают разные положения при включении различных передач. Кроме того, шестерни каждой пары имеют разные размеры, а значит и разные передаточные числа. Передача потока мощности при включении соответствующей передачи показана желтой линией.

Сцепление

В момент начала движения и при переключении передач необходимо разъединять двигатель и коробку передач. Это делается с помощью сцепления. Ведомый диск сцепления является связующим звеном между двигателем и коробкой передач, он вращается вместе с коленчатым валом двигателя, если сцепление включено. Ступица ведомого диска расположена на шлицах первичного вала коробки передач, который вращается вместе с диском. Благодаря такой конструкции ведомый диск может перемещаться в осевом направлении. К фланцу коленчатого вала двигателя крепится болтами маховик, вращающийся вместе с валом. На маховике закреплен болтами кожух сцепления, который также вращается вместе с коленчатым валом двигателя. Кожух сцепления состоит из нескольких деталей, основными из которых являются нажимной диск и нажимная пружина. При включении сцепления нажимной диск зажимает между собой и маховиком ведомый диск. Сила трения не допускает пробуксовки ведомого диска, который при работе двигателя вращается вместе с маховиком, передавая крутящий момент от коленчатого вала двигателя на первичный вал коробки передач. При выключении сцепления пружина прогибается под действием муфты подшипника выключения сцепления и отводит нажимной диск от ведомого. К муфте обычно крепится вилка выключения сцепления. На рисунке показано сцепление с гидроприводом выключения. В этой схеме жидкость перемещает поршень в цилиндре и толкатель, усилие от которого передается на вилку выключения сцепления. Необходимое усилие создает поршень, который перемещается в главном цилиндре в момент нажатия на педаль сцепления. На правом рисунке показано, как нажимной диск отходит от ведомого в момент выключения сцепления. В результате между нажимным и ведомым диском, а также между ведомым диском и маховиком появляется зазор. В этом случае сила трения между ведомым диском и маховиком незначительна и передача крутящего момента на коробку передач прекращается. Пружины на ведомом диске сцепления на правом рисунке необходимы для гашения крутильных колебаний в момент включения сцепления и снижения скручивающих усилий, действующих на первичный вал коробки передач. В сцеплениях могут применяться разные ведомые диски, которые отличаются друг от друга не только размерами, но и конструкцией.

Типы сцепления

На рисунке показаны различные схемы сцеплений и детали. Например, может применяться тросовый или гидравлический привод вилки выключения сцепления. Кроме этого, различают сцепления с нажимной и отжимной диафрагменной пружиной. Если на автомобиле установлено сцепление с отжимной диафрагменной пружиной, операции по снятию коробки передач имеют особенности. В этом случае следует обращаться к заводской инструкции соответствующего автомобиля. Необходимо периодически проверять такие регулировки сцепления, как, например, свободный ход и высота педали сцепления. При увеличенном свободном ходе сцепление начнет «вести» (неполное выключение сцепления). В результате этого передачи не станут включаться или будут включаться с трудом. При недостаточном свободном ходе педали сцепления сцепление «буксует» (неполное включение сцепления).

Кольцевой рабочий цилиндр привода сцепления

Сравнительно недавно стало применяться новое сцепление. В системе с кольцевым рабочим цилиндром привода сцепления отсутствуют муфта подшипника и вилка выключения сцепления, что повышает скорость срабатывания привода сцепления (на 5 10%) и уменьшает количество деталей и их массу примерно на 0,8 кг. Кольцевой рабочий цилиндр привода сцепления и выжимной подшипник выполнены как единый узел. Применение быстроразъемного соединения позволяет сократить время, необходимое для снятия коробки передач. При нажатии на педаль сцепления гидравлическое давление от главного цилиндра воздействует на поршень рабочего цилиндра. В результате этого поршень и выжимной подшипник давят на диафрагменную пружину, которая отводит нажимной диск от ведомого, и сцепление выключается. Меры предосторожности при обслуживании: при присоединении шланга к трубке необходимо принять меры предосторожности, чтобы не допустить попадания загрязнений. Следует избегать попадания тормозной жидкости на эти детали при установке коробки передач, а также соблюдать осторожность при соединении быстроразъемного соединения, чтобы не повредить его уплотнительное кольцо. Нельзя держать узел рабочего цилиндра привода сцепления с выжимным подшипником за трубку, так как это может привести к ее деформации.

Сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия

В обычном сцеплении по мере износа ведомого диска нажимное усилие диафрагменной пружины возрастает. (Это обусловлено изменением деформации пружины по мере износа ведомого диска и характеристиками ее упругости). Для исключения этого негативного явления было разработано сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия, которое позволяет поддерживать одинаковое усилие практически в течение всего срока службы. Этот механизм повышает долговечность сцепления, так как исключает пробуксовку и повышенный износ ведомого диска. В сцеплении с механизмом автоматической регулировки нажимного усилия износ ведомого диска приводит не к изменению деформации пружины, а к перемещению регулировочного кольца в кожухе сцепления. Так как нажимной диск автоматически перемещается по мере износа ведомого, они оба должны заменяться одновременно! Поэтому в запасные части ведомый диск и кожух сцепления поставляются в комплекте. Чтобы исключить соприкосновения болтов крепления маховика с ведомым диском сцепления, диск должен быть установлен маркировкой в сторону коробки передач. Маркировка («Т/М side», «в сторону КП») применяется не только в сцеплениях КМ (Sportage), но и на других моделях со сцеплением LUK. Применение сцепления с автоматической регулировкой нажимного усилия: модели VQ и BL, а также модели с дизельным двигателем объемом 2,0 л с турбокомпрессором с изменяемой геометрией направляющего аппарата турбины. Следует обратить внимание на то, что ведомый диск сцепления с автоматической регулировкой нажимного усилия отличается от диска обычного сцепления, так как к нему предъявляются особые требования. Необходимо устанавливать только оригинальные запасные части.
Дополнительная информация: LUK рекомендует заменить двухмассовый маховик, если ведомый диск сцепления был заменен дважды.