техника транспорта обслуживание и ремонт

моментом, переключение невозможно. Прежде чем переключить передачу, необходимо выключить сцепление.

В качестве сцепления может быть использована любая управляемая муфта. Первые автомобили были оборудованы ленточным сцеплением. С появлением коробок передач со скользящими шестернями появляются сцепления конусного типаС появлением коробок передач со скользящими шестернями появились сцепления конусного типа. Конусные сцепления удерживались во включѐнном состоянии пружиной, а выключались, когда водитель, нажимая на педаль, сжимал пружину. Главным недостатком конусного сцепления было то, что обладающий большим моментом инерции ведомый элемент долго вращался после выключения сцепления, затрудняя переключение передач.

На смену конусному сцеплению пришло многодисковое сцепление, работающее в масле. Ведомый барабан с многочисленными ведомыми дисками обладал большим моментом инерции, что в значительной степени затрудняло переключение передач.

Следующей ступенью в развитии конструкции сцепления явилось сухое многодисковое сцепление. Недостатком такого сцепления было то, что ведомые металлические диски сильно нагревались при пробуксовке, что ускоряло износ накладок. Постепенное преимущество однодискового сцепления (Рис. 14) получило всеобщее признание.

41

Рис. 14. Однодисковое сцепление автомобиля :

а – конструкция; б – втулка с пружинной пластинкой; 1 – нажимной диск; 2 – пружинные пластины; 3 – картер сцепления; 4 – нажимная пластина; 5 – кожух сцепления; 6 – упорный подшипник; 7 – вилка выключения сцепления; 8 – оттяжной рычаг; 9 – гайка; 10 – вилка оттяжного рычага; 11 и 12 – оси; 13 – игольчатый подшипник; 14 – ведомый диск; 15 – ступица; 16 – пружина гасителя крутильных колебаний; 17 – соединительный болт; 18 – втулкаЮ соединяющая пластину с нажимным диском

Сейчас в трансмиссиях автомобилей все чаще применяются также сцепления, построенные на иных принципах действия: гидравлические и электромагнитные.

В гидравлическом сцеплении (гидромуфте) ведущее лопастное колесо связано с двигателем, а ведомое (турбинное) лопастное колесо – с трансмиссией. В колесах имеются радиальные лопасти. Оба колеса помещены в корпусе, заполненном маслом. При вращении насосного колеса кинетическая энергия жидкости, расположенной между его лопастями и движущейся под действием центробежных сил, передается турбинному колесу. При достижении определенного числа оборотов эта энергия становится достаточной для того, чтобы автомобиль тронулся с места, а при дальнейшем увеличении числа

42

оборотов колеса гидромуфты начинают вращаться практически с одинаковой скоростью. Гидромуфта применяется вместе с обычным фрикционным сцеплением, которое устанавливается за ней последовательно и служит лишь для переключения передач.

Электромагнитное порошковое сцепление получило некоторое распространение на автомобилях малого класса. Ведущим элементом сцепления является маховик с закрепленными на нем магнитопроводами с обмотками возбуждения. Ведомый диск закреплен на ведущем вале коробки передач. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образования магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям магнитного поля и создается силовое взаимодействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно перенести с педали сцепления на ручной вариант управления кнопкой.

Однодисковое фрикционное сцепление в большинстве случаев является оптимальным конструктивным решением. На грузовых машинах нашли применение двухдисковые сцепления, использование которых вызвано необходимостью увеличения площади поверхностей трения без увеличения внешних размеров сцепления.

К конструкции сцепления предъявляются определенные требования: плавность включения, чистота включения, предохранение трансмиссии от динамических нагрузок, поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации.

Привод фрикционного сцепления может быть механическим, гидравлическим или электромагнитным. На большинстве автомобилей применяются механические и гидравлические приводы. Электромагнитный привод применяется редко, в основном при необходимости автоматизации процесса управления сцеплением. Для облегчения управления на некоторых автомобилях в приводе сцепления используют пневматические и вакуумные усилители.

В качестве привода сцепления небольших легковых автомобилей часто используют механический тросовый привод. Его преимуществом является простота и дешевизна. Однако износ фрикционных накладок при таком типе привода приводит к изменению положения педали сцепления. Поэтому здесь предусмотрена возможность ручной или автоматической регулировки.

Гидравлический привод сцепления использует свойство несжимаемой жидкости. В качестве рабочей жидкости используют ту же, что и в тормозном приводе. Привод имеет главный и рабочий цилиндры , соединѐнные трубопроводом. Плунжер рабочего цилиндра через толкатель действует на вилку включения сцепления, связанную с выжимным подшипником.

2.2. Коробка передач

Коробка передач предназначена для изменения в широком диапазоне крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и

43

скоростей движения, для обеспечения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.

Ккоробке передач предъявляются следующие требования:

-обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;

-бесшумность в работе и переключении передач;

-легкость управления;

-высокий КПД.

Передаточное число коробки передач равно отношению частот вращения ее ведущего и ведомого валов. Необходимость изменения передаточного числа определяется тем, что сопротивление движению автомобиля, зависящее от дорожных условий, меняется в широком диапазоне, а крутящий момент поршневого двигателя при максимальной подаче топлива – всего на 10 - 30%. Для быстрого разгона при трогании автомобиля с места и для преодолении значительных сил сопротивления движению, например, при движении на подъеме, нужно увеличить силу тяги в несколько раз по сравнению с тем значением, которое соответствует максимальному моменту двигателя. Такое увеличение силы тяги обеспечивает изменение передаточного числа.

По принципу действия коробки передач различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные. Ступенчатые коробки передач имеют механический привод перемещения шестерен по валам, а бесступенчатые позволяют изменять крутящий момент на ведущих колесах не меняя положения педали газа.

По характеру связи между ведущим и ведомым валами коробки передач делят на механические, гидравлические, электрические и комбинированные, а по способу управления – на автоматические и неавтоматические.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач. Число изменяемых передаточных чисел (передач) в таких коробках обычно равно четырем – пяти, а иногда восьми и более. Чем больше число передач, тем лучше используется мощность двигателя и выше топливная экономичность, однако при этом усложняется конструкция коробки передач и затрудняется выбор передачи, оптимальной для данных условий движения.

Долгое время на автомобилях применялись только трехвальные коробки передач. Крутящий момент от двигателя передается с помощью сцепления на ведущий (первичный) вал коробки передач, на котором имеется шестерня. Параллельно ведущему валу располагается промежуточный вал с набором соединенных с ним шестерен. Ведущий вал находится на одной оси с ведомым (вторичным) валом и может быть соединен с ним напрямую для получения прямой передачи с передаточным числом равным единице. Кроме того, одна из шестерен промежуточного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней ведущего вала, а другие - со свободно вращающимися на ведомом вале шестернями.

На рис. 15 представлены схемы направлений крутящего момента на передачах.

44

Рис. 15 . Схемы направлений крутящего момента на передачах: а – первой; б – второй; в – третьей; г – четвѐртой; д- заднего хода

Первая передача включается перемещением муфты синхронизатора первой и второй передач назад, вследствие чего еѐ зубчатый венец блокирует шестерню первой передачи на ведомом валу. Крутящий момент передаѐтся парами шестерѐн постоянного зацепления с ведущего вала на промежуточный и далее на ведомый вал. Передаточное отношение первой передачи наибольшее из всех передач переднего хода.

Вторая передача включается перемещением муфты того же синхронизатора вперѐд, в результате чего на ведомом валу блокируется шестерня второй передачи. Направление силового потока в этом случае проходит через соответствующие шестерни постоянного зацепления всех трѐх валов.

Третья передача включается по аналогии с первой перемещением муфты синхронизатора третьей и четвѐртой передач назад. При этом на ведомом валу блокируется шестерня третьей передачи.

Четвѐртая передача включается при перемещении муфты синхронизатора третьей и четвѐртой передач вперѐд. Внутренние зубья муфты в этом случае

45

находят на зубчатый венец ведущего вала и крутящий момент передаѐтся без изменения на ведомый вал. Четвѐртая передача является прямой.

Задний ход включается вводом в зацепление промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельном валике с прямозубой шестернѐй промежуточного вала и зубчатым венцом на муфте синхронизатора первой и второй передач. Введение в схему передачи крутящего момента промежуточной шестерни позволяет изменять направление вращения ведомого вала коробки на обратное.

Нейтральное положение коробки передач получается в том случае, когда муфты синхронизаторов не зацеплены с соответствующими шестернями ведомого вала и передвижная шестерня заднего хода сдвинута назад. В этом положении крутящий момент от двигателя к колѐсам не передаѐтся.

Для переключения передач необходимо обеспечить возможность жѐсткого соединения отдельных шестерѐн ведомого вала непосредственно с самим валом.

Для безударного включения передач необходимо, чтобы угловые скорости вращения шестерен на ведомом вале и скорость самого вала были равны.

Зубчатые механизмы автомобильных коробок передач состоят обычно из цилиндрических зубчатых колес и выполняются или с неподвижными геометрическими осями зубчатых колес или планетарными (геометрические оси некоторых зубчатых колес могут вращаться вокруг общей оси механизма). Из двух находящихся в зацеплении зубчатых колес меньшее называют шестерней, большее – колесом.

Передаточное отношение – отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Если в передаче несколько пар, то для определения передаточного отношения надо перемножить значения этих пар.

Синхронизатор – специальная фрикционная муфта, которая обеспечивает выравнивание угловых скоростей шестерен, свободно вращающихся на вале, с угловой скоростью самого вала и не допускает их соединения до момента, пока указанные скорости не сравняются.

Синхронизатор (рис. 16) состоит из ступицы 4, которая установлена на шлицах ведомого вала. На наружной поверхности ступицы, также имеющей шлицы, прорезаны три паза 6, в которые заложены сухари 3. Выступы сухарей входят в кольцевую проточку на зубьях муфты 2, которая надета на наружные шлицы ступицы. Сухари прижимаются к внутренним зубьям муфты пружинными кольцами 5. На конические поверхности включаемой шестерни посажены свободно бронзовые блокирующие кольца 1, зацепленные с концами сухарей. Пазы в блокирующих кольцах, куда входят сухари, имеют ширину, наполовину большую сухарей. Пазы в блокирующих кольцах, куда входят сухари, имеют ширину, наполовину большую сухарей. Кроме того, блокирующие кольца имеют снаружи зубья, одинаковые по размерам с зубьями ступицы венца включаемой шестерни.

46

Рис. 16. Синхронизатор

При включении передачи муфта 2 под действием вилки переключения передвигается в сторону включаемой шестерни. Конусная поверхность блокирующего кольца начинает соприкасаться с конусной поверхностью шестерни. Поскольку в начальный момент включения частоты вращения кольца и шестерни не совпадают, на поверхностях соприкосновения возникают силы трения, поворачивающие кольцо в направлении вращения на величину зазора между пазом и сухарѐм. Зубчатый венец муфты устанавливается против зубьев на поверхности кольца, упираясь в них.

В результате трения между коническими поверхностями соприкосновения муфты и шестерни их частота вращения выравнивается. В этот момент кольцо поворачивается против вращения, сухари занимают центральное положение относительно пазов и утапливаются в них, а зубья муфты входят в зацепление с зубьями кольца и включаемой шестерни, блокируя еѐ на валу. Лѐгкости окончательной фазы включения способствуют торцевые скосы на зубьях сопрягаемых венцов.

Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях.

Поперечное расположение коробки передач позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке применяется главная передача с коническими или гипоидными шестернями; последняя является более сложной в изготовлении и регулировке. Основные достоинства двухвальных коробок передач:

-простота конструкции;

-малая масса;

-высокий КПД на промежуточных передачах.

Вто же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи и максимальный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.

Трехвальные коробки передач характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД,

47

чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время как у двухвальной – одна. Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передапч.

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

Понижающий редуктор (демультипликатор) размещается за коробкой передач. Демультипликатор выполняют двух или трѐхступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему ещѐ больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.

2.3.Карданная передача

Втрансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарниров, промежуточных опор и соединительных устройств. Необходимость карданной передачи обусловлена тем, что ведущий мост подвешивается к раме на рессорах и при движении автомобиля изменяет своѐ положение относительно рамы, в то время как коробка передач (раздаточная коробка) жѐстко закреплена на раме. По компоновке передачи классифицируются на закрытые и открытые.

Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион, при этом карданные шарниры отсутствуют.

Открытая передача не имеет трубы и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной.

Карданные шарниры делятся на: полные и полукарданные;

-полные: неравных и равных угловых скоростей;

48

-неравных и равных угловых скоростей на:

-простые и универсальные;

-полукарданные: жесткие и упругие.

Анализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает. Для того, чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. На рис.17 приведены жѐсткие карданные шарниры.

Рис. 17. Жѐсткие карданные шарниры: а – неравных угловых скоростей; б – равных угловых скоростей

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из ведущей 1 и ведомой 4 вилок, крестовин 2, на шипы которых надеты игольчатые подшипники 3. Крутящий момент передаѐтся от вилки 1 к вилке 4 через крестовину 2. При такой конструкции и равномерном вращении вилки ведущего вала угловая скорость будет изменяться дважды за каждый оборот, увеличиваясь и уменьшаясь. Поэтому такой шарнир называется шарниром неравных угловых скоростей.

Упругие полукарданные шарниры допускают передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под некоторым углом друг к другу; это достигается за свет деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое

49

звено может быть резиновым или резинотканевым, усиленным высокопрочными искусственными нитями или стальным тросиком.

Упругая муфта Гуибо представляет собой предварительно сжатый резиновый упругий элемент с привулканизированными металлическими вкладышами. Эта муфта отличается хорошим демпфированием крутильных колебаний и конструктивных стуков. Применение такой муфты в высокооборотных трансмиссиях требует установки центрирующего элемента.

Жесткий карданный шарнир, предназначенный для компенсации неточностей монтажа, имеет существенный недостаток: шум при работе,

низкую долговечность, трудоемкость изготовления. По этим причинам применяется редко.

Шарниры равных угловых скоростей

Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются также и управляемыми, т.е. должны поворачиваться, что требует использования между колесом и полуосью шарнирного соединения. Шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и работают при небольших значениях углов между валами, что делает в этом случае их применение проблематичным. В этих условиях нашли применение шарниры равных угловых скоростей. В переднеприводном автомобиле обычно используют два внутренних таких шарнира (связаны с коробкой передач) и два внешних (крепятся к колесам). Они устроены так: в каждом шарнире имеются две главные детали – корпус и обойма, одна в другой. В этих деталях выполнены канавки с шариками, которые по сути дела, жестко соединяют обе сферические детали, через них и передается вращение от двигателя к колесу. В тоже время, двигаясь в канавках, шарики позволяют одной сферической детали поворачиваться относительно другой и при этом осуществлять поворот колеса. При этом точки контакта, через которые передаются окружные силы, должны находиться в плоскости, проходящей через биссектрису угла между валами. Это условие обеспечивается объединением двух обычных карданных шарниров неравных угловых скоростей так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущей вилкой другого. Такая конструкция называется сдвоенным карданным шарниром.

В нашей стране был разработан кулачково-дисковый шарнир, который применяется на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ. Шарнир состоит из пяти простых по конфигурации деталей: двух вилок, двух кулаков и диска (рис. 18).

50