Короткі теоретичні відомості. Коробка передач є головним агрегатом трансмісії, який дозволяє змінювати крутний момент на ведучих колесах і частоту їх обертання в широкому діапазоні

Коробка передач є головним агрегатом трансмісії, який дозволяє змінювати крутний момент на ведучих колесах і частоту їх обертання в широкому діапазоні відповідно до сил зовнішнього опору і швидкості руху автомобіля. Крім цього коробка передач забезпечує автомобілю рух заднім ходом і дозволяє на тривалий час роз’єднувати двигун і ведучі колеса.

На автомобілях з механічними трансмісіями найбільш поширені ступінчасті коробки передач з нерухомими в просторі осями валів. Основним параметром для класифікації коробок передач є кількість передач для руху автомобіля переднім ходом. Крім того, за кількістю валів з нерухомими осями коробки передач підрозділяють на двовалові і тривалові (останнім часом почали застосовувати також чотиривалові конструкції).

Основними елементами механічних коробок передач є пари циліндричних зубчастих коліс (шестірень), що знаходяться в зачепленні. Передаточне число і між ними завзичай дорівнює відношенню кількості зубів веденого Z_n+1 і ведучого Z_n коліс:

· (6.1)

Двовалові коробки передачнайчастіше застосовують на легкових автомобілях з передніми ведучими колесами. Кінематичну схему двовалової коробки передач наведено на рисунку 6.1. На ведучому-первинному валу такої коробки нерухомо розташовані ведучі зубчасті колеса: п'ятої – Z₁, четвepтoї – Z_З, третьої – Z₅, другої – Z₇, і першої – Z₁₁ передач, а також зубчасте колесо заднього ходу – Z₉.

Рисунок 6.1 – Кінематична схема двовалової п’ятиступеневої коробки передач

Ведені зубчасті колеса Z₂, Z₄, Z₆, Z₈, Z₁₀ і Z₁₂ відповідних передач знаходяться в постійному зачепленні з переліченими ведучими колесами. На веденому валу ці колеса розташовані на голчастих підшипниках і можуть вільно обертатись відносно вала. При незмінній частоті обертання ведучого вала всі ведені зубчасті колеса обертаються з різними частотами. Крутний момент від двигуна до ведучого вала підводиться за допомогою веденого диска 5 зчеплення. Для увімкнення будь-якої передачі відповідне зубчасте колесо необхідно з’єднати з веденим валом. Таке з’єднання досягається за допомогою синхронізаторів 1,2 або 3, у результаті чого змінений крутний момент передається на ведений вал і через нього підводиться до ведучого зубчастого колеса 4 головної передачі. Задній хід вмикається при введенні проміжного зубчастого колеса в зачеплення одночасно з колесом Z₉ заднього колеса ведучого вала і з колесом Z₁₀, розташованим на синхронізаторі 3.

Основним недоліком двовалових коробок передач є відсутність прямої передачі. Тобто такої, коли первинний і вторинний вали безпосередньо, напряму, могли б з’єднуватися між собою. Адже на будь-якій передачі переднього ходу в двоваловій коробці крутний момент передається через пару зубчастих коліс. При цьому деяка частина потужності втрачається на тертя між їх зубами (ККД будь-якої передачі складає близько 0,97). Цього недоліку позбавлені тривалові коробки передач.

Головною особливістю конструкції тривалової коробки передач є співвісність розташування первинного і вторинного валів. Це створює можливість безпосереднього з’єднання валів – прямої передачі, на якій момент не змінюється, а втрати потужності практично відсутні та ККД коробки передач дорівнює 100 % (витрати потужності на перемішування оливи при цьому досить незначні і їх можна не враховувати).

Кінематичну схему тривалової триступеневої коробки передач наведено на рисунку 6.2. Основними її елементами є ведучий 1, ведений 8 і проміжний 15 вали, установлені у картері 16 коробки.

На первинному валу жорстко закріплено ведуче зубчасте колесо 2 привода проміжного вала. Воно перебуває в постійному зачепленні з веденим колесом 14, жорстко закріпленим на проміжному валу. Крім нього, на проміжному валу жорстко закріплені зубчасті колеса першої 12, другої 13 передач і заднього ходу 9.

Рисунок 6.2 – Кінематична схема тривалової триступеневої коробки передач

На веденому – вторинному валу 8 – установлене ведене зубчасте колесо 5 другої передачі, яке вільно обертається відносно вала і перебуває у постійному зачепленні з колесом 13. На цьому ж валу встановлені на шліцах зубчасте колесо 6 першої передачі та муфта 3 синхронізатора. Ці деталі обертаються разом із вторинним валом і одночасно мають можливість переміщуватися вздовж вала (у напрямку, показаному стрілками).

Для увімкнення першої передачі зубчасте колесо 6 за допомогою вилки 7 пересувають по шліцах вала вліво до зачеплення із зубчастим колесом 12. Тоді крутний момент передаватиметься з первинного вала 1 через зубчасті колеса 2 і 14 на проміжний вал 15 і далі через пару зубчастих коліс першої передачі 12 і 6 на вторинний вал 8. Передаточне число першої передачі буде дорівнювати:

, (2.2)

де Z₂ ,Z₆, Z₁₂ і Z₁₄ – кількість зубів відповідних зубчастих коліс.

Друга передача вмикається переміщенням муфти 3 синхронізатора за допомогою вилки 4 вправо. При цьому зубчасте колесо 5 жорстко з’єднується з вторинним валом і крутний момент, що передається через нього на вал, визначатиметься передаточним числом:

. (2.3)

Третю – пряму передачу вмикають за допомогою муфти 3, переміщуючи їі вилкою 4 вліво. У цьому разі первинний 1 і вторинний 8 вали жорстко з’єднуються між собою і крутний момент передається коробкою передач без зміни.

На окремій, нерухомій осі 10 у коробці вільно розташоване проміжне (паразитне) зубчасте колесо 11, яке забезпечує зміну напрямку обертання веденого вала при увімкненні передачі заднього ходу. При переміщенні зубчастого колеса 6 по шліцах управо його зуби входять у зачеплення з колесом 11, яке постійно знаходиться в зачепленні з колесом 9 проміжного вала. Передаточне число заднього ходу в цьому разі дорівнює:

. (2.4)

Аналізуючи роботу тривалової коробки передач, можна зробити висновок, що на всіх нижчих передачах крутний момент передається через дві пари зубчастих коліс. При цьому втрати потужності на тертя між зубами у такій коробці передач виявляються більшими, ніж у двоваловій. Тому в реальних умовах експлуатації на автомобілях з триваловими коробками передач нижчі передачі намагаються використовувати щонайменше – лише для розгону з місця і під час маневрування. Пряму передачу, на якій втрати потужності практично відсутні, намагаються використовувати більшу частину руху автомобіля.