Принцип работы синхронизатора коробки передач: Как работает синхронизатор в коробке передач

Синхронизаторы коробки передач

Одним из наиболее важных усовершенствований шестеренчатых коробок передач является синхронизатор, применяющийся только в конструкциях с постоянно сцепленными шестернями. В

коробках передач такого типа шестерни ведомого вала могут свободно вращаться на этом валу, и при включении какой-либо передачи соответствующая шестерня соединяется с валом посредством муфты. Подобным же образом для получения прямой передачи ведущий вал соединяется муфтой с ведомым валом. Муфты, состоящие из деталей с наружными и соответственно с внутренними зубьями эвольвентного (или какого-либо другого) профиля, служат для соединения вала с включаемой шестерней. Собственно муфта вращается вместе с валом, но может скользить вдоль его оси. В конструкцию синхронизатора входят два фрикционных конуса — внутренний и наружный, связанные соответственно с включаемой шестерней и со скользящей муфтой. Скользящая муфта перемещается посредством вилки переключения. Первая часть.хода скользящей муфты по направлению к включаемой шестерне приводит в соприкосновение указанную пару фрикционных конусов.

Трение между наружным и внутренним конусами быстро уравнивает угловые скорости шестерни и вала, и когда это будет достигнуто, детали -муфты с внешними и внутренними зубьями, заостренными соответствующим образом, могут быть сцеплены, в результате чего шестерня окажется жестко связанной с валом. После того как конусы синхронизатора вошли в соприкосновение, должно произойти дальнейшее осевое перемещение скользящей муфты, необходимое для включения зубьев муфты. Для этой цели фрикционный конус должен иметь со скользящей муфтой подвижное соединение, позволяющее последней под действием определенной силы двигаться в осевом направлении после того как конус остановится в результате контакта с сопряженным конусом.

Приведенное описание показывает общий принцип работы всех типов синхронизаторов.

Недостатком ранних конструкций являлось то, что фрикционные конусы требовали приложения слишком большой силы, чтобы быстро уравнивать скорости вращения шестерни и вала. Если пружины фиксаторов синхронизатора для обеспечения бесшумности при быстром включении делались достаточно сильными, то включение передач при неподвижном автомобиле становилось затруднительным, так как в том случае, когда торцы зубьев муфты упирались друг в друга и не попадали во впадины, большое трение между конусами препятствовало угловому смещению их, необходимому для сцепления зубьев муфты.

В случае компромиссного решения вопроса путем установки более слабых пружин, при быстром переключении передач действие синхронизатора оказывалось недостаточным и зубья муфты включения издавали скрежет, как в обычных коробках передач со скользящими шестернями

В одной из ранних конструкций синхронизатора для предотвращения слишком быстрого включения был применен буферный механизм (катарракт), и хотя он действовал удовлетворительно, но был слишком сложен. Позднее была найдена возможность использовать здесь принцип серводействия (известный своим применением в тормозах) для уменьшения силы включения на муфте синхронизатора.

Рис. 1. Коробка передач «Синхро-мэш» объединения Дженерал Моторс:
1 — стальная обойма; 2 — бронзовое кольцо; 3 — плоская пружина.

Коробка передач «Синхро-мэш». Коробки передач с синхронизаторами впервые были применены объединением Дженерал Моторс и получили название «Синхро-мэш»

Было разработано несколько конструкций подобных коробок передач, которые применялись на легковых автомобилях различных марок, выпускавшихся объединением. Одна из первых конструкций показана на рис. 1. Это трехступенчатая коробка передач легкового автомобиля, в которой в отличие от обычного принятого расположения шестерен, пара шестерен второй передачи помещена в задней, а не средней части коробки. Синхронизаторы применены только на третьей и второй передачах. Оба синхронизатора идентичны по конструкции. Ниже дается описание только одного из них.

Шестерня, включаемая с помощью синхронизатора, имеет выступ с конической поверхностью снаружи и зубьями муфтового соединения внутри. Конический выступ шестерни входит в стальную обойму (сделанную из листового материала), внутри которой имеется бронзовое кольцо с конической поверхностью, соответствующей конусу шестерни. Вместо сплошной ступицы обойма имеет три спицы, оканчивающиеся выступами, входящими в канавки ведомого вала. Ширина выступов, однако, меньше ширины канавок вала, в результате чего обойма может несколько поворачиваться относительно вала. Скользящая муфта на обоих торцах имеет выступы в виде секторов, входящие в промежутки между спицами обоймы синхронизатора.

Боковые поверхности секторов так же, как и соприкасающиеся с ними боковые поверхности спиц обоймы, скошены. Скользящая муфта и обойма вращаются вместе с ведомым валом, но поскольку обойма может несколько поворачиваться относительно вала, она имеет возможность поворачиваться также и относительно скользящей муфты. Когда скользящая муфта находится в нейтральном положении, ни одна из обойм синхронизаторов не касается фрикционного конуса. Как можно видеть на рис. 1, плоская пружина с выступами на обоих концах помещается в канавке ведомого вала. В действительности таких пружин три; они помещаются в тех же канавках вала, в которые входят выступы спиц обоймы. Когда скользящая муфта сдвигается по направлению к шестерне второй передачи, она входит в соприкосновение с выступами плоских пружин. При дальнейшем перемещении муфта толкает пружины до упора их в спицы обоймы и, двигая последнюю, приводит ее в соприкосновение с фрикционным конусом шестерни. Первым результатом контакта между обоймой и конусом будет поворот обоймы относительно вала, благодаря чему выступы спиц обоймы станут прилегать к боковым поверхностям канавок вала. В этом положении скосы на секторах скользящей муфты войдут в контакт со скосами на спицах обоймы.

Когда автомобиль двигается на прямой передаче, шестерня второй передачи вращается со значительно меньшей угловой скоростью, чем ведомый вал, и поэтому для бесшумного включения второй передачи необходимо после выключения сцепления уравнять угловые скорости шестерни и вала. У коробки передач, изображенной на рис. 1, при скорости автомобиля 56,3 км/час ведомый вал вращается со скоростью 1875 об/мин, а шестерня второй передачи делает только 1150 об/мин. Поэтому за период времени, в течение которого совершается включение (обычно около 1,5 сек.), шестерня второй передачи должна увеличить скорость вращения на 725 об/мин, что соответствует ускорению около 8 об/сек2, или около 50 рад/сек2. Но шестерня второй передачи находится в зацеплении с шестерней промежуточного вала, а через него связана и с ведущим валом, и оба эти вала вместе с находящимися на них деталями должны также получить соответствующее ускорение.

Инерция этих частей, и особенно ведомого диска сцепления, представляет значительное сопротивление ускорению, к которому дополнительно прибавляется сопротивление от перемешивания масла в картере коробки передач. Прикладывая через рычаг переключения передач силу к скользящей муфте, которая своими скосами упирается в скосы на гпицах обоймы, водитель сжимает конические поверхности обоймы и выступа включаемой шестерни, при этом под действием трения на конических поверхностях скорость вращения шестерни и связанных с ней частей возрастает. Как только скорости вращения шестерни и ведомого вала уравниваются, сопротивление осевому перемещению скользящей муфты исчезает, освобожденная обойма под действием скосов поворачивается относительно скользящей муфты, и выступы муфты проходят в промежутки между спицами обоймы. Освобожденная от осевой нагрузки шестерня может теперь свободно поворачиваться, что позволяет наружным зубьям выступов на торцах скользящей муфты беспрепятственно войти в зацепление с внутренними зубьями шестерни.

Рис. 2. Детали устройства механизма синхронизатора.

Рис. 2 дает наглядное представление о взаимодействии между скошенными поверхностями выступов на торце скользящей муфты и спиц обоймы. Показанная там конструкция несколько отличается от конструкции, изображенной на рис. 1, формой спиц обоймы. Фигура слева представляет собой перспективное изображение обоймы синхронизатора и скользящей муфты с зубьями на внешней поверхности и выступами на торцах. На двух фигурах справа трапециевидные заштрихованные площадки представляют собой сечения спиц обоймы. На нижней фигуре скошенная поверхность спицы обоймы показана в соприкосновении со скошенной поверхностью выступа на торце скользящей муфты, что соответствует моменту, когда фрикционные конусы вошли в контакт, но скорости еще не Уравнялись. Верхняя фигура соответствует моменту, когда скорости Уравнялись и скользяшая муфта уже миновала это положение.

Различные этапы включения шестерни второй передачи в коробке «Синхро-мэш» показаны на рис. 3. Схема на рис. 3, а соответствует нейтральному положению: плоская пружина не касается спиц обоймы, и ее коническая поверхность не касается конуса шестерни. На рис. 3,б пружина прижата к спице обоймы, и коническая поверхность обоймы вошла в соприкосновение с конусом Шестерни. На рис. 3, в скользящая муфта уже надвинулась на выступ пружины, а скошенная поверхность выступа скользящей муфты вошла в контакт со скошенной поверхностью спины обоймы. На этой стадии процесса (включения осевая сила, прилагаемая водителем к скользящей муфте через рычаг переключения, уравновешивается противодействием инерционных сил ускоряющихся частей. На рис. 3, г силы, сопротивляющиеся включению, преодолены, и скользящая муфта находится в состоянии полного включения.

Рис. 3. Различные стадии включения синхронизатора коробки передач «Синхро-мэш».

Синхронизатор Уорнер. Фирма Уорнер-Гир, входящая в объединение Борг-Уорнер, длительное время занимается созданием синхронизаторов для коробок передач. Первоначальная конструкция синхронизатора Уорнер показ.ана на рис. 4. Ведущая шестерня постоянного зацепления и шестерня второй передачи ведомого вала трехступенчатой коробки передач выполнены заодно с наружными фрикционными конусами и зубьями муфтового соединения. Каретка синхронизатора, сидящая на шлицевом ведомом валу, имеет внутренние фрикционные конусы, а на наружной поверхности ее нарезаны зубья такие же, как зубья муфтового соединения на шестернях. В средней плоскости каретки имеются шесть радиальных углублений, в которые заложены цилиндрические витые пружины и стальные шарики. На зубья каретки надета скользящая муфта с внутренними зубьями, которая может сцепляться с наружными зубьями муфтового соединения на шестернях. На внутренней поверхности скользящей муфты, по середине ее длины, имеется неглубокая кольцевая канавка, в которую входят шарики, прижимаемые пружинами. На внешней стороне муфты проточена канавка для вилки переключения.

Рис. 4. Первоначальная конструкция синхронизатора коробки передач Уорнер.

В нейтральном положении фиксирующие шарики входят во внутреннюю канавку муфты, и когда водитель начинает включение, например второй передачи, муфта и каретка синхронизатора двигаются вместе, пока внутренний конус синхронизатора не придет в соприкосновение с наружным конусом шестерни второй передачи. Дальнейшее перемещение каретки невозможно, но если к муфте будет приложена достаточная сила, шарики фиксаторов выжимаются из муфты и она сдвигается, при этом ее зубья входят в зацепление с зубьями на шестерне второй передачи и, таким образом, жестко связывают последнюю с ведомым валом. Недостаток этой конструкции состоит в том, что для достаточно быстрого уравнивания скоростей пружины фиксаторов должны были выполняться весьма сильными и для сдвига муфты из ее среднего положения на каретке требовалась осевая сила от 35 до 45 кг.

Синхронизатор с блокирующим кольцом. Позднейшая конструкция синхронизатора Уорнер показана на рис. 5. Здесь каретка синхронизатора, сидящая на шлицах ведомого вала, не имеет осевого перемещения. На наружной поверхности каретки имеются три продольных паза, расположенных на равных расстояниях один от другого. В каждом пазу помещается небольшой ползун, сделанный из листового материала. Кроме того, на наружной поверхности каретки нарезаны зубья, которыми она сцепляется с внутренними зубьями скользящей муфты. Торцы зубьев на обоих концах муфты заострены для облегчения включения. Торцы зубьев муфтового соединения шестерни постоянного зацепления и шестерни второй передачи 8 также заострены. Бронзовые блокирующие кольца представляют собой отдельные детали, выполненные ковкой или отливкой под давлением. Кольца делаются из твердой бронзы высокой прочности; применение подшипниковой бронзы здесь недопустимо. Зубья на наружной поверхности кольца такие же, как и зубья муфтового соединения на шестернях.

Внутренние поверхности блокирующих колец образуют конусы, соответствующие коническим выступам шестерен. Коническая поверхность колец имеет очень мелкую винтовую нарезку, предназначенную для того, чтобы разрезать масляную пленку и обеспечивать лучшее сцепление со стальными конусами. Утверждают, что действие блокирующего кольца должно быть практически мгновенным. При значительном скольжении колец по конусам шестерен, они были бы не пригодными для синхронизатора, так как были бы подвержены быстрому износу.

Рис. 5. Позднейшая конструкция синхронизатора коробки передач Уорнер:
1 — шестерня постоянного зацепления; 2 и 7 — блокирующие кольца; 3 — скользящая муфта; 4 — ползун; 5 — каретка синхронизатора; 6 — пружинное кольцо; 8 — шестерня второй передачи; 9 — ведомый вал.

На рис. 5 можно видеть, что ползун имеет небольшой выступ по середине, который входит в кольцевую канавку, сделанную на внутренних зубьях скользящей муфты. Три таких ползуна прижимаются к внутренней поверхности муфты посредством.двух разжимных пружинных колец. Концы ползунов входят в пазы, сделанные в торцах блокирующих колец, чтобы препятствовать вращению колец относительно каретки синхронизатора. Ползуны служат.также для того, чтобы прижимать блокирующие кольца к коническим выступам шестерен. Когда муфта перемещается в осевом направлении, она ведет с собой три ползуна частично за счет трения, вызываемого давлением разжимных колец, частично вследствие того, что выступы ползунов входят в канавку скользящей муфты. Осевая сила, прикладываемая к блокирующему кольцу со стороны ползунов, достигает максимума в момент, когда выступы ползунов выталкиваются из канавки. Требующаяся для этого осевая сила составляет в описываемой конструкции 2,7—4,5 кг.

Ширина ползунов меньше ширины пазов в блокирующих кольцах, в которые они входят, и поэтому кольца могут иметь некоторое угловое перемещение относительно каретки. Это перемещение лежит в основе блокирующего действия колец. За время первой части хода скользящей муфты блокирующее кольцо посредством трех ползунов перемещается до контакта с конусом шестерни. Затем трение между коническими поверхностями заставляет кольцо провернуться вместе с конусом шестерни на угол, величина которого определяется зазором между ползунами и пазами в кольцах. Это вызывает смещение зубьев блокирующего кольца и скользящей муфты и приводит к соприкосновению скошенных поверхностей на торцах зубьев, препятствующему дальнейшему перемещению муфты. Однако, как только скорость вращения шестерни станет равной скорости вращения ведомого вала, кольцо перестает блокировать скользящую муфту, и она при дальнейшем движении входит в зацепление с зубьями шестерни.

Сила, потребная для уравнивания скоростей вращения. Чтобы дать представление о силах, необходимых для уравнивания скоростей вращения шестерен, можно указать, что у среднего легкового автомобиля момент инерции частей, вращающихся вместе с шестерней второй передачи, приведенной к ведомому валу коробки передач, составляет около 0,3 кг-см-сек2*. Сумма фактических моментов инерции отдельных деталей относительно их собственных осей много меньше, однако при приведении момента инерции какой-нибудь детали к другой оси он изменяется обратно пропорционально квадрату отношения скоростей вращения.

Средний радиус поверхности трения составляет около 4,1 см отсюда окружная сила трения будет равна 15 : 4,1 = 3,65 кг. При угле конуса 10° (sin 10° = 0,174) и коэффициенте трения 0,04 между сталью и бронзой при наличии смазки для обеспечения такой окружной силы потребуется осевая сила около 16 кг.

При учете дополнительных сопротивлений на перемешивание смазки и на трение осевая сила, которая должна быть приложена к скользящей муфте при включении передачи, оказывается значительно большей.

Коробка передач грузовых автомобилей ЗИЛ

Коробка передач грузовых автомобилей ЗИЛ представлена на рисунке 1. Коробка трехвальная, пятиступенчатая, с синхронизаторами и с неавтоматическим непосредственным управлением. Высшая V передача в коробке передач – прямая.

В картере 9 коробки передач на подшипниках установлены три вала – первичный 1, вторичный 10 и промежуточный 16. Вместе с первичным валом изготовлена ведущая косозубая шестерня 2, соединенная с ведомой шестерней 17, которая закреплена на шпонке на промежуточном валу.

Промежуточный вал 16 изготовлен совместно с ведущей прямозубой шестерней 11 первой передачи. На нем также на шпонках установлены ведущие косозубые шестерни второй 12, третьей 14 и четвертой 15 передач. Прямозубая шестерня 8 первой передачи и заднего хода установлена подвижно на шлицах вторичного вала, а ведомые косозубые шестерни второй 7, третьей 5 и четвертой 4 передач – свободны и находятся в постоянном зацеплении с ведущими шестернями 12, 14 и 15. На вторичном валу на шлицах установлены синхронизатора 6 и 3 для включения соответственно II и III, IV и V передач.

Рисунок 1 – Коробка передач грузовых автомобилей ЗИЛ

а – продольный разрез; б – синхронизатор; 1 – первичный вал; 2, 4, 5, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19 – шестерни; 3, 6 – синхронизаторы; 9 – картер; 10 – вторичный вал; 16 – промежуточный вал; 20 – ось; 21, 23 – пальцы; 22 – муфта; 24 – кольцо; I и II – положения пальцев

Устройство синхронизатора

Синхронизатор неразборный и состоит из муфты 22 с внутренними шлицами и с двумя наружными зубчатыми венцами двух бронзовых колец 24 с внутренними коническими поверхностями, трех блокирующих пальцев 21 с выточками посередине трех фиксирующих разрезных пальцев 23 с пружинами и с выточками в средней части. Во фланце муфты 22 выполнены шесть отверстий, через три из которых проходят блокирующие пальцы жестко соединяющие бронзовые кольца. Через остальные три отверстия проходят фиксирующие пальцы, удерживающие в среднем положении бронзовые кольца относительно муфты.

При включении передачи муфта 22 передвигается по шлицам вторичного вала 10 и через фиксирующие пальцы 23 перемещает бронзовые кольца 24 к ведомой шестерне включаемой передачи, свободно вращающейся на вторичном валу. При соприкосновении конических поверхностей бронзового кольца и шестерни кольца поворачиваются относительно муфты вместе с блокирующими пальцами. При этом пальцы смещаются относительно центра отверстий (положение I), упираются выточками в края отверстия и препятствуют дальнейшему передвижению муфты и, следовательно, включению передачи.

При дальнейшем увеличении силы сжатия конических поверхностей бронзового кольца и шестерни увеличивается трение между ними и выравниваются их скорости вращения. При этом кольца с блокирующими пальцами возвращаются в исходное положение относительно муфты (положение II). Муфта свободно передвигается и ее наружный зубчатый венец входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом шестерни включаемой передачи. Таким образом происходит бесшумное включение передачи.

При выключении передачи муфта передвигается в исходное положение относительно бронзовых колец, в результате чего зубчатые венцы муфты и шестерни включенное передачи оказываются разъединенными.

При включении I передачи шестерня 8 вводится в зацепление с шестерней 11, а для включения заднего хода – с шестерней 19 блока шестерен заднего хода, шестерня 19 которого находится в постоянном зацеплении с шестерней 13. В этом случае вторичный вал вращается в обратном направлении. Блок шестерен заднего хода установлен на оси 20 на игольчатых подшипниках.

Механизм переключения передач

Механизм переключения передач находится в крышке коробки передач. Он состоит из рычага, трех ползунов с вилками, шариковых фиксаторов с пружинами, шарикового замка со штифтом и плунжерного предохранителя с пружиной. Фиксаторы исключают самопроизвольное выключение передач, замок – одновременное включение двух передач, а предохранитель – ошибочное включение заднего хода при включении I передачи.

Полуавтоматическая коробка передач: принцип работы

Чтобы понять, как работает полуавтоматическая коробка передач, нам придется вспомнить конструкцию обычной механической коробки передач. Основу классической механической коробки передач составляют два вала — первичный (ведущий) и вторичный (ведомый). Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал через шестерню сцепления. Преобразованный крутящий момент передается на ведущие колеса от вторичного вала. Как первичный, так и вторичный валы оснащены зубчатыми колесами, которые попарно входят в зацепление. Но на первичной передаче шестерни закреплены жестко, а на вторичной они вращаются свободно. В “нейтральном” положении все вторичные шестерни свободно вращаются на валу, то есть крутящий момент не передается на колеса.

Перед переключением передачи водитель нажимает на сцепление, отсоединяя первичный вал от двигателя. Затем, с помощью рычага коробки передач, специальные устройства, синхронизаторы, перемещаются через тяговую систему на вторичном валу. При подключении муфта синхронизатора жестко фиксирует вторичную передачу желаемой скорости на валу. После включения сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом начинает передаваться на вторичный вал, а от него на главную передачу и колеса. Чтобы уменьшить общую длину коробки, вторичный вал часто разделяют на два, распределяя ведомые шестерни между ними.

Принцип работы полуавтоматических коробок передач абсолютно одинаков. Единственное отличие состоит в том, что сервоприводы задействованы для включения/выключения сцепления и выбора передач. Чаще всего это шаговый электродвигатель с коробкой передач и сервоприводом. Но есть также гидравлические приводы.

Электронный блок управляет исполнительными механизмами. По команде на переключение первый сервопривод нажимает на сцепление, второй перемещает синхронизаторы, активируя нужную передачу. Затем первый медленно отпускает сцепление. Таким образом, педаль сцепления в салоне больше не нужна — после подачи команды электроника все сделает сама. В автоматическом режиме команда на переключение передачи поступает от компьютера, который учитывает скорость, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном режиме водитель отдает приказ переключаться с помощью селектора коробки передач или подрулевых переключателей.

Проблема полуавтоматической коробки передач заключается в отсутствии обратной связи со сцеплением. Человек чувствует момент соединения дисков и может быстро и плавно переключать скорость. А электроника должна действовать мягко: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, полуавтоматическая коробка передач надолго прерывает поток мощности от двигателя к колесам во время переключения. При ускорении появляются неудобные провалы. Единственный способ добиться комфорта при переключении передач — сократить его время. А это, увы, означает повышение цены всего агрегата. 

DCT (трансмиссия с двойным сцеплением), появившаяся в начале 80-х годов, стала настоящим прорывом. Давайте рассмотрим ее работу на примере 6-ступенчатой коробки DSG концерна Volkswagen. Коробка передач имеет два вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как шестиступенчатая механическая коробка передач для Гольфа. Хитрость в том, что есть еще и два первичных вала: они вставлены один в один по принципу матрешки. Каждый из валов соединен с двигателем через отдельную многодисковую муфту сцепления. Шестерни второй, четвертой и шестой передач закреплены на внешнем первичном валу, первая, третья, пятая и задняя передачи закреплены на внутреннем. Допустим, автомобиль начинает разгоняться с места. Первая передача является фактической (сцепление блокирует ведомую передачу первой скорости). Первая муфта сцепления замкнута, и крутящий момент передается на колеса через внутренний первичный вал. Поехали! Но одновременно с включением первой скорости электроника предсказывает последующее включение второй и блокирует ее вторичную передачу. Вот почему такие коробки также называются преселективными. Таким образом, актуальны сразу две передачи, но заклинивания нет, ведь ведущая шестерня второй скорости расположена на внешнем валу, муфта которого все еще открыта.

Когда автомобиль достаточно разгоняется и компьютер решает переключиться, первое сцепление разъединяется, а второе при этом соединяется. Крутящий момент теперь проходит через внешний первичный вал и пару второй передачи. Третья передача уже выбрана на внутреннем валу. При замедлении те же операции выполняются в обратном порядке. Переход происходит почти без нарушения потока энергии и с феноменальной скоростью. Последовательная коробка для гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo!

Коробки с двойным сцеплением более энергоэффективны и быстры в отличие от традиционных механических, а также более удобные по сравнению с автоматическими. Единственный их минус — высокая цена. Второй недостаток — неспособность передавать высокий крутящий момент устранили благодаря появлению DSG Ricardo на 1000-сильном купе Bugatti Veyron. Но пока доля большинства суперкаров — это полуавтоматические коробки передач. Хотя, например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano не ровня Easytronic от Opel: время переключения суперробота оценивается в десятки миллисекунд.

В настоящее время коробки DCT есть не только у Volkswagen, но и у таких автоконцернов, как BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Преселективные “роботы” были признаны даже инженерами Porsche, которые используют в своих автомобилях только надежные технологии. По прогнозам аналитиков, в будущем трансмиссии DCT и CVT получат наибольшее распространение в мире. Да и третья педаль скоро и вовсе канет в Лету. Человечество предпочитает удобство.

 

Что такое синхронизирующая коробка передач? | Принцип синхронизирующей коробки передач | Конструкция синхронизирующей коробки передач

Что такое синхронизирующая коробка передач?

• Последней версией сетчатой ​​модели констант является синхронизирующая коробка передач. Это коробка передач с ручным управлением, в которой переключения передач происходят между вращающимися шестернями с одинаковой скоростью. шестерни могут вращаться свободно, или они могут быть заблокированы на валу раскладки в такой коробке передач.
На самом деле
• Synchromesh — это усовершенствованная версия Dog’s Hug.Синхронизатор является основным компонентом этой скорости, которая стабилизирует передачу. Синхронизатор — это муфта, которая позволяет компонентам вращаться с разной скоростью. Конусы используются для синхронизации движений трения.
• Он состоит из двух синхронных частей — центрального конуса и болтового кольца. Конус является частью массива, а часть синхронизатора — кольцевой частью. Как только они начнут вращаться с правильной скоростью, кольцо мешка останавливает задействованную шестерню. когда кольцо входит в круг, трение замедляет или ускоряет зубчатое колесо.
• Наконец, синхронизатор и скорость передачи будут сбалансированы и вращаются с одинаковой скоростью. к ним прикреплены шестерни вала, в то время как шестерни вала могут свободно вращаться.

Также читайте: Работа коробки передач с постоянным зацеплением | Что такое коробка передач с постоянным зацеплением? | Различные передаточные числа в коробке передач с постоянным зацеплением | Конструкция редуктора постоянного зацепления

Конструкция синхронизирующей коробки передач

Синхронизатор находится между двумя шестернями.Таким образом, мы можем использовать одну единицу для двух передач. G1 и G2 представляют собой элементы в форме кольца с внутренними зубьями, которые подходят к внешним зубьям. F1 и F2 — скользящие элементы главного вала. h2, h3, N1, N2, P1, P2, R1, R2 — поверхности трения.

Шаг — 1. Шестерня главного вала

• Вал диафрагмы используется для соединения проходящих устройств и шестерен с выходным валом.
• Согласно рис., B, C, D, E — шестерни, которые могут свободно вращаться на главном валу в зацеплении с соответствующими шестернями на соответствующем валу.
• Если вал A вращается непрерывно, все изменения происходят в главном и левом валах.

Шаг — 2. Макет шестерни:

• Это средний вал, на котором вращательное движение от вала столкновения к конечному выходному валу передается на шестерню подходящего размера.
• Неподвижные шестерни на промежуточном валу (Лашель): U1, U2, U3, U4, как показано на рис.

Шаг — 3. Вал сцепления:

• Это вал, используемый в качестве вала, вставляемого в коробку передач, когда мощность двигателя передается в коробку передач.

Шаг — 4. Конусный синхронизатор

• На боковой стороне используемого устройства есть две кнопки.
• Первый — полый конус, а второй — кольцо из собачьих зубов.
• Шестерня входит в контакт с раковиной и зубьями.

Шаг — 5. Синхронизатор:

• Эти коробки синхронизаторов имеют специальные устройства переключения с коническими канавками на поверхности, которые обеспечивают фрикционный контакт с кованным оборудованием, так что главный вал, вал и вал зажима имеют одинаковую скорость, что, по сути, является переключением шестерни обеспечивает плавность.

Шаг — 6. Рычаг переключения передач:

• Это рычаг переключения передач, которым управляет водитель и который используется для выбора соответствующих передач, то есть 1, 2, 3, 4, 5 или передачи заднего хода.

Также читайте: Разница между ортогональной и косой резкой | Ортогональная обработка

Принцип синхронизирующей коробки передач

• В коробке передач всегда возникает проблема, когда неподвижная шестерня перемещается вместе с шестерней на более высокой скорости.
• Принцип гласит, что «шестерни стираются друг с другом до включения передачи и включаются после выравнивания скорости».

Также читайте: Что такое система зажигания от магнето | Как работает система зажигания | Как работает магнето | Что делает магнето | Система зажигания магнето

Работа синхронизированной коробки передач

• В синхронизаторах рычаг сцепления напрямую связан с поршнем, но когда сцепление выведено из эксплуатации, оно вращается свободно.
• Synchro — это правильная скорость, с которой ваши зубы затачиваются так, чтобы достигалась необходимая скорость выходного вала, потому что шестерни всегда были ускорены.

Шаг — 1. Функции первой передачи:

• Для первого зубчатого колеса часть коронного вала и скользящая часть, например, G2 и F2, P1 и P2, повернуть влево до истирания конуса.
• Тогда трение пропорционально его скорости. Как только G2 сравняется с его оборотами, он смещается вперед влево и соединяется с зубцом L2.
• Шестерня сцепления B перемещается со скоростью от шестерни U1 Лешефта. Позже движение передается на промежуточный вал U3 и шестерню главного вала D.
• Оттуда; движение получает последний толчок на F2, рычаге и главном валу.

Шаг — 2. Работа второй передачи:

• Кольцевой вал двух шестерен и скользящих элементов, то есть G1 и F1, смещается вправо перед конусами N1 и N2. Тогда трение будет равно его размеру.
• G1 был перемещен вправо и зацеплен с механизмами.
• Перемещение от зубчатого колеса B ковша к погрузочному устройству U1 было изменено.
• Предложение будет передано от U1 к U2. Шестерня C главного вала переключается с U2. Затем движение передается на ползунок F1. Вместо этого она отправилась в последний путь к главной шахте.

Шаг — 3. Работа верхней передачи:

• Эта скорость передается от кластерной шестерни B к высшей передаче или скользящего компонента F1 для прямой передачи.Затем шпоночный вал от F1. Вы перемещаете G1 и F1 влево. Такое случается.

Шаг — 4. Работа задней передачи:

• Для передачи заднего хода переключатель передается с шестерни сцепления A на шестерню вала U1. Оттуда перемещается кружевной круг U4, а промежуточный инструмент U5 перемещается снова.
• Главный вал E, скользящий элемент F2 и, наконец, вал, переходящий со второго на второй.
• Это достигается переключением G2 вправо.
• Промежуточная передача ведет к передаче заднего хода.

Также читайте: Что такое сигма-компаратор | Построение сигма-компаратора | Применение Sigma Comparator | Преимущества компаратора Sigma | Недостатки Sigma Comparator

Преимущества синхронизирующей коробки передач

• Плавное и бесшумное переключение передач, которое лучше всего подходит для автомобилей — без потери передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам во время переключения передач.
• Двойное сцепление не требуется. Низкая вибрация.
• Быстрое переключение передач без риска повреждения шестерен.

Также читайте: Что формируется | Типы формовки | Формовочный процесс в производстве | Процессы обработки металлов давлением | Формовочные работы

Недостатки синхронизирующей коробки передач

• Распространяется благодаря высокой стоимости изготовления и количеству движущихся частей.
• Когда зубья соприкасаются с шестернями, зубья не входят в зацепление, поскольку они вращаются с разной скоростью, что приводит к сглаживанию звука громкого скрежета.
• Неправильное обращение с шестернями может легко привести к повреждению.
• Не выдерживает высоких нагрузок.

Также читайте: Что такое компаратор | Типы компараторов

Понравился этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Полные примечания к синхронизированной коробке передач

Синхронизирующая коробка передач является последней версией типа постоянного зацепления. Это трансмиссия с ручным управлением, в которой переключение передач происходит между шестернями, которые уже вращаются с одинаковой скоростью.В этом типе коробки передач шестерни могут вращаться свободно или они заблокированы на валу компоновки. Synchromesh — это действительно улучшение собачьего сцепления. Синхронизатор — основная часть этой коробки передач, которая стабилизирует скорость. Синхронизатор — это своего рода муфта, которая позволяет компонентам вращаться с разной скоростью. Для синхронизации скоростей используется конусное трение. Этот синхронизатор состоит из двух частей: конуса синхронизатора и уплотнительного кольца. Конус является частью шестерни, а кольцо — частью синхронизатора. Запирающее кольцо предотвращает включение шестерен до того, как они начнут вращаться с правильной скоростью.При зацеплении кольцо будет постепенно скользить в конус, и трение будет замедлять или ускорять зубчатое колесо. Наконец, он стабилизирует скорость синхронизатора и шестерни и, таким образом, вращается с одинаковой скоростью. Шестерни промежуточного вала прикреплены к нему, в то время как шестерни на главном валу могут свободно вращаться на нем.

Синхронизирующая коробка передач:

Принцип:

В коробке передач всегда есть трудности с включением неподвижной шестерни с шестернями, уже вращающимися на высокой скорости. Принцип гласит: «Перед включением шестерен они входят в фрикционный контакт друг с другом, а после выравнивания скорости происходит включение».

Конструкция:

Синхронизатор расположен между двумя шестернями. Итак, мы можем использовать одну единицу для двух передач. G1 и G2 представляют собой элементы в форме кольца, у которых есть внутренний зуб, который подходит к внешним зубам. F1 и F2 — скользящие элементы главного вала. h2, h3, N1, N2, P1, P2, R1, R2 — поверхность трения.

1. Главный вал Шестерни:

Шлицевой вал используется в качестве выходного вала, на котором установлены синхронизаторы и шестерни. Согласно рис. B, C, D, E — это шестерни, которые могут свободно вращаться на главном валу в зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала. Пока вал A вращает все шестерни главного вала, промежуточный вал вращается непрерывно.

2. Шестерни промежуточного вала:

Это промежуточный вал, на котором установлены шестерни подходящего размера, и используется для передачи вращательного движения от вала сцепления к конечному выходному валу. Согласно рис. U1, U2, U3, U4 — неподвижные шестерни на промежуточном валу (промежуточном валу).

3. Вал сцепления:

Это вал, используемый в качестве входного вала в коробке передач, поскольку он передает выходной сигнал двигателя на коробку передач.

4. Конусный синхронизатор:

Сторона включаемой шестерни имеет две особенности. Один — полый конус, другой — конус, окруженный кольцом собачьих зубов. Шестерня выполнена конусом и зубьями, с которыми контактирует синхронизирующий механизм.

5. Синхронизаторы:

Это специальные устройства переключения, используемые в синхронизирующей коробке передач, которая имеет конические канавки, прорезанные по ее поверхности, которые обеспечивают фрикционный контакт с шестернями, которые должны зацепиться, чтобы выровнять скорость главный вал, промежуточный вал и вал сцепления, что, в свою очередь, обеспечивает более плавное переключение передач.

6. Рычаг переключения передач:

Это рычаг переключения передач, управляемый водителем и используемый для выбора соответствующей передачи i.е. 1, 2, 3, 4, 5 или задняя передача.

Рабочий:

В синхронизирующей коробке передач Промежуточный вал соединен с двигателем напрямую, но при выключенном сцеплении он свободно вращается. Поскольку шестерни все время находятся в зацеплении, синхронизатор устанавливает промежуточный вал на нужную скорость, чтобы кулачковые зубья входили в зацепление для достижения желаемой скорости выходного вала.

1. Работа первой передачи:

Для первой передачи, коронный вал и скользящие элементы, т.е., G2 и F2 перемещаются влево до тех пор, пока конусы P1 и P2 не соприкоснутся. Тогда трение уравнивает их скорость. Как только их скорости становятся равными, G2 сдвигается влево и входит в зацепление с зубьями L2. Движение передается от шестерни сцепления B к шестерне промежуточного вала U1. Затем он переходит к промежуточному валу U3, и движение передается на шестерню D главного вала. Оттуда движение передается на F2, который является скользящим элементом, а затем на главный вал главной передачи.

2. Работа второй передачи:

Для второй передачи коронный вал и скользящие элементы i.е., G1 и F1 движутся вправо до тех пор, пока конусы N1 и N2 не натрут друг друга. Тогда трение уравнивает их скорость. G1 сдвигается вправо, так что он входит в зацепление с шестерней. Движение передается от шестерни сцепления B на шестерню промежуточного вала U1. От U1 движение передается на U2. От U2 он переключается на шестерню C главного вала. Затем движение передается на скользящий элемент F1. Затем он переходит к главному валу главной передачи.

3. Работа верхней передачи:

Для высшей передачи или прямой передачи движение передается непосредственно от шестерни сцепления B к скользящему элементу F1.Затем от F1 к главному валу. Это делается перемещением G1 и F1 влево.

4. Работа передачи заднего хода:

Для передачи заднего хода движение передается от шестерни муфты A на шестерню промежуточного вала U1. Оттуда он передается на шестерню промежуточного вала U4, а затем на промежуточную шестерню U5. Оттуда к шестерне E главного вала, затем к скользящему элементу F2, а затем к главному валу главной передачи. Это делается перемещением G2 вправо. Промежуточная передача помогает добиться передачи заднего хода
.

Преимущества:

• Плавное и бесшумное переключение передач, наиболее подходящее для автомобилей.
• Нет потери передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса при переключении передач.
• Двойное сцепление не требуется.
• Меньше вибрации.
• Быстрое переключение передач без риска повреждения шестерен.

Недостатки:

• Вымогательство из-за высокой стоимости изготовления и количества движущихся частей.
• Когда зубья соприкасаются с шестерней, зубья не зацепляются, поскольку они вращаются с разной скоростью, что вызывает громкий скрежет, когда они стучат друг о друга.
• Неправильное обращение с шестерней может легко повредить ее.
• Не может выдерживать более высокие нагрузки.

Речь идет о синхронизирующей коробке передач. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи, задавайте их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, не забудьте поделиться ею с друзьями в социальных сетях.Подпишитесь на наш сайт для получения более информативных статей. Спасибо, что прочитали.

5 Коробки передач | Стоимость, эффективность и внедрение технологий экономии топлива для легковых автомобилей

EPA / NHTSA. 2010. Документ о совместной технической поддержке: разработка правил для установления стандартов выбросов парниковых газов для легковых автомобилей и корпоративных стандартов средней экономии топлива, апрель.

EPA / NHTSA. 2012. Документ о совместной технической поддержке, Окончательное нормотворчество на 2017–2025 гг. Стандарты выбросов парниковых газов малой мощности и корпоративные стандарты средней экономии топлива.EPA-420-R-12-901.

Эрикссон, Л., и Л. Нильсен. 2014. Моделирование и управление двигателями и трансмиссиями (автомобильная серия). John Wiley & Sons, SAE International, апрель.

Гарофало, Ф., Л. Глиельмо, Л. Яннелли и Ф. Васка. 2001. Плавное включение сухого автомобильного сцепления. Труды 40-й конференции IEEE по решениям и контролю, Орландо, Флорида, декабрь: 529-534.

Gartner, L. и M. Ebenhock. 2013. АКПП ZF 9HP48 Система трансмиссии, конструкция и механические детали.SAE Int. J. Passeng. Машины — мех. Syst. 6 (2): 908-917. DOI: 10.4271 / 2013-01-1276.

Говиндсвами К., К. Бэйли и Т. Д’Анна. 2013. Выбор правильной архитектуры передачи с учетом приемлемости клиентов. SAE Int. Вебинар, 18 сентября.

Gracey & Associates. нет данных Доза вибрации: определения, термины, единицы и параметры. Акустический глоссарий. http://www.acoustic-glossary.co.uk/vibration-dose.htm.

Греймель, Х. 2014. Генеральный директор ZF: Мы не гонимся за 10 скоростями. Автомобильные новости, 23 ноября.

Guzzella, L. и A. Sciarretta A. 2007. Двигательные системы транспортных средств: Введение в моделирование и оптимизацию, третье издание. Springer.

Хили, Дж. И К. Вудьярд. 2013. GM и Ford совместно разрабатывают 10-ступенчатые коробки передач. USA Today, 15 апреля

Kiencke, U., and L. Nielsen. 2000. Автомобильные системы управления. Springer, SAE International.

Ким Д., Х. Пэн, С. Бай и Дж. М. Магуайр. 2007. Управление интегрированной трансмиссией с электронной дроссельной заслонкой и автоматической коробкой передач.Транзакции IEEE по технологии систем управления 15 (3), май.

Ли, Б. 2010. Система отключения полного привода. СИМПОЗИУМ Schaeffler 2010: 360-64. http://www.schaeffler.com/remotemedien/media/_shared_media/08_media_library/01_publications/schaeffler_2/symposia_1/downloads_11/Schaeffler_Kolloquium_2010_27_en.pdf.

Мартин, К. 2012. Развитие эффективности передачи. Симпозиум SAE по трансмиссиям и трансмиссиям: конкуренция за будущее, 17-18 октября. Детройт, Мичиган.

Моавад А. и А. Руссо. 2012. Влияние передающих технологий на топливную эффективность — Заключительный отчет. DOE HS 811 667, август.

Ngo, V.-D., A. Jose, C. Navarrete, T. Hofman, M. Steinbuch и A. Serrarens. 2013. Оптимальные стратегии переключения передач для экономии топлива и управляемости. Proc. IMechE Часть D, Журнал автомобильной инженерии 227 (10): 1398-1413, октябрь.

Ноулс, Дж. 2013. Разработка трансмиссионных жидкостей, обеспечивающих повышенную топливную эффективность за счет отображения реакции трансмиссии на изменения вязкости и присадок.Презентация на симпозиуме SAE Transmission & Driveline, Трой, Мичиган, 16-17 октября. http://www.sae.org/events/ctf/2013/2013_ctf_guide.pdf.

NSK Europe. 2014. Новое уплотнение TM-Seal с низким коэффициентом трения для автомобильных трансмиссий. http://www.nskeurope.com/cps/rde/dtr/eu_en/nsk_innovativeproduct_IP-E-2066.pdf.

О, Дж. И С. Чой. 2014. Оценка передаваемого крутящего момента на каждом сцеплении для наземных транспортных средств с коробками передач с двойным сцеплением в реальном времени. IEEE / ASME Transactions по мехатронике, февраль.

Пауэлл, Б., Дж. Куинн, В. Миллер, Дж. Эллисон, Дж. Хайнс и Р. Билс. Замена магнием алюминиевых литых компонентов в серийном двигателе V6 для эффективного снижения массы. http://energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f8/deer10_powell.pdf. По состоянию на 13 апреля 2015 г.

Ricardo, Inc. 2011. Компьютерное моделирование технологий легковых автомобилей для сокращения выбросов парниковых газов в период 2020-2025 годов. Агентство по охране окружающей среды США, EPA-420-R-11-020.

Шерман Д. 2013. Коробки передач вариатора. Автомобиль и водитель, декабрь. http://www.caranddriver.com/features/how-cvt-transmissions-are-getting-their-groove-back-feature.

Shidore, N. et. al. 2014. Влияние передовых технологий на цели двигателей. Проект VSS128, Обзор заслуг Министерства энергетики США, июнь.

Шулвер, Д. 2013. Снижение расхода топлива благодаря оптимизированной технологии трансмиссионных насосов. Презентация на симпозиуме SAE Transmission & Driveline, Трой, Мичиган, 16-17 октября.http://www.sae.org/events/ctf/2013/2013_ctf_guide.pdf.

Skippon, S.M. 2014. Как водители-потребители понимают характеристики транспортных средств: последствия для электромобилей. Транспортные исследования. Часть F: Психология дорожного движения и поведение 23: 15-31.

Ф. Васка, Л. Яннелли, А. Сенаторе и Г. Реале. 2011. Оценка передаваемого крутящего момента при включении сухого автомобильного сцепления. IEEE / ASME Transactions по мехатронике 16 (3): 564-573, июнь.

У. Вагнер, Р. Бергер, М.Эрлих и М. Хомм. 2006. Электромоторные приводы для коробок передач с двойным сцеплением. Материалы 8-го симпозиума LuK.

ZF. 2013. Движение и мобильность. Корпоративный отчет ZF. Фридрихсхафен, Германия.

Zoppi, M., C. Cervone, G. Tiso, and F. Vasca. 2013. Программное обеспечение в модели контура и управления разъединением для автомобильных трансмиссий с двойным сцеплением. 3-я Международная конференция по системам и контролю, Алжир, Алжир, октябрь.

МКПП, как это работает?

25 августа 2015

Механическая коробка передач, или просто коробка передач, много десятилетий служит автомобилям.Даже сегодня это самая популярная форма передачи. По данным на 2013 год, на долю механической трансмиссии в мире приходится 52% рынка. В этой статье мы дадим концептуальное представление о том, как работает настоящая механическая коробка передач с задним ходом.

Зачем нужна трансмиссия?

Основной вопрос: зачем нужна трансмиссия в автомобиле? Мощность, вырабатываемая двигателем, проходит через трансмиссию, прежде чем достигает ведущих колес.Основная функция трансмиссии — управлять скоростью и крутящим моментом ведущих колес для различных условий движения.

Рис. 1 Поток мощности в автомобиле; мощность от двигателя к ведущим колесам передается через трансмиссию

Например, если вы хотите подняться на холм, вам потребуется больше крутящего момента. Уменьшая скорость трансмиссии, мы сможем достичь более высокого крутящего момента при той же потребляемой мощности. Это просто сохранение энергии. Передача мощности через вал равна крутящему моменту, умноженному на угловую скорость вала.Когда вы уменьшаете скорость вала, это автоматически приводит к увеличению передачи крутящего момента. И наоборот, если потребность в крутящем моменте низкая, мы можем увеличить скорость передачи. Эти 2 случая изображены на рисунке 2.

Рис. 2 Во время подъема колесам требуется больший крутящий момент; при спуске — реверс

Основной принцип работы

Теперь давайте посмотрим на его внутреннюю работу. Механические трансмиссии работают по простому принципу передаточного числа. Как показано на рис.3, за счет зацепления шестерен разного размера можно добиться различной выходной скорости. Передаточное число задается простым уравнением, показанным на рисунке (N представляет скорость, T представляет количество зубьев).

Рис: 3 Базовый принцип работы зубчатой ​​пары

Зубчатая передача

Сдвижная сетка — это одна из самых ранних технологий механической трансмиссии, которая является самой простой для понимания. Самый простой передаточный механизм скользящей сетки показан на рис.4. Здесь входной и выходной валы соединены через встречный вал.

Фиг.4. Первая и вторая шестерни в трансмиссии со скользящим зацеплением; красная линия представляет поток мощности

. Этот механизм может работать в двух различных конфигурациях. В первой конфигурации выходной вал будет вращаться с меньшей скоростью, чем входной. Просто сдвинув ведомую шестерню и соединив выходной вал с входным, получится вторая конфигурация. Понятно, что здесь вход и выход будут вращаться с одинаковой скоростью.Направление потока мощности представлено красными пунктирными линиями на рисунке 4. Трехскоростной механизм будет выглядеть так, как показано на рисунке 5. Для зубчатого зацепления, показанного на рисунке, выходной вал будет вращаться с самой низкой скоростью (1-я передача). Понятно, что просто сдвигая шестерни, мы можем достичь различных передаточных чисел, таких как 2-я и 3-я передачи.

Рис. 5 Трехскоростная трансмиссия со скользящим зацеплением: первая шестерня показана на рисунке

Трансмиссия со скользящим зацеплением хороша для управления скоростью, но у них есть присущий недостаток.Довольно сложно переключиться с одной передачи на другую. Для достижения плавного скольжения шестерен следует использовать технологию, известную как двойное сцепление. Водитель должен обладать хорошими навыками, чтобы эффективно использовать двойное сцепление. Техническое обслуживание, связанное с трансмиссией с двойным сцеплением, также довольно частое.

Решение проблемы скольжения — синхронизирующая трансмиссия

Синхро-сетчатая трансмиссия навсегда решает эту проблему. Здесь шестерни всегда зацеплены, но с большой разницей.Здесь выходные шестерни неплотно соединены с валом. Из рисунка 6 видно, что между ведомыми шестернями и валом имеется небольшой зазор.

Рис. 6 Синхронизирующая трансмиссия: здесь зубчатые пары всегда находятся в зацеплении.

Если мы подсоединяем к валу только одну шестерню за раз, вал будет иметь скорость подключенной шестерни.

Понимание основы с помощью гипотетического соединителя.

Сначала мы будем использовать гипотетический соединитель, чтобы проиллюстрировать, как разные передаточные числа работают в синхронизированной трансмиссии.Позже мы перейдем к собственно технологии. На рисунке 5 показаны различные передаточные числа с помощью гипотетического соединителя. Интересно отметить, что на 4-й передаче входной и выходной валы соединены напрямую. Это означает, что выходной и входной валы будут иметь одинаковую скорость на 4-й передаче.

Рис. 7 Первая и четвертая передачи показаны на этом рисунке с помощью гипотетического разъема

. В основе механической трансмиссии лежит искусство надежной и плавной фиксации свободно удерживаемой шестерни на валу.Посмотрим, как это делается на практике.

Конус синхронизатора — зубчатое расположение

Прежде всего, шестерни главного вала имеют коническое расположение зубьев синхронизатора, как показано на рис.8.

Рис. 8 Расположение зубцов конуса синхронизатора синхронизатора

Ступица закреплена на валу. В этой системе также используется втулка, которая свободно скользит по ступице.

Рис. 9 Когда втулка и зубья синхронизатора находятся в зацеплении, может быть достигнуто блокирующее действие.

Понятно, что, если втулка соединяется с зубьями конуса синхронизатора, шестерня и вал будут вращаться вместе, или желаемое действие блокировки будет быть достигнутым.Но во время работы коробки передач вал и шестерня будут вращаться с разной скоростью. Так что такое блокирующее действие — непростая задача.

Использование кольца синхронизатора

Кольцо синхронизатора помогает согласовать скорость шестерни со скоростью вала. Кольцо синхронизатора способно вращаться вместе со ступицей, но свободно перемещаться в осевом направлении. Перед перемещением втулки нажимается педаль сцепления. Таким образом, поток мощности на шестерню прекращается.

Рис. 10 Конус синхронизатора помещен между ступицей и конусом синхронизатора.

Когда мы перемещаем втулку, втулка прижимает кольцо синхронизатора к конусу.Из-за высокой силы трения между кольцом синхронизатора и конусом скорость шестерни станет такой же, как и у вала. В это время втулку можно продвинуть дальше, и она зафиксируется вместе с шестерней. Таким образом, шестерня эффективно и плавно блокируется с валом.

Рис. 11 Перемещение втулки приводит зубья синхронизатора и втулку к скорости, после чего достигается блокировка

Различные передаточные числа

В последнем разделе мы рассмотрели технологию, лежащую в основе 2-й передачи.Таким же образом достигаются и другие передаточные числа. Подробности описаны в этом сеансе.

Под приводом — 1-й, 2-й и 3-й

В под приводом выходной вал вращается с меньшей скоростью, чем входной. В случае механической трансмиссии мы объясняем, что передаточные числа 1-й, 2-й и 3-й передач подпадают под категорию нижнего привода. На следующем рисунке показано движение муфты, необходимое для 1-й и 3-й передач.

Рис. 12 Передаточные числа 1-й, 2-й и 3-й передач

Прямой привод

Как следует из названия, при прямом приводе выходной и входной валы вращаются с определенной скоростью.Для этого выходной и входной валы соединяются напрямую с помощью конусно-втулочного механизма синхронизатора. Ступица крепится к выходному валу, когда втулка соединяется с зубьями синхронизатора входного вала, они соединяются вместе. При прямом приводе втулка третьей передачи (2-я часть рис. 12) должна перемещаться влево.

Перегон

Пятая передача используется для вращения выходного вала с более высокой скоростью, чем входной.Здесь можно отметить, что в отличие от других зубчатых пар, на 5-й передаче шестерня выходного вала меньше шестерни промежуточного вала. Это создает сценарий перегрузки.

Рис. 13 Расположение 5-й передачи

Вы можете заметить большую разницу в конфигурации 5-й передачи: выходная шестерня прикреплена к валу, а шестерня промежуточного вала соединена неплотно. В результате на промежуточном валу устанавливается кольцо синхронизатора — втулочный механизм. Единственная цель такой конструкции — приспособить механизм передачи заднего хода.Мы увидим это на следующей сессии. Движение рукава контролируется рычагом переключения передач. Вы также можете увидеть механизм, используемый для управления втулкой с помощью рычага переключения передач. Можно отметить, что при использовании этого механизма с выходными шестернями будет зацепляться не более одной втулки. Это важно, поскольку одновременное включение двух втулок приведет к невозможности поворота.

Шестерня заднего хода

А теперь посмотрим, как работает задняя передача? Как показано на рисунке, в передаче заднего хода используется трехступенчатая передача.Из них одна — холостая передача.

Рис. 14 Трехступенчатая передача задней передачи

Понятно, что добавление еще одной шестерни поворачивает шестерню выходного вала в обратном направлении. Для включения задней передачи холостая шестерня толкается и соединяется с двумя другими передачами. Таким образом достигается необходимое вращение выходного вала в обратном направлении. Обратите внимание, что на задней передаче нет кольцевого механизма синхронизатора. Это означает, что перед включением передачи заднего хода вращение коробки передач должно полностью остановиться.

Рис. 15 Холостая передача включается и соединяется с двумя другими передачами для обеспечения работы заднего хода.

Вы могли заметить, что на задней передаче ваш автомобиль движется с очень низкой скоростью. Как видно из рисунка, трехступенчатая передача дает снижение скорости в 2 этапа. Это приводит к очень низкой выходной скорости (высокому крутящему моменту). Обычно передаточное число заднего хода составляет 4: 1 (входная скорость: выходная скорость).

ОБ АВТОРЕ

Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели по специальности машиностроение.Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd и YouTube-канала LESICS. Он дает качественное инженерное образование на своем канале в YouTube. А «ЛЕСИКС» охватывает огромное количество инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики сложных технологий и их объяснением простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

---

Что такое коробка передач? — Типы, детали, функции и схема

Что такое коробка передач? (Трансмиссия)

Коробка передач — это механическое устройство, используемое для увеличения выходного крутящего момента или для изменения скорости (об / мин) двигателя.Вал двигателя соединен с одним концом коробки передач и благодаря внутренней конфигурации шестерен коробки передач обеспечивает заданный выходной крутящий момент и скорость, определяемые передаточным числом.

Введение

Высокий крутящий момент необходим для запуска транспортного средства из состояния покоя, ускорения, подъема на холм, подъема груза и столкновения с другими сопротивлениями. Но двигатель внутреннего сгорания работает в ограниченном диапазоне эффективных скоростей, что обеспечивает сравнительно низкий крутящий момент. В такой ситуации двигатель вызывает срыв, и автомобиль останавливается, если скорость падает ниже предельной.

Крутящий момент, развиваемый двигателем, увеличивается в определенных пределах с увеличением частоты вращения двигателя и достигает максимального значения при некоторой преобладающей частоте вращения. Если двигатель напрямую подключается к ведущей оси, частота вращения двигателя может снизиться.

Из-за изменчивого характера сопротивления транспортного средства, приводящего к изменениям нагрузки и уклона, требуется, чтобы мощность двигателя была доступна в широком диапазоне скоростей движения. Следовательно, по этой причине частота вращения двигателя поддерживается за счет использования понижающей передачи, в результате чего опорные колеса вращаются с надлежащей скоростью, соответствующей условиям эксплуатации транспортного средства.

Следовательно, необходимо добавить единичное умножение крутящего момента на заднюю ось, и для этой цели предусмотрен переменный коэффициент умножения в коробке передач.

Необходимость коробки передач

Чтобы поддерживать частоту вращения двигателя при любых условиях нагрузки и скорости автомобиля, коробка передач использует систему для поддержания частоты вращения коленчатого вала двигателя при сохранении той же скорости движения. Коробка передач необходима, чтобы двигатель работал быстрее ходовых колес, а также увеличивал крутящий момент.

Детали коробки передач

1.Вал сцепления / ведущий вал / входной вал

Вал сцепления — это вал, который принимает мощность от двигателя для питания другого вала. Вал сцепления или ведущий вал соединен через сцепление, и когда сцепление включено, ведущий вал также вращается. На валу сцепления закреплена только одна шестерня, и этот двигатель вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал. Кроме того, ведущий вал и главный вал находятся на одной линии.

2. Контрвал / промежуточный вал

Контрвал — это вал, который соединяется непосредственно с валом сцепления.Он имеет шестерню, которая соединяет его с валом сцепления, а также с главным валом. Он может работать с частотой вращения двигателя или ниже частоты вращения двигателя в зависимости от передаточного числа.

3. Главный вал / выходной вал

Главный вал или выходной вал, который вращается с разными скоростями, а также обеспечивает необходимый крутящий момент для транспортного средства. Выходной вал представляет собой шлицевой вал, поэтому шестерню или синхронизатор можно перемещать для включения или выключения.

4. Подшипники

Подшипники необходимы для поддержки вращающейся части и уменьшения трения.Коробка передач имеет как встречный, так и главный валы, которые опираются на подшипник.

5. Шестерни

Шестерни используются для передачи мощности от одного вала к другому. Величина крутящего момента, передаваемого через шестерни, зависит от количества зубьев и размера шестерен. Чем выше передаточное число, тем выше крутящий момент / ускорение и ниже скорость. Все шестерни, кроме шестерен на главном валу, прикреплены к соответствующим валам; Они могут скользить по валу в любом направлении.

6. Вилка переключателя передач

Селектор передач — это простые устройства, в которых используется рычаг переключения передач для включения механизмов отключения. Движение рычага скользит по валу зацепляющейся части. От типа коробки передач зависит, будет ли рычаг скользить по шестерне или синхронизатору, которые уже выкованы вдоль главного вала.

Типы коробок передач

1. Механическая коробка передач

(I) Коробка передач с подвижной сеткой

(I) Коробка передач с подвижной сеткой

Это самый простой тип коробки передач.В этой коробке передач используются прямозубые шестерни. На рисунке показана конструкция трансмиссии со скользящей сеткой, имеющей три передних и одну заднюю скорости. На главном валу закреплены три шестерни (1, 6 и 5), а на промежуточном валу — четыре шестерни (2, 3, 4 и 7).

Две шестерни на главном валу (6 и 5) могут скользить с помощью вилки карданного вала и зацепляться с шестернями (3 и 4) промежуточного вала. Поэтому ее называют коробкой передач со скользящей сеткой. На промежуточном валу установлена ​​отдельная промежуточная шестерня (8).

(II) Коробка передач с постоянным зацеплением

(II) Коробка передач с постоянным зацеплением

На рисунке показана конструкция коробки передач с постоянным зацеплением, имеющей три скорости переднего и одну заднюю. В этом типе коробки передач все шестерни постоянно находятся в зацеплении, и для включения и выключения передач используются кулачковые муфты. Собачьи муфты (D) и D2) установлены на главном валу. Один (D2) подключен между шестерней сцепления и задней передачей, а другой (D)) расположен между низкоскоростной передачей и задней передачей.На главном валу предусмотрены шлицы для линейного перемещения собачьих упоров. Собачья муфта может скользить по валу и вращаться вместе с ним. Все шестерни жестко закреплены на промежуточном валу.

Все шестерни главного вала и промежуточного вала, а также промежуточные шестерни входят в зацепление кулачковой муфтой для достижения противоположной и медленной скорости. Только шестерни заднего хода относятся к прямозубым, а все остальные — косозубые.

По сравнению с типом скользящей зацепления, редуктор с постоянным зацеплением легче зацепляется с шестернями, имеющими меньшую опасность повреждения во время зацепления, поскольку диаметры шестерен меньше при меньшем количестве зубьев.Таким образом, этот тип имеет больше дефектов по сравнению с синхронизатором. Необходимость двойного сцепления необходима, чтобы оно не использовалось в значительной степени.

(III) Синхронизирующая коробка передач

(III) Синхронизирующая коробка передач

Синхронизирующая коробка передач использует синхронизатор вместо скользящих кулачковых муфт, чтобы влиять на изменение передаточного числа. Синхронизирующая коробка передач аналогична коробке передач с постоянным зацеплением, но синхронизирующая коробка передач снабжена синхронизатором, устройством, с помощью которого две включаемые шестерни сначала приводят во фрикционный контакт, который уравнивает их скорость, а затем они включаются плавно.

Для включения при перемещении рычага переключения передач конус синхронизатора встречается с аналогичным конусом на шестерне. Из-за трения вращающаяся шестерня приводится во вращение с той же скоростью, что и блок синхронизатора.

Для обеспечения дополнительного принудительного привода движение рычага переключения передач позволяет муфте преодолевать несколько шариков нагрузки пружины, и муфта входит в зацепление с упорами на стороне шестерни.

Поскольку и шестерни, и синхронизаторы движутся с одинаковой скоростью, это зацепление происходит без шума или повреждения собачьих упоров.Перед включением собачьих зубьев необходима небольшая задержка, чтобы конусы имели возможность привести синхронизатор и шестерню на одинаковую скорость.

2. Эпициклическая коробка передач

2. Эпициклическая коробка передач

Эпициклическая зубчатая передача (также известная как планетарная передача) состоит из двух шестерен, так что центр одной шестерни вращается вокруг центра другой. Водило соединяет центры двух шестерен и вращается, чтобы нести одну шестерню, называемую планетарной шестерней или планетарной шестерней, вокруг другой, называемой солнечной шестерней или солнечным колесом.Лучи планеты и солнца образуют ловушки, так что их начальные круги катятся без проскальзывания. Точка на делительной окружности планетарной передачи образует эпициклическую кривую. В этом упрощенном случае солнечная шестерня закреплена, а планетарная шестерня вращается вокруг солнечной шестерни.

Планетарная зубчатая передача может быть собрана таким образом, чтобы планетарная шестерня наматывалась на фиксированное внешнее зубчатое кольцо или внутри делительной окружности коронной шестерни, иногда называемой кольцевой шестерней. В этом случае кривая, определяемая точкой на делительной окружности планеты, является гипоциклоидой.

Комбинация планетарных зубчатых передач с планетарной передачей, включающей солнечную шестерню и кольцевую шестерню, называется планетарной зубчатой ​​передачей. В этом случае коронная шестерня обычно фиксируется, а солнечная шестерня приводится в действие.

3. Автоматическая трансмиссия

3. Автоматическая трансмиссия

В коробках передач, известных как автоматические коробки передач, автоматически устанавливаются различные скорости. Обычно водитель выбирает состояние автомобиля, такое как нейтральное, прямое или обратное. Выбор передачи, синхронизация и включение передачи для требуемой скорости выбираются автоматически при нажатии или нажатии педали акселератора.. Автоматическая коробка передач не требует рычага переключения передач и педали сцепления. Поскольку и сцепление, и трансмиссия представляют собой комбинированный блок, который работает автоматически. Автоматическая коробка передач работает двумя способами, а именно.

1. Гидраматическая трансмиссия, and2. Трансмиссия с гидротрансформатором

В настоящее время популярны автоматические трансмиссии под разными названиями, предписываемыми производителями. Они могут незначительно отличаться по конструкции. Кто-то использует только гидромуфту с планетарной коробкой передач.Но другие могут включать гидротрансформатор с гидравлической муфтой и планетарной трансмиссией в соответствии с их требованиями.

(I) Hydramatic Transmission

(I) Hydramatic Transmission

В случае коробки передач с драматической трансмиссией планетарные зубчатые передачи соединяются таким образом, что мощность может передаваться через них. Центробежный регулятор в трансмиссии выбирает правильную передачу в зависимости от скорости и положения дроссельной заслонки.

Переключение с одной передачи на другую осуществляется поршнями с гидравлическим приводом и приводными пружинами.Эти пружины управляют тормозными лентами планетарных передач и муфт планетарного механизма. Различные переключения осуществляются дроссельной заслонкой и центробежным регулятором.

(II) Трансмиссия гидротрансформатора

(II) Трансмиссия гидротрансформатора

Гидротрансформатор — это тип гидравлической муфты, которая передает вращательную мощность от первичного двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания, на вращающуюся ведомую нагрузку. В автомобиле с автоматической коробкой передач преобразователь крутящего момента подключается к источнику питания нагрузки.Обычно он находится между гибкой пластиной двигателя и трансмиссией. Механическая коробка передач будет иметь механическую муфту равного пространства.

Главной особенностью гидротрансформатора является его способность увеличивать крутящий момент, когда частота вращения на выходе настолько мала, что позволяет жидкости от лопаток обмотки турбины отделяться от статора, когда он замыкается против односторонней муфты, Таким образом, обеспечивается эквивалент редуктора. Эта особенность выходит за рамки простой гидравлической муфты, которая может соответствовать скорости вращения, но не увеличивает крутящий момент, тем самым снижая мощность.

В системе трансмиссии с гидротрансформатором используется гидравлическая муфта, гидротрансформатор и планетарный редуктор. Если все разные устройства объединить в одно устройство, они будут выполнять свои обязанности совместно без каких-либо перерывов.

Назначение коробки передач

1. Помогает двигателю отключиться от ведущих колес.
2. Помогает работающему двигателю плавно и без толчков соединяться с ведущим колесом.
3. Обеспечивает регулировку рычага между двигателем и ведущими колесами.
4. Это помогает снизить частоту вращения двигателя в соотношении 4: 1 в случае легковых автомобилей и в большей степени в случае тяжелых транспортных средств, таких как грузовики и грузовики.
5. Помогает ведущим колесам двигаться с разной скоростью.
6. Дает относительное движение между двигателем и ведущими колесами из-за изгиба дорожной пружины.

Функция коробки передач

1. Отношение крутящего момента между двигателем и колесами должно изменяться для быстрого ускорения и для преодоления подъемов.
2. Обеспечивает возможность реверсирования движения транспортного средства.
3. Коробка передач может отключаться от двигателя при нейтральном положении коробки передач.

Передаточное число

Передаточное число — это ступени редуктора в коробке передач. Редуктор умножает крутящий момент двигателя на величину передаточного числа. Требуемый крутящий момент на колесе зависит от условий эксплуатации.

Например:

Для вывода автомобиля из неподвижного состояния требуется гораздо больший крутящий момент, чем максимальный крутящий момент двигателя.Следовательно, крутящий момент умножается на передаточное число первой передачи.

После запуска автомобиля и движения на первой передаче требуется меньший крутящий момент на колесах, чтобы оно оставалось в движении. Следовательно, он не требует умножения или умножения в очень меньшей степени.

Если автомобиль внезапно встречает уклон, ему потребуется больший крутящий момент на колесах, чтобы автомобиль продолжал двигаться. Следовательно, требуется промежуточное соотношение.

Что такое сцепление и оно работает?

Где однодисковое сцепление?

Что такое многодисковое сцепление?

Что такое коническая муфта?

Что такое центробежное сцепление?

Преимущества и недостатки коробки передач

Преимущества механической трансмиссии

• Автомобиль более привлекателен для водителя.
• Водитель полностью контролирует передачи и время переключения передач.
• Стоимость автомобиля с механической коробкой передач ниже, чем у автомобиля с автоматической коробкой передач.
• Стоимость трансмиссии в ремонте меньше.
• Обеспечивает лучший пробег.

Недостатки механической коробки передач

• Механическая коробка передач может раздражать при интенсивном движении.
• При изучении нового драйвера могут возникнуть проблемы.
• Точный контроль на холмах необходим, чтобы избежать сваливания или откатывания назад.
• Руки и ноги могут пораниться при использовании передач и сцепления.

Преимущества автоматической коробки передач

• Легко ездить в пробках.
• Эта трансмиссия быстрая и плавная.
• Современные автоматизированные автомобили имеют такой же пробег, как и механическая коробка передач.
• Автоматическая коробка передач очень удобна для водителя при езде.

Недостатки автоматической коробки передач

• Покупка автомобиля с автоматической коробкой передач обходится дороже, чем автомобиль с механической коробкой передач.
• В АКПП больше подвижных частей, что увеличивает стоимость ремонта.
• Переключение передач занимает немного времени, и переключение передач обнаруживает, и иногда небольшой толчок также не дает результата.
• Более-менее по собственному желанию нельзя включить автомат, вдруг возникла проблема с обгоном машины.

FAQ

В. Что такое коробка передач?

Коробка передач — это механическое устройство, используемое для увеличения выходного крутящего момента или для изменения скорости (об / мин) двигателя.Вал двигателя соединен с одним концом коробки передач и благодаря внутренней конфигурации шестерен коробки передач обеспечивает заданный выходной крутящий момент и скорость, определяемые передаточным числом.

В. Что такое передаточное число?

Передаточные числа — это ступени редуктора в коробке передач. Редуктор умножает крутящий момент двигателя на величину передаточного числа. Требуемый крутящий момент на колесе зависит от условий эксплуатации.

Если вам нравится этот блог, не забудьте поделиться и подписаться на Facebook и Instagram, чтобы получать больше обновлений.Чтобы связаться с нами и получить какие-либо предложения, перейдите на страницу « Свяжитесь с нами» и оставьте комментарий ниже.

Трансмиссии G-Force и длинные переключатели передач

В отличие от использования стандартных синхронизаторов или модификаций Pro-Shifted, G-Force Transmissions выбрала конструкцию с торцевыми зубьями. Хотя синхронизированное включение идеально подходит для нормального уличного вождения, а модификации Pro-Shifted когда-то подходили для применения на тормозных полосах, ни то, ни другое не является оптимальным для современных уличных машин и гоночных автомобилей.

Синхронизаторы делают то, что подразумевает их название: они синхронизируют . Когда рычаг переключения передач перемещается, ползунок включения прижимает три подпружиненных стопорных стойки к латунному кольцу синхронизатора. В свою очередь, кольцо прижимается к конусу синхронизатора скоростной шестерни. Это действие ускоряет или замедляет передачу, в зависимости от того, повышается она или понижается, до той же скорости, что и ползунок. После завершения синхронизации скорости ползунок можно легко втянуть в зацепление с зубьями синхронизатора шестерни.

Этот принцип отлично подходит для повседневной езды, но может стать кошмаром при переключении высоких оборотов двигателя. Поскольку латунное кольцо действует как «тормоз», его способность выполнять свою работу зависит от двух факторов: веса вращающейся массы и скорости, с которой она вращается. Любой, кто пробовал переключать синхронизированную коробку передач со скоростью 7000 об / мин, теперь должен понять, почему она не переключается!

Вместо того, чтобы иметь зацепляющие зубья или выступы, расположенные по окружности синхронизирующего конуса, система зацепления с торцевым зубом имеет зацепляющие выступы на смежных поверхностях шестерни и ползуна.Когда рычаг переключения передач перемещается, ползунок перемещается к пластине сцепления на лицевой стороне шестерни. Когда выступы зацепления на ползунке находят «окна» между выступами зацепления на шестерне, включается передача.

Ассистент сцепления:

Коробки передач с усилителем сцепления можно быстро переключать на повышенную и понижающую передачу при ЛЮБЫХ оборотах двигателя! Переключения с частичным открытием дроссельной заслонки можно выполнить без использования сцепления, просто слегка отпустив газ («щелкая» дроссельной заслонкой) при перемещении рукоятки переключения передач.Для переключения с широко открытой дроссельной заслонкой требуется выключить сцепление на время, достаточное для того, чтобы снять нагрузку на выступы зацепления. После того, как вы потянули ручку переключения передач достаточно далеко, чтобы выключить передачу, вам не нужно отключать сцепление для включения следующей передачи. Это значительное улучшение по сравнению со старым дизайном Pro-Shifted. Трансмиссия переключается очень похоже на мотоцикл по тому, как она работает внутри.

Без сцепления:

В безмуфтовой коробке передач нет необходимости отпускать педаль газа или отпускать сцепление даже на долю секунды — при переключении передач.

В безмуфтовой трансмиссии GF-5R используются раздельные подпружиненные ползунки. Зажимные выступы на каждой половине имеют наклонную поверхность со стороны замедления. Когда рычаг переключения передач переводится на первую передачу, обе половины ползуна перемещаются, чтобы войти в зацепление с лицевой пластиной первой передачи. Когда рычаг переключения передач перемещается в положение второй передачи, только ползунок второй передачи, обращенный наполовину, перемещается для включения этой передачи. В это время обе передачи включаются на мгновение, но вторая передача заставляет главный вал увеличивать свою скорость вращения.Эта разница скоростей выбивает сторону первой передачи ползунка из зацепления (отсюда необходимость в наклонных выступах зацепления). Последующие переключения передач работают таким же образом. Все переключения производятся на полностью открытой дроссельной заслонке, без использования сцепления, как и в случае с планетарной коробкой передач.

Конструкция безмуфтовой трансмиссии GF-2000 немного отличается от конструкции GF-5R. В GF-2000 для каждой передачи используется своя вилка переключения, в отличие от GF-5R, в которой используются только 3 вилки переключения.Благодаря этому возвратные пружины GF-2000 могут быть расположены непосредственно на направляющих переключения, тогда как GF-5R имеет раздельные подпружиненные ползунки. Опять же, все переключения можно делать на полном газу без использования сцепления. Оба метода работают нормально, но конструкция GF-2000, в которой винтовые пружины большего размера прямо на направляющих переключения передач, как правило, лучше для начинающего водителя без сцепления. Для опытных водителей это не имеет значения.

Из-за уникальной системы включения безмуфтовой G-Force трансмиссия не подходит для езды по улице и выскакивает из передачи при замедлении.Поскольку G-Force без сцепления не является планетарной трансмиссией, он не вызывает таких же потерь мощности.

Synchromesh | Как это работает

Введение

Ранние автомобили требовали от водителя гораздо большего мастерства, чем современные машины. Одним из основных навыков, которым должен был овладеть водитель, было бесшумное и плавное переключение передач. Первоначально на переключение передач влияло выскальзывание одной шестерни из зацепления с другой, а затем включение другой пары шестерен.Небольшой зазор между наборами зубьев требовал, чтобы скорости задействованных шестерен должны быть точно синхронизированы, чтобы избежать шума и повреждений.

Эта трудность означала, что водитель должен был овладеть техникой «двойного выключения сцепления», навыком, который до сих пор важен для водителей автомобилей, у которых нет синхронизатора между первой и второй передачами. Смысл двойного выключения сцепления состоит в том, чтобы синхронизировать скорость входного вала и, следовательно, в редукторах с промежуточным валом, промежуточный вал со скоростью выходного или главного вала, так что шестерни могут включаться чисто и бесшумно.

Техника заключается в кратковременном повторном включении сцепления, когда рычаг переключения передач был переведен в нейтральное положение во время переключения передачи. Входной вал вращается быстрее на более низких передачах, поэтому для переключения на более высокую передачу повторное включение сцепления снижает скорость вращения входного вала до тех пор, пока она не станет ближе к скорости выходного вала. В качестве альтернативы, для переключения понижающей передачи скорость двигателя может быть увеличена при временном повторном включении сцепления, что приведет к увеличению скорости вращения первичного вала до тех пор, пока она не будет синхронизирована со скоростью выходного вала. .Именно время и оценка этих переключений передач затрудняют точное двойное выключение сцепления. Однако после появления собачьих сцеплений искусство двойного выжимания стало менее важным.

Более того, к концу 1920-х годов машина перестала быть машиной только для энтузиастов и стала в первую очередь утилитарным устройством, которое, как следствие, стало использоваться гораздо шире. Новый класс автовладельцев был менее заинтересован в освоении тонкостей управления своими транспортными средствами, но скрежет из-за плохо синхронизированного переключения передач все еще был нежелательным явлением.Это создало потребность в значительном технологическом прогрессе, который устранил бы необходимость в двойном выключении сцепления и тщательном управлении акселератором во время переключения передач. Это усовершенствование, получившее название синхронизатора, было впервые разработано в США компанией General Motors.

Принципы синхронизатора

Принципы синхронизатора относительно просты. Фактические механические детали различных систем, однако, намного сложнее, но, по сути, синхронизатор на самом деле является улучшением собачьего сцепления.Собачьи муфты стали следующим этапом в разработке коробки передач, когда стали очевидны проблемы с зацеплением скользящей шестерни. Вместо того, чтобы сдвигать шестерни в зацепление и выходить из зацепления, кулачковые муфты фиксируют каждую шестерню на главном валу, когда рычаг переключения передач перемещается в соответствующем направлении. Несмотря на улучшение, собачьи сцепления также страдали от необходимости в точной синхронизации, и системы синхронизатора были разработаны для автоматической регулировки скорости собак, чтобы обеспечить легкое включение.

По существу, зацеплению кулачков предшествует контакт между двумя поверхностями трения, обычно внутренним и внешним конусом. Этот контакт, возникающий при начальном перемещении рычага переключения передач, стремится синхронизировать скорости двух фрикционных конусов, тем самым обеспечивая легкое зацепление кулачков, когда рычаг переключения передач полностью перемещен в исходное положение. Регулировка скорости вращения за счет фрикционного контакта всегда происходит на входном валу, поскольку выходной вал, соединенный с ведущими колесами, вращается со скоростью, определяемой скоростью движения автомобиля.Таким образом, контакт не влияет на скорость конуса, соединенного с выходным валом. Следовательно, скорость конуса входного вала повышается или понижается, чтобы соответствовать скорости выходного вала.

После того, как конусы зацепились и синхронизировались, скользящий элемент кулачковой муфты может продолжить свое движение и зацепить кулачковые зубья на шестерне шестерни. Первоначально синхронизаторы устанавливались только на два наиболее часто используемых передаточных числа в коробке передач: четвертую и третью передачи на четырехступенчатых коробках передач или третью и вторую передачи на трехступенчатых единицах, которые были популярны во время введения синхронизаторов.В более поздние годы синхронизатор был добавлен к другим передаточным числам в коробке передач, но первая передача часто не синхронизировалась на ряде автомобилей, выпущенных только в середине 1960-х годов.

Коробка передач

Базовая коробка передач состоит из нескольких зубчатых колес, которые передают мощность с одного вала на другой, и путем выбора зубчатого колеса правильного размера можно получить требуемую скорость вала. При переключении передачи шестерни перемещаются так, что комбинации шестерен разного размера входят в зацепление.В свое время автомобили оснащались устаревшей аварийной коробкой передач. При этом шестерни просто скользили по шлицам в зацепление. Недостатком этого типа коробки передач было то, что для бесшумного переключения передач необходимо было, чтобы шестерни вращались с одинаковой скоростью; таким образом, водитель, отключив одну передачу, должен был отпустить педаль сцепления и щелкнуть акселератором, чтобы разогнать двигатель до скорости, с которой он работал бы, если бы необходимые передачи были в зацеплении.

Водителю пришлось снова выключить сцепление, и шестерни остались вращаться с правильной скоростью под собственным импульсом.Затем они тихо и легко скользили в сетку. Этот метод переключения передач известен как «двойное выключение сцепления». Если водитель не смог правильно дважды выключить сцепление, шестерни заскрежетали, произошел чрезмерный износ и даже шестерни могли быть повреждены. Двойное выключение требует значительных навыков и практики, прежде чем его можно будет выполнять легко и эффективно; хотя некоторые из тех, кто считает вождение и его приемы искусством, его применяют, в настоящее время он не получил широкого распространения. Для преодоления этого недостатка краш-бокса была разработана система автоматической синхронизации скоростей передач.Система, известная как синхронизатор, возникла в Америке, где она появилась на автомобилях Cadillac и La Salle в 1928 году.

Cone Synchromesh

Самая простая форма синхронизатора сейчас используется редко, но она иллюстрирует принципы, на которых основаны многие из более сложных системы работают. Сторона включения передачи имеет две особенности. Во-первых, он имеет полый конус, а во-вторых, конус окружен кольцом собачьих зубов. Конус и зубья — это компоненты, с которыми синхронизирующий механизм контактирует при переключении передач.Сам механизм синхронизатора состоит из двух частей. Он имеет центральную ступицу, которая расположена в узких шлицах, врезанных в главный вал коробки передач, что позволяет ступице как вращаться, так и скользить по главному валу. Вторая часть сборки представляет собой кольцо с зубьями, соответствующими зубьям на стороне зубчатого колеса. Кольцо, в свою очередь, имеет шлицевое соединение со ступицей, но сдерживается от скольжения по нему рядом подпружиненных шариков, которые размещаются в углублениях, установленных в кольце.

Механизм довольно прост в эксплуатации.Большинство переключений передач выполняется водителем за одно плавное движение, но на самом деле они состоят из двух этапов: перевод рычага переключения передач в нейтральное положение, а затем в желаемое положение в «воротах» рычага переключения передач. Рычаг переключения передач соединен с буртиком узла синхронизатора, поэтому, когда рычаг переводится в нейтральное положение, весь узел, включая ступицу и кольцо, перемещается вверх по главному валу. При этом два конуса, один на шестерне и один на ступице синхронизатора, соприкасаются, и конусы поворачиваются вместе.Трение между конусами заставляет шестерню и синхронизатор вращаться с одинаковой скоростью.

Когда водитель переводит рычаг переключения передач во вторую ступень, он, следовательно, оказывает большее давление на синхронизатор в сборе. Ступица не может двигаться дальше, поскольку она уже сильно прижата к зубчатому колесу, поэтому дополнительное давление вынуждает муфту скользить по шлицам, сжимая подпружиненные шарики. Это движение втулки приводит в контакт его зубья и зубья на стороне зубчатого колеса, и, следовательно, они входят в зацепление.Затем зубчатое колесо блокируется с главным валом через втулку и шлицевую ступицу, и процесс переключения передач завершается. Этот тип синхронизатора хорошо работает в теории, но на практике оказался менее удовлетворительным. Это зависит от того, достигают ли два конуса синхронизации до того, как рычаг переключения передач переместится во второе положение, но это не защищает от последствий переключения передач нетерпеливого водителя.

Если рычаг переключения передач перемещается раньше, водитель «включит синхронизатор» и заставит упоры войти в контакт до того, как скорость компонентов будет синхронизирована.Если это произойдет, возникнут все старые неисправности, такие как скрежет, неэффективность и сильный износ зубьев собачьих сцеплений. Решение состоит в том, чтобы включить компонент, который не даст собакам зацепиться до тех пор, пока конусы не начнут работать с одинаковой скоростью. Фактически, существует несколько типов синхронизаторов, в которых используется такое устройство.

Синхронизатор постоянной нагрузки

Vauxhall представил его британской автомобильной общественности в 1931 году. Эти автомобили обычно имели только три передачи, а синхронизатор устанавливался только между второй и высшей передачами.Четырехступенчатые коробки передач имели синхронизаторы второй, третьей и высшей передач. В наши дни все автомобили имеют синхронизаторы на всех передних передачах, независимо от их количества. Часто используются несколько типов синхронизаторов. Синхронизатор постоянной нагрузки является одним из самых старых типов и работает с помощью двух конических поверхностей, зацепление которых происходит за счет переключения передач; трение поверхностей приводит вращающиеся части к одинаковой скорости. Другой элемент также перемещается, но задерживается устройством пружинной нагрузки.Этот компонент является зубчатым, зубцы надежно входят в зацепление с двумя вращающимися частями.

Синхронизатор с уплотнительным кольцом

Другой тип синхронизаторов — это синхронизаторы с кольцевым замком. При этом используется защитное кольцо, которое предотвращает зацепление шестерен до того, как они начнут вращаться с правильной скоростью. Особенно интересным типом сальникового кольца была система Porsche. Он был основан на минимальном количестве компонентов и, кроме того, облегчал переключение передач за счет сервопривода. Основой синхронизирующей системы Porsche был кольцевой блок сцепления с внутренними зубьями.Зубья были скошены так, что при переключении агрегата с помощью вилкообразного рычага переключения передач они контактировали с разрезным кольцом со скошенной фаской, которое составляло часть включаемой шестерни. Трение узла сцепления о разрезное кольцо со скошенной фаской заставляло узел шестерни вращаться с той же скоростью, что и узел сцепления. Дальнейшее перемещение рычага переключения передач приводило зубцы узла сцепления в зацепление с зубьями на конце узла шестерни, таким образом достигая окончательного положительного зацепления.

Синхронизирующие компоненты этой системы чрезвычайно компактны: к середине 1970-х годов можно было построить полные синхронизирующие коробки передач не больше по размеру и весу, чем старомодные противоударные коробки передач.Во время принятия синхронизаторов у большинства производителей были свои вариации, соответствующие их особым требованиям. Однако все они полагались в своей работе на эффекты трения, чтобы вращать компоненты коробки передач с правильной скоростью для включения выбранных шестерен. В одном из вариантов первоначальной идеи использовались блоки ромбовидной формы, которые блокировали любое зацепление шестерен до тех пор, пока не будет достигнута правильная скорость.

В другом методе использовались пружинные разрезные кольца, которые выходили наружу и контактировали с внешним кольцом на узле шестерни.Они будут опираться на него и вращать его до тех пор, пока скорости вращения не станут идентичными, после чего внешнее давление прекратится, и пружина упадет, позволяя шестерням войти в зацепление. Средства переключения передач без двойного выключения сцепления или использования синхронизирующей системы были доступны с устройством обгонной муфты, установленным на некоторых автомобилях до 1960 года. Эта система свободного хода позволила коробке передач и двигателю вернуться к холостому ходу, когда автомобиль не был в «движении». Таким образом, шестерни можно выключать и включать без использования сцепления или синхронизатора.Просто сняв ногу с педали акселератора, водитель мог добиться абсолютно плавного и бесшумного переключения передач.

Synchromesh пальца с замком

Система синхронизатора пальца срезки имеет компоновку, которая в некоторых отношениях похожа на тип простого конуса, в том, что зубчатое колесо оснащено полым конусом и набором кулачковых зубьев, но взаимное расположение два перевернуты. Зубья нарезаются внутри полой части конуса, и конструкция синхронизирующего механизма аналогична обратной.Здесь снова есть ступица и толстое кольцо, но ступица несет на себе зубья кулачковой шестерни, а конец кольца имеет форму конуса. В то время как ступица и кольцо связаны подпружиненными шариками, в синхронизаторах этого типа нет шлицев.

Сами шпильки имеют форму узких пальцев, выходящих из ступицы и проходящих через угловые прорези, вырезанные в кольце. На концах штифтов имеются канавки для установки механизма переключения передач. Когда рычаг переключения передач перемещается, пальцы толкают ступицу вперед.Давление, оказываемое подпружиненными шариками, достаточно, чтобы продвинуть втулку вперед. Это движение приводит конус на конце кольца в контакт с конусом на стороне зубчатого колеса. Трение, вызванное этим движением, синхронизирует скорость конусов. На этом этапе возникли проблемы, возникшие с конусным синхронизатором. Нетерпеливый водитель, поспешно переключая передачи, мог толкнуть зубчатый компонент, в данном случае ступицу, в зацепление до того, как конусы достигли синхронизированной скорости.Однако в конструкции штифтов срубов свою роль играют штифты срубов.

При первом зацеплении конусов пальцы, проходящие через ступицу, под действием крутящего момента конуса зубчатого колеса сжимаются в угол паза. Следовательно, если водитель сильно надавит на рычаг переключения передач, ему удастся только еще больше зажать штифты в углу, и это, как и в описанной выше конструкции с запорным кольцом, не позволит им задвинуть ступицу в зацепление. Фактически, дополнительное давление будет передано на кольцо, поэтому конусы будут сильнее прижиматься друг к другу и облегчать синхронизацию.Однако, когда конусы достигнут одинаковой скорости, крутящий момент на кольце конуса исчезнет, ​​и штифты смогут свободно скользить прямо в прорези. Это движение продвигает ступицу дальше по главному валу и зацепляет зубья ступицы с зубьями на стороне шестерни.

Синхронизатор Уоррена

Синхронизатор Уоррена, устройство, которое почти исчезло к 1980-м годам, устанавливалось между коробкой передач и карданным валом и приводилось в действие педалью сцепления. Когда водитель отсоединял коробку передач от двигателя, синхронизатор Уоррена отсоединял коробку передач от карданного вала и ведущих колес.Это позволило шестерням полностью перестать вращаться, а переключение передач можно было производить быстро и легко. Когда водитель разогнался, синхронизатор возобновил передачу мощности на карданный вал и ведущие колеса. Полезным преимуществом синхронизатора Уоррена было то, что его можно было использовать как устройство свободного хода. Водитель, нажав и отпустив сцепление, отключил привод до тех пор, пока он не разогнался, и привод снова не подключился автоматически.

После длительного срока службы компоненты синхронизатора коробки передач изнашиваются.Это приведет к тому, что водитель будет игнорировать синхронизатор и включать шестерни до того, как они начнут вращаться с правильной скоростью. Это шумная операция, вызывающая чрезмерный износ зубьев шестерни. Если компоненты синхронизатора выходят из строя по этой причине, единственный способ исправить ситуацию — заменить изношенные детали. Однако, если переключать передачи не в спешке, система вполне может работать удовлетворительно. Если он действительно изнашивается до такой степени, что становится практически неработоспособным, водитель всегда может прибегнуть к двойному выключению сцепления, вместо того, чтобы вкладывать средства в дорогостоящий ремонт того, что, вероятно, является уже стареющим автомобилем.

Одна из возможных опасностей — добавление смазочных присадок к трансмиссионному маслу. Они, возможно, уменьшая влияние трения и износа на шестерни и подшипники, могут также уменьшить эффекты трения, от которых зависит работа синхронизирующей системы. Если коробка передач стала шумной в результате старости, может быть более разумным выбрать другой сорт масла или, если указано обычное моторное масло, использовать гипоидное масло, чем рисковать снижением эффективности масла. уже изношенный агрегат.Если вы покупаете более старую классическую коробку передач, и коробка передач работает тихо, но ее сложно заменить, это вполне может быть признаком того, что продавец скрыл истинное состояние коробки передач.

Дженерал Моторс Синхронизатор

Конструкция Дженерал Моторс была одним из первых синхронизирующих механизмов, включающих в себя предохранительное устройство, и он широко использовался на автомобилях Vauxhall и других дочерних предприятиях Дженерал Моторс, хотя в настоящее время в основном используется заменен конструкцией суженного кольца.Конструкцию лучше всего понять, если обратиться к включению высшей передачи прямого привода в коробке передач с традиционным промежуточным валом. Шестерня первичного вала снова имеет выступ с кольцами, проходящий через главный вал. Этот удлинитель имеет коническую внешнюю поверхность, а по внутренней его окружности прорезаны зубья. Другое коническое кольцо удерживается на главном валу тремя выступающими внутрь пальцами. Эти пальцы уже, чем шлицы главного вала, с которыми они взаимодействуют, поэтому, хотя конусное кольцо должно вращаться вместе с валом, оно имеет некоторую свободу движения.

Таким образом, второй конус находится в легком, но постоянном контакте с конусом шестерни и удерживается на выступающих пальцах. Когда вал и конус движутся вместе, пальцы конуса сильно упираются в кромку шлицев главного вала. За пальцами и шлицами к главному валу находится скользящий элемент синхронизатора в сборе. Заодно со скользящим элементом на конце, ближайшем к шестерне, находится кольцо с зубьями, которые соответствуют тем, которые находятся внутри конуса шестерни.В скользящем элементе прорезаны три открытых паза. Они тоже уже, чем шлицы главного вала, но немного шире, чем пальцы, чтобы они могли входить в пазы при необходимости. Углы входа в прорези скошены, как и углы пальцев.

Завершением сборки является серия язычковых пружин, которые, когда они устанавливаются между конусным кольцом и скользящим элементом, правильно устанавливают форму, когда синхронизатор находится в выключенном положении.В этой ситуации два набора собачьих зубов, конечно, не касаются друг друга, но два конуса, как уже упоминалось, находятся в легком контакте трения. Затем рычаг переключения передач перемещает скользящий элемент вдоль главного вала к шестерне постоянного зацепления на входном валу. Первоначальное движение скользящего элемента оказывает большее давление на конусы, поскольку углы пазов упираются в пальцы конуса и заставляют его плотно прилегать к конусу шестерни. В этом состоянии, чем больше усилие на рычаге переключения передач, тем выше давление на конусы, и это обеспечивает более быструю синхронизацию.Это составляет предохранительное устройство. Как только конусы достигают одинаковой скорости, сопротивление между ними прекращается. Следовательно, пальцы больше не прижимаются к боковым сторонам шлицев первичного вала. Сила рычага переключения передач на скользящий элемент заставляет пальцы конуса входить в пазы. Участник продолжает свое движение и приводит свои собаки в зацепление с собаками на шестерне шестерни.

Porsche Split-Ring Synchromesh

Система Porsche была запатентована в 1947 году доктором Фердинандом Порше, немецким инженером, известным своими высокопроизводительными автомобилями, а также создателем оригинального автомобиля Volkswagen.Доктор Порше разработал дизайн специально для гоночного автомобиля Cisitalia того времени, но с тех пор этот принцип с поправками применялся многими другими производителями автомобилей. Помимо несомненной эффективности, компоновка Porsche имеет преимущество компактности, что позволяет сделать коробку передач относительно короткой, а три вала соответственно короче и жестче, чем на других коробках передач.

Проще всего описать компоновку синхронизатора Porsche, если ее применить к третьей и четвертой передаче четырехступенчатой ​​коробки передач.Между ведущей шестерней первичного вала и шестерней третьей передачи на главном валу на главном валу жестко установлена ​​«крестовина». Паук имеет три радиальных выступа, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Эти выступы имеют ножки, которые скользят по пазам внутри зубчатого кольца. Оба конца зубцов имеют неглубокий конус, образуя два обращенных наружу конуса. На внешней стороне кольца расположены ребра, на которых находится вилка переключателя передач.

Две шестерни имеют обычные зубчатые муфты с внешними зубьями, зубья которых соответствуют зубьям внутри скользящего кольца.Каждая из шестерен также имеет удлиненную ступицу, на которой установлено кольцо с зазором или разрезное кольцо, известное как «кольцо Porsche», напоминающее поршневое кольцо большого сечения. Кольца Porsche имеют конические внешние поверхности, которые, в свою очередь, соответствуют конусам внутри скользящего кольца. Поскольку кольца слегка сужаются по толщине по окружности от середины к концам, их нельзя носить непосредственно на ступицах элементов кулачковой муфты, поскольку это сделало бы их внешние поверхности эксцентричными. Между кольцом и элементом находится еще одно кольцо с соответствующим эксцентриситетом между его внутренней и внешней поверхностями, что делает внешний диаметр кольца Porsche соосным валу в сборе.Шпонка предотвращает вращение промежуточного кольца на ступице.

На внешней стороне промежуточного кольца диаметрально противоположно этой шпонке находится выступ, который входит в зазор кольца Porsche. Последний, таким образом, вынужден вращаться с помощью шестерни и кулачковой муфты, но, тем не менее, зазор значительно шире, чем выступ, что дает кольцу Porsche некоторую свободу вращения на промежуточном кольце. Таким образом, когда рычаг переключения передач перемещается из нейтрального положения в одно из положений переключения передач, вилка переключения перемещает скользящее кольцо в нужном направлении, приводя один из его внутренних конусов в контакт с обращенным конусом на кольце Porsche.Первый эффект трения между конусами заключается в повороте кольца Porsche на величину, необходимую для заполнения зазора между его зазором и выступом на промежуточном кольце.

Когда один конец кольца Porsche упирается в выступ, сопротивление вращения кольца заставляет его расширяться. Расширение кольца таким образом дает два результата; он увеличивает давление между коническими поверхностями кольца Porsche и скользящего кольца и предотвращает дальнейшее движение последнего к зубьям кулачковой муфты.Сужающаяся толщина кольца Porsche при растяжении заставляет его прикладывать одинаковое усилие наружу по всей окружности. Увеличение силы, прилагаемой к рычагу переключения передач, просто увеличивает давление между конусами, тем самым помогая синхронизировать скорости. Когда синхронизация достигается, сопротивление трения на кольце Porsche исчезает, так что кольцо больше не расширяется. Затем усилие на рычаге заставляет конус скользящего кольца заклинивать кольцо Porsche, тем самым вынуждая опускаться вниз промежуточное кольцо и уменьшая диаметр кольца Porsche настолько, чтобы скользящее кольцо могло выйти за его пределы и войти в зацепление с зубьями кулачковой муфты.