Многовальные коробки передач

Такие коробки передач применяются при большом числе пере­дач они представляют собой четырех-...шестиступенчатую трехвальную коробку передач со встроенным или совмещенным редуктором. Редуктор может быть повышающим или понижающим. Повышаю­щий редуктор (мультипликатор или делитель) устанавливают перед коробкой передач, его назначение уменьшить разрыв между переда­точными числами соседних передач (уплотнить ряд), незначительно увеличивая диапазон передач. В большинстве случаев делитель увели­чивает диапазон на 20...25%,он обычно имеет две передачи - прямую и повышающую, что позволяет увеличить число передач в два раза. Понижающий редуктор (демультипликатор) размещают за коробкой передач. Устанавливать его перед коробкой передач нецелесообразно, поскольку при этом зубчатые колеса коробки и валы передач придется рассчитывать на повышенный крутящий момент, что приводит к уве­личению их массы и размеров. Демультипликатор выполняют двух- или трехступенчатым, что позволяет увеличить число передач соот­ветственно в 2 или 3 раза. Его обычно выполняют с большим переда­точным числом, благодаря чему расширяется диапазон. Примером многовальной коробки передач может служить десятиступенчатая ко­робка передач автомобиля КамАЗ-5320.

Способы включения передач

Включение передач при помощи зубчатых колес (кареток) в на­стоящее время применяется главным образом для первой передачи и передачи заднего хода, включение которых производится в условиях, когда автомобиль неподвижен. Такое ограниченное применение зуб­чатых колес для включения передач объясняется двумя причинами:

- инерционная ударная нагрузка от сил инерции ведомых деталей при включении приходится на один или два зуба включаемых ко­лес, что приводит к быстрому износу торцов зубьев, сколу зубьев и их
поломке;

- для включения передачи требуется переместить каретку на всю
длину зуба, что приводит к увеличению длины коробки передач и ее
массы.

Запиловка торцов зубьев включаемых зубчатых колес хотя и об­легчает процесс включения, но в те же время уменьшает рабочую дли­ну зуба. Обычно такие зубчатые колеса выполняют прямозубыми, но встречается и косозубое исполнение ("Москвич-40").

Применение в коробках передач зубчатых колес постоянного за­цепления привело к необходимости использования для включения передач кулачковых или зубчатых муфт. В этом случае ударные на­грузки при включении распределяются между всеми зубьями или ку­лачками, что, в целом, не снижает шума при включении и не облегча­ет процесса включения. В настоящее время ограниченно используют­ся только зубчатые муфты легкого включения, у которых зубья укоро­чены через один.

Полностью исключают ударную нагрузку и шум при включении передач синхронизаторы. В современных коробках передач применя­ют синхронизаторы, выравнивающие угловые скорости соединяемых элементов перед включением передач. Коробки передач могут быть полностью синхронизированы, но в большинстве случаев наряду с синхронизаторами на высших передачах применяются также кулачко­вые или зубчатые муфты, а часто - подвижные зубчатые колеса (карет­ки), дня включения низших передач.

В настоящее время используют только инерционные синхрони­заторы, которые блокируют включающую зубчатую муфту до тех пор, пока кинетическая энергия деталей, вращающихся вместе с ведомым диском сцепления (при выключенном сцеплении и нейтральном по­ложении коробки передач), не будет поглощена работой трения в син­хронизаторе. Синхронизаторы могут быть одностороннего (для включения одной передачи) и двустороннего (для включения двух передач) действия. Инерционный синхронизатор включает следующие элемен­ты:

- выравнивающий - функционный элемент, поглощающий энергию касательных сил инерции вращающихся масс;

- блокирующий - устройство, препятствующее перемещению включающей зубчатой муфты до полного выравнивания угловых ско­ростей;

- включающий - зубчатая муфта, включающая передачу.

Наибольшее распространение получили конусные синхрониза­торы, в котрых выравнивающим, элементом является конусная муфта. Иногда применяются в качестве выравнивающего элемента многодисковые муфты. Рабочий процесс инерционного синхронизатора опи­сан в литературе [1].

К коробкам передач предъявляются следующие требования: обеспечение оптимальных тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля при заданной внешней скоростной харак­теристике двигателя;

- бесшумность при работе и переключении передач;

- легкость управления;

- высокий КПД;

- общие требования (надежность, долговечность, ремонтопригодность и т.д.).

В соответствии с предъявляемыми требованиями для оценки и анализа конструкций коробок передач используется ряд оценочных параметров:

1. Диапазон передаточных чисел (диапазон коробки передач). Под ним понимают отношение передаточного числа низшей и высшей передач:

(4.1)

В легковых автомобилях иавтобусах малой вместимости на их базе D= 3...4., в грузовых автомобилях в зависимости от грузоподъ­емности и назначения и в автобусах средней и большой вместимости D = 5...8. Для автомобилей тягачей и автомобилей высокой проходи­мости D= 9…13.

2. Число передач и плотность ряда передаточных чисел.

Плотность ряда характеризуется отношением передаточных чи­сел соседних передач. Чем больше число передач, тем выше плот­ность ряда, тем в большей степени выполняется требование обеспечения высоких тяговых и экономичных свойств автомобиля. В совре­менных конструкциях коробок передач показатель плотности ряда передач стремятся выполнять в пределах 1,1…1,5. Помимо сказанного, большая плотность ряда позволяет синхронизаторам работать в более благоприятных условиях, поскольку при этом угловые скорости вы­равниваемых элементов отличаются незначительно.

3. Уровень шума, создаваемого при работе.

Этот параметр зависит от качества, точности изготовления и ти­па зубчатых пар, жесткости валов и картера коробки. Меньший уро­вень шума обеспечивают косозубые и шевронные колеса (одновре­менно им присуща большая прочность).

Недостаточная жесткость валов приводит к нарушению зацепле­ния, что сопровождается повышением уровня шума. Жесткость карте­ра обеспечивается путем создания рациональной формы и оребрения. Показателем оценки уровня шума коробки передач может служить ее КПД, так как шум всегда сопровождается потерей энергии.

4. Легкость управления

Оценочными показателями являются как усилие прилагаемое к рычагу управления, так и сложность манипуляций, которая определяется степенью сложности самой конструкции коробки передач и ее привода.

5. Металлоемкость конструкции, трудоемкость изготовления и стои­мо-сть.

Металлоемкость оценивают удельной массой коробки передач - отношением ее массы к мощности двигателя. В целом она характери­зуется значениями от 0,3 до 2,0 кг/кВт.

6. Ресурс

Срок службы современных коробок передач составляет от 125 до 250 тыс. км пробега.

Порядок выполнения работы

Используя плакаты, схемы, макеты и учебные экспонаты, прове­сти сравнительный анализ предложенных преподавателем конструк­ций коробок передач, выделить основные их особенности. При прове­дении анализа выяснить, каким образом в данных конструкциях реа­лизованы предъявляемые к ним требования.

Используя лабораторную установку (рис. 4.2 .), определить пере­даточные числа исследуемой коробки передач, посчитать плотность ряда и диапазон передаточных чисел.