Изучения коробок передач и раздаточных коробок

Лабораторная работа №10.

Тема: Изучения коробок передач и раздаточных коробок

Цель занятия – изучить схемы и принцип действия коробок передач.

Содержание:

1. изучить принцип действия различных типов коробок передач;
2. изучить конструкцию коробок передач и раздаточных коробок.

Литература.

Средства обеспечения  освоения тем занятий:

1. учебные макеты автомобилей с разрезами;
2. плакаты и схемы трансмиссии автомобилей;
3. образцы отдельных коробок передач.

Методические указания

1. Вычертить схему и описать работу трехступенчатой коробки передач.
2. Описать назначение и работу делителя и демультипликатора.
3. Вычертить схему и описать гидротрансформатора.
4. Вычертить схему и описать работу гидрообъемной коробки передач.
5. Описать работу бесступенчатых механических передач.
6. Дать назначение и классификацию раздаточных коробок.
7. Объяснить, почему в раздаточную коробку вводят межосевой дифференциал.

1. Принцип действия различных типов коробок передач.

Коробкой передач называется механизм трансмиссии, изменяющий при движении автомобиля соотношение между угловыми скоростями вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колёс. Коробка передач служит для изменения крутящего момента на ведущих колесах автомобиля, длительного разъединения двигателя и трансмиссии и получения заднего хода.

Крутящий момент на ведущих колесах  необходимо изменять в соответствии с дорожными условиями для  обеспечения оптимальной скорости и проходимости автомобиля, а также для наиболее экономичной работы двигателя.

Двигатель и трансмиссию разъединяют на продолжительное время при работе двигателя на холостом ходу.

Крутящий  момент на ведущих колесах и скорость автомобиля вменяют путем увеличения или уменьшения передаточного числа коробки передач, представляющего собой отношение угловой скорости вращения ведущего вала к угловой скорости вращения ведомого вала.

В зависимости  от типа и назначения автомобилей  на них применяются различные типы коробок передач:

По  изменению передаточного числа:

• Ступенчатые
• Бесступенчатые
• Комбинирование

По  связи между валами:

• Механические
• Гидравлические
• Электрические

По  управлению:

• Неавтоматические
• Полуавтоматические
• Автоматические

На большинстве  легковых и грузовых автомобилей  сейчас применяют ступенчатые коробки передач, но все большее распространение в настоящее время на легковых автомобилях и автобусах получают гидромеханические коробки передач, состоящие из гидротрансформатора и ступенчатой механической коробки передач.

Ступенчатая коробка передач представляет собой зубчатый (шестеренный) механизм, в котором изменение передаточного числа происходит ступенчато. Передаточные числа коробки на всех передачах, кроме высшей, больше единицы (U_к > 1). При включении этих передач уменьшается угловая скорость вращения ведомого (вторичного) вала коробки передач и соответственно увеличивается передаваемый крутящий момент двигателя.

Высшая передача в ступенчатой коробке передач может быть прямой (U_к=1) или повышающей (U_к<1). Во втором случаи снижается угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя на 10... 20%, повышается долговечность деталей коробки передач и уменьшается расход топлива при движении автомобиля с той же скоростью, что и на прямой передаче.

На автомобилях  применяют различные типы ступенчатых коробок передач.

Двухвальные коробки передач применяют на переднеприводных легковых автомобилях малого класса и заднеприводных легковых автомобилях с задним расположением двигателя. Число передач таких коробок составляет 4... 5. Высшая передача в двухвальных коробках часто бывает повышающей, а большинство передач синхронизировано.

Трехвальные коробки передач устанавливают на заднеприводных легковых автомобилях с передним расположением двигателя, на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности и на автобусах. Число передач в таких коробках составляет не менее четырех для легковых автомобилей и грузовых малой грузоподъемности, и 4...6 для грузовых автомобилей средней грузоподъемности.

Многовальные коробки передач применяют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности с целью увеличения числа передач: чем больше число передач, тем лучше используется мощность двигателя, выше тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобиля. Однако при этом усложняется конструкция коробки передач и затрудняется выбор передачи, оптимальной для данных условий движения. Число передач может быть 8…24, в связи с чем многовальные многоступенчатые коробки передач чаще всего применяют на автомобилях – тягачах, работающих с прицепами и полуприцепами.

Переключение передач в большинстве  ступенчатых коробок передач  выполняет водитель, однако в последнее  время появились конструкции  ступенчатых коробок передач, в  которых переключение передач автоматизировано на основе применения микропроцессорной  техники.

2. Конструкцию коробок передач и раздаточных коробок.

Двухвальная коробка передач проста по конструкции, имеет небольшую массу и высокий КПД. Конструктивно коробка объединена в  одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Конструкция двухвальной коробки передач во многом зависит от того, какое расположение  на автомобиле имеют двигатель и коробка передач -  продольное или поперечное. При поперечном расположении коробки передач применяют цилиндрическою главную передачу и дистанционный привод переключения передач, при продольном расположении — коническую или гипоидную главную передачу и непосредственный привод переключения передач.

В двухвальной  коробке передач на любой передаче, кроме заднего хода, крутящий момент двигателя передается двумя шестернями 2 и 3 (рис. 32.3, а) непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4, который соединен с ведущими колесами автомобиля. Движение автомобиля задним ходом (рис. 32.3, б) обеспечивается промежуточной шестерней 6, которая вводится в зацепление между шестернями 5 и 7.

Трехвальная коробка передач

На легковых и грузовых автомобилях  и автобусах наиболее распространены трехвальные коробки передач. Такая коробка передач имеет первичный (ведущий), вторичный (ведомый) и промежуточные валы, на которых установлены шестерни различных передач. Отличительной особенностью трехвальной коробки передач является наличие прямой передачи с передаточным числом U_к = 1, на которой первичный и вторичный валы соединяются напрямую и автомобиль движется большую часть времени.

На прямой передачи КПД трехвальной  коробки передач больше, чем двухвальной, и работает она менее шумно. На остальных передачах, кроме передачи заднего хода, в трехвальной коробке  передач в зацеплении находятся  две пары шестерен, что несколько  снижает КПД коробки, но позволяет  иметь на первой передачи большое  передаточное число.

В трехвальной коробке передач  (рис. 32.6, а) на любой передаче, кроме прямой и заднего хода, крутящий момент двигателя от первичного вала 1 передается через шестерни 2 и 7 постоянного зацепления, промежуточный вал 5 и шестерни 6 и 3 на вторичный вал 4, соединенный с ведущими колесами автомобиля. При этом крутящий момент на промежуточном валу 5 больше крутящего момента на первичном валу 1, так как диаметр и число зубьев шестерни 7 больше, чем шестерни 2. В тоже время крутящий момент на вторичном валу 4 больше, чем на промежуточном валу 5.

При включении  прямой передачи (рис. 32.6, б) крутящий момент передается непосредственно с первичного вала 1 на вторичный вал 4. На передаче заднего хода (рис. 32.6, в) промежуточная шестерня 9 вводится в зацепление между шестернями 8 и 10. Вследствие этого вторичный вал 4 коробки передач вращается в сторону,  противоположную вращению первичного вала 1, - автомобиль движется задним ходом.

Конструкции трехвальной коробки  передач и число ее передач  во многом зависят от типа автомобиля. Широко применяют четырех- и пятиступенчатые  коробки передач.

Многовальная коробка  передач применяется для получения большого числа передач (от 8 до 24). Это четырех-, пяти- или шестиступенчатая трехвальная коробка передач со встроенной или совмещенной дополнительной повышающей или понижающей коробкой передач (редуктором).

Повышающая дополнительная коробка передач называется делителем или мультипликатором. Расположенная перед коробкой передач, она обычно имеет две передачи – прямую с передаточным числом U_к =1 и повышающую с передаточным числом U_к<1. Делитель не увеличивает передаточное число коробки передач, а только уменьшает разрыв между передаточными числами соседних передач, увеличивая на 20…25%  диапазон передач.

Понижающая дополнительная коробка передач, называемая демультипликатором, находится за коробкой передач. Демультипликатор, имея две или три передачи – прямую с U_к =1 и понижающей с U_к >1, увеличивает число передач в 2…3 раза и передаточные числа коробки передач, значительно расширяя их диапазон.

Многовальные  коробки передач используют на автомобилях  большой грузоподъемности, а также на автомобилях-тягачах, работающих с прицепами и полуприцепами.

Гидромеханическая коробка передач.

Основным  неудобством при использовании механических ступенчатых коробок передач является то, что водителю для переключения передач постоянно приходится нажимать на педаль сцепления и перемещать рычаг переключения. Это требует от него значительных усилия, особенно в условиях городского движения или при управлении автомобилем, работающим с частыми остановками. Для устранения таких неудобств и облегчения работы водителя на легковых, грузовых автомобилях и автобусах широко применяют гидромеханические коробки передач. Они выполняют одновременно функции сцепления и коробки передач с автоматическим или полуавтоматическим переключением передач. Управление  движением автомобиля в этом случае осуществляется педалью подачи топлива и при необходимости тормозной педалью.

Гидромеханическая коробка передач состоит из гидротрансформатора и механической коробки передач, которая может быть двух-, трех- или многовальной, а также планетарной.

Гидромеханическую коробку с вальными механическими коробками передач применяют главным образом на грузовых автомобилях и автобусах. Для переключения передач в таких коробках используют многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле, а иногда для переключения низшей передачи и заднего хода используют зубчатую муфту. Переключение передач фрикционами происходит без снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя, т.е. бесступенчато — без разрыва передаваемых мощности и крутящего момента.

Гидромеханические коробки с планетарными механическими коробками передач широко распространены на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Их преимуществами являются компактность конструкции, меньшая металлоемкость, больший срок службы и меньшая шумность. Недостатки — сложность, высокая стоимость, пониженный КПД. Переключение передач в такой коробке осуществляется с помощью фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. При включении одной передачи часть фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов пробуксовывает, что также снижает КПД.

Гидротрансформатор (рис. 32.11. а, б), расположенный между двигателем и механической коробкой передач, состоит из трех колес с лопатками – насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реактора. Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора. Внутри корпуса размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичный валом 5 коробки передач, и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.

При работающем двигателе насосное колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной част насосного колеса и, воздействуя на лопатки турбинного колеса, приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло, циркулируя по замкнутому кругу, обеспечивает передачу крутящего момента в гидротрансформаторе. Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при передачи его от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места. В этом случае реактор неподвижен, так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличивается частота вращения насосного и турбинного колес. Муфта свободного хода расклинивается, и реактор начинает вращаться с увеличивающейся частотой, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной частоты вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом, происходят плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.

Гидротрансформатор  автоматически устанавливает необходимое  передаточное число между коленчатым валом двигателя и ведущими колесами автомобиля: с уменьшением частоты  вращения ведущих колес автомобиля при возрастании сопротивления  движению повышается динамический напор  жидкости от насоса на турбину, что  приводит к росту крутящего момента  на турбине и, следовательно, на ведущих  колесах автомобиля.

Планетарная коробка передач служит для расширения диапазона работы гидротрансформатора и состоит из нескольких планетарных механизмов. В простейшем планетарном механизме (рис. 32.12) солнечная шестерня 6, закрепленная на ведущем валу 1, находится в зацеплении с шестернями-сателлитами 3, свободно установленными на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле 4, жестко соединенном с ведомым валом 5, а сами сателлиты находятся в зацеплении в эпициклической шестерней 2, имеющей внутренние зубья.

Передача  крутящего момента, с ведущего вала 1 на ведомый вал 5 возможна только при заторможенной эпициклической шестерне 2 с помощью ленточного тормоза 7. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, вращаются вокруг своих осей и одновременно через водило 4 вращают ведомый вал 5. При растормаживании шестерни 2сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, вращают шестерню 2, а вал 5 остается неподвижным.

Раздаточной коробкой.

Раздаточной коробкой передач называется дополнительная коробка передач, распределяющая крутящий момент двигателя между ведущими мостами автомобиля. Она служит для увеличения тяговой силы на ведущих колесах и повышения проходимости автомобиля. Кроме того, она выполняет функции демультипликатора, что позволяет увеличить диапазон передаточных чисел коробки передач и эффективнее использовать автомобили в различных дорожных условиях

В зависимости  от назначения автомобилей на них  применяют раздаточные коробки различных типов:

По расположению валов привода  ведущих мостов:

• С соосными мостами
• С несоосными мостами

По  приводу ведущих мостов:

• С блокированным приводом
• С дифференциальным приводом

По  числу передач:

• Одноступенчатые
• Двухступенчатые
• Трехступенчатые

Раздаточные коробки с соосными валами привода  ведущих мостов имеют широкое применение, так как позволяют использовать для переднего и заднего ведущих мостов одну и ту же главную передачу (взаимозаменяемую). Однако ведущая шестерня главной передачи переднего моста, имея левое направление спирали зубьев, будет работать на ввинчивание, поэтому при ослаблении затяжки ее подшипников возможно заклинивание главной передачи переднего ведущего моста.

Раздаточная коробка с несоосными валами при отсутствии промежуточного вала более компактна и бесшумна при работе, менее металлоемка, имеет более высокий КПД.

Раздаточная коробка с блокированным  приводом ведущих мостов позволяет использовать полную тяговую силу по условиям сцепления ведущих колес с дорогой без их пробуксовки. Однако в случае движения автомобиля на повороте или на неровной дороге блокирование привода неизбежно приводит к проскальзываю колес, так как колеса передних и задних мостов проходят разный путь. В этом случае увеличиваются износ шин и расход топлива, увеличивается нагрузка на детали трансмиссии. Для устранения таких явлений передний мост отключают при движении по дороге с твердым покрытием и включают только на тяжелых участках дороги.

Раздаточная коробка с дифференциальным приводом ведущих мостов исключает возникновение перечисленных отрицательных явлений. Применение в такой коробке межосевого дифференциала позволяет приводным валом ведущих мостов вращаться  с разными частотами и распределять крутящий момент двигателя между мостами в соответствии с воспринимаемыми ими вертикальными нагрузками. Если нагрузки одинаковы, то используют симметричный дифференциал, а если неодинаковы – несимметричный. В раздаточной коробке с дифференциальным приводом передний мост постоянно включен, в результате износ шин меньше, чем при его отключении. Однако межосевой дифференциал ухудшает проходимость автомобиля, так как при буксовании на месте одного из колес автомобиль не может начать движение. Для повышения проходимости межосевые дифференциалы выполняют с принудительной блокировкой.

На автомобилях повышенной проходимости наиболее распространены двухступенчатые раздаточные коробки.

Литература.

1. Ю.И. Боровских, В.М Кленников  «Устройство, техническое обслуживание и ремонт  автомобилей» (Москва –<<Высшая школа>> 1975г.);
2. Руководство по электрическому оборудованию автомобилей. Санкт-Петербург;
3. Электрооборудование автомобилей. Чижков Ю. П. 2003.