Метка: КПП

Механическая коробка (переключения) передач (МКПП или МКП) — разновидность коробки передач, механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную. Названа так, поскольку весь её основной функционал реализуется исключительно за счёт механических устройств, без применения гидравлических или электрических элементов (в отличие от гидромеханической или электромеханической трансмиссий, содержащих в своей конструкции, соответственно, гидравлические и электрические элементы).

Ступенчатые простые коробки передач широко применяются в трансмиссиях транспортных средств, так как отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. К коробкам передач этого вида предъявляются следующие требования:

• высокие тягово-динамические качества ТС
• высокая прочность, жесткость, надежность и долговечность
• высокий КПД, особенно на наиболее употребляемых передачах
• легкость управления и бесшумность работы
• надежное фиксирование включенной и выключенной передач, недопущение одновременного включения двух передач
• малые размеры и масса

Предъявляемые требования определяют рациональную конструкцию коробки передач и ее отдельных частей.

На большинстве изучаемых колесных транспортных средствах устанавливаются пятиступенчатые трехходовые простые коробки передач (пять ступеней для движения вперед и одна ступень заднего хода). Число «ходов» коробки передач соответствует числу подвижных элементов, с помощью которых осуществляется включение тех или иных передач.

Пятиступенчатая коробка передач имеет 3 вала:

• ведущий 7, связанный при помощи сцепления с коленчатым валом двигателя
• ведомый 5, установленный соосно с ведущим валом 7 и соединенный с карданной передачей
• промежуточный вал 6 с закрепленными на нем шестернями

Валы установлены на подшипниках качения в картере, служащем одновременно и масляным резервуаром, с наливным, контрольным и сливным отверстиями, а также вентиляционным устройством. В картере закреплена ось с установленным на ней на подшипниках блоком 7 шестерен ЗХ. Шестерня 17 выполнена заодно с ведущим валом и находится в постоянном зацеплении с соответствующей шестерней 16 промежуточного вала, в результате чего промежуточный вал получает от ведущего вала вращение с постоянным передаточным числом, которое определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей. Шестерни ведомого вала (кроме шестерни I передачи и ЗХ) находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала, но установлены на ведомом валу свободно (могут вращаться относительно вала, но не перемещаться вдоль него). Поэтому, хотя промежуточный вал при работе двигателя и включенном сцеплении будет вращаться, вращение к ведомому валу, а следовательно, и к ведущим колесам движителя передаваться не будет (нейтральное положение).

Рис. Схема пятиступенчатой коробки передач

Включение передач обеспечивается двумя синхронизаторами — 2 и 3 и шестерней 4 I передачи и ЗХ, которые установлены на ведомом валу на шлицах и могут перемещаться вдоль вала. Механизм переключения передач содержит рычаг управления, валики (штоки) с вилками, перемещающими синхронизаторы и каретку 4, фиксаторы и предохранительное замковое устройство, установленные в крышке коробки передач. Синхронизаторы имеют зубчатые венцы, которые при включении передач входят в зацепление с соответствующими зубчатыми венцами шестерен постоянного зацепления, что обеспечивает передачу вращающего момента на ведомый вал и далее к ведущим колесам движителя. Передаточное число между промежуточным и ведомым валами определяется отношением числа зубьев шестерни ведомого вала к числу зубьев шестерни промежуточного вала. Передаточное число между ведущим и ведомым валами, т. е. общее передаточное число коробки передач представляет собой произведение двух передаточных чисел, одно из которых — между ведущим и промежуточным валами, а другое — между промежуточным и ведомым валами.

Чем больше передаточное число коробки передач, тем больше при одном и том же вращающем моменте двигателя вращающий момент, передаваемый к ведущим колесам, а скорость движения ТС соответственно меньше. На I передаче, когда передаточное отношение самое большое, обычно осуществляют трогание ТС с места и первоначальный разгон, а также движение в особо трудных условиях. Включение I передачи обеспечивается передвижением шестерни 4 вперед и введением ее в зацепление с шестерней 8 промежуточного вала. По мере улучшения условий движения осуществляется включение более высоких передач с меньшими передаточными числами, когда не требуется значительного увеличения тяговой силы на ведущих колесах, а скорость движения ТС возрастает.

Высшей в приведенной схеме коробки передач является V передача, которая получается соединением ведущего 1 и ведомого 5 валов при помощи зубчатых венцов ведущего вала и синхронизатора 2; передаточное число в этом случае равно единице (прямая передача).

При движении ТС на прямой передаче промежуточный вал коробки передач вращается вхолостую.

Задний ход обеспечивается перемещением шестерни 4 назад и введением ее в зацепление с одной шестерней блока 7 3Х. Другая шестерня блока находится в постоянном зацеплении с шестерней 11, жестко связанной (закрепленной с помощью шпонки) с промежуточным валом.

Вращающий момент передается от ведущего вала к ведомому через следующие детали:

• при включении I передачи — через шестерни 16, 17, 8 и 4
• II — через шестерни 16, 17, 9, 10 и синхронизатор 3
• III — через шестерни 16,17, 12, 13 и синхронизатор 3
• VI — через шестерни 16,17,14, 15 и синхронизатор 2
• V — через шестерню 16 и синхронизатор 2
• ЗХ — через шестерни 16, 17, 11, блок шестерен 7 и шестерню 4

Для более плавного зацепления и бесшумной работы шестерни постоянного зацепления обычно выполняют косозубыми. Углы и направление наклона зубьев на различных парах шестерен подбирают так, чтобы осевые силы на валах получались наименьшими. Эти осевые силы обычно воспринимаются радиальным шариковым подшипником, устанавливаемым на одном из концов вала. Другой конец вала опирается на роликовый цилиндрический подшипник. Этим предотвращается возникновение дополнительных напряжений в подшипниках в результате теплового удлинения валов. Гнезда подшипников закрываются крышками с уплотнительными прокладками. В случае выхода конца вала наружу в крышках устанавливают уплотнения, предотвращающие вытекание смазки. Этому же способствуют маслосгонные канавки на валах.

Смазывание деталей в коробке передач осуществляется разбрызгиванием при вращении шестерен или с помощью масляного насоса. Для смазывания используют специальные трансмиссионные масла.

Коробка передач обычно крепится к картеру сцепления и устанавливается вместе с двигателем на эластичных опорах на раме.

Для примера на рисунке приведен продольный разрез коробки передач автомобиля КамАЗ.

В последнее время наблюдается тенденция к установке на транспортных средствах большой грузоподъемности, предназначенных для тяжелых условий работы, дополнительной коробкой передач — понижающей или ускоряющей (в некоторых случаях — одновременно обеих). Наличие понижающей дополнительной коробки передач, обычно устанавливаемой за основной в одном и том же картере, позволяет увеличить общее передаточное число между двигателем и ведущими колесами при движении на всех передачах в основной коробке передач. Ускоряющая дополнительная коробка передач, устанавливаемая обычно перед основной в одном с нею картере, позволяет увеличить скорость движения ТС и уменьшить вращающие моменты на валах основной коробки передач. Кроме того, в основной коробке передач устанавливают 2 промежуточных вала, а шестерни постоянного зацепления выполняют прямозубыми, что позволяет уменьшить размеры и массу коробки передач.

Рис. Коробка передач (продольный разрез) автомобиля КамАЗ:
1 — ведущий вал; 2 — крышка заднего подшипника ведущего вала; 3 — регулировочная прокладка; 4 — шток рычага; 5 — опора штока; 6 — пружина; 7 — опора рычага переключения передач; 8 — ось блока шестерен ЗХ; 9 — блок шестерен ЗХ; 10 — роликоподшипник; 11 — верхняя крышка; 12 — крышка заднего подшипника ведомого вала; 13 — задний шарикоподшипник ведомого вала; 14 — втулка; 15 — фланец крепления карданного вала; 16 — крышка подшипника; 17— сферический роликоподшипник; 18 — промежуточный вал; 19 — картер коробки передач; 20 — ведомый вал; 21 — крышка переднего подшипника промежуточного вала; 22 — картер сцепления; 23 — вилка выключения сцепления; 24 — вал вилки выключения сцепления; 25 — муфта выключения сцепления

Механизм управления коробкой передач соединяет ручной рычаг управления коробкой передач, расположенный под рулевым колесом, с механизмом переключения на боковой крышке коробки. Благодаря этому водитель, переставляя рычаг в соответствующее положение, включает передачи, необходимые по условиям движения.

Рис. Схема механизма управления коробкой передач:
1 — вал управления коробкой передач; 2 — упорная шайба; 3 — кожух головки вала; 4 — головка вала управления; 5 — ось рычага; 6 — рычаг управления коробкой передач; 7 — пружина; 8 — шпонка; 9 — волнистая шайба; 10 — подшипник вала управления; 11 — верхняя регулировочная шайба; 12 — нижняя регулировочная шайба; 13 — труба рулевой колонки; 14 — тяга управления переключателем; 15 — рычаг переключателя; 16 — вкладыш рычага; 17 — нижний рычаг управления переключателем; 18 — тяга переключения передач; 19 — сальник вала управлении; 20 — возвратная пружина; 21 — шайба возвратной пружины; 22 — рычаг переключении передач; 23 — шайба; 24 — сальник; 25 — картер рулевого механизма; 26 — кронштейн верхнего рычага управления переключателем; 27 — клин; 28 — поводов верхнего рычага, 20 — вкладыш поводка; 30 — сухарь тяги; 14, 31 — верхний рычаг управления переключателем

Рычаг 6 установлен в головке вала 1 управления и может поворачиваться на оси 5, запрессованной в головке. Наружный конец рычага оканчивается пластмассовой рукояткой, а внутренний имеет сферическую головку, которая входит в отверстие шпонки 6, приваренной контактной сваркой к валу 1. На другой стороне вала имеется еще одна такая же шпонка, но без отверстия. Эти шпонки входят в продольные пазы головки 4. Вал таким образом может перемещаться относительно головки в осевом направлении, а поворачиваться только вместе с ней. Если опустить наружный конец рычага 6 из нейтрального положения вниз, вал 1 поднимется в верхнее положение, а если поднять вверх, вал опустится в нижнее положение. При повороте рычага 6 около рулевой колонки вместе с ним поворачиваются и головка 4 вала, и вал. На конец рычага 6 надета тугая пружина 7, удерживающая рычаг от вибрации при езде по неровной дороге.

Вал управления представляет собой тонкостенную стальную трубу, помещенную внутри трубы 13 рулевой колонки. Концы вала свободно вставлены внизу в горловину картера 25 рулевого механизма, а наверху — в подшипник 10 вала, представляющий собой муфту из цинкового сплава, укрепленную болтами на трубе рулевой колонки. В верхнюю часть подшипника запрессована полиамидная втулка. На нижний конец вала надета возвратная пружина 20, зажатая между горловиной картера рулевого механизма и шайбой 21, надетой на вал. Эта пружина при выключении передач возвращает вал кверху, помогая водителю поставить механизм переключения в нейтральное положение. К валу приварена шайба 23, на которой лежит войлочная уплотнительная шайба-сальник 24, не пропускающая пыль и воздух, загрязненный газами от двигателя, в пассажирское помещение кузова. В отверстие горловины картера рулевого механизма также установлен сальник 19 для защиты от грязи рабочей поверхности вала управления. Между головкой 4 вала и подшипником 10 вставлена с натягом волнистая стальная шайба 9. Благодаря этому головка вала зажата между подшипником и упорной шайбой 2, вставленной в трубу рулевой колонки. Натяг шайбы регулируют шайбами 11 и 12, которые укладывают в таком количестве, чтобы высота шайбы 9 в сжатом состоянии была бы равна примерно 0,5 мм. Это устройство гасит угловые колебания рычага 6 управления коробкой. Концы вала управления точно калиброваны по наружному диаметру для того, чтобы вал плавно и легко перемещался и поворачивался в горловине картера и в подпятнике.

Для соединения вала управления с механизмом переключения коробки у нижнего конца вала установлены два рычага: рычаг переключения передач 22 и верхний рычаг 31 управления переключателем. Рычаг 22 переключения передач основанием в виде кольца надет на вал управления и приварен к нему. В отверстие на конце этого рычага вставлен шарнирно верхний конец тяги 18, нижний конец которой соединен с рычагом 15 переключателя. Таким образом, при повороте вала управления вследствие поворота рычага 6 переключатель механизма переключения тоже поворачивается.

Верхний рычаг 31 управления переключателем установлен на кронштейне 26, являющемся одновременно хомутом для креплении трубы рулевой колонки на картере рулевого механизма. Кронштейн 26 имеет два ушка, в отверстия которых запрессованы пластмассовые втулки. В эти втулки вставлена ось с напрессованным на нее, а затем приваренным рычагом 31. В промежутке между ушками кронштейна на эту ось надет поводок 28 рычага. Он затянут на оси клином 27 с гайкой. Чтобы поводок не проворачивался, на оси в этом месте сделана лыска. Благодаря поводку, заключенному между ушками, ось не может выскочить из кронштейна. Основное назначение поводка — передавать осевое перемещение вала 1 рычагу 31 управления переключателем. Для этого поводок имеет на конце вилку, в которую вставлен стальной вкладыш 29, надетый своей прорезью на основание-кольцо рычага 22 переключения передач. При осевом перемещении вала 1 вкладыш движется вместе с валом и поворачивает поводок, а с ним и рычаг 31. В отверстие верхнего рычага 31 управления переключателем вставлена резиновая втулка с металлической гильзой, развальцованной во втулке. В отверстие этой гильзы вставлена ось сухаря 30, закрепленная от выпадания шплинтом. Сухарь надет на конец тяги 14 управления переключателем. Благодаря резьбе на тяге и двум контргайкам сухарь можно переставлять на тяге и таким образом регулировать ее рабочую длину. Длина тяги 18 переключения передач не регулируется.

Тяга 14 передает движение от верхнего рычага 31 нижнему рычагу 17, установленному на боковой крышке коробки передач. Из рисунка (вид Б) видно, что нижний рычаг 17 имеет на конце вилку с вкладышем 10 аналогично поводку 28 верхнего рычага. Вкладыш надет на сектор рычага 15 переключателя. При повороте рычага 17 вал переключателя перемещается в осевом направлении, вследствие чего кулак переключатели войдет в паз соответствующей вилки переключения передач.

Для включения первой и второй передач водитель сначала перемещает рычаг 6 управления коробкой вверх по направлению к ободу рулевого колеса. При этом внутреннее плечо рычага опускает вал управления вниз, сжимая возвратную пружину 20. Опускаясь вниз, вал при помощи поводка 28 поворачивает рычаг 31, который, в свою очередь, с помощью тяги 14 поворачивает нижний рычаг 17, а последний передвигает переключатель в положение, необходимое для включения первой и второй передач. После этого водитель поворачивает рычаг 6 вверх или вниз, смотри по тому, какую передачу (первую или вторую) ему нужно включить. Вместе с рычагом 6 поворачивается вал 1, а следовательно, и рычаг 22 переключения передач, который с помощью тяги 18 повернет переключатель в нужном направлении. Кулак переключателя при этом передвинет вилку включения вперед или назад и включит таким образом необходимую передачу.

Чтобы включить третью или четвертую передачу, не нужно перемещать вал 1 в осевом направлении. В этом случае рычаг 6 необходимо лишь повернуть от нейтрального положения. Для включения передачи заднего хода нужно отжать сначала рычаг 6 вниз до упора, преодолев при этом сопротивление пружины упора заднего хода, а затем повернуть рычаг 6 вверх против часовой стрелки. Вал 1 управления при этом поднимется вверх от нейтрального положения, что вызовет перемещение переключателя, необходимое для зацепления его кулака с рычагом вала включения заднего хода.

При правильной регулировке механизма управления вал управления должен легко подниматься вверх под действием возвратной пружины, как только механизм будет стронут с зафиксированного положения, и опускаться вниз от небольшого усилия водителя. При включении заднего хода усилие, необходимое для перемещения рычага управления коробкой, должно быть заметно большим, чем при включении передач переднего хода. Затруднительное переключение передач переднего хода и в особенности тугое перемещение вала управления в осевом направлении служат признаком необходимости регулировки механизма управления. Для этого, включив третью или четвертую передачу, регулируют рабочую длину тяги 14 управления переключателем, перемещая вдоль тяги сухарь 30 так, чтобы поводок 28 верхнего рычага 31 управления переключателем установился бы перпендикулярно оси рулевой колонки. После этого сухарь закрепляют, затягивая обе контргайки в упор с торцами сухаря.

Между нижним рычагом 15 переключателя и упором заднего хода должен быть зазор 0,05—0,25 мм при таком положении переключателя, когда кулак его находится на расстоянии 3,5 мм от торца крышки (как показано на рисунке). Зазор между рычагом и упором регулируют прокладками 12, которые кладут под упор.

Механизм переключения, т. е. боковая крышка в сборе, монтируется на коробке передач при нейтральном положении всех шестерен.