24. Назначение, типы, общее устройство и принцип работы коробки переключения передач
Понятие о передаточном числе.
Коробкой передач называется механизм трансмиссии, изменяющий при движении автомобиля соотношение между скоростями вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес. Коробка передач служит для изменения крутящего момента на ведущих колесах автомобиля, длительного разъединения двигателя и трансмиссии и получения заднего хода.
Изменение крутящего момента на ведущих колесах и скорости движения автомобиля осуществляется путем увеличения или уменьшения передаточного числа коробки передач, представляющего собой отношение скорости вращения ведущего вала к скорости вращения ведомого вала. Наличие коробки передач в трансмиссии позволяет повысить тягово-скоростные свойства, топливную экономичность и проходимость автомобиля.
коробки передач | ||
по изменению передаточного числа | по связи между валами | по управлению |
ступенчатые | механические | неатоматические |
бесступенчатые | гидравлические | полуавтоматические |
комбинированные | электрические | автоматические |
В
ступенчатых коробках передач передаточное
число изменяется ступенчато и тяговая
сила на ведущих колесах автомобиля
также изменяется ступенчато.
В
бесступенчатых коробках передач
передаточное число и тяговая сила на
ведущих колесах изменяются плавно, а
при гидромеханических коробках
передач — и плавно, и ступенчато. В
неавтоматических коробках передач
переключение передач осуществляется
водителем вручную при помощи рычага
переключения, расположенного на
коробке передач или на рулевой колонке.
В полуавтоматических коробках передач
выбор необходимой передачи
осуществляется водителем, а включение
передачи производится автоматически.
В автоматических коробках передач
переключение передач происходит
автоматически без участия водителя
и в зависимости от условий движения. На
большинстве легковых и грузовых
автомобилей применяются ступенчатые
коробки передач, все большее распространение
в настоящее время на легковых автомобилях
и автобусах получают гидромеханические
коробки передач, состоящие из
гидротрансформатора и ступенчатой
механической коробки передач.
Требования
к коробке передач. Дополнительно
к общим требованиям к конструкции
автомобиля к коробке передач
предъявляются специальные требования,
в соответствии с которыми она должна
обеспечивать:
• оптимальные тягово-скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля;
• бесшумность при работе и переключении передач;
• легкость и удобство управления;
• высокий КПД;
• возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования.
Ступенчатая
коробка передач представляет собой
зубчатый (шестеренный) механизм, в
котором изменение передаточного числа
происходит ступенчато. Передаточным
числом зубчатой передачи называется
отношение числа зубьев колеса (большего
из пары) к числу зубьев шестерни (меньшего
из пары), или обратное отношение их
частот вращения. Если в передаче участвует
несколько пар зубьев, то общее передаточное
число равно произведению их передаточных
чисел. Передаточные числа ступенчатой
коробки передач на всех передачах,
кроме высшей, больше единицы. При
включении этих передач уменьшается
скорость вращения ведомого (вторичного)
вала коробки передач и почти во столько
же раз увеличивается передаваемый
крутящий момент двигателя.
На автомобилях применяются различные типы ступенчатых коробок передач. Наибольшее распространение на легковых и грузовых автомобилях и автобусах получили трехвальные коробки передач. Эти коробки передач имеют три вала — первичный (ведущий), вторичный (ведомый) и промежуточный, на которых установлены шестерни различных передач.
Конструкция трехвальной коробки передач и число ее передач во многом зависит от типа автомобиля. Однако широкое применение получили четырех- и пятиступенчатые коробки передач на легковых и грузовых автомобилях и автобусах.
Механическая,
четырехступенчатая, трехходовая, с
постоянным зацеплением шестерен, с
синхронизаторами и неавтоматическая
(с ручным управлением) коробка имеет
четыре передачи для движения вперед и
одну передачу для движения назад.
В
отлитом из алюминиевого сплава картере 22 коробки передач на подшипниках установлены
первичный (ведущий) 7, вторичный
(ведомый) 8 и
промежуточный 21 валы. Первичный вал выполнен как одно
целое с шестерней 3, находящейся
в постоянном зацеплении с шестерней 23 промежуточного
вала, представляющего собой блок
шестерен. На вторичном валу свободно
установлены шестерни 5,
6 и 9 соответственно
III,
II и I передач, находящиеся в постоянном
зацеплении с соответствующими шестернями
промежуточного вала. На вторичном валу
также жестко закреплены ступицы
синхронизаторов 4 и
7 и шестерня 10 заднего
хода. Промежуточная шестерня 7 заднего
хода свободно установлена на оси 18. При
включении I и II передач синхронизатор
7 соединяет соответственно шестерни 6 и 9 с вторичным
валом коробки передач. При включении
III и IV передач синхронизатор 4 соединяет
соответственно шестерню 5 и первичный
вал 1 с
вторичным валом. Задний ход включается
вилкой 15 путем введения в зацепление шестерни 16 с
шестернями 17
и 10. Картер
коробки передач закрывается крышками
2, 14 и 19. Под
нижнюю 19 и
заднюю 14 крышки
установлены прокладки.
Синхронизатор состоит из ступицы
Блокирующие кольца 30 имеют
наружные конические поверхности и
внутренние зубья со скосами. Блокирующие
кольца постоянно отжимаются пружинами
29 к скользящей муфте 32. Работа
синхронизатора основана на использовании
сил трения. Включение передачи возможно
только после предварительного
уравнивания угловых скоростей вторичного
вала и шестерни включаемой передачи за
счет трения между коническими поверхностями
скользящей муфты 32 и
блокирующего кольца 30. После
этого зубья муфты входят в зацепление
с зубчатым венцом синхронизатора,
выполненным на шестерне; свободно
вращающаяся шестерня на вторичном
валу с помощью синхронизатора соединяется
с вторичным валом, и передача включается.
Механизм переключения коробки передач
включает в себя рычаг переключения , ползуны
с вилками, шариковые фиксаторы и
замок. Рычаг прижимается
пружиной к
сферической поверхности крышки шаровой
опоры. Фигурный конец рычага при
переключении передач входит в пазы
вилок. Вилки, установленные на ползунах,
входят в выточки скользящих муфт
синхронизаторов 4 и
7 и промежуточной шестерни 16 заднего
хода. Шариковые фиксаторы удерживают
ползуны в нейтральном и включенном
положениях, а замок исключает
одновременное включение двух передач.
Замок состоит из двух блокировочных
сухарей и штифта между ними. При
перемещении среднего ползуна оба
сухаря выходят из его углублений и
запирают крайние ползуны, исключая
их смещение. При перемещении одного
из крайних ползунов сухарь выходит из
его углубления, блокирует средний
ползун и, действуя через штифт на другой
сухарь, запирает также другой крайний
ползун, что исключает включение двух
передач одновременно. Коробка
передач крепится к заднему торцу картера
сцепления. В нее через резьбовое отверстие
с пробкой заливают
трансмиссионное масло. Внутренняя
полость коробки передач через сапун
сообщается с атмосферой. Масло из коробки
передач сливается через резьбовое
отверстие с пробкой, расположенное в
нижней крышке.
Как работает роботизированная коробка передач
11 лютого 2016
Чтобы ответить на этот вопрос, придётся вспомнить устройство обычной механической коробки передач. Основу классической «механики» составляют два вала — первичный (ведущий) и вторичный (ведомый). На первичный вал через механизм сцепления передаётся крутящий момент от двигателя. Со вторичного вала преобразованный момент идёт на ведущие колёса. И на первичный, и на вторичный валы посажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Но на первичном шестерни закреплены жёстко, а на вторичном — свободно вращаются. В положении «нейтраль» все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно, то есть крутящий момент на колёса не поступает.
Перед включением передачи водитель выжимает сцепление,
отсоединяя первичный вал от двигателя. Затем рычагом КПП через
систему тяг на вторичном валу перемещаются специальные устройства —
синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жёстко блокирует
на валу вторичную шестерню нужной передачи. После включения сцепления
крутящий момент с заданным коэффициентом начинает передаваться
на вторичный вал, а от него — на главную передачу
и колёса. Для сокращения общей длины коробки вторичный вал часто делят
на два, распределяя ведомые шестерни между ними.
Принцип действия роботизированных коробок передач абсолютно тот же. Единственное отличие в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы — актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Но встречаются и гидравлические актуаторы.
Управляет
актуаторами электронный блок. По команде на переключение первый
сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая
нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Таким образом, педаль
сцепления в салоне больше не нужна — при поступлении команды
электроника всё сделает сама. В автоматическом режиме команда
на смену передачи поступает от компьютера, учитывающего скорость
движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном — приказ на переключение отдаёт водитель при
помощи селектора КПП или подрулевых лепестков.
Проблема «робота» — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам во время переключения. Получаются дискомфортные провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при переключениях — сократить их время. А это, увы, означает рост цены всей конструкции.
Проблема
«робота» — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует
момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно.
А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков
и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности
от двигателя к колёсам во время переключения. Получаются дискомфортные
провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при
переключениях — сократить их время. А это, увы, означает рост
цены всей конструкции.
Революционным
решением стала появившаяся в начале80-хтрансмиссия с двумя
сцеплениями DCT (dual clutch transmission). Рассмотрим её работу
на примере6-ступенчатойкоробки DSG
концерна Volkswagen. У коробки два вторичных вала с расположенными
на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как
у шестиступенчатой «механики» VolkswagenGolf. Фокус
в том, что первичных валов тоже два: они вставлены друг в друга
по принципу матрёшки. Каждый из валов соединяется с двигателем
через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу
закреплены шестерни второй, четвёртой и шестой передач,
на внутреннем — первой, третьей, пятой и заднего хода. Допустим,
автомобиль начинает разгон с места. Включается первая передача (муфта
блокирует ведомую шестерню первой передачи). Замыкается первое сцепление,
и крутящий момент через внутренний первичный вал передаётся на колёса. Поехали!
Но одновременно с включением первой передачи умная электроника прогнозирует последующее включение второй — и блокирует её вторичную шестерню. Именно поэтому такие коробки ещё называют преселективными. Таким образом, включены две передачи сразу, но заклинивания не происходит, — ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто.
Когда машина достаточно разгонится и компьютер решит повысить передачу, размыкается первое сцепление и одновременно замыкается второе. Крутящий момент теперь идёт через внешний первичный вал и пару второй передачи. На внутреннем валу уже выбрана третья. При замедлении те же операции происходят в обратном порядке. Переход происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. Серийная коробка Гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo!
Коробки
с двойным сцеплением экономичнее и быстрее традиционных механических,
а также более комфортны, чем «автоматы». Главный их недостаток —
высокая цена. Вторую проблему — неспособность передавать большой крутящий
момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на 1000-сильномкупе Bugatti
Veyron. Но пока удел большинства суперкаров — «роботы». Хотя,
например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano — не чета опелевскому
Изитронику: время переключения у суперробота исчисляется десятками
миллисекунд.
GEARBOX TECHNOLOGY I Как работают системы переключения передач Pinion
Коробки передач Pinion переключают лучшие мотоциклы в мире. Надежная и не требующая особого ухода система переключения передач для велосипедов и электровелосипедов. Узнайте, как работает технология Pinion.
Высокая эффективность
и низкий износ
В редукторах Pinion мощность передается только через два комплекта зубчатых колес. Это приводит к неизменно высокой эффективности, минимальному шуму и непосредственному ощущению педалей без потерь. Избыточные шестерни и повышенный износ цепи других трансмиссий просто не относятся к коробкам передач Pinion.
Вы можете переключаться между всеми передачами одновременно, частично или по одной, стоя на месте или во время движения.
1. Подузел
Первый — мелко отградуированный подузел с 6 передачами.
Здесь происходит плавное переключение передач.
2. Подузел
Во втором подузле перемножаются шестерни
первого подузла.
Это приводит к соответствующему диапазону передаточного числа коробки передач
.
2. Подузел
Во втором подузле перемножаются шестерни
первого подузла.
Это приводит к соответствующему диапазону передаточного числа коробки передач
.
Включение шестерни
Здесь включается 7-я передача. Показаны две зубчатые пары с зацеплением
из подузлов
, которые передают
сил педалирования. Остальные шестеренки крутятся
свободно и без сопротивления.
Молниеносное переключение
В планетарной передаче вращательное движение рычага переключения передач передается непосредственно на распределительный вал в коробке передач. Это контролирует собачки. Вращение распределительного вала приводит в действие собачку следующего переключения и включает новую передачу.
Молниеносное переключение передач
В планетарной передаче вращательное движение рычага переключения передач передается непосредственно на распределительный вал в коробке передач. Это контролирует собачки. Вращение распределительного вала приводит в действие собачку следующего переключения и включает новую передачу.
Загружая видео, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности Vimeo.
Узнать больше
Загрузить видео
Всегда разблокировать Vimeo
Сделано в Германии
Любовь в деталях
Редуктор Pinion P1.18 состоит из 140 деталей. От собачек к распредвалу к корпусу. Каждая деталь, независимо от ее размера, разрабатывается и производится производителями автомобильной промышленности в соответствии с нашими спецификациями. С высочайшей точностью наши опытные техники собирают деталь за деталью, как часы. В конце процесса сборки проводится тщательный тест.
P-LINE
Алюминиевый корпус, изготовленный на станке с ЧПУ, до 18 передач и непревзойденный диапазон передач 636% делают серию P-Line нашей флагманской серией.
Подробнее о P-Line
C-LINE
Трансмиссии C-Line с 12, 9 или 6 передачами обеспечивают уникальное ощущение движения и переключения шестерен в компактном и легком корпусе из магниевого сплава.
Подробнее о C-Line
Unique
5-летняя гарантия
Поддержка 24/7
Служба Pinion
Признанные
.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рис. 1: Зубчатая передача [1]
Шестерня (также называемая зубчатым колесом ) представляет собой тип простого механизма, который используется для управления величиной или направлением силы. Зубчатые колеса используются в комбинации и соединяются друг с другом своими зубьями, называемыми шестернями , чтобы сформировать «зубчатую передачу» . Эти зубчатые передачи полезны для передачи энергии от одной части системы к другой. Системы, в которых используются шестерни и зубчатые передачи, включают велосипеды, автомобили, электрические отвертки и многие другие распространенные машины. [2]
Как они работают
Механизмы используют принцип механического преимущества, который представляет собой отношение выходной силы к входной силе в системе. Для шестерен механическое преимущество определяется передаточным числом , которое представляет собой отношение конечной скорости передачи к начальной скорости передачи в зубчатой передаче. [3] Передаточное число задается уравнением: [4]
Рисунок 2: Анимация зубчатой пары, видно, что меньшее колесо вращается быстрее, чтобы не отставать от большего числа зубьев на большей шестерне. [5]
- [math]N[/math] — количество зубьев на шестерне,
- [math]\omega[/math] — это угловая скорость шестерни, а
- [math]r[/math] — радиус шестерни.
Таким образом, если механическое преимущество зубчатой передачи равно 3, это означает, что радиус последней передачи в цепочке в 3 раза больше радиуса первой передачи. При таком передаточном числе входная шестерня может вращаться с усилием, в 3 раза меньшим, чем выходная шестерня, но взамен она должна вращаться в 3 раза быстрее, чем конечная шестерня.
Это соотношение для зубчатых передач принципиально зависит от закона сохранения энергии. При анализе зубчатых передач эту концепцию легче понять, используя анализ сохраняемой мощности системы. Этот анализ связывает крутящие моменты шестерен с их угловыми скоростями. Полный анализ данного типа обмена можно посмотреть здесь ССЫЛКА НЕ БИТА .
Использование
Шестерни служат двум основным целям: увеличение скорости или увеличение сила . Для увеличения одного из них необходимо идти на компромиссы. Например, чтобы увеличить скорость вращения колес велосипеда, необходимо увеличить усилие, прикладываемое к педалям. Точно так же, чтобы увеличить усилие на колесах, педали нужно крутить быстрее. Эта техника используется, когда гонщик пытается подняться на холм на велосипеде. Все это связано с законами сохранения энергии и мощности.
Шестерни широко используются во многих системах, но их легче всего распознать в повседневной жизни в автомобилях, на которых мы ездим. Автомобили должны использовать шестерни, чтобы эффективно и безопасно передавать энергию от двигателя к колесам. Двигатель на холостом ходу работает со скоростью около 1000 об/мин. Если бы двигатель был подключен непосредственно к колесам, это означало бы, что автомобиль должен двигаться со скоростью примерно 120 км/ч. Это означает, что если двигатель автомобиля будет включен, он немедленно разгонится до этой скорости. Когда двигатель переходил в диапазоны с высокими оборотами — около 7000 — автомобиль двигался со скоростью 840 км/ч! Хотя это кажется очень забавным, это крайне непрактично. Это непрактично из-за того, что для движения автомобиля требуется большое количество энергии, поэтому двигатель, пытающийся разогнаться до полной скорости сразу после запуска, не будет генерировать достаточной силы для движения автомобиля. Поэтому в автомобиле используются шестерни в трансмиссии или, альтернативно, «коробка передач», которая начинается с использования более низких передач, которые генерируют большую силу, чтобы заставить автомобиль двигаться, и в конечном итоге переходит на более высокие передачи, ориентированные на скорость. [3]
Тот же принцип передач применим к велосипедам; для подъема в гору требуются более низкие передачи, чтобы обеспечить большую силу для противодействия силе тяжести, и как только гонщик снова окажется на ровной поверхности, он может переключиться на более высокие передачи, чтобы увеличить скорость своего велосипеда.