Первичный вал это: ᐉ Устройство и работа механической коробки передач

Почему вылетают скорости на МКПП

Любая КПП имеет сложное устройство с множеством взаимосвязанных деталей и неисправность даже одной детали сразу же отражается на работоспособности коробки в целом.

Так часто причиной неисправности коробки переключения передач является такая поломка, как выбивание одной из скоростей.

В данной статье разберем основные причины вопроса, почему вылетают передачи.

Для того, чтобы было проще понять причину выбивания какой-либо скорости нужно кратко рассмотреть принцип работы КПП.

Как устроена МКПП

Обычная механическая коробка переключения передач состоит из 3-х валов. Это первичный, промежуточный и вторичный валы. Вторичный вал расположен соосно с первичным валом, внутри которого находится подшипник, куда входит конец вторичного вала, позволяя ему вращаться, независимо от первички.

Устройство МКПП

Промежуточный вал представляет собой единое целое с отлитыми на нем шестернями передач. Он имеет жесткую связь через шестерню с первичным валом, что заставляет его вращаться вместе с шестернями передач.

Когда ручка переключения передач находится в нейтральном положении, а педаль сцепления не нажата, то вращаются первичный и промежуточные валы.

На вторичном валу КПП расположены блочки передач, 1 и 2-й, а также 3 и 4-й, 5-я передача и передача заднего хода находятся обычно в заднем отсеке корпуса коробки.

Блочки, в свою очередь, состоят из ступицы, муфты переключения передач и 2-х синхронизаторов. Ступица имеет внутри шлицы, такие же, как и на вторичном валу, благодаря чему она может перемещаться вперед или назад, в зависимости от включаемой передачи.

МКПП в разобранном виде на примере Митсубиси Галант

Муфты имеют сверху проточку, куда установлена вилка включения передачи. Сама вилка жестко закреплена на ползуне, который связан механически с ручкой переключения передач. Ползун имеет три выемки, куда входит подпружиненный шарик, для фиксации ползуна либо в нейтральном положении, либо в положении включения одной из скоростей, за которую он отвечает.

Как сказано выше на вторичном валу находятся и шестерни 1. 2.3 и 4 передач, находящиеся в постоянном зацеплении с шестернями передач на промежуточном валу. Шестерни имеют свободную посадку на вторичном валу и вращаются вокруг вала, не входя с ним в зацепление.

При включении какой-либо из скоростей ступица с находившейся на ней муфтой передвигается по шлицам вала в сторону свободно вращающейся шестерни, например, 1-й передачи и благодаря синхронизатору, блокирует ее, заставляя вращаться вторичный вал.

Вторичный вал жестко соединен с приводом на ведущие колеса, это может быть кардан, на заднеприводном авто, либо ШРУС в варианте с передним приводом. Вращение вала передается на привод, который в свою очередь приводит в движение ведущие колеса, заставляя авто двигаться.

Причины выбивание скорости:

• Износ или поломка блокирующего кольца синхронизатора;

блокирующее кольцо синхронизатора

• Износ вилки переключения;

вилки переключения

• Ослабление крепления КПП к кожуху сцепления;

• Выработка на муфте или зубьях шестерни одной из передач;

шестерня

• Ослабление затяжки гайки хвостовика вторичного вала;

• Износ блокирующих сухарей ползунов или пазов в теле ползуна;

• Поломка пружин фиксирующих шариков ползуна;

• Износ шестерни первичного вала;

шестерня первичного вала

• Разрегулирование кулисы переключения передач в приводе ползуна.

При ослаблении затяжки гайки хвостовика ведомого вала, вал получает свободу осевого перемещения, и муфта может выйти из зацепления с венцом шестерни включенной скорости и ее будет выбивать.

Подобный эффект может наблюдаться и при износе «лапок» вилки включения. При износе вилки появляется ее свободный ход в пазе муфты, что ведет также к выбиванию передачи.

Ослабление затяжки гайки хвостовика и появлению люфта в КПП ведет к ускоренному износу зубьев как самих муфт, так и зубьев шестерен, синхронизаторов. Все это вызвано включением скоростей с ударом из-за большого хода блочек на валу, что вызывает выбивание одной из скоростей (обычно 4-ю).

Выбиванию передачи или невозможностью ее включения, способствует износ или поломка кольца синхронизатора.

При ослаблении крепления вала привода ручки КПП с ползуном коробки, происходит недовключение передачи, что также ведет к выбиванию одной из скоростей.

Быстрому износу элементов КПП способствует резкий старт автомобиля с броском сцепления, ускорения в полный газ и резкая остановка, плюс неполное включение передачи из-за изношенного или неотрегулированного сцепления.

Свою лепту в износ коробки передач вносит и грязное масло или его недостаточный уровень, что особенно опасно при наличии 5-той передачи, которая, как правило, голодает по отсутствию масла и быстро выходит из строя. Грязное масло или его недостаток также сокращают срок службы подшипников валов коробки.

Особенно критично грязное масло для АКПП, где иногда банальная замена масла и фильтра помогает избавиться от проблемы с выбиванием передачи. В особо запущенных случаях приходится очищать или заменять гидроплиту и соленоиды, это поможет если механическая часть КПП в рабочем состоянии.

Для контроля за КПП и продления срока ее службы рекомендуется периодически проверять состояние затяжки гайки хвостовика коробки, надежность крепления коробки к кожуху сцепления, крепление подушки КПП (траверзы). Необходимо также проверять состояние и уровень трансмиссионного масла и производить его долив или замену при необходимости.

Промежуточный вал — что это такое?

Механической коробкой передач называют механизм корректировки и изменения крутящего момента, который передается с вала двигателя внутреннего сгорания непосредственно через механизмы трансмиссии на все ведущие колеса транспортного средства. Существует важное отличие механической коробки передач от других типов. Так, переключение передачи может происходить как в ручном режиме, так и в режиме полуавтомат (в таком случае используются сервоприводы сцепления или же гидромуфты).

Данное устройство является самым распространенным типом среди автолюбителей из всех возможных коробок переменных передач. Так, механическая коробка переменных передач отличается своей суровой долговечностью, а также элементарностью в обслуживании и самым высоким коэффициентом полезного действия.

• 1. Коробка переключения передач и правильная эксплуатация.
• 2. Промежуточный вал и другие комплектующие КПП.
• 3. Как узнать, когда сломался подшипник или сальник промежуточного вала?

В коробке переменных передач трехвальной, то есть, в устройстве установлены три вала – первичный, вторичный и промежуточный. Посредством сцепления происходит соединения переднего вала с коленчатым валом (коленвалом) двигателя внутреннего сгорания. Вал вторичный соединяется с карданным валом, который передает вращающий момент напрямую к главной передаче, или же с самой главной передачей (такое случается в автомобилях, которые имеют задний привод, а также в тех транспортных средствах, трансмиссии которых разнесены).

Интересующий нас промежуточный вал является посредником в передаче вращающего момента с помощью шестерен непосредственно с первичного вала на вторичный. Так, и первичный вал, и вторичный вал устанавливаются в транспортном средстве таким образом – передняя часть, которая относится к вторичному валу, входит напрямую в паз задней части первичного вала, посредством чего и совершается вращение на подшипнике в нем. Оба механических вала, и первичный, и вторичный, связываются только шестернями промежуточного вала.

Важно знать, что вращение в данных устройствах совершается независимо друг от друга. На валу первичном достаточно сильно закреплена одна ведущая шестерня. Именно данная деталь напрямую сцепляется с шестерней, которая является частью промежуточного вала. На валу вторичном располагается блок шестерен, который, собственно, ничем не ограничен и вращается свободно. Все шестерни вала вторичного располагаются на конкретном определенном участке вала.

Следовательно, все потенциальное продольное перемещение по валу напрочь исключается и не может быть возможным. В тот же час механизм, который отвечает напрямую за переключение передач производит блокировку выбранной шестерни на валу вторичном, таким образом передает ему вращающий момент через шестерню промежуточного вала от первичного вала. Именно таким способом происходит процедура переключения, или включения передач.

Уже было упомянуто, что набор шестерни, который располагается на промежуточном валу, достаточно сильно закреплен. Так, все шестерни всегда находятся в пространстве вечного зацепления. У первичного вала шестерня передает вращение ведомой (первой) шестерне вала промежуточного. Так, вместе с валом промежуточным происходит вращение его шестерен. При таком вращении шестерни происходит передача вращения парам согласованных шестерен вторичного вала, который всегда находятся в одном зацепленном положении.

Таким образом при работающем двигателе и включенном сцеплении все шестерни, как первичного, так и промежуточного, так и вторичного валов находятся в непосредственном вращении, которое вообще не зависит от выбранной определенной передачи. Для того чтобы уменьшить износ и компенсировать воздействующие на шестерные зубья силы все шестерни современных механических коробок переменных передач производятся косозубыми.

1. Коробка переключения передач и правильная эксплуатация.

В современном мире существует несколько типов коробок переменных передач, которые, в зависимости от нравов и желаний автовладельца, тем или иным образом выбираются автолюбителями. Первой и самой распространенной коробкой переменных передач является механическая коробка. Данный механизм актуален в тех случаях, когда речь идет о непосредственном ручном переключении передачи. Также, при всем этом данное устройство конструктивно являет собою цилиндрический многоступенчатый редуктор. Помимо механической коробки переменных передач широкого распространения получила автоматизированная коробка. Данное устройство хорошо тем, что в зависимости от множества факторов может самостоятельно произвести выбор правильного придаточного числа. При всем этом, данное действие не нуждается в участии водителя транспортного средства.

Помимо этих двух систем достаточно интересным феноменом является роботизированная коробка переменных передач. Главная особенность данной системы заключается в том, что она являет собою стандартную обычную механическую коробку передач, но уже с автоматической функцией. Это, в свою очередь, означает то, что переключение самих передач и переключение сцепления выполняется посредством автоматизированной функции. И заключительной системой, которую нельзя оставить без особого внимания является вариативная коробка переменных передач, которая позволяет передавать усилие двигателя внутреннего сгорания непосредственно к ведущим колесам бесступенчато.

Основные причины, которые представляют угрозу для возникновения поломок и различных неисправностей являются зачастую нарушения правил по эксплуатации устройств. Так, основными элементами этих нарушений являются: эксплуатация автомобиля с неисправной системой сцепления, и, естественно, использование автомобилистом масел низкокачественного производства. Помимо этого, достаточно негативно может отражаться очень низкое качество комплектующих работ, а также проведение низко профессиональных работ ремонтных и технического обслуживания. Именно поэтому перед тем как обратиться в тот или иной сервисный центр, следует убедится в том, что обслуживание транспортного средства в данном автомобильно-ремонтном центре производится на очень высоком уровне. Все, теперь можно переходить к непосредственному осмотру устройства коробки передач.

2. Промежуточный вал и другие комплектующие КПП.

Абсолютно все коробки переключения передач являются ничем иным, как набором шестерен и валов. Данные шестерни закрепляются в корпусе валов, вследствие вращения валов происходит соприкосновение и взаимодействие этих деталей. Посредством сцепления происходит соединение ведущего вала с маховиком. В свою очередь, ведомый вал имеет очень жесткое скрепление с карданным валом. Важно отметить, что основная функция промежуточного вала заключается в передачи вращения от ведущего вала к ведомому валу. Первые два вала имеют особое и последовательное расположения. Вторичный вал основную опору видит в подшипнике, который устанавливается в хвостовой части первичного вала. Тем не менее, в данном случае речь о жесткой определенной связи даже не может иметь право на существование, так как устройства работают вне зависимости друг от друга.

Что касается непосредственно промежуточного вала, то его месторасположение очень просто и предельно ясно, исходя из основной функции его плодотворной работы. Так, данное устройство находится под двумя вышеуказанными валами. Помимо этого, очень важную роль в обеспечении переключении передачи играют муфты и шестерни. В моменты переключения скорости, то есть, перемещения рычага коробки переменных передач, в движение приводятся специальные вилки. Данные элементы отвечают непосредственно за переключение передач. В свою очередь, посредством данных устройство происходит перемещение муфты, при чем, специальный замок напрочь отбрасывает даже потенциальную возможность в одновременном включении нескольких передач автомобиля.

3. Как узнать, когда сломался подшипник или сальник промежуточного вала?

Существует огромное количество причин, которые служат тому, что коробка переменных передач приходит в неисправность или ее работа является не правильной.

Основной характерной определяющей составной данных причин может быть неопределенный стук. Важно знать, что чем сильнее данный стук слышен, тем сильнее была повреждена коробка переключения передач. Данный стук может свидетельствовать о нескольких проблемах. Это может быть износ и стирание зубьев шестеренок. В таком случае следует произвести комплексную замену абсолютно всех шестеренок. Это связано с тем, что все зубья шестерен проходят процедуру деформации в равномерном порядке. Помимо этого о данной проблеме могут свидетельствовать и определенные внешние признаки: затрудненное переключение и включение передач, самопроизвольное выключение передач, которое происходит посредством «выскакивания» рычага из передачи на нейтральную.

Помимо этого существует определенная вероятность, что из строя был выведен подшипник промежуточного вала. Если случилась такого рода неисправность, то возникает характерный шум в периоды непосредственной работы коробки переключения передач. Помимо этого возникает и самопроизвольное и неконтролируемое выключение передач. Когда такая неисправность возникла в транспортном средстве, то следует произвести незамедлительную замену неисправной детали.

О том, что работа промежуточного вала является неправильной и некорректной может свидетельствовать такой признак: в моменты включения 2-й, 3-й и 5-й передач, или же включения всех передач на карданный вал необходимый крутящий момент вовсе не передается. Это очень важная проблема, следовательно, нужно незамедлительно ее решить. В таком случае возникает ослабление в посадке шестерни промежуточного вала. Данную поломку можно исправить двумя способами:

или с помощью сварки произвести закрепление нужной шестерни, или же произвести тотальную замену всего промежуточного вала – целиком. Если же возникает иная проблема, которая заключается в появлении вытекания масла, это свидетельствует о том, что сальник промежуточного вала нуждается в срочной замене.

Если говорить честно, то какой бы не была проблема, какой характер не носила и какие последствия не несла, в любом случае нужно незамедлительно решить возникающие неисправности, так как они могут повлиять непосредственно на всю систему транспортного средства, а в некоторых случаях привести к полной неисправности. Так что бережное отношение и регулярная проверка состояния своего транспортного средства в скором времени оправдают свои заботы.

Механизм переключения на коробке.

Принцип действия механической коробки передач. Основы эксплуатация и обслуживания мкпп

У большинства ДВС есть один большой недостаток. Это несовпадение скорости вращения маховика с скоростью вращения колес. Зачастую большинство силовых агрегатов вращается с оборотами до 6000, вращать колеса на таких оборотах просто недопустимо. Для тех, кто знает устройство автомобиля, коробка передач — механизм знакомый. Для тех, кто не знает, эта статья прояснит ситуацию.

Кроме этого, максимум крутящего момента в большинстве агрегатов возможен лишь в небольшом промежутке оборотов. Это где-то посередине минимального числа оборотов и максимального. Наибольшую мощность можно развить лишь на максимальных оборотах маховика.

К примеру, мотор ВАЗ-2106 выдает рабочие показатели в 800-5400 оборотов. Но максимальный уровень крутящего момента появляется на средних оборотах. Для того чтобы двигатель мог работать в оптимальных режимах при различных условиях, применяют системы трансмиссии. В автомобилях в качестве системы трансмиссии применяется МКПП. Давайте рассмотрим назначение и устройство коробки передач.

Как это работает?

Если кратко рассказать о принципах работы, то здесь несколько зубчатых шестерен в корпусе коробки могут входить и выходить из зацепления по воле водителя. При этом образуются передачи с различными передаточными отношениями.

Механическая коробка всегда используется и работает вместе с системой сцепления. Это отключение ДВС и трансмиссии. Отключать мотор нужно в момент переключения передач. Устройство механической коробки передач не предусматривает возможности, когда в момент смены передачи через систему трансмиссии проходит большой крутящий момент.

Валы и зубчатые колеса

Традиционные механические КПП — это определенный набор валов, которые смонтированы в корпусе или же картере. Эти валы посредством подшипников вращаются вокруг своих осей. Шестерни установлены непосредственно на валах. Устройство коробки передач может быть разным, в зависимости от количества валов. Так, различают двухвальную систему и трехвальную.

Трехвальные системы

Эти коробки переключения передач применяются в составе трансмиссий авто, оснащенных задним приводом. Здесь можно выделить наличие устройств для синхронизации, а также специальные колеса, которые жестко на обычных передачах. Еще здесь же есть реверсивная шестерня для движения задним ходом.

Устройство коробки передач подразумевает наличие специальных валов. Это первичный, вторичный валы, а также специальный вал между ними.

Итак, главный, или первичный, вал через систему сцепления работает напрямую с мотором. Ведомый вал работает в паре с карданом. А вот промежуточный предназначен для того, чтобы передать энергию вращения с ведущего вала на ведомый.

Особенности конструкции трансмиссии

В большинстве конструкций коробок и первичный вал, и вторичный смонтированы друг за другом. При этом ведомый имеет опору на базе подшипника, который, в свою очередь, смонтирован в хвостовой части ведущего вала. Устройство механической коробки передач не предусматривает какой-либо жесткой связи между этими валами. Они могут свободно работать вне зависимости друг от друга.

Что касается промежуточного вала, то он располагается в большинстве конструкций между ведущим и ведомым. Все эти валы оснащены блоком зубчатых колес. Для того чтобы снизить шумы и вибрации при работе этой системы, зубцы на колесах сделаны косыми.

На ведущем валу установлено всего одно зубчатое колесо. Оно смонтировано жестко. Оно отвечает за передачу крутящего момента промежуточному валу. Вторичный, или ведомый, вал оснащен блоком шестеренок, которые могут свободно вращаться, однако по продольной оси они перемещаться не способны. Для того чтобы включить передачу, они при помощи блокировочного устройства могут блокироваться. В этом состоянии они смогут получить энергию вращения от вала.

Против каждого колеса первичного и вторичного валов располагаются шестеренки, которые жестко смонтированы на промежуточном валу. Они находятся в зацеплении с другими шестернями постоянно. Ведущий вал оснащен лишь одним зубчатым колесом, момент с первичного вала на промежуточный передается всегда. Включение той или иной передачи идет благодаря подключению определенной шестерни, установленной на ведомом валике.

Как переключаются передачи?

Устройство коробки передач — это не только набор валов и зубчатых колес. Это еще и специальные муфты. Они не похожи на зубчатые колеса и имеют другую конструкцию. Они прочно крепятся каждая к своему валу и находятся во вращении вместе с ним. Они могут двигаться по продольной оси.

Со стороны шестеренок ведомого вала, которые направлены к муфтам, установлены специальные венцы или вилки. Другие венцы расположены непосредственно на муфтах.

Когда водитель двигает рычаг и хочет выбрать другую передачу, то через специальный привод при помощи ползунов срабатывают вилки, которые двигают муфты продольно. Специальная замковая система не позволяет при этом включить несколько передач сразу. Это вполне возможно, если бы рычаг включал два ползуна. Замковый механизм фиксирует ползуны в нейтральной позиции в тот момент, когда движется третий ползун. Так исключается работа двух передач одновременно.

Затем муфта направляется к нужной шестеренке. Венцы их встречаются. Муфта все это время вращается вместе со своим валом. Она соединяется с шестерней, тем самым блокируя ее. Затем они начинают вращаться вместе, и КПП передает вращение на колесный привод.

Синхронизаторы

Устройство коробки передач включает в себя также специальные устройства. При том принципе работы, который описан выше, КПП будет работать с шумами, вибрациями и ударами. Также водитель должен будет сам угадывать, когда муфта и шестеренка будут работать на одних и тех же оборотах. А иначе нужная передача просто не включится.

Современные коробки не используют обычные и самые простые муфты. В таких моделях применяют так называемые синхронизаторы. Они призваны уравнять скорость вращения зубчатого колеса и муфты. Также они не позволяют муфте блокировать колесо.

Устройство и принцип работы коробки передач двухвального типа

Здесь есть все те же, уже знакомые, ведомый и ведущий вал, а вот промежуточный отсутствует. Эти коробки устанавливают на переднеприводные авто. Валы вращаются в параллельных осях, а смонтированы они друг за другом. Момент вращения отдается с одного из зубчатых колес на фиксированную на ведомом валу при помощи синхронизатора ведомую шестеренку. Здесь отсутствует возможность прямой передачи, а принцип работы такой же, как и в трехвальной системе.

Преимущества

Среди преимуществ можно выделить компактные размеры и высокий коэффициент полезного действия. Это получается благодаря меньшему количеству зубчатых колес. В качестве недостатка можно выделить невозможность использования прямой передачи. И еще такая коробка может применяться лишь с легковыми авто в силу сложностей с большими передаточными числами.

Устройство коробки передач ВАЗ

В автомобилях ВАЗ применяются пятиступенчатые механические КПП. Зачастую конструкция представляет собой двухвальную систему. Эта система также снабжена дифференциалом. На первичном валу установлены ведущие зубчатые колеса с 1 по 4 передачи, а 5-я шестерная — съемная. Они соединяются c ведомыми шестеренками.

Конструкция системы переключения состоит из рычага, шаровой опоры, системы тяг, механизма для подбора необходимой передачи.

В целом, большинство моделей оснащаются именно такой коробкой. Она представляет собой модернизированную версию 4-ступенчатой модели, а детали оттуда максимально унифицированы.

От механики к автомату

Когда устройство и работа коробки передач более-менее понятны, можно рассмотреть работу автоматической коробки. Это гораздо интересней. Многие новички уверены, что автомат — это непосредственно коробка и гидротрансформатор.

Гидротрансформатор- это отдельная система. Состоит он из двух машин с лопастями. Это центробежный насос, а также турбины. Между этих двух машин расположен реактор. Это специальное направляющее устройство. Колесо насоса жестко скреплено с коленвалом ДВС. Турбинное колесо находится в жестком соединении с валом КПП. В зависимости от того, в каком режиме работает двигатель, реактор может как вращаться, так и быть блокированным обгонной муфтой.

Устройство автоматической коробки передач немного сложней. Энергия расходуется на перекачку масла. Здесь съедаются приличное ее количество. Кроме того, много полезной энергии съедается и работой насоса, который создает давление в масло-каналах. В этих коробка КПД ниже, чем в механике.

Энергия вращения передается при помощи масляных потоков. Они отбрасываются на турбину насосом. Между насосом и турбиной есть зазоры, а лопасти имеют специальную геометрию, которая улучшает циркуляцию жидкости. Так как здесь нет жесткой связи с мотором и КПП, то можно останавливать мотор даже с включенной передачей.

Планетарные передачи

Если вращать одни элементы, но при этом фиксировать другие, тогда можно менять передаточные числа. Планетарные системы получают вращение от вала гидротрансформатора.

Устройство автоматической коробки передач отличается от стандартной «механики» тем, что любую передачу можно включить, и при этом не будет разрыва потоков мощности. Если одна передача выключается, другая тут же включается. При этом водитель не чувствует рывков. Но это не про спортивные коробки.

Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.

Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.

Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.

Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.

Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.

Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.

Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.

Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.

Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».

Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».

Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».

С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.

Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.

Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.

С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.

Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.

В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.

Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.

На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.

В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.

На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.

С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.

Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).

Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.

Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.

Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.

Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).

На данный момент существует четыре основных типа коробки:

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Основные виды МКПП

Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.

«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.

Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:

1. четырехступенчатые;
2. пятиступенчатые;
3. шестиступенчатые и более.

Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».

Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).

Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы

Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:

1. первичный (или ведущий) вал;
2. блок шестерен первичного вала;
3. вторичный (или ведомый) вал;
4. блок шестерен вторичного вала;
5. механизм переключения передач;
6. муфты синхронизаторов;
7. картер;
8. главную передачу;
9. дифференциал.

Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.

Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.

Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.

Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.

Основные неисправности МКПП

Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.

1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.

2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.

3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:

• шум при работе коробки;
• шум при работе только одной конкретной передачи;
• шум коробки при нейтральном положении рычага управления.

Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.

4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.

Основы эксплуатация и обслуживания МКПП

При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.

В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.

Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.

И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.

Устройство и назначение коробки переключения передач

Назначение

Коробка переключения передач (сокращенно КПП) предназначена для изменения крутящего момента по величине и направлению и передачи его от сцепления (с механизмом сцепления мы познакомимся в следующем разделе) к ведущим колесам. Другими словами, с помощью КПП при постоянной мощности двигателя происходит изменение силы тяги на ведущих колесах автомобиля. Также КПП позволяет включить задний ход и на неограниченное время (в отличие от сцепления) осуществлять отсоединение двигателя от ведущих колес. Автомобили могут оснащаться механической либо автоматической КПП. Отметим, что механическая КПП является сегодня более распространенной, она устанавливалась на все автомобили до изобретения «автомата», который появился примерно в середине прошлого столетия. коробка переключение передача вал

Устройство

Механическая КПП содержит следующие основные элементы: картер, первичный вал, вторичный вал, промежуточный вал, шестерни, дополнительный вал, шестерни заднего хода, синхронизаторы, механизм переключения передач, замковое устройство, блокировочное устройство, рычаг переключения передач. Отметим, что рычаг коробки переключения передач (сокращенно рычаг КПП) — единственный из перечисленных элементов, который доступен из салона.

Картер КПП закреплен на картере сцепления, который, в свою очередь, установлен на картере двигателя. Половину объема картера КПП занимает трансмиссионное масло, используемое для смазки деталей КПП. Замена масла в КПП осуществляется редко, на многих современных автомобилях его и менять не нужно (оно заливается на заводе-изготовителе и рассчитано на весь срок эксплуатации автомобиля). Это обусловлено тем, что в КПП по сравнению с мотором детали вращаются намного медленнее. Следовательно, они не так интенсивно изнашиваются, и в масло попадает значительно меньше продуктов их работы (металлических опилок, стружки и др.). Поэтому находящееся в КПП масло дольше сохраняется в состоянии, пригодном для использования.

Картер КПП содержит подшипники, на которых вращаются валы. Эти валы имеют наборы шестерен с разным числом зубьев. Для того чтобы передачи переключались плавно и бесшумно, в КПП используются синхронизаторы. Сущность их работы состоит в том, что они уравнивают угловые скорости вращающихся шестерен.

Основным узлом КПП является механизм переключения передач, с помощью которого, собственно, и осуществляется смена передач. Управление этим механизмом производится с помощью рычага, расположенного в салоне. Обычно рычаг КПП находится между передними сиденьями и одновременно перед ними, но он может располагаться, например, и на рулевой колонке.

Замковое устройство предотвращает включение одновременно двух передач, а блокировочное устройство предотвращает самопроизвольное выключение передач.

Работа

Основной принцип работы КПП базируется на том, что разные шестерни имеют разное число зубьев. Предположим, что коленвал вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту и передает этот крутящий момент на первичный вал с шестерней, которая входит в зацепление с другой шестерней, большей по размеру и имеющей в два раза больше зубьев. Вал, на котором установлена эта вторая шестерня, будет вращаться со скоростью в два раза меньшей, т. е. 1500 оборотов в минуту. При использовании разных сочетаний входящих в зацепление шестерен (установленных на разных валах) этот принцип позволяет получать и передавать, на ведущие колеса разный крутящий момент. В результате при вращении коленчатого вала со скоростью 3000 оборотов в минуту ведущие колеса при включении соответствующих передач могут вращаться, например, со скоростью 1500 оборотов в минуту или 2000 оборотов в минуту и т. д.

Для движения задним ходом в КПП предусмотрена возможность включения задней передачи. В данном случае вторичный вал КПП вращается в обратную сторону благодаря использованию нечетного количества входящих в зацепление шестерен (в этом случае направление крутящего момента меняется на противоположное). Эта «нечетная» шестерня находится на дополнительном валу КПП.

Водитель автомобиля самостоятельно переключает передачи с помощью рычага, в зависимости от условий езды, режима работы двигателя, его возможностей, а также иных факторов. На современных легковых автомобилях чаще всего устанавливается пятиступенчатая коробка передач: это означает, что машина имеет пять передач для движения в переднем направлении и одну передачу — для движения в заднем направлении.

Помните, что чем ниже передача — тем она сильнее, но в то же время — медленнее. Следовательно, самыми сильными передачами, используемыми для начала движения и езды на небольшой скорости, являются первая и задняя передачи. Когда они включены, мотор легко вращает ведущие колеса, но разогнаться до высокой скорости вы не сможете: двигатель будет громко «реветь», но быстрее 10-20 км/ч автомобиль не поедет. Поэтому после начала движения и набора минимальной скорости необходимо перейти на вторую передачу — менее мощную, но более скоростную. Далее можно развить скорость 40-50 км/ч для перехода на третью передачу — еще более скоростную и менее мощную и т. д.

Когда новички садятся за руль автомобиля, у них на этапе обучения вождению возникают проблемы с коробкой передач, а точнее, с необходимостью постоянных переключений. Многие не раз задумывались, что без этой «кочерги» автомобиль был бы более идеальным. Но, к сожалению, без автомобиль не смог бы эффективно работать. Связано это с особенностями ДВС. Давайте узнаем назначение ее виды, устройство и принцип действия.

Зачем нужна КПП в машине?

Если открыть справочники, то там написано, что данный механизм применяется, чтобы изменять вращательный момент, вырабатываемый ДВС. Также КПП служит для временного отключения крутящего момента с мотора и для движения задним ходом.

А теперь рассмотрим назначение с точки зрения далеких от устройства и теории автомобиля людей. Также стоит разобраться, зачем каждый раз при движении нужно менять ступени КПП.

Необходимость постоянно менять передачи напрямую связана с особенностями моторов внутреннего сгорания. В отличие от электрических агрегатов, вращательный момент у ДВС имеет неравномерную характеристику.

ДВС и электромотор

Главное различие между электромоторами и двигателями внутреннего сгорания в характеристике тяги. Этой характеристикой описывается, как изменяются мощность и вращательный момент в зависимости от оборотов. В случае с электромоторами вращательный момент доступен сразу же, а по мере того, как обороты будут вырастать, момент будет падать.

Данная характеристика больше подходит для автомобиля — в момент начала движения и при разгоне, когда нужно прилагать массу усилий на преодоление инерции, лучше иметь большой вращательный момент. Чтобы далее двигаться равномерно, требуется приложить значительно меньшие усилия. Мощность электромоторов в любом диапазоне оборотов ротора близка к максимуму, и на любых режимах она реализуется и используется практически полностью. Поэтому электродвигатели более подходят для использования в качестве силовой установки автомобиля. В ДВС все немного иначе. Когда обороты коленчатого вала низкие, мощность также низкая. Вращательный момент практически не меняется.

Если вырастет сопротивление для движения и обороты станут снижаться, то электрический мотор повысит вращательный момент. В случае с ДВС момент увеличится только совсем немного, а затем снизится.

Тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания считается полностью неудовлетворительной. Но даже сейчас в плане экономичности, габаритных размеров, а также других качеств значительно они превосходят современные электрические силовые агрегаты. Исходя из этих соображений инженеры приняли недостаток ДВС и для решения этой проблемы создали коробку передач. Назначение ее — изменять передаточное отношение между коленвалом и ведущей парой колес. В результате максимальный крутящий момент доступен в узком диапазоне оптимальных оборотов, но на разных передачах. Так двигатель работает более эффективно.

Передаточные числа

Для лучшего понимания назначения коробки передач в автомобиле следует вспомнить школьный курс физики и некоторые разделы механики.

В системах передач на базе шестеренок, где работают две шестерни, диаметр и количество зубьев будет определять число оборотов и вращательный момент. Отношение количества зубьев на ведомой шестеренке к числу зубьев на ведущей — это передаточное число. Когда ведущая шестерня имеет меньший диаметр, чем ведомая, то обороты на последней будут ниже, а вращательный момент, наоборот, выше.

При выигрыше в силе будет потеря в скорости. А выиграв в скорости, мы заметим потери в силе. Если шестеренок в механизме передачи несколько, то передаточное число определяется умножением чисел каждой пары шестерен. Назначение коробки передач как раз и состоит в том, чтобы изменять передаточные числа.

Чтобы получить различный крутящий момент, который нужен для движения авто в разных дорожных условиях, в КПП имеется несколько пар шестеренок. Они идут с разным передаточным числом. Если в пару из ведущей и ведомой шестеренки установить промежуточную, то последняя будет вращаться в обратную сторону — это задняя передача.

Любые типы коробки передач автомобиля необходимы для того, чтобы ДВС мог функционировать на оптимальных оборотах и в нормальных для него режимах работы, а также для того, чтобы можно было эффективно использовать мощность двигателя в любых дорожных ситуациях при помощи простого изменения передаточного отношения.

Когда и как переключать КПП?

Для того чтобы начать двигаться на автомобиле и набрать начальную небольшую скорость, а также для передвижения в условиях бездорожья, необходим близкий к максимальному вращательный момент. Его можно достичь в среднем диапазоне оборотов коленвала двигателя. В высокой скорости в данном случае нет никакой необходимости. Для этого в КПП имеются низшие передачи — первая, вторая, иногда третья. При этом даже на высоких оборотах на первой передаче машина будет ехать довольно медленно.

Чтобы равномерно двигаться на большей скорости, колеса должны вращаться на высокой частоте. При этом обороты двигателя должны быть оптимальны. Для этого имеются высшие передачи — четвертая, пятая (а если коробка передач 6-ступенчатая, то и шестая). Здесь передаточные числа более низкие. Авто будет при тех же оптимальных оборотах двигаться быстро, пока ДВС не достигнет максимальных или предельно допустимых оборотов. На высших передачах разгон будет уже не такой эффективный. Также на высших передачах не получится ехать на малой скорости. Автомобиль не сможет тронуться с места. Двигатель просто не сможет обеспечить необходимый крутящий момент.

Принцип действия

Устройство механической КПП

В мире сейчас существует масса разных конструкций МКПП. На большинстве переднеприводных авто установлены двухвальные механизмы. На заднеприводные устанавливают трехвальные. Нужно сказать, что даже в наше время, когда технологии развиваются очень быстро, механика очень популярна. Дело в том, что ремонт такого типа простой и недорогой, в отличие от АКПП и вариаторов.

Двухвальная коробка

В основе лежит первичный и вторичный вал коробки переключения передач. Также в устройстве КПП автомобиля имеется и блок шестеренок вместе с синхронизаторами. В металлическом картере трансмиссии установлен механизм главной передачи и дифференциал.

С помощью первичного вала трансмиссия автомобиля может соединяться с узлом сцепления. На валу жестко закреплен блок с шестернями. Еще в КПП имеется вторичный вал. Он расположен параллельно первичному. Он также оснащен блоком из шестерен. Последние постоянно находятся в жестком зацеплении с элементами из блока на первичном валу. Также вторичный вал трансмиссии соединен через шестерню с главной передачей. Блок шестеренок оснащен синхронизаторами. В разных конструкциях вторичных валов может быть несколько.

Дополнительно коробка оснащена механизмом переключения передач. Чаще всего он дистанционный. Так как корпус трансмиссии автомобиля небольшой, элементы расположены под капотом.

Трехвальная КПП

Первичный вал служит для того, чтобы соединить механизм коробки переключения передач с узлом сцепления. На валу находятся шлицы, на которые надевается ведомый диск. Момент от двигателя передается посредством шестерни КПП, находящейся в зацеплении с данным элементов. Параллельно находится промежуточный элемент. Он оснащен блоком шестерен, находящихся в жестком зацеплении с валом.

Вторичный вал находится на одной оси с первичным. Шестерни не имеют жесткого зацепления и свободно вращаются. Шестерни промежуточного и вторичного вала, а также деталь на первичном валу, зацеплены постоянно.

Между шестеренками установлены синхронизаторы. Механизм переключения установлен непосредственно в корпусе трансмиссии автомобиля. Он представляет собой рычаг переключения, а также ползуны и вилки.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет коробка передач. Как видите, это очень важный узел в конструкции любого автомобиля. Именно он позволяет осуществить движение автомобиля с разным усилием и скоростью. Движение машины во многом определяется именно коробкой переключения передач.

Как работает механическая коробка передач автомобиля

Как работает механическая коробка передач автомобиля | Трансмиссии М&Т

org/BreadcrumbList»>
1. Дом
2. Трансмиссия
3. Коробки передач
4. Как работает коробка передач

Что такое коробка передач

?

Редуктор обычно представляет собой корпус из алюминиевого сплава, состоящий из соединительных валов и шестерен, погруженных в масло для смазки и охлаждения.

Что делает коробка передач

?

Облегчает изменение крутящего момента и скорости на выходном валу коробки передач по отношению к входному валу. Посмотрите нашу превосходную анимацию механической коробки передач, чтобы увидеть коробку передач в действии.

Все, что делает ваша коробка передач

• Изменяет крутящий момент на выходном валу
• Изменяет скорость выходного вала
• Обеспечивает передачу заднего хода
• Разъединяет и подключает привод между сцеплением и дифференциалом
• Обеспечивает повышающую передачу, которая вращает выходной вал за один оборот больше, чем входной вал, обычно для экономии топлива

Коробка передач

Валы

Первичный вал

Первичный вал редуктора значительно короче выходного вала и закреплен на его шестерне. Он отвечает за передачу крутящего момента от двигателя автомобиля через систему сцепления на коробку передач. Здесь его шестерня приводит в движение соединительную шестерню промежуточного вала и, таким образом, приводит в движение промежуточный вал. Здесь нет селектора, поэтому первичный вал постоянно приводит в движение промежуточный вал. Нажатие педали сцепления водителя отключает привод от первичного вала и, следовательно, от промежуточного вала.

Промежуточный вал

Передающий вал закреплен на своих шестернях и приводится в движение двигателем с постоянной скоростью независимо от того, на какой передаче находится коробка передач, включая заднюю или нейтральную. Сцепление (управляемое ножной педалью водителя) позволяет скорости передаточного вала быть независимой от двигателя за счет использования фрикционного конуса или аналогичного средства для прижимания к шестерне, чтобы шестерня вращалась с той же скоростью, заставляя передаточный вал соответственно изменяться. .

Выходной вал

Выходной вал не закреплен на своих шестернях. Выходной вал коробки передач представляет собой простой шлицевой вал, который соединяется со своими шестернями только через кулачковые муфты, так как сами шестерни не имеют шлицев. Скорость выходного вала относительно промежуточного вала определяется передаточным отношением двух шестерен: одной, постоянно прикрепленной к промежуточному валу, и той шестерни, которая теперь заблокирована на вторичном валу.

Коробка передач

Шестерни

Для чего нужны все эти механизмы?

Шестерни используются для передачи мощности от одного вала коробки передач к другому, а также для увеличения, уменьшения или сохранения скорости и крутящего момента. Обратите внимание, что увеличение скорости приводит к уменьшению крутящего момента, а увеличение крутящего момента приводит к уменьшению скорости. Механическая коробка передач разработана с выбираемыми парами шестерен, которые могут быть зацеплены и заблокированы вместе с выходным валом. Это наши приводные механизмы с фиксированными передаточными числами. Все шестерни вращаются относительно промежуточного вала.

Что такое передаточные числа?

Производители транспортных средств определяют передаточные числа на основе назначения транспортных средств и спецификации , но, как правило, 1-я передача является самой медленной передачей с передаточным числом 3,2 к 1, но обеспечивает максимальный крутящий момент, позволяющий транспортному средству двигаться с места или подниматься по крутому склону. 2-я передача автомобиля помогает набирать скорость, обеспечивая при этом большой крутящий момент благодаря понижению передачи (2,1:1). 3-я передача коробки передач снова помогает развивать скорость с соотношением 1,3 к 1, теперь обеспечивая гораздо меньший крутящий момент, чем 1-я и меньше, чем 2-я передача. 4-я передача обычно привязана к выходному валу, поэтому имеет передаточное число один к одному (1:1) и передает одинаковую скорость и крутящий момент с входного вала на выходной вал. Наша 4-я передача является повышающей и имеет передаточное число (1:1,7). Это означает, что на каждый оборот входного вала выходной вал поворачивается 1,7 раза. Так мы получаем максимальную экономию топлива.

Синхронизация и

Изменение

Собачья муфта

Кулачковая муфта отвечает за блокировку вторичного вала с шестерней ползунковым селектором. Ступица кулачковой муфты имеет зубья на внутренней стороне, которые входят в шлицы на вторичном валу. Для выбора передачи кулачковая муфта толкается вилкой селектора, которая связана с рычагом переключения передач, что позволяет кулачковой муфте скользить в любом направлении по шлицам вала. Когда кулачковая муфта соприкасается с шестерней, система синхронизатора раскручивает селектор и шестерню до одинаковой скорости. Выходной вал теперь вращается.

Селекторы передач

Селектор передач не входит в зацепление и не выходит из зацепления с фактическими зубьями шестерни, которые находятся в постоянном зацеплении. Действие селектора передач заключается в блокировке одной из свободно вращающихся шестерен на валу, который проходит через ее ступицу. Затем вал вращается вместе с этой шестерней. Вилка не вращается, поэтому она прикреплена к подшипнику с буртиком на селекторе. Селектор обычно симметричен: он скользит между двумя шестернями и имеет синхронизатор и зубья с каждой стороны, чтобы зафиксировать любую шестерню на валу.0019

Система синхронизаторов

Когда зубья собачки соприкасаются с шестерней, две части вращаются с разной скоростью. Без использования системы синхронизатора или синхронизатора зубья не будут правильно зацепляться и издавать громкий скрежещущий звук. Простой механизм синхронизатора или конусная муфта синхронизатора сначала вступает в контакт с шестерней и использует трение для синхронизации селектора и скорости передачи. Перед синхронизацией скорости зубья предотвращаются сближением с помощью блокирующего (или блокирующего) кольца. В момент синхронизации стопорное кольцо слегка скручивается, так как трение совмещает канавки или выемки, что позволяет селектору и зубьям правильно сцепляться.

Телефон 0114 2363617 Пролистать наверх

Как это работает: Механические коробки передач

Механические коробки передач в наши дни менее распространены, но они все же могут вселить страх в сердце нового водителя или порадовать энтузиаста

Автор статьи:

Джил Макинтош

Дата публикации :

12 сентября 2018 г.  •  7 февраля 2019 г.  •  4 минуты чтения  • 

Присоединяйтесь к беседе Фото Дженнифер Фравика / Вождение

Содержание статьи

Мало что может вселить страх в сердце начинающего водителя или радость энтузиаста, как три педали, указывающие на механическую коробку передач. В то время как «рычажное переключение» когда-то было единственным предлагаемым типом, популярность автоматической коробки передач сделала механическую коробку передач относительной редкостью.

Объявление 2

История продолжается ниже

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Сегодня механические коробки передач в основном используются в автомобилях с высокими характеристиками, хотя многие из них сейчас переходят на автоматы, или в базовых комплектациях некоторых автомобилей начального уровня по минимально возможной рекламируемой цене.

Приносим свои извинения, но это видео не удалось загрузить.

Попробуйте обновить браузер или
нажмите здесь, чтобы посмотреть другие видео от нашей команды.

Как это работает: Механические коробки передач Вернуться к видео

Как следует из названия, коробка передач передает мощность от двигателя на пути к колесам. Тяжелый центральный коленчатый вал двигателя вращается, чтобы обеспечить эту мощность, его скорость измеряется в оборотах в минуту или «об/мин», но водителям нужен более широкий диапазон скоростей автомобиля, чем может обеспечить вращательное движение двигателя. Шестерни трансмиссии увеличивают мощность двигателя для ускорения или снижают его обороты на высоких скоростях, чтобы двигатель не перегружался. В отличие от автомата, водитель сам определяет, когда переключаться на соответствующую передачу. Трансмиссии сложны, и это просто обзор того, как они работают.

Содержание статьи

Реклама 3

История продолжается ниже

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Современная механическая коробка передач обычно имеет пять или шесть передаточных чисел, обычно называемых скоростями, как и шестиступенчатая коробка передач (задний ход и нейтраль в это число не входят). Внутри трансмиссии входной вал соединен с двигателем, который вращает вал; в то время как выходной вал посылает свое вращательное движение к колесам транспортного средства, чтобы повернуть их. Мощность входного вала приводит в движение набор шестерен, называемых шестернями промежуточного вала. Они входят в зацепление с шестернями выходного вала, заставляя их также вращаться.

Разница в размерах между шестерней промежуточного вала и соответствующей шестерней выходного вала определяет характер движения вашего автомобиля. На первой передаче меньшая шестерня приводит в движение большую, создавая крутящий момент, необходимый для ускорения с места. На более высоких скоростях две шестерни могут быть одинакового размера, или большая шестерня приводит в движение меньшую, поэтому автомобиль движется с более высокой скоростью, а частота вращения двигателя остается относительно низкой. Это видно по тахометру: при нажатии на педаль газа обороты двигателя растут, а при переходе на следующую передачу обороты падают.

Объявление 4

История продолжается ниже

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Рекомендовано из редакции

1. Как это работает: Автоматические коробки передач постоянно крутится при работающем двигателе, крутит маховик на конце. Сцепление находится между маховиком и коробкой передач и либо соединяет, либо разъединяет их.

   Сцепление содержит диск с фрикционным материалом, похожий на тормозную колодку. Когда вы нажимаете на педаль сцепления, нажимной диск оттягивает этот диск от маховика. Оба теперь отсоединены, и мощность двигателя не передается на трансмиссию. Когда вы отпускаете педаль сцепления после переключения, диск сцепления и нажимной диск снова соединяются с маховиком, и мощность вращения двигателя передается на коробку передач через первичный вал. Как и в случае с вашими тормозами, этот фрикционный материал на диске со временем изнашивается и требует замены. Его потребуется заменить еще раньше, если вы «ездите на сцеплении», то есть держите педаль сцепления наполовину нажатой. Это обычная привычка для новичков в механике, но она лишь частично задействует сцепление и создает ненужное трение.

   Объявление 5

   История продолжается ниже

   Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

   Содержание артикула

   После включения сцепления пора переключать передачи. Выходные шестерни разделены по валу синхронизаторами, которые обеспечивают плавный переход с одной передачи на другую. Они также фиксируют выбранную передачу на вторичном валу, поэтому вал вращается с соответствующей скоростью для привода колес (все шестерни вторичного вала вращаются при каждом отпускании сцепления, но только одна заблокирована и фактически вращает выходной вал при в любой момент). Каждый синхронизатор скользит между двумя шестернями, включая одну или другую. Когда вы перемещаете рычаг переключения передач, вы перемещаете металлические стержни, называемые направляющими переключения передач, вперед и назад. Вилки на рейках переключения передач прикреплены к муфте синхронизатора, и когда рычаг переключения передач перемещает рейки, вилки перемещают синхронизатор с одной передачи на другую, чтобы зацепить его.

   Объявление 6

   История продолжается ниже

   Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

   Содержание статьи

   Проще говоря, чтобы переключиться с первой на вторую, вы выжимаете сцепление, чтобы разъединить двигатель и трансмиссию; вы перемещаете рычаг переключения передач, который переводит синхронизатор с первой передачи на вторую и фиксирует его на валу; и вы отпускаете сцепление, которое снова включает двигатель. Эта вторая передача вращает выходной вал, и мощность передается на колеса автомобиля.

   Реверс предполагает поворот выходного вала в противоположную сторону. В то время как передние скорости являются результатом прямого зацепления промежуточного вала и выходных шестерен, задняя скорость — это небольшая шестерня, которая помещается между ними, чтобы обеспечить это направление движения назад. В нейтральном положении ни одна из выходных шестерен не заблокирована на валу, поэтому двигатель может работать без остановки. Парковочной передачи нет, как на автомате, поэтому всякий раз, когда вы покидаете свой автомобиль с механической коробкой передач, всегда не забывайте включать стояночный тормоз, чтобы он не укатился.

   Share this article in your social network

   Trending

   1. First Look: 2023 Mercedes-EQ EQE SUV and 2024 AMG EQE SUV

   2. First Drive: 2023 Honda CR-V

   3. Раскрасьте свой мир: доступные автомобили, которые не сливаются с толпой

   4. Вождение по номерам: электромобиль-бестселлер в каждой провинции Канады

   5. Lotus Evija стал самым мощным серийным автомобилем в мире Адрес

      Нажав кнопку подписки, вы даете согласие на получение вышеупомянутого информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc. Вы можете отказаться от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в нижней части наших электронных писем. Постмедиа Сеть Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

      Первичный вал трансмиссии гоночного автомобиля

       

      Усталостный излом входного вала трансмиссии гоночного автомобиля из сверхвысокопрочной стали 300 м

      ---

      Резюме:

      Излом входного вала, использовавшегося в гонках NASCAR, был получен для анализа с целью выяснения причины неудачи. Результаты показывают, что вал сломался из-за прогрессирования усталости из-за межкристаллитной трещины под напряжением, возникшей в месте идентификационной маркировки точечным ударом на валу. Точечная гравировка создает высокую концентрацию напряжений в твердой поверхности (54 единицы по шкале Роквелла – HRC) детали. Отмечена неглубокая зона межкристаллитного разрушения, начавшаяся в нижней части точечной надписи на валу. Наблюдались два события прогрессирования усталости, покрывающие примерно 33% поверхности разрушения, до окончательного разрушения компонента при перегрузке при кручении. Межкристаллитное растрескивание в месте зарождения указывает на хрупкое состояние поверхности и может быть индикатором чрезмерного остаточного напряжения на поверхности вала.

      Металлографический анализ излома выявил вторичное, зарождающееся межкристаллитное растрескивание в нижней части соседней буквы, нанесенной точечным ударом. Никаких необычных условий в мартенситной микроструктуре вала не наблюдалось.

      Спектрографический химический анализ входного вала показывает, что компонент был изготовлен из сверхпрочной легированной стали 300M. Никаких необычных условий в элементном составе не наблюдалось.

      Высокая твердость вала 300M делает этот компонент очень чувствительным к надрезам при очень низкой пластичности. Буквы, отмеченные точечным ударом, обеспечили эффект надреза и место для начала разрушения.

      Химический анализ и испытания на твердость были проведены на двух дополнительных входных валах. Первичный вал от автомобиля № XX с тем же кодом даты, что и сломанный компонент, был изготовлен из сверхвысокопрочной стали SAE 300M. Испытания на твердость показали, что материал 300M показал среднее значение твердости сердцевины 55 HRC.

      Химический анализ и испытание на твердость входного вала автомобиля № ХХ с другим кодом даты изготовлен из высокопрочной цементуемой стали SAE 9310. Компонент, вероятно, науглерожен в шлицевых областях. Испытание на твердость посередине радиуса поперечного сечения вала показало, что средняя твердость сердцевины составляет 38 HRC.

      АНАЛИЗ:

      На анализ был получен входной вал трансмиссии из сверхвысокопрочной стали XXXXXX 300M с трещинами. Обзор сломанного входного вала (вверху) и двух сравнительных валов (автомобили № XX и № XX из XXXXXXX гонки NASCAR) представлен на рисунке 1. Первичный вал автомобиля № XX сломался примерно после 254 миль гонки. Увеличенный вид сломанного входного вала показан на рисунках 2 и 3. Трещина пересекает «0» в отметке даты на детали (стрелки), которая была создана с использованием процесса «точечной упрочняющей обработки».

      На рис. 4 показан вид под небольшим углом сопрягаемых поверхностей излома входного вала. Стрелка указывает на начало трещины относительно кода даты, отмеченного точечным утолщением. Немного другой вид под углом показывает маркировку на поверхности излома на Рисунке 5, которая указывает на прогрессирование усталости и ее начало в точке «0» на валу, обработанной точечной наклепом.

      Крупный план по нормали к поверхности излома (рис. 6) показывает происхождение излома и два усталостных явления, покрывающих примерно 33% поверхности излома, перед окончательным скручиванием вала при кручении. Сильно окисленная часть зоны усталости указывает на то, что эта часть была открытой и остановилась на некоторое время, прежде чем продолжилось распространение трещины.

      Поверхность излома исследовали при большом увеличении с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Изображение поверхности разрушения в области инициации, полученное с помощью СЭМ с малым увеличением, показано на рис. 7. Отмечается межкристаллитное разрушение, указывающее на высокую твердость и хрупкое состояние. Это также может быть показателем очень высоких остаточных напряжений на поверхности вала. Отметки на поверхности разрушения указывают на то, что до окончательного разрушения из-за перегрузки произошли два события.

      Происхождение трещины видно в прямоугольной области, представленной при увеличении увеличения на рисунках 8, 9.и 10. Начало перелома находится в нижней части одной из букв, отмеченных точечным ударом. Рядом с очагом разрушения наблюдается хрупкий межкристаллитный излом.

      На рисунках 11, 12 и 13 показаны изображения с помощью СЭМ с увеличением увеличения поверхности наружного диаметра вала в месте возникновения трещины. Трещина началась у вертикальной линии «0» на гравировке кода даты. СЭМ-изображение места инициации в обратно рассеянных электронах (BSE) представлено на рисунке 14. Изображение BSE более чувствительно к топографическим изменениям. Отмечается вторичное растрескивание в нижней части следа точечной упрочнения.

      Изображение соседней буквы («I») с малым увеличением, полученное с помощью SEM/BSE, подробно показано на рис. 15. Область, заключенная в рамку, представлена ​​при увеличении увеличения на рисунках 16 и 17. В нижней части точки наблюдается вторичное межкристаллитное растрескивание. расписное письмо.

      Был сделан поперечный разрез через место возникновения трещины и подготовлен для металлографического исследования в соответствии с ASTM E3-01. Травление 2% ниталом в соответствии с ASTM E407-99 выявило микроструктуру, которую исследовали с помощью оптического микроскопа в соответствии с ASTM E883-02.

      На рис. 18 представлено оптическое микроскопическое изображение поперечного сечения в месте возникновения трещины. Отпечаток на поверхности в месте возникновения трещины является результатом маркировки точечным упрочнением. Ниже места начала перелома наблюдается дополнительное вдавление. На Рисунке 19 показано оптическое изображение места возникновения трещины с большим увеличением. На поверхности трещины видны признаки хрупкого межкристаллитного разрушения. Никаких необычных условий в мартенситной микроструктуре не наблюдается.

      На рис. 20 в поперечном сечении показано изображение с большим увеличением соседнего углубления в виде буквы, нанесенной методом точечной штамповки на поверхности стержня. На дне отпечатка, полученного методом точечной штамповки, видна небольшая зарождающаяся межкристаллитная трещина. Увеличенное увеличение, вид трещины без травления подробно показан на рис. 21.

      Спектрографический анализ в соответствии с ASTM E415-99a был проведен для определения химического состава разрушенного входного вала. Анализ показал, что материал соответствует химическому составу сверхвысокопрочной легированной стали 300M. Никаких необычных условий в составе не наблюдалось. Результаты по химическому составу представлены в Таблице 1. Испытания на твердость по Роквеллу

      проводились на середине радиуса поперечного сечения вала в соответствии со стандартом ASTM E18-02. Были сняты четыре отдельных показания в случайных местах поперечного сечения для среднего значения твердости 54,5 HRC. Испытание на микротвердость по Кнупу под нагрузкой 500 грамм (ASTM E384-99e1) на поперечном сечении через место инициирования показал поверхностную твердость 56 HRC в месте разрушения.

      На сравнительный анализ поступили два первичных вала сравнения (№ ХХ и № ХХ автомобилей от ХХХХХХХХ соответственно). Компоненты были подвергнуты флуоресцентному пенетрантному тестированию в соответствии с внутренними операционными процедурами MTI для информационных целей (как правило, в соответствии со стандартом ASTM E165-95). Растрескивания не наблюдалось.

      На рис. 22 показан крупный план входного вала кабины № XX в месте кода даты. Буквы с точечной маркировкой указывают на то, что вал имеет ту же дату изготовления, что и сломанный первичный вал. Химический анализ исходного вала сравнения показывает, что компонент изготовлен из сверхвысокопрочной легированной стали 300M. В таблице 1 приведен элементный состав детали.

      Испытание на твердость по Роквеллу сравнительного входного вала № xx в средней части радиуса показывает, что средняя твердость сердцевины составляет 55 HRC.

      На рис. 23 показан крупный план второго входного вала сравнения (вагон № xx) в месте кода даты. Буквы, нанесенные точечной обработкой, указывают на то, что дата изготовления вала отличается от даты изготовления сломанного входного вала.

      Химический анализ входного вала сравнения показывает, что этот компонент изготовлен из высокопрочной науглероживающей легированной стали SAE 9310. Шлицевая часть детали, вероятно, науглерожена. В таблице 2 приведен элементный состав детали.

      Испытание на твердость по Роквеллу сравнительного входного вала № xx в середине радиуса показывает, что средняя твердость сердцевины составляет 38 HRC. Вал 9310 демонстрирует гораздо более высокую степень прочности и пониженную чувствительность к надрезам в области вала, которая маскируется во время науглероживания. Таблица 10301 Элемент

      Трещина входного вала

      (масс. %)

      Входной вал сравнения

      (масс. %)

      Сталь 300M

      Спецификация

      (вес. %)

      Углерод

      0,41

      0,43

      0,40 – 0,46

      Марганец

      0,71

      0,71

      0,65 – 0,90

      Фосфор

      0,011

      0,010

      нет данных

      Сера

      <0,001

      <0,001

      нет данных

      Кремний

      1,50

      1,53

      1,45 – 1,80

      Никель

      1,90

      1,91

      1,65 – 2,0

      Хром

      0,73

      0,74

      0,70 – 0,95

      Молибден

      0,40

      0,40

      0,30 – 0,45

      Ванадий

      0,07

      0,07

      0,05 мин

      Оба входных вала соответствуют спецификации для 300M, сверхвысокой прочности, легированной стали.

      Таблица 2:

      Химический анализ входного вала № XX

      Элемент	Трещина входного вала (масс. %)	SAE 9310 Спецификация (масс. %)
      Углерод	0,11	0,08 – 0,13
      Марганец	0,48	0,45 – 0,65
      Фосфор	0,007	0,025 макс.
      Сера	<0,001	0,025 макс.
      Кремний	0,29	0,15 – 0,35
      Никель	3,41	3,00 – 3,50
      Хром	1,25	1,00 – 1,40
      Молибден	0,12	0,08 – 0,15

      Входной вал кабины № XX соответствует спецификации для высокопрочной легированной стали SAE 9310.

      ВЫВОДЫ:

      Деталь разрушилась из-за точечной маркировки вала, создавшей высокую концентрацию напряжений в твердой (54 HRC) 300M сверхвысокопрочной детали из легированной стали. Была отмечена зона межкристаллитного разрушения, начавшаяся в нижней части нанесенной точечным ударом надписи на наружной поверхности вала. Два события усталости, покрывающие примерно 33% поверхности излома, были отмечены рядом с областью инициации межкристаллитного разрушения до окончательного разрушения компонента при перегрузке при кручении.

      Вторичное, зарождающееся межкристаллитное растрескивание наблюдалось в нижней части соседней точечной надписи.

      Высокая твердость вала делает этот компонент очень чувствительным к зазубринам. Буквы, нанесенные методом точечной обработки, послужили местом инициации образования трещин. Начальная область хрупкого межкристаллитного растрескивания указывает на хрупкое состояние поверхности и, возможно, высокие остаточные напряжения на поверхности вала.

      Испытания на твердость и химический анализ двух дополнительных входных валов показали, что компонент автомобиля № xx был изготовлен из сверхвысокопрочной стали 300M со средним значением твердости 55 HRC. Второй первичный вал от автомобиля № хх был изготовлен из SAE 9.Высокопрочная легированная сталь 310 со средней твердостью сердцевины 38 HRC. Шлицы вала, вероятно, науглерожены в материале 9310.

      ИЗОБРАЖЕНИЯ:

      Рис. 1: Общий вид сломанного входного вала (вверху) и двух сравнительных валов, которые участвовали в гонках в XXXXXXXXX. (Фото PB2551)

      Рис. 2: Крупный план сломанного входного вала. Излом пересекает «0» в штампе кода даты на детали (стрелки). (Фото PB2552)

      ---

      Рис. 3: Детальный вид сломанного входного вала. Излом пересекает «0» в штампе даты на детали (стрелки). (Фото PB2553)

      Рис. 4: Вид под низким углом на сломанный входной вал. Стрелки указывают на место возникновения трещины в виде точки «0» в коде даты. (Фото PB2554)

      ---

      Рис. 5: Немного другой вид под малым углом на место возникновения трещины (стрелка).
      (Фото PB2555)

      Рис. 6: Крупный план поверхности излома. Синяя стрелка указывает на очаг разрушения в хрупкой межкристаллитной зоне. Наблюдаются две усталостные зоны, распространяющиеся примерно на 33% поверхности разрушения до окончательной перегрузки при кручении. В зоне усталости 2 отмечены следы остановки усталости и окисление. (Фото PB2556)

      ---

      В очаге разрушения отмечается межкристаллитный излом, свидетельствующий о высокой твердости, хрупком состоянии. Область в рамке подробно показана при большем увеличении на рис. 8. (SEM Photo 2S7404, Mag: 5X)

      Рис. 8. СЭМ-изображение области, заключенной в рамку на рис. 7, с повышенным увеличением. Стрелка указывает приблизительное место возникновения трещины, показанное при повышенном увеличении на рис. 9. (Фото СЭМ 2S7406, Mag: 45X)

      ---

      Рисунок 9: СЭМ-вид поверхности фактуры с увеличенным увеличением. В очаге разрушения отмечается межкристаллитный излом, свидетельствующий о высокой твердости, хрупком состоянии. Область в рамке показана при большем увеличении на рис. 10. (SEM Photo 2S7407, Mag: 5X)

      Рис. 10: СЭМ-изображение с большим увеличением места возникновения трещины указывает на то, что трещина возникла на дне углубления, нанесенного точечным ударом на поверхности наружного диаметра вала. (SEM Photo 2S7408, Mag: 500X)

      ---

      Рис. 11: СЭМ-вид с низким увеличением на поверхность наружного диаметра вала в месте возникновения трещины (стрелка). Место инициации находится на гравировке кода даты на валу. (SEM Photo 2S7410, Mag: 20X)

      Рис. 12: СЭМ-изображение места возникновения трещины (стрелка) с увеличенным увеличением относительно наружного диаметра поверхности и штамповки кода даты на валу. Разрушение начинается на вертикальной линии «0». Наблюдается хрупкая межкристаллитная область, примыкающая к месту зарождения разрушения. (РЭМ-фото 2S7411, Mag: 50X)

      ---

      Рис. 13: РЭМ-изображение с большим увеличением места возникновения трещины на отметке «0» по вертикали. (SEM Photo 2S7412, Mag: 200X)

      Рис. 14: СЭМ/BSE изображение тех же областей показано на Рис. 13. BSE изображение более отчетливо показывает вторичное растрескивание в нижней части буквы, обработанной точечным упрочнением. (SEM/BSE Photo 2S7413, Mag: 200X)

      ---

      Рис. 15: СЭМ/BSE изображение соседней буквы («I») на наружном диаметре вала с малым увеличением. Область в рамке появляется при большем увеличении на рис. 16. (SEM/BSE 2S7414, Mag: 20X)

      Рис. 16. СЭМ-изображение области, заключенной в рамку, на Рисунке 15, увеличенное увеличение. В области, заключенной в рамку, показанной при большем увеличении на Рисунке 17, наблюдается зарождающееся растрескивание. (SEM/BSE Photo 2S7415, Mag: 500X)

      ---

      Рис. 17: СЭМ/БФЭ-изображение области, заключенной в рамку на Рис. 16, с большим увеличением показывает зарождающееся межкристаллитное растрескивание (РЭМ/БФЭ Фото 2S7416, Mag: 2500X)

      Рис. 18: Оптическое микроскопическое изображение продольного креста — разрез по месту возникновения трещины. Отпечаток на поверхности в месте возникновения трещины является результатом точечной маркировки. Ниже места начала перелома наблюдается дополнительное вдавление. (Фото Д3913, Mag: 100X) (Фото PB2554)

      ---

      Рис. 19: Оптическая микроскопия с большим увеличением продольного поперечного сечения в месте возникновения трещины. Поверхность излома имеет признаки хрупкого межкристаллитного разрушения. Никаких необычных условий в мартенситной микроструктуре не наблюдается. (Фото D3898M, Mag: 500X)

      Рис. 20. Вид с большим увеличением соседней выемки, нанесенной точечным ударом на поверхности наружного диаметра вала. Небольшая зарождающаяся межкристаллитная трещина наблюдается на дне отпечатка точечной упрочнения (более четко показано на непротравленном виде на рис. 19).). (Фото D3815M, Mag: 500X)

      ---

      Рис. 21: Увеличенное увеличение, непротравленный вид зарождающейся трещины, отмеченной на Рис. 20. (Фото B3906, Mag: 1000X)

      Рис. 22: A крупный план входного вала вагона № XX. Надпись с точечным ударом указывает на то, что вал имеет ту же дату изготовления, что и сломанный входной вал. (Фото PB2558)

      ---

      Рис. 23: Крупный план входного вала вагона № XX.