Кинематическая схема трансмиссии mitsubishi

Устройство автомобилей

Ступенчатые коробки передач

Механические ступенчатые коробки передач, в отличие от бесступенчатых, позволяют изменять крутящий момент, передаваемый трансмиссией ведущим колесам, скачкообразно (ступенчато). Это существенный недостаток такого типа коробок передач, который компенсируется простотой их конструкции, относительной надежностью и неприхотливостью. Кроме того, ступенчатые коробки передач позволяют повысить динамические качества автомобиля (например, при разгоне) и его экономичность.
По этим причинам ступенчатые коробки передач в настоящее время широко применяются во всех типах автомобилей и автобусов.

Типы ступенчатых коробок передач

Ступенчатые коробки передач классифицируются по нескольким основным признакам:

Они могут быть простыми (вальными) и планетарными в зависимости от подвижности геометрических осей их валов.

По числу валов простые коробки делятся на двух-, трех- и многовальные коробки передач.

По числу ступеней (учитываются лишь передачи переднего хода) коробки передач подразделяются на двух-, трех-, четырех-, пятиступенчатые и многоступенчатые.

По способу переключения передач коробки могут быть с подвижными зубчатыми колесами, муфтами легкого включения и с синхронизаторами.

По способу управления различают коробки передач с непосредственным, дистанционным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

По выполняемым функциям коробки передач подразделяют на основные, делители и дополнительные.

Помимо приведенных признаков классификации коробки передач делятся по числу ходов (плоскостей перемещения рычага переключения передач) на двухходовые и трехходовые. Двухходовыми являются трехступенчатые коробки передач, которые в настоящее время можно встретить лишь на автомобилях старых марок, например, ГАЗ-21.

На современных автомобилях в качестве основных наибольшее распространение получают простые, двух- или трехвальные коробки передач. Число передач в таких коробках обычно 4…5.
Увеличение числа передач на автомобилях-тягачах, вездеходах и автомобилях большой грузоподъемности осуществляется путем установки делителя (мультипликатора) или дополнительной коробки (демультипликатора), что позволяет соответственно повысить плотность ряда и расширить диапазон передаточных чисел.
В этом случае общее число передач равно произведению числа передач основной коробки передач и дополнительной. Многоступенчатые коробки передач имеют 5 или 6 валов и поэтому являются многовальными.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей применяются коробки передач с непосредственным управлением, при котором водитель посредством рычага воздействует на элементы механизма переключения передач (штоки, вилки, синхронизаторы или муфты) и включает выбранную передачу.
При дистанционном управлении усилие от рычага управления на механизм переключения передач осуществляется через систему тяг и рычагов.
Элементы полуавтоматического управления имеются в приводе управления делителем автомобилей марки «КамАЗ» и дополнительной коробки передач автомобиля КрАЗ-260.

Автоматический привод для управления ступенчатыми коробками передач не применяется, и обычно используется в управлении гидромеханическими коробками передач.

Планетарные коробки передач, как правило, применяют в качестве дополнительных коробок в гидромеханических передачах для усиления преобразующих свойств гидротрансформаторов.

Кинематические схемы коробок передач

Конструкционные, преобразующие и эксплуатационные свойства коробок передач зависят от ее кинематической схемы. На рис. 1 приведены наиболее распространенные кинематические схемы простых ступенчатых коробок передач.

Любая ступенчатая коробка передач представляет собой зубчатый редуктор, в картере 1 которого на валах установлены подвижные 8 или неподвижные 6, 7 зубчатые колеса. Входной вал 3 называется первичным валом, а выходной вал – вторичным валом.
В трехвальной коробке передач третий вал 10 называется промежуточным валом, а первичный и вторичный валы располагаются соосно.

Переключение передач выполняют при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными на валу зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и приводит к их повышенному износу. Поэтому на автомобилях применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес и включением передач передвижением кареток (муфт) синхронизаторов.

Подвижные зубчатые колеса выполняются прямозубыми и устанавливаются на шлицах, что позволяет им смещаться вдоль вала. На шлицах также устанавливаются муфты 5 включения передач.
Неподвижные зубчатые колеса для снижения уровня шума выполняются косозубыми и устанавливаются на валу жестко или свободно на подшипниках.
Зубчатые колеса высших передач как наименее нагруженные располагаются ближе к передней опоре, а низших передач как наиболее нагруженные – ближе к задней более жесткой опоре.

Включение той или иной передачи осуществляется путем перемещения муфт 5 переключения передач, которые блокируют зубчатое колесо 7 с вторичным валом 9 или первичный 3 и вторичный валы друг с другом на прямой передаче, на которой передаточное число равно единице.

Потери мощности в коробке передач на прямой передаче практически отсутствуют, и ее КПД близок к единице, так как ни зубчатые колеса, ни промежуточный вал в передаче крутящего момента не участвуют.
На всех других передачах, кроме прямой, крутящий момент в трехвальной коробке передач передается от первичного вала последовательно через зубчатые колеса постоянного зацепления 2 и 4 на промежуточный вал 10, и от него на сблокированную с вторичным валом пару зубчатых колес.

Например, на третьей передаче (рис. 1, а) крутящий момент передается в следующей последовательности:
первичный вал 3 зубчатое колесо постоянного зацепления первичного вала 4 зубчатое колесо постоянного зацепления промежуточного вала зубчатое колесо 12 третьей передачи промежуточного вала 2 зубчатое колесо 6 третьей передачи вторичного вала вторичный (выходной) вал 9.

Включение низших передач или передачи заднего хода может осуществляться перемещением подвижного зубчатого колеса 8.
Вращение вторичного вала в обратную сторону (при заднем ходе) происходит благодаря установке дополнительного зубчатого колеса 11.

Для обеспечения движения с большой скоростью при сравнительно небольшой частоте вращения коленчатого вала двигателя и получения тем самым максимальной экономичности, высшие передачи выполняются ускоряющими, т. е. с передаточным числом меньше единицы.

Принцип работы трансмиссии с механической ступенчатой коробкой передач наглядно показан в видеоролике, размещенном внизу страницы.

Требования к ступенчатым коробкам передач

Требования, предъявляемые к ступенчатым коробкам передач аналогичны требованиям, предъявляемым ко всем типам подобных агрегатов:

  • обеспечение высоких тягово-скоростных и топливно-экономических качеств автомобиля;
  • надежная связь двигателя с трансмиссией;
  • легкость и удобство управления;
  • обеспечение движения автомобиля задним ходом;
  • высокий КПД;
  • низкий уровень шума при работе;
  • надежность в эксплуатации и простота технического обслуживания и ремонта;
  • малые габаритные размеры и вес.

Надежность и долговечность коробок передач

Прочность деталей коробок передач и их КПД зависят от применяемых материалов, выбранной геометрии зубьев колес, жесткости, числа и расположения опор валов, их механической и термической обработки.

В коробке передач наиболее нагруженными элементами являются зубчатые колеса. Они подвергаются действию статических и динамических нагрузок, например, при резком включении сцепления в момент трогания автомобиля с места. Разрушение зубьев колес часто происходит из-за снижения контактной усталостной прочности.
От многократного приложения максимальных нагрузок возникают трещины в зоне контакта зубьев, образуются щербины (питтинг) и зубчатое колесо выходит из строя.
Зубчатые колеса рассчитывают с запасом прочности 1,2…2,0.

Изготавливают зубчатые колеса для коробок передач и легированных сталей. Так, например, для изготовления зубчатых колес коробок передач ВАЗ применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН, для КПП ГАЗ — 20ХГР, 20ХНМ, для зубчатых колес ЗИЛ — 18ХГТ, 30ХГТ, для ЯМЗ — 12ХНЗА.
После изготовления зубчатых колес они подвергаются цементации, азотированию, поверхностной закалке и шлифованию.

Валы коробок передач во время работы подвергаются кручению и изгибу, поэтому они должны быть прочными и жесткими. При недостаточной жесткости валы могут прогибаться под действием радиальных нагрузок, вследствие чего возникает перекос зубьев, уменьшается прочность зубчатых колес и повышается шумность работы коробки передач в целом.

Источник: k-a-t.ru

Кинематическая схема трансмиссии mitsubishi

Итак, как уже отмечалось, планетарные механизмы появились на автомобилях в начале ХХ-го столетия. И первым серийно выпускаемым автомобилем с планетарной, но не автоматической, коробкой передач был знаменитый ФОРД-Т. Это была коробка, позволяющая реализовать две передачи переднего хода, одна из которых прямая, и одну передачу заднего хода. Она состоит из двух планетарных рядов (характерной особенностью которых было положительное значение внутреннего передаточного отношения при остановленном водиле) двух ленточных тормозов и одной блокировочной муфты (рис.1). Причем водило для этих двух планетарных рядов является общим элементом, и одновременно ведущим звеном 0.

При затяжке тормоза звена 2 коробка работает в редукторном режиме, а при включении тормоза звена 1 реализуется передача заднего хода. Включение блокировочной муфты, установленной между ведущим звеном 0 и ведомым Х приводит к полной блокировки планетарного механизма, что соответствует прямой передачи. Конструкция этой коробки была далеко несовершенной, и, кроме того, наличие двух передач было явно не достаточно, но все равно она долгое время использовалась на автомобилях ФОРД-Т.

Прежде, чем рассмотреть кинематические схемы построения планетарных механизмов современных АКПП, познакомимся с основными элементами планетарных механизмов. Любой планетарный механизм (рис.2) состоит из ведущего звена (О), ведомого звена (Х), звеньев (1,2, 3,…), планетарных рядов (ПР1, ПР2,…) и трех типов элементов управления: тормозов (Т1, Т2,…), блокировочных муфт (М1, М2,…) и муфт свободного хода (А1, А2,…).

Как правило, современные АКПП состоят из двух или трех планетарных рядов. Причем, используются в основном планетарные ряды второго класса, т.е. планетарные ряды с отрицательным внутренним передаточным отношением.

Тормоз предназначен для остановки (блокировки с картером) звеньев планетарного механизма. При включении тормоза какого-либо звена его угловая скорость становится равной нулю, так, например, при включении тормоза Т1 (рис.2) угловая скорость первого звена ω1=0. Тормоз может быть ленточным (Т1), дисковым (Т2) или в качестве тормоза может быть использована муфта свободного хода (А1).

Блокировочная муфта служит для жесткого соединения (блокировки) любых двух звеньев планетарного механизма. При ее включении угловые скорости звеньев, которые она соединяет, становятся равными. Например, включение муфты М1 (рис.2) приведет к тому, что угловая скорость второго звена станет равной угловой скорости ведущего звена 0. В качестве блокировочных муфт в АКПП используются дисковые муфты (М1) или муфты свободного хода (А2).

В теории планетарных механизмов планетарные коробки передач принято классифицировать по числу степеней свободы, которыми они обладают в случае полного выключения всех элементов управления. Коробки бывают:

· четырехстепенными и т.д.

Для включения передачи в случае двухстепенной коробки передач, необходимо воздействовать на один элемент управления. Причем, если это будет блокировочная муфта, то коробка полностью заблокируется, что соответствует прямой передаче. Если коробка передач обладает тремя степенями свободы, то для включения передачи необходимо воздействовать на два элемента управления. При этом одновременное включение двух блокировочных муфт приведет к блокировке коробки передач, т.е. ее передаточное отношение будет равно 1. В случае четырехстепенной коробки передач для включения передачи необходимо воздействие на три элемента управления и т.д.

Определить количество степеней свободы любой планетарной коробки передач достаточно просто. Для этого можно воспользоваться формулой Чебышева:

где W — число степеней свободы;

n – число звеньев, включая ведущее и ведомое;

k мех – число планетарных рядов, входящих в состав планетарной коробки передач.

Так, например, коробка передач автомобиля ФОРД-Т (рис.1) обладает двумя степенями свободы:

а коробка передач, кинематическая схема которой представлена на рисунке 2, обладает тремя степенями свободы:

В настоящее время в АКПП используются планетарные механизмы с тремя и четырьмя степенями свободы.

Долгое время легковые автомобили оснащались трехскоростными автоматическими коробками передач. Причем, как правило, они строились по одной из двух кинематических схем:

· схеме, в которой используется планетарный ряд со сцепленными сателлитами.

Схема Симпсона — схема, которая состоит из двух последовательно расположенных планетарных рядов (рис.8). Оба ряда относятся ко второму классу планетарных механизмов, т.е. их внутренние передаточные отношения при остановленном водиле имеют отрицательные значения. Для управления используются две блокировочные муфты, два ленточных тормоза и муфта свободного хода. Особенностью является объединенные в одно звено малые центральные колеса (МЦК) этих двух планетарных рядов. Большое центральное колесо (БЦК) первого планетарного ряда и общие МЦК могут через две блокировочные муфты жестко соединяться с ведущим валом (О). Водило второго планетарного ряда оборудовано тормозом. Ведомое звено (Х) входит в оба планетарных ряда – в первый в качестве водила, а во второй в качестве БЦК. Схема Симпсона позволяет реализовать следующие режимы:

Источник: www.toyota-club.net