Устройство и работа коробки передач

 

Коробка передач предназначена для силы тяги на ведущих колесах автомобиля при постоянной мощности двигателя путем зацепления шестерен с различным числом зубьев; она обес­печивает также задний ход и длительное разобщение двигателя (вместе со сцеплением) от других агрегатов трансмиссии во вре­мя стоянки автомобиля или при движении его по инерции (рис.12.1).

На рис.12.2,а показана схема коробки передач, в которой зацепление пар шестерен с различным числом зубьев осуществляется их передвижением. Ведущий вал 2 сообщается с ведомым диском сцепления 1, а ве­домый вал 6 – с другими агрегатами трансмиссии. Ведомый вал по отношению к ведущему может вращаться с разным числом оборотов. Промежуточный вал с закрепленным на нем набором шестерен через шестерни 3 и 9 находится в постоянном зацепле­нии с ведущим валом. Передвижные шестерни 4 и 7, установленные на шлицах ведомого вала, обеспечивают включение из­бранной передачи с помощью механизма переключения 5.

Посредством трехвальной конструкции осуществляется прямая пе­редача, при которой ведущий и ведомый валы соединяются не­посредственно через шестерни 3 и 4.

Чтобы избежать ударов при переключении торцов зубьев и их повышенного износа, применяют коробки передач с постоян­ным зацеплением шестерен (см.рис.12.2,б). В данной конструкции включение передач осуществляется перемещением не шестерен, а специальных муфт легкого включения 11. Если же эта муфта имеет дополнительное устройство, обеспечивающее безударное включение передач, то она называется синхронизатором 10.

Специальная вилка, соединяя шестерни 13 с шестернями промежуточного и ведомого валов, обеспечивает задний ход автомобиля.

У автомобиля ВАЗ-2105 коробка передач включает картер 6 (рис.12.3), ведущий 2, промежуточный 27 и ведомый 11 валы, шестерни, два синхронизатора 9 и 13, подшипники, отдель­ные оси 38 с промежуточной шестерней 39 заднего хода и меха­низм переключения передач с рычагом 18.

 

Рис.12.1. Классификация функционального назначения коробки передач

 

Рис.12.2. Схемы устройства коробок передач: а – с передвижными шестернями; б – с шестернями постоянного зацепления; 1 – ведомый диск сцепления; 2 – ведущий вал; 3, 9 – шестерни постоянного зацепления; 4, 7 – передвижные шестерни; 5 – механизм переключения; 6 – ведомый вал; 8 – промежуточный вал; 10 – синхронизатор; 11 – муфта легкого включения; 12 – ось шестерни заднего хода; 13 – шестерня включения заднего хода

 

 

Рис.12.3. Коробка передач автомобиля ВАЗ-2105: 1 – картер сцепления; 2 – ведущий вал; 3 – сапун; 4, 21 – сальники; 5, 8, 16, 20, 25, 32 – подшипники; 6 – картер коробки передач; 7 – ведущая шестерня; 9, 13 – синхронизаторы; 10 – ведомая шестерня третьей передачи; 11 – ведомый вал; 12– ведомая шестерня второй передачи; 14– ведомая шестерня первой передачи; 15 – задняя крышка; 17 – ведомая шестерня передачи заднего хода; 18 – рычаг переключения передач; 19 – ведущая шестерня привода спидометра; 22 – вилка упругой муфты карданного вала; 23 – ведомая шестерня привода спидометра; 24 – ведущая шестерня передачи заднего хода; 26 – ведущая шестерня первой передачи; 27 – промежуточный вал; 28 – сливная пробка; 39 – ведущая шестерня второй передачи; 30 – ведущая шестерня третьей передачи; 31 – ведомая шестерня промежуточного вала; 33 – вилка передачи заднего хода; 34 – нижняя часть рычага переключения передач; 35 – шток вилки передачи заднего хода; 36 – шток вилки включения третьей и четвертой передач; 37 – шток вилки включения первой и второй передач; 38 – ось промежуточной шестерни передачи заднего хода; 39 – промежуточная шестерня передачи заднего хода

Заходом кольца заднего подшипника 5 ведущего вала в отверстие картера сцепления, картер коробки передач передней плоскостью крепится к картеру сцепления 1. Снизу картер коробки закрывается штампованной крышкой, в которой предусмотрено отверстие для слива масла, закрываемое пробкой 28. Сапун 3 сообщает внутреннюю полость картера с атмосферой. Уровень масла не должен быть ниже кромки маслозаливного отверстия в кар­тере.

Ведущий вал 2, который изготовлен заодно с шестерней 7, имеющей зубчатый венец, установлен одним концом в подшип­нике, размещенном в торце коленчатого вала, а другим – в под­шипнике 5. На валу выполнены шлицы для установки ступицы ве­домого диска сцепления. Шестерня ведущего вала находится в постоянном зацеплении с шестерней 31 промежуточного вала 27. Вал вращается в двухрядном шариковом 32 и роликовом 25 подшипниках, установле­нных в стенках картера.

Вал выполнен заодно с четырьмя шестернями, ведущая шестерня 24 передачи заднего хода напрессована на шлицах заднего его конца. Внутренняя обойма переднего (шарикового) под­шипника 32 закреплена на валу болтом, а задний (роликовый) подшипник 25 вместе с шестерней 24 удерживается на валу сто­порным кольцом.

Три опоры поддерживают ведомый вал 11: передняя – игольча­тый подшипник 8, установленный в гнезде ведущего вала 2, сред­няя – шариковый подшипник 16 в задней стенке коробки и зад­няя – шариковый подшипник 20, расположенный в задней крыш­ке коробки. На термически обработанных шей­ках ведомого вала свободно вращаются шестерни второй 12 и третьей 10 передач, а шестерня 14 первой передачи свободно вра­щается на втулке, надетой на вал. Все эти шестерни имеют по два венца; косозубые находятся в постоянном зацеплении с шес­тернями промежуточного вала, а прямозубые соединяются со скользящими муфтами синхронизаторов 9 и 13 при включении соответствующих передач. Муфты перемещаются по шлицам ступицы и обеспечивают соединение шестерни включаемой пере­дачи с ведомым валом. На заднем конце ведомого вала находится ведущая шестерня 19 привода спидометра.

Синхронизатор служит для безударного (бесшумно­го) включения двух передач путем уравнивания угловых скоростей включаемой шестерни и ведомого вала. На автомо­биле ВАЗ-2105 он состоит из ступицы 2 (рис.12.4), скользящей муфты 1, двух стопорных колец 3, двух пружин 5 и двух блокирую­щих колец 4 с наружными коническими поверхностями.

Рис.12.4. Устройство син­хронизатора коробки передач ав­томобиля ВАЗ-2105: а – нейтральное положение; б – начало включения третьей передачи; в – третья передача включена; 1 – скользящая муфта; 2 – ступица; 3 – стопорное кольцо; 4 – блокирующее кольцо; 5 – возвратная пружина; 6 – ведущий вал; 7 – зубчатый венец четвертой передачи; 8 – вилка включения третьей и четвертой передач; 9 – зубчатый венец шестерни третьей передачи; 10 – шестерня третьей передачи; 11 – ведомый вал; 12 – шлицы ступицы; 13 – подшипник

Принцип работы синхронизатора рассмотрим на примере включения третьей передачи. В нейтральном положении (см.рис.12.4,а) блокирующие кольца 4 прижаты пружинами 5 к стопорным кольцам 3. Между кониче­скими поверхностями блокирующих колец и муфты 1 имеется зазор, а зубья блокирующих колец 4 находятся во впадинах вен­цов 9 и 7, при этом крутящий момент от этих зубчатых венцов на муфту 1 не передается.

При включении третьей передачи (см.рис.12.4,б) скользящая муфта 1 синхронизатора перемещается вилкой 8 по шлицам 12 ступицы 2, установленной неподвижно на ведомом валу 11, и прижимается внутренним корпусом к кониче­ской поверхности блокирующего кольца 4. В результате этого под дей­ствием сил трения блокирующее кольцо синхронизатора повернется на небольшой угол, упрется боковыми скосами своих зубьев в боковые ско­сы венца 9 ведомой шестер­ни 10 третьей передачи и дальнейшее проворачивание кольца прекратится. Одно­временно создается сопро­тивление дальнейшему осе­вому перемещению муфты 1 и продолжается выравнива­ние скорости вращения ва­лов выравниваются за счет сил трения меж­ду блокирующим кольцом 4 и муфтой синхронизатора 1.

Далее блокирую­щее кольцо 4 соскальзывает с конусных поверхностей зубчатого венца 9 под действием осевого усилия, передаваемого от вилки 8 включения передачи. При этом муфта 1, перемещаясь вместе с блокирующим кольцом 4, своими шлицами со­единяет ступицу 2 на ведомом валу с венцом 9 ведомой шестерни третьей передачи (см.рис.12.4,в).

При выключении передачи все де­тали занимают исходное положение, а блокирующее кольцо от­ходит обратно под действием пружины 5.

В отверстие картера коробки передач и его задней крышки запрессована ось промежуточной шестерни заднего хода 38 (см.рис.12.3). На оси свободно вращается промежуточная шестерня 39 передачи заднего хода с запрессованной в нее металлокерамической втулкой.

Рычагом 16 осуществляется управление коробкой передач, включение происходит за счет продольного перемещения штоков 4, 6, 11 вместе с закрепленными на них вилками, вхо­дящими в вырезы муфт синхронизаторов или вырезы промежу­точной шестерни заднего хода. В задней головке штоков сделан паз, в который входит хвостовик 15 рычага 16 переключения пере­дач. Четкость включения передач и удержание штоков и вилок в нейтральном и включенном положении обеспечивается фиксато­рами, состоящими из шариков 23 с пружинами 22.

Замок между штоками, состоящий из трех блокирующих суха­рей 8, 9 и 10, предохраняет коробку от одновременного вклю­чения двух передач. Два крайних сухаря 8 и 10 установлены в отверстии задней стенки картера, а средний - в отверстии што­ка 4. У штоков имеются гнезда (выемки) для сухарей.

Рис.12.5. Механизм переключения передач автомобиля ВАЗ-2105: а – расположение механизма в картере коробки передач; б, в – работа замкового механизма; 1 – картер сцепления; 2 – шпилька; 3 – картер коробки передач; 4 – шток вилки включения третьей и четвертой передач; 5 – вилка включения третьей и четвертой передач; 6 – шток вилки включения первой и второй передач; 7 – вилка включения первой и второй передач; 8, 9. 10 – блокирующие сухари; 11 – шток вилки включения передачи заднего хода; 12 – втулка; 13 – вилка включения передачи заднего хода; 14 – болт крепления вилки; 15 – хвостовик рычага переключения передач; 16 –рычаг переключения пере­дач; 17 – пружина; 18 – оттяжная пружина; 19 – задняя крышка; 10 – полый штифт; 21 – крышка фиксаторов; 22 – пружина фиксатора; 23 – шарик фиксатора

 

Работу ме­ханизма переключения передач рассмотрим на примере включения задней передачи (см.рис.12.5,в). При перемещении вперед шток 1 выдавливает из своего гнезда сухарь 8, который входит в гнездо штока 4 и од­новременно через средний сухарь 9 прижимает другой сухарь 10 к гнезду штока 6. Это позволяет зафиксировать штоки 4 и 6 в нейтральном положении. Для включения любой другой передачи необходимо прежде возвратить шток 11 в перво­начальное положение.

Рычаг 16 переключения передач имеет опорный шар, который пружиной 17 прижимается к поверхности шаровой опоры. От проворачивания рычаг удерживается штифтом, входящим в про­резь на опоре. Нижний конец рычага 15 в нейтральном положении расположен в пазу головки штока 4 и удерживается пружиной 18. Непроизвольное включение заднего хода исключается, так как, чтобы сжать пружину 17, необходимо нажать на рычаг вниз.

Рычаг переклю­чения передач для облегчения снятия и установки коробки выполнен разъемным. Обе части соединены с по­мощью демпфера, детали которого поглощают вибрации рычага и обеспечивают более мягкое переключение передач.

Включение передач и передачу крутящего момента можно проследить по схемам (рис.12). При включении первой передачи (рис.15,а) крутящий момент от ведущего вала 1 через его шестерню 2, постоянно находящую­ся в зацеплении с шестерней 15 промежуточного вала 16, передается через шестерни 12 и 7 постоянного зацепления и далее через муфту синхронизатора 6 на его ступицу и на ведомый вал 9 коробки передач.

При включении второй передачи муфта синхронизатора сдви­гается в противоположную сторону (см.рис.12.6,б) и соединяется с шестерней 5, через которую в этом случае и передается крутящий момент.

Включение третьей (см.рис.12.6,в) и четвертой (прямой) передач (см.рис.12.6,г) производится продольным перемещением штока 4 (см.рис.12.5,а) с вилкой 5 аналогично включению первой и второй передач.

Включение передачи заднего хода (см.рис.12.6,д) осуществляется перемещением вперед промежуточной шестерни 17 (см.рис.12.6,е) передачи заднего хода, которая одновременно входит в зацеп­ление с шестернями 11 и 8 соответственно промежуточного и ве­домого валов. От ведущего вала 1 крутящий момент передается на шестерню 11, промежуточную шестерню 17 и от нее через шестерню 8 на ведомый вал 9, который будет вращать­ся в обратную сторону, обеспечивая движение автомобиля зад­ним ходом.

На автомобиле «Москвич» коробка передач устроена и рабо­тает аналогично рассмотренной выше.

 

Рис.12.6. Схемы передачи крутящего момента на разных передачах: а – I передача; б – II передача; в – III передача; г – IV (прямая передача); д – задний ход; е – зацепление шестерен при включении заднего хода; 1 – ведущий вал; 2 – шестерня постоянного зацепления; 3 – синхронизатор включения III и IV передач; 4 – ведомая шестерня III передачи; 5 – ведомая шестерня II передачи; 6 – синхронизатор включения II и I передач; 7 – ведомая шестерня I передачи; 8 – ведомая шестерня заднего хода; 9 – ведомый вал; 10 – стенка картера; 11 – ведущая шестерня заднего хода; 12 – ведущая шестерня I передачи; 13 – ведущая шестерня II передачи; 14 – ведущая шестерня III передачи; 15 – ведомая шестерня промежуточного вала; 16 – промежуточный вал; 17 – промежуточная шестерня заднего хода

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2108 не трехвальная, а двухвальная с параллельными осями ведущего и ведомого валов. Она не имеет «прямой» передачи, т.е. передачи, когда ведущий и ведомый валы вращаются как единое целое с одинаковой часто­той. Наиболее близка к этому четвертая передача. Пятая передача имеет передаточное число значительно меньше единицы (0,78), что позволяет получить большие скорости движения при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя и, следовательно, меньшем расходе топлива.

Четырехступенчатая коробка передач автомобиля ВАЗ-2108 состоит из ведущего 14 (рис.12.7) и ведомого 21 валов с шестерня­ми и синхронизаторами, оси с промежуточной шестерней заднего хода и привода переключения передач.

Главная передача и дифференциал смонтированы в одном картере с коробкой передач. Картер 1 коробки передач соединен шпильками с картером сцепления 18, а задняя его часть закрыта крышкой 11, в которую запрессован сапун 12. Для заправки ко­робки передач маслом и контроля за его уровнем имеется отвер­стие, закрываемое пробкой 2, а для слива масла отверстие, за­крываемое пробкой 3.

Муфта под­шипника 20 выключения сцепления расположена на переднем конце ведущего вала 14. Вал выполнен в виде блока ведущих шестерен I, II, III, IV передач и заднего хода. На шлицевом конце вала расположен ведомый диск сцепления.

На ведомом валу 21 на игольчатых подшипниках установлены ведомые шестерни I, II, III, IV передач и синхронизаторы.

Синхронизатор III и IV передач имеет ступицу 9, жестко соединенную с валом при помощи шлицов, скользящую муфту 13, два блокирующих кольца 31, три сухаря 32 с фиксаторами 33 и пружинами, а также синхронизаторы с зубчатыми венцами.

Синхронизатор I и II передач устроен аналогично рассмотренному выше, но его сколь­зящая муфта 6 имеет наружный венец для включения задней передачи.

Скользящая муфта своим внутренним венцом расположена на наружном зубчатом венце ступицы и может перемещаться вдоль нее. Для этого в кольцевую проточку муфты заходит вилка переключения передач 15.

Пятиступенчатая коробка передач изготовлена на базе четы­рехступенчатой, однако конструктивно отличается тем, что задние части ведущего и ведомого валов удлинены для рас­положения на них ведущей и ведомой шестерни V передачи и ее синхронизатора. Работа коробки передач аналогична рассмот­ренной выше.

 

 

Рис.12.7. Коробка передач автомобиля ВАЗ-2108: 1 – картер; 2 – пробка заливного я контрольного отверстия; 3 – пробка сливного отверстия; 4 – привод левого переднего колеса; 5 – ведомая шестерня первой передачи; 6 – муфта синхронизатора I, II передач и заднего хода; 7 – ведомая шестерня II передачи; 8 – ведомая шестерня III передачи; 9 – ступица муфты синхронизатора III и IV передач; 10 – ведомая шестерня IV передачи; 11 – задняя крышка; 12 – сапун; 13– скользящая муфта синхронизатора III и IV передач; 14 – ведущий вал; 15 – вилка; 16 – рычаг вилки включения сцепления; 17 - втулка; 18 – картер сцепления; 19 – вилка выключения сцепления; 20 – подшипник выключения сцепления; 21 – ведомый вал; 22 – ведомая шестерня главной передачи; 23 – роликовый конический подшипник дифференциала; 24 – коробка дифференциала с крышкой; 25 – сателлит; 26 – полуосевая шестерня; 27 – ведущая шестерня привода спидометра; 28 – привод спидометра; 29 – ось сателлитов; 30 – защитный чехол привода переключения передач; 31 – блокирующее кольцо; 32 – сухарь фиксатора; 33 – шарик фиксатора