Будова та експлуатація вантажного автомобіля
Вище професійне гірничо-будівельне училище
Предметний сайт
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Коробка передач призначена для зміни крутного моменту, що передається від двигуна на ведучі колеса, роз’єднує на тривалий час двигун і трансмісію, а також забезпечує рух автомобіля заднім ходом.
Ступінчаста коробка передач складається з набору зубчастих коліс, які входять у зачеплення в різних поєднаннях, утворюючи кілька передач або ступенів з різними передаточними числами. Чим більша кількість передач, тим краще автомобіль «пристосовується» до різних дорожніх умов. Коробка передач повинна працювати безшумно, з мінімальним спрацюванням, що досягається застосуванням зубчастих коліс з косими зубцями.
Ступінчасті коробки передач за числом передач переднього ходу поділяють на чотири- та п’ятиступінчасті.
Ступінчасті коробки передач можуть бути прості та планетарні.
Рис. 6. Схема триступінчастої коробки передач:
А – первинний вал;
Б – вторинний вал;
В – проміжний вал;
Г – вісь зубчастого колеса передачі заднього ходу; 1-8 – зубчасті колеса
У простій ступінчастій коробці передач (рис. 6) є три вали: ведучий (первинний) А, який зв’язаний через зчеплення з колінчастим валом двигуна; ведений (вторинний) Б, з’єднаний через карданну передачу та інші механізми з ведучими колесами автомобіля; проміжний В. З ведучим валом як одне ціле виготовлене ведуче зубчасте колесо 1, що знаходиться у постійному зачепленні з веденим зубчастим колесом 8, яке жорстко з’єднане з проміжним валом. При увімкненні зчеплення обертаються ведучий та проміжний вали.
На веденому валу встановлено рухомі зубчасті колеса 2 і 3, а зубчасті колеса 7, 6 та 4, так само, як і колесо 8, жорстко з’єднані з проміжним валом. Відношення числа зубців веденого зубчастого колеса до числа зубців ведучого колеса, зворотне відношенню частот їх обертання, називають передаточним числом. Наприклад, передаточне число передачі, яка складається з зубчастих коліс 8 та 1:
де z8 – число зубців веденого зубчастого колеса 8; z1 – число зубців ведучого зубчастого колеса 1.
Коли якесь зубчасте колесо веденого вала входить у зачеплення з одним із зубчастих коліс проміжного вала, крутний момент від двигуна через ведучий, проміжний і ведений вали коробки передач передається карданній передачі й далі на ведучі колеса автомобіля. Для увімкнення першої передачі колесо 3 просувають уперед, вводячи його в зачеплення з шестірнею 6 першої передачі проміжного вала. Загальне передаточне число першої передачі визначають як добуток передаточних чисел окремих пар зубчастих коліс, тобто:
де z3 і z6 – числа зубців відповідно колеса 3 та шестірні 6.
При увімкненні першої передачі крутний момент Мк на веденому валу коробки передач збільшується порівняно з крутним моментом двигуна Мд в u1 разів, тобто
та має максимальну величину, оскільки шестірня 6 є найменшою з зубчастих коліс проміжного вала, а колесо 3 – найбільшим з зубчастих коліс веденого вала.
Першу передачу використовують під час руху автомобіля в найважчих дорожніх умовах, а також при рушанні з місця на поганій дорозі та з вантажем. Для легкових автомобілів передаточне число першої передачі , для автобусів , для вантажних автомобілів .
Друга передача забезпечується ввімкненням зубчастих коліс 2 і 7. Тоді
де z2 і z7 – числа зубців зубчастих коліс відповідно 2 та 7.
Друга передача є проміжною. У наведеній схемі триступінчастої коробки вона єдина. У чотирьох- та п’ятиступінчастих коробках передач може бути дві або навіть три проміжних передачі.
При увімкненні прямої (в даному випадку третьої) передачі ведучий і ведений вали з’єднуються безпосередньо через зубчасті колеса 1 і 2 (). Пряма передача є основною передачею, що використовується під час руху автомобіля по хорошій дорозі.
Перемикання передач виконують при вимкненому зчепленні, вводячи рухомі зубчасті колеса (каретки) веденого вала в зачеплення з нерухомими зубчастими колесами проміжного вала. Це зачеплення супроводжується ударами торців зубців та їхнім підвищеним спрацюванням. Тому на автомобілях застосовують коробки передач з постійним зачепленням зубчастих коліс, які відзначаються високою довговічністю.
З зубчастим колесом 4 проміжного вала в постійному зачепленні перебуває проміжне зубчасте колесо 5 передачі заднього ходу, яке на рис. 6 умовно зображене у площині креслення. Для увімкнення передачі заднього ходу зубчасте колесо 3 переміщують назад, вводячи його в зачеплення з проміжним зубчастим колесом 5 передачі заднього ходу, що вільно обертається на своїй осі.
Коробки передач автомобілів-тягачів КамАЗ
Для автомобілів КамАЗ передбачена установка коробок передач двох модифікацій: п'яти- та десятиступінчастої.
Механічна п'ятиступінчаста коробка передач має п'ять передач для руху вперед і одну – для руху назад. Коробка передач оснащена двома синхронізаторами інерційного типу для ввімкнення другої та третьої, четвертої та п'ятої передач. Шестірні на всіх передачах, окрім першої і заднього ходу, косозубі, постійного зачеплення.
Змащувальна система – комбінована. Усі деталі змащуються розбризкуванням. Окрім того, до підшипників шестерень примусово подається олива від нагнітального пристрою. Керування коробкою передач – механічне з дистанційним приводом.
Коробка передач прикріплена до картера зчеплення шпильками. Вона складається з картера 7 (рис. 7), первинного 13, вторинного 8 і проміжного 11 валів з шестірнями й підшипниками у зборі, блоку 2 шестерень заднього ходу, механізму перемикання передач, кришок 10, 17, 31, 32 і підшипників.
Картер коробки передач відлитий із сірого чавуну і служить для монтажу всіх валів і підшипників. Передній і задній торці картера оброблені та призначені: передній – для установки картера зчеплення, кришки 17 заднього підшипника первинного вала і кришки 10 переднього підшипника проміжного вала; задній – для установки кришки 31 заднього підшипника вторинного вала і стакана 34 заднього підшипника проміжного вала. У передньому й задньому торцях попарно розточені в лінію по два верхні та нижні отвори для установки заднього підшипника первинного вала й заднього підшипника вторинного вала, переднього підшипника і стакана 34 заднього підшипника проміжного вала. У задньому торці та в перегородці картера розточено два отвори для установки осі 25 блоку шестерень заднього ходу. Верхній оброблений торець картера закритий кришкою, яка є одночасно корпусом механізму перемикання передач. У внутрішній порожнині картера в передній частині лівої стінки відлитий оливонакопичувач, куди при обертанні шестерень закидається олива й по свердловині в передній стінці картера надходить у порожнину кришки заднього підшипника первинного вала й на оливонагнітальне кільце.
У верхній правій частині задньої стінки виконаний мастильний карман, куди олива закидається обертанням шестерень. З мастильного кармана олива свердловиною в стінці картера надходить у порожнину кришки заднього підшипника вторинного вала для змащення черв'ячної пари приводу спідометра.
Збоку картера, зліва і справа є люки для встановлення коробок відбору потужності. Люки закриті кришками.
Знизу картера вкручена пробка 3, а знизу справа – пробка з магнітом. Над пробкою з магнітом розташований заливний отвір, закритий пробкою з покажчиком рівня оливи.
Первинний вал 13 встановлений на двох кулькових підшипниках. Передній підшипник первинного вала з манжетою встановлений у гнізді колінчастого вала, задній підшипник – у розточуванні переднього торця картера коробки передач. Від осьових переміщень задній підшипник зафіксований стопорним кільцем, установленим у канавці його зовнішнього кільця.
Рис. 7. П'ятиступінчаста коробка передач з картером зчеплення у зборі:
1 – шестірня першої передачі вторинного вала; 2 – блок шестерень заднього ходу; 3 – пробка зливного отвору; 4 – шестірня другої передачі вторинного вала; 5 – шестірня третьої передачі проміжного вала; 6 – шестірня четвертої передачі проміжного вала; 7 – картер; 8 – вторинний вал; 9 – шестірня приводу проміжного вала; 10 – кришка переднього підшипника проміжного вала; 11 – проміжний вал; 12 – кільцева гайка кріплення підшипника; 13 – первинний вал; 14 – муфта вимкнення зчеплення; 15 – манжета; 16 – оливонагнітальне кільце; 17 – кришка заднього підшипника первинного вала; 18 – синхронізатор четвертої та п'ятої передач; 19 – упорна шайба; 20 – замкова шпонка упорної шайби; 21 – шестірня четвертої передачі вторинного вала; 22 – шестірня третьої передачі вторинного вала; 23 – синхронізатор другої та третьої передач; 24 – втулка шестірні заднього ходу; 25 – вісь блока шестерень заднього ходу; 26 – муфта ввімкнення заднього ходу і першої передачі; 27 – втулка шестірні першої передачі; 28 – черв'як приводу спідометра; 29 – манжета кришки підшипника вторинного вала; 30 – фланець; 31 – кришка заднього підшипника вторинного вала; 32 – задня кришка проміжного вала; 33 – упорна шайба; 34 – стакан підшипника
Первинний вал виконаний заодно з шестірнею. Передня частина вала, яка переходить у циліндричну шийку під передній кульковий підшипник, має шліци. На шліци вала встановлені маточини ведених дисків зчеплення. Шестірня первинного вала косозуба, постійно знаходиться в зачепленні з шестірнею 9 приводу проміжного вала; має внутрішній зубчастий вінець, призначений для з'єднання із зубчастим вінцем каретки синхронізатора, і внутрішній циліндричний отвір для установки переднього роликового підшипника вторинного вала.
На циліндричну шийку більшого діаметра до упору в передній торець шестірні напресований задній підшипник первинного вала. Підшипник зафіксований від осьових переміщень на валу гайкою 12 через оливонагнітальне кільце 16. Гайка на валу закернена у двох точках.
Оливонагнітальне кільце призначене для примусової подачі оливи до підшипників шестерень вторинного вала. Воно має на зовнішній поверхні праву тризаходну гвинтову нарізку, яка закачує оливу в нагнітальну порожнину при обертанні первинного вала. Оливонагнітальне кільце зафіксоване від прокручування кулькою, яка встановлена в лунці первинного вала і входить у паз кільця. Для проходу оливи у валу виконані похилий і поздовжній отвори. В поздовжній отвір вставлено оливоперепускну втулку, що забезпечує подачу оливи у поздовжній канал вторинного вала. Для циркуляції оливи через передній підшипник вторинного вала в тілі шестірні виконані радіальні отвори.
Первинний вал у зборі із заднім підшипником встановлений у розточування картера й закритий кришкою 17. Між кришкою та підшипником установлені регулювальні, а між кришкою і картером – ущільнювальні прокладки. Перед установкою кришки у внутрішнє циліндричне гніздо меншого діаметра вміщують дві самопідтискні манжети 15, які запобігають пропуску оливи в картер зчеплення. Робочі крайки манжети мають праву насічку, а на самій манжеті стрілкою вказаний напрям обертання вала. Зовнішня шийка кришки первинного вала оброблена для забезпечення переміщення муфти вимкнення зчеплення.
Осьові зусилля, що виникають при роботі в коробці передач, сприймаються заднім підшипником первинного вала.
Вторинний вал 8 має дві опори: роликовий підшипник, встановлений у гнізді первинного вала, і кульковий підшипник, розташований у гнізді заднього торця картера й закріплений від осьових переміщень стопорним кільцем, встановленим у канавці його зовнішнього кільця. Циліндричний роликовий підшипник напресований до упору в торець вала, а його внутрішнє кільце зафіксоване від осьових переміщень на валу стопорним кільцем.
Передня шліцьова частина вторинного вала, що складається з трьох зубчастих вінців, призначена для установки каретки синхронізатора 18 четвертої та п'ятої передач і для ввімкнення цих передач. Крайні зубчасті вінці тонші від середнього, що дозволяє утворити так званий «замок», який запобігає самовимиканню четвертої та п'ятої передач на ходу автомобіля. Шліцьова частина вала переходить у циліндричну шийку, на якій встановлена втулка шестірні четвертої передачі вторинного вала.
Шестірня 21 четвертої передачі вторинного вала косозуба, постійно знаходиться в зачепленні з шестірнею 6 четвертої передачі проміжного вала. Шестірня 21 вільно обертається на втулці, встановленій на набірному роликовому підшипнику без сепаратора. Від осьових переміщень шестірня обмежена з одного боку буртиком втулки, з іншого – упорною шайбою 19, яка зафіксована від прокручування замковою шпонкою 20 з пружиною, розташованою в тілі вала.
Шестірні третьої передачі 22, другої передачі 4, заднього ходу й першої передачі 1 встановлені на вторинному валу на роликових взаємозамінних підшипниках. Підшипники шестерень третьої та другої передач встановлені безпосередньо на великих циліндричних шийках вала.
Шестірня 22 третьої передачі косозуба, знаходиться в постійному зчепленні з шестірнею 5 третьої передачі проміжного вала. На циліндричний поясочок шестірні напресований конус, призначений для роботи з синхронізатором. Шестірня має зовнішній зубчастий вінець, призначений для ввімкнення каретки синхронізатора 23. Осьові переміщення шестірні обмежені з одного боку буртиком втулки шестірні 21, з іншого боку – торцем вала.
Шестірня 4 другої передачі косозуба, знаходиться в постійному зчепленні з зубчастим вінцем проміжного вала. Для забезпечення роботи синхронізатора шестірня має конус, а для ввімкнення каретки синхронізатора на маточині шестірні є циліндричний зубчастий вінець. Осьові переміщення шестірні обмежені торцем вала і буртиком втулки 24 шестірні заднього ходу.
Середня частина вторинного вала має шліци між шийками підшипників шестерень третьої та другої передач. Вона складається з трьох зубчастих вінців і призначена для установки каретки синхронізатора другої і третьої передач.
Шестірня заднього ходу прямозуба, знаходиться в постійному зачепленні з малим вінцем блоку шестерень заднього ходу, має зовнішній зубчастий вінець для забезпечення ввімкнення муфти 26 заднього ходу й першої передачі. Шестірня вільно обертається на підшипнику, встановленому на втулці 24, яка розташована на циліндричній частині вала. Осьові переміщення шестірні обмежені з одного боку буртиком втулки, з іншого – торцем втулки шестірні першої передачі.
Втулка шестірні першої передачі має внутрішній шліцьовий отвір для установки на шліцьову частину вала до упора в торець втулки шестірні заднього ходу. Зовнішня циліндрична частина втулки має шийки двох діаметрів. На шийці більшого діаметра є шліци для установки та переміщення муфти 26 ввімкнення заднього ходу і першої передачі. Циліндрична шийка меншого діаметра призначена для установки підшипника.
Шестірня першої передачі прямозуба, знаходиться в постійному зачепленні з зубчастим вінцем проміжного вала. Шестірня має зовнішній циліндричний вінець для ввімкнення муфти 26. Осьові переміщення шестірні обмежені торцем втулки й упорною шайбою, встановленою між торцем втулки та внутрішнім кільцем підшипника.
Кришка 31 заднього підшипника вторинного вала кріпиться до заднього торця картера коробки передач і центрується по зовнішній обоймі заднього підшипника вторинного вала. У задній частині кришки встановлена манжета 29 з пиловиком, на робочій кромці якої є ліва насічка. У нижній частині кришки в спеціальному розточуванні розміщений вал, виконаний разом з шестірнею черв'ячної пари приводу спідометра. На виступаючому кінці вала, який має лиску, розташована ведуча шестірня циліндричної пари змінних шестерень приводу спідометра. Ведена циліндрична шестірня встановлена на валу приводу спідометра, який обертається в розточуванні фланця датчика приводу спідометра. Порожнина змінних шестерень ізольована від масляної ванни коробки передач, їх змащують при складанні консистентним мастилом, яке утримується від витікання мастилознімальним різьбленням, виконаним на валу і манжеті.
Для забезпечення правильності показань спідометра числа зубів змінних циліндричних шестерень підібрані залежно від передаточного числа головної передачі. Змащуються підшипники шестерень примусово. Олива від первинного вала подається у поздовжній канал вторинного вала й далі через його радіальні отвори до підшипників, причому радіальні канали вала повинні збігатися з радіальними отворами втулок шестерень (забезпечується відповідною установкою втулок при складанні). Для циркуляції оливи через підшипники в маточинах усіх шестерень є радіальні отвори.
Осьові зусилля, що виникають на вторинному валі при роботі коробки передач, сприймаються заднім кульковим підшипником.
Проміжний вал 11 має дві опори: циліндричний роликовий підшипник, встановлений у гнізді переднього торця картера, і сферичний роликовий підшипник, закріплений у стакані 34. Передній кінець проміжного вала має шліци і призначений для з'єднання з проміжним валом дільника (у десятиступінчастій коробці передач). Роликовий підшипник розміщений на шийці вала до упору через упорну шайбу в торець шестірні 9 і закритий кришкою 10.
Шестірні першої передачі, заднього ходу та другої передачі виконані заодно з валом; шестірні третьої передачі 5, четвертої передачі 6 і приводу проміжного вала 9 напресовані на вал і додатково закріплені сегментними шпонками. Усі шестірні фіксуються на валу упорним кільцем, встановленим у канавку вала між внутрішнім кільцем підшипника і торцем шестірні приводу проміжного вала. Шестірні першої передачі та заднього ходу прямозубі, інші – косозубі.
На задню стінку проміжного вала встановлений сферичний підшипник. Внутрішнє кільце підшипника напресоване до упору в торець шестірні першої передачі й зафіксоване на валу упорною шайбою, прикрученою до вала двома болтами. Зовнішнє кільце підшипника встановлене у стакані 34. Осьові зусилля, що виникають на проміжному валі при роботі коробки передач, сприймаються сферичним роликовим підшипником.
Блок шестерень заднього ходу 2 встановлений на осі у двох роликових підшипниках. Вісь зафіксована в картері стопорною планкою. Блок має два прямозубих зубчастих вінця. Вінець більшого діаметра знаходиться в постійному зчепленні з вінцем проміжного вала, а вінець меншого діаметра – з шестірнею заднього ходу вторинного вала. Осьові переміщення блока шестерень обмежені двома упорними шайбами. Шайби від прокручування зафіксовані штифтами.
Для забезпечення плавного вирівнювання колових швидкостей зубчастих коліс і тим самим можливості безударного ввімкнення четвертої та п'ятої, другої та третьої передач встановлені інерційні синхронізатори з конусними фрикційними кільцями.
Синхронізатор (рис. 8) складається з каретки 5, двох фрикційних кілець 2 і 4, восьми блокуючих пальців 3 і чотирьох пальців 1 фіксаторів.
Рис. 8. Синхронізатор:
а – будова; б – положення при ввімкненні передачі; 1 – палець фіксатора; 2, 4 – фрикційне кільце; 3 – блокуючий палець; 5 – каретка синхронізатора; 6 – пружина фіксатора; 7 – кулька
На каретці проточена канавка, в яку входять сухарі вилки ввімкнення передач. Каретка має внутрішній шліцьовий отвір, що складається з трьох зубчастих вінців, якими вона з'єднується з шліцьовою частиною вторинного вала. Каретка постійно обертається разом із вторинним валом. Крайні зубчасті вінці тонші від середнього і в комплексі з зубчастим вінцем вторинного вала при ввімкненні другої або третьої передачі утворюють «замок», що запобігає самовимиканню передач на ходу автомобіля. У каретці по колу паралельно осі виконані вісім отворів під блокуючі пальці й чотири отвори під пальці фіксаторів. Отвори під блокуючі пальці мають з обох боків фаски з кутом, що дорівнює кутові фасок блокуючих пальців. У нейтральному положенні блокуючі пальці знаходяться в отворах кареток із зазором. На зовнішні кінці блокуючих пальців до упору в їхні торці напресовані фрикційні кільця.
На конічній поверхні кілець виконані прямокутні канавки для видалення продуктів спрацювання, а по колу нарізані гвинтові канавки для видавлювання з конічних поверхонь тертя оливи при притисканні кільця до конусу зубчастого колеса, що забезпечує збільшення сили тертя між ними.
Пальці 1 фіксаторів установлені в отворах каретки між фрикційними кільцями 2 і 4. У середній частині пальці мають канавку, в яку входить кулька 7, підтиснута пружиною 6. У нейтральному положенні під дією пружини 6 кулька притискується до кільця, входить у його канавку і запобігає самовільному переміщенню каретки. Для виводу каретки з середнього положення необхідно докласти зусилля.
Робота синхронізатора полягає в наступному. При ввімкненні, наприклад, третьої передачі (рис. 8) каретка 5 синхронізатора під дією вилки перемикання передач прагне зсунутися вліво. При початковому переміщенні каретка рухається разом з пальцями фіксаторів і фрикційними кільцями до торкання конусної поверхні кільця з конусом шестірні третьої передачі. Оскільки до цього рух здійснювався на другій передачі, а каретка жорстко сполучена з вторинним валом, то колова швидкість каретки менша колової швидкості шестірні третьої передачі вторинного вала, що знаходиться в постійному зчепленні з шестірнею проміжного вала. При зіткненні конусу фрикційного кільця з конусом шестірні третьої передачі остання під дією сил тертя захоплює за собою каретку, повертаючи її відносно блокуючих пальців 3. Фаски отворів каретки упираються у фаски блокуючих пальців, і подальше її переміщення до повного вирівнювання колових швидкостей припиняється.
Кут нахилу фасок підібраний так, що, поки діє момент тертя, тобто поки відбувається синхронізація кільця 4 й шестірні 22 (див. рис. 7), подальше просування каретки шліцами вторинного вала неможливе. Коли колові швидкості стануть однаковими, зникне момент тертя, блокуючі пальці 3 (рис. 8) займуть нейтральне положення відносно отворів у каретці 5, і вона під дією вилки перемикання передач просунеться в осьовому напрямі далі. При цьому кульки фіксаторів 7 утоплюються, і каретка по великих діаметрах блокуючих пальців 3 пересувається у бік шестірні. Зубчастий кінець каретки безшумно входить у зчеплення з зубчастим вінцем шестірні. Ввімкнення другої передачі відбувається аналогічно, з тією лише різницею, що в цьому випадку колова швидкість каретки буде більшою від колової швидкості шестерні (рис. 7) другої передачі і при зіткненні конусів каретка під дією моменту тертя гальмуватиметься, прокручуючись відносно блокуючих пальців у зворотному, ніж при ввімкненні попередньої передачі, напрямі.
Принцип дії другого синхронізатора нічим не відрізняється від принципу дії описаного синхронізатора, але конструктивно він виконаний трохи інакше.
Увімкнення першої передачі проводиться переміщенням каретки першої передачі та заднього ходу шліцами втулки шестірні першої передачі назад до з'єднання її з зубчастим вінцем шестірні першої передачі (рис. 7). При цьому крутний момент від первинного вала коробки передач передається на шестірню приводу проміжного вала й далі на шестірню першої передачі вторинного вала, яка через увімкнену каретку та втулку жорстко сполучена з ним.
Увімкнення другої передачі проводиться переміщенням каретки синхронізатора другої та третьої передач шліцами вторинного вала назад до входу її в зачеплення з зубчастим вінцем шестірні другої передачі вторинного вала. При цьому шестірня другої передачі вторинного вала через каретку синхронізатора блокується з ним і передає крутний момент від шестірні другої передачі проміжного вала.
Увімкнення третьої передачі проводиться переміщенням каретки синхронізатора другої та третьої передач шліцами вторинного вала вперед до входу її в зачеплення з зубчастим вінцем шестірні третьої передачі вторинного вала. При цьому шестірня через каретку блокується з валом.
Рис. 9. Схема передачі крутного моменту в п'ятиступінчастій коробці на різних передачах:
Увімкнення четвертої передачі проводиться переміщенням каретки синхронізатора четвертої та п'ятої передач шліцами вторинного вала назад до входу її в зачеплення з зубчастим вінцем шестірні четвертої передачі вторинного вала.
П'ята передача вмикається переміщенням вперед каретки синхронізатора четвертої та п'ятої передач шліцами вторинного вала до повного її з'єднання з зубчастим вінцем первинного вала. При цьому крутний момент від первинного вала через каретку синхронізатора безпосередньо передається на вторинний вал.
Задній хід вмикається переміщенням каретки першої передачі й заднього ходу шліцами втулки першої передачі вперед до з'єднання її з зубчастим вінцем шестірні заднього ходу, яка знаходиться в зачепленні з блоком шестерень заднього ходу.
