Механическая коробка переключения передач, устройство и работа современных автомобилей, устройство автомобилей КАМАЗ

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего  профессионального образования

Курский монтажный  техникум

 

 

Доклад на тему:

«Механическая коробка переключения передач,

устройство и работа современных автомобилей,

устройство  автомобилей КАМАЗ».

 

 

Сделал:                                    студент 2 курса, 17 группы

                                          Семушкин Александр

                        Сергеевич

Проверил:                                                       преподаватель

Журавлев  Ю.Ю.

  

                                       Курск 2012                

Механи́ческая коро́бка переда́ч (далее по тексту — МКПП) — механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную.

Назначение

Необходимость в наличии коробки  передач проистекает из одного из главных недостатков двигателя  внутреннего сгорания. Диапазон скоростей  вращения ДВС в большинстве случаев (обычно от 500 до нескольких тысяч об/мин) не совпадает со скоростями вращения колёс автомобиля (обычно от 0 до 1800 об/мин). Другая особенность ДВС в том, что максимальные значения крутящего момента достигаются в сравнительно небольшом интервале, расположенном приблизительно посередине между максимальными и минимальными оборотами. Максимальная же мощность развивается на максимальных оборотах.

Например, двигатель распространённого  автомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочие  обороты от 800 до 5400 об./мин., при этом максимальное значение крутящего момента достигается при 3000 об./мин.[1]

Трансмиссия, таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных  условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную  переключается между несколькими  ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число. Выделяют высшие и низшие ступени (передачи).

При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

С другой стороны, при равномерном  движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет).

Скорость автомобиля = Число оборотов двигателя * Длину окружности колеса / Общее передаточное отношение , где:

Число оборотов двигателя -> обороты  в минуту [об/мин] делим на 60 (секунд в минуте) = обороты в секунду [об/с] ;

Скорость автомобиля -> метры в  секунду [м/с] * 3600 (секунд в часе) / 1000 (метров в километре) = [км/ч] ;

Общее передаточное отношение = Главное  передаточное отношение * Передаточное отношение трансмиссии (конкретной передачи) ;

Длина окружности колеса = 2 *  *  (радиус качения колеса [м]).

Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:

[1], где:

 — скорость автомобиля [км/ч];

 — число оборотов двигателя  [об/мин];

 — радиус качения колеса [м];

 — путь, пройденный автомобилем  [м];

 — число оборотов колеса  на определённом отрезке пути [шт];

 — передаточное число главной  передачи;

Кроме того, коробка передач обеспечивает движение автомобиля задним ходом, накатом  и длительное разобщение двигателя  и трансмиссии автомобиля.

Основы устройства

Принцип работы

Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается  в том, что зубчатые шестерни в  её корпусе могут поочерёдно зацепляться  в различных комбинациях, образуя  несколько передач с разным передаточным числом.

МКПП обычно работает в паре со сцеплением. Сцепление служит для  временного разобщения двигателя и  трансмиссии. Разобщение необходимо для  переключения передачи в МКПП, так  как, когда двигатель и валы КПП  не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать  передачи невозможно.

В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором, например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х — 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х — 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.

Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные  двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.

Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод.

 

 

 

Валы и шестерни

Любая коробка передач традиционного  типа представляет собой набор расположенных  в едином корпусе (называемом картером) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них  шестернями.

Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.

В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный.

Первичный (ведущий) вал через сцепление  соединяется с маховиком двигателя.

Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах — непосредственно с главной передачей.

Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.

Обычно, первичный и вторичный  валы расположены один за другим, вторичный  опирается при этом на подшипник, установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён. Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми.

На первичном валу находится  одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном  валу расположен блок шестерён, шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение  исключено. Для включения передачи, они могут блокироваться на валу, начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач»).

Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены  жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала, которые  находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все  шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда. Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.

Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в  зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.

Переключение передач

Между шестернями ведомого вала расположены  муфты включения передач (или  шлицевые муфты). В отличие от шестерней  передач, они закреплены на своём  валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Также, зубчатый венец имеет и задний торец  ведущего вала. Ответные зубчатые венцы  находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода  через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и  муфта включения, которая вращается  вместе с валом, соединяется с  шестернёй передачи, блокируя её. После  этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее — на колёса.

 

Соответственно, когда ни одна муфта  включения не блокирует ни одной  шестерни, коробка передач находится  в нейтрали, или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.

Синхронизаторы

Основная статья: Синхронизатор (автомобиль)

Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут  включаться с сильным шумом и  чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать  момент, когда обороты муфты включения  и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы  муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень  быстро износятся.

Поэтому в современных МКПП вместо простых муфт включения используются синхронизаторы, уравнивающие окружную скорость шестерни и муфты включения  и не дающие муфте заблокировать  шестерню, пока их скорости не сравняются — что занимает время порядка  миллисекунд, и без применения специальных  приборов обнаружить блокировку при  переключении передач невозможно (см. также раздел «Синхронизированные  и несинхронизированные МКПП»).

Автомобиль является самым  массовым транспортным средством в  мире. Ежегодно выпускается миллионы автомобилей. Для того чтобы каждая машина нашла своего покупателя автомобильные компании вынуждены постоянно совершенствовать конструкцию автомобиля. Появляются современные модели, разрабатываются и внедряются новые системы автомобиля.

Под технической системой понимается совокупность объединенных между собой  конструктивных элементов, предназначенных  для решения общей технической  задачи (функции). Исходя из данного  определения, автомобиль является сложной  технической системой, состоящей  из множества подсистем, а устройство автомобиля представляет собой конструкцию  этих систем.

 

Основными системами современного автомобиля, определяющими его устройство, являются:

двигатель;

трансмиссия;

рулевое управление;

тормозная система;

несущая система (кузов);

подвеска;

колеса.

Двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Трансмиссия предназначена  для преобразования и передачи энергии  от двигателя к ведущим колесам. Рулевое управление служит для изменения  направления движения. Тормозная  система обеспечивает управляемое  изменение скорости автомобиля, его  остановку и удержание на месте.

Кузов служит для крепления всех систем автомобиля, а также является важным элементом системы пассивной  безопасности автомобиля. Подвеска обеспечивает упругую связь колес и кузова (несущей системы). Колесо преобразует  механическую энергию, поступающую  от двигателя, в энергию поступательного  движения автомобиля. Каждая из перечисленных  систем автомобиля объединяет отдельные  подсистемы, агрегаты, узлы и детали.