Ступенчатые коробки передач и раздаточные коробки

ЛЕКЦИЯ 12:

 

4. СТУПЕНЧАТЫЕ КОРОБКИ  ПЕРЕДАЧ И РАЗДАТОЧНЫЕ  КОРОБКИ 

4.1.Назначение и основные кинематические параметры коробок передач (КП), требования к КП, их классификация и краткая характеристика.

   Назначение:

1. изменение вращающего момента,  частоты и направления вращения.
2. разъединение на длительное время ведущего и ведомого валов (ведущей и ведомой частей).

 

           Основные  кинематические параметры коробки передач: диапазон регулирования Д_к, равный отношению передаточных отношений низшей (u_H) и высшей (u_в) передач переднего хода; число ступеней п; передаточное число высшей передачи u_в.

      Дополнительным  параметром ступенчатой коробки  передач является показатель средней  плотности ряда передаточных отношений  . Если ряд передаточных отношений соответствует геометрической прогрессии, то показателем плотности ряда является ее знаменатель. У 5-ступенчатых коробок передач грузовых автомобилей, к примеру, показатель средней плотности ряда находится обычно в пределах 1,6... 1,7. Многоступенчатые коробки передач выполняются с уплотненным рядом передаточных  чисел, имеющим q»1,25...1,40.  

Требования:

1. Функциональные

• - обеспечение заданного диапазона регулирования D= (3,0-4,5- легковые; 5,0-8,0- грузовые общего назначения и автобусы; 10-20- тягачи и т.п.),

• обеспечение рационального ряда передаточных отношений.

2. Эргономические

• удобство управления,
• плавность переключения передач,
• малый шум.

3. Надежность

• предотвращение преждевременных отказов зубчатых пар, валов, подшипников, элементов механизма переключения;
• предотвращение включения нескольких передач;

4. Технологичность- малая материалоемкость, малая трудоемкость ТО и ремонта.

5. Высокий КПД

 

Классификация:

1. По способу изменения частоты вращения:   -   ступенчатые;

    -  бесступенчатые;

    -  комбинированные.

Ступенчатые коробки передач делят:

2. По числу ступеней переднего хода:          

      а) 4-6 ступеней для легковых автомобилей;

      б) 4-7 для грузовых;

       в) 8 и более для тягачей автопоездов. 

  Увеличение  числа ступеней приводит к снижению стоимости перевозок  и повышению производительности автомобиля, но усложняет и утяжеляет коробки передач.

3. По изменению положения осей валов в пространстве:

      а) с изменяемым положением (планетарные);

                    б) с неизменяемым положением (с неподвижными осями):

                             -    двухвальные;

                     -   трехвальные;

-   многовальные.

4. По числу ветвей  в силовом потоке – с одной, двумя и тремя ветвями

Коробки передач с несколькими ветвями  имеют меньшую длину и, как правило,  меньшую массу и стоимость, но они сложнее и имеют большую ширину;

5. По способу управления:

• по виду элемента, на который оказывается воздействие:

   c прямым управлением, при этом  воздействуют на механизм переключения;

      - непосредственное, когда рукоятка управления непосредственно воздействует на механизм переключения;

      -  дистанционное, когда рукоятка  воздействует на механизм переключения  через систему тяг и рычагов;

   с преселекторным управлением;

• по типу привода:

   с механическим приводом;

   с пневмоприводом;

   с гидроприводом;

   с электроприводом;

   со  смешанным приводом (например, с  механическим и пневматическим);

• по степени автоматизации:

   с ручным управлением;

   полуавтоматические;

   автоматические.

  Чаще  применяют ступенчатые коробки  передач с прямым ручным управлением с механическим приводом. При ручном управлении сложно безошибочно переключать более шести передач прямого хода, поэтому шесть ступеней принято считать верхним пределом для таких коробок передач.

6. По числу элементов управления (ЭУ), которые должны быть включены для получения определенной передачи

    – с одним, двумя и тремя  ЭУ.

    Число ЭУ, задействованных при включении  одной передачи, на единицу меньше числа степеней свободы КП. В связи  с этим КП различают по числу степеней свободы -  с двумя, тремя и четырьмя степенями свободы. При числе ступеней не более 7 коробки передач механических трансмиссий выполняют обычно с двумя степенями свободы. В этих коробках для получения определенной передачи включается осевым перемещением одна муфта или передвижное зубчатое колесо. Коробки передач с числом ступеней 8 и более условно называют многоступенчатыми. При числе ступеней 8...15 их выполняют с тремя степенями свободы — для получения определенной передачи включаются два элемента управления. При числе ступеней 16 и более многоступенчатые коробки передач имеют обычно четыре степени свободы. Увеличение числа степеней свободы позволяет за счет некоторого усложнения управления уменьшить необходимое количество зубчатых колес в коробках передач с большим числом ступеней.

    Конструкции ступенчатых коробок передач  развиваются по пути увеличения числа  зубчатых колес постоянного зацепления, что дает возможность выполнять  их косозубыми. Косозубые колеса меньше по размерам, имеют низкий уровень шума, но в зацеплении возникают осевые силы и вследствие постоянного зацепления увеличивается момент инерции коробки передач.  

    4.2. Коробки передач  с неподвижными  осями (вальные)

      Вальные коробки передач широко применяются  как в механических трансмиссиях, так и в гидромеханических.  По взаимному расположению входного и выходного валов различают коробки передач с соосным и с несоосным расположением указанных валов. 

4.2.1. Коробки передач с двумя, тремя и четырьмя степенями свободы. Выбор схемы коробки передач

      I. Типовые схемы.

      Коробки передач с двумя степенями свободы выполняют по трехвальной соосной (рис. 4.1) или двухвальной несоосной (рис. 4.2) схемам. При соосном расположении входного и выходного валов можно непосредственным их соединением получить прямую передачу. При движении автомобиля на прямой передаче зубчатые колеса и подшипники коробки передач не нагружаются. На прочих передачах прямого хода в трехвальной коробке силовой поток передается последовательно через два зубчатых зацепления, что снижает КПД в сравнении с двухвальной коробкой, но позволяет при необходимости получить относительно большое передаточное отношение  низшей передачи, например, и₁»7…9.

        

      В коробках передач, выполненных по двухвальной  схеме нет прямой передачи. Кроме  того, так как на всех передачах  прямого хода в двухвальной коробке силовой поток передается через одно зубчатое зацепление, то назначение больших передаточных отношений (и₁ > 4) приводит к существенному увеличению размеров конструкции. Но они проще и дешевле. Однако решающим преимуществом двухвальных коробок передач является простота вывода крутящего момента на любую сторону коробки передач (или на обе сразу), что предоставляет большие компоновочные возможности. Двухвальную схему применяют в тех случаях, когда это приводит к упрощению трансмиссии и при этом не требуется большого передаточного числа низшей передачи. Эту схему имеют обычно коробки передач тех легковых и спортивных автомобилей, у которых двигатель размещен рядом с ведущим мостом.

      Схемы трехвальных коробок передач, имеющих  одинаковое число ступеней, различаются в основном количеством пар зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении, и построением передачи заднего хода. На рис. 4.1, а...в  показаны схемы 4-ступенчатых коробок передач. В первой и второй постоянное зацепление имеют четыре пары зубчатых колес, передвижное зубчатое колесо применено для включения заднего хода. В третьей схеме имеется три пары колес с постоянным зацеплением, передвижные зубчатые колеса используются для первой передачи и заднего хода. Схемы 5-ступенчатых коробок передач показаны на рис. 4.1, г…е. В первой—одно передвижное зубчатое колесо обеспечивает включение первой передачи и заднего хода, во второй и третьей — все зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении. В схемах 6-ступенчатых коробок передач (рис. 4.1, ж, з) первая имеет одно передвижное зубчатое колесо для включения первой передачи и заднего хода; во второй — все зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении.

     При построении схемы передачи заднего  хода используется одновенцовая промежуточная шестерня или промежуточный двухвенцовый блок. Первый вариант проще, но при этом зубья одновенцовой шестерни испытывают наиболее неблагоприятный цикл изменения напряжений изгиба — знакопеременный симметричный. Для варианта с двухвенцовым блоком характерен более благоприятный односторонний цикл (от нуля). Этот вариант позволяет осуществить несколько большее передаточное число заднего хода. 

    

    Рис. 4.2. Схемы двухвальных коробок передач: a—Citroen «GS», Skoda «1000MB»: б—Auto union Audi; в — Hillman Imperial; г — Запорожец 968 

      Переход от передвижных зубчатых колес коробок  передач, применявшихся в ранних конструкциях, к зубчатым колесам  постоянного зацепления объясняется  рядом преимуществ последнего. При  постоянном зацеплении парных зубчатых колес торцы зубьев рабочих венцов не повреждаются. Повреждения торцов зубьев характерны для пар, имеющих передвижное зубчатое колесо. Ход передвижной зубчатой муфты, включающей передачу при постоянном зацеплении зубчатых колес, значительно меньше хода передвижного зубчатого колеса. Соответственно меньше и ход рукоятки рычага переключения, что облегчает управление. Повышению удобства управления при постоянном зацеплении зубчатых колес способствует также возможность применения синхронизаторов. Наконец, при постоянном зацеплении упрощается применение косозубых передач, имеющих в сравнении с прямозубыми большую плавность работы. Передвижные колеса устанавливаются на валу на шлицах; для косозубых колес шлицевое соединение должно выполняться винтовым, что технологически сложнее.

     Однако  с увеличением числа пар зубчатых колес с постоянным зацеплением  повышаются нагрузки на синхронизаторы коробки передач. Последние в  процессе синхронизации должны воздействовать на систему большего числа согласованно вращающихся деталей. Чтобы получить

первую  передачу и задний ход при постоянном зацеплении, необходимо на вторичном  валу устанавливать два колеса относительно большого диаметра. В то же время  можно получить указанные две  передачи, имеющие близкие абсолютные значения передаточных чисел, устанавливая на вторичном валу не два колеса, а одно, если выполнить его передвижным, как это

сделано в схемах, показанных на рис. 4.1, в, г, ж. Вопрос выбора схемы построения первой передачи и заднего хода должен решаться с учетом предполагаемой интенсивности использования указанных передач. Чем больше интенсивность их использования, тем вероятнее разрушения торцов зубьев передвижного колеса и парных ему, и тем определеннее этот вопрос должен решаться в пользу схемы с постоянным зацеплением парных зубчатых колес.