Механическая коробка передач.

Для тех из вас, кто понимает, как на самом деле работают передачи, этот технический опус, вероятно, покажется скучным и непрофессиональным. Для остальных 99,9% из нас, кто предполагает, что все эти вращающиеся шестерни, валы, ползунки и храповые зубья мистическим образом работают вместе, не следуя никакой понятной логике или причине, эта статья, вероятно, подтвердит ваши подозрения о магическом происхождении трансмиссии…

Откровенно говоря, если человек, спроектировавший первую многоступенчатую трансмиссию, был умным парнем, то парень, который построил первую многоступенчатую, многодифференциальную полноприводную трансмиссию, должен был иметь мозг размером с ??? ?. И вот почему: на одной стороне системы у нас есть двигатель, который вращается только в одном направлении. На другом конце четыре колеса, которые могут вращаться с разной скоростью и в разные стороны. Посередине у нас есть шесть передач (пять передних и одна задняя) и три дифференциала повышенного трения (передний, центральный и задний), обеспечивающие безграничные возможные сценарии передачи крутящего момента. Все эти компоненты плавно работают вместе и составляют, пожалуй, одну из самых компактных, сложных и надежных (при условии, что в ней не используется турбо кхе-кхе наддуффф) трансмиссий во всем автомобильном мире.

Как именно все это работает? 

Начнем с первого компонента в цепи запутанной передачи крутящего момента: двигателя. Как мы все знаем, двигатель всасывает топливо и воздух, сжимает Т-В смесь, зажигает своевременную искру и преобразует силу расширяющихся газов во вращательное движение. С задней стороны двигателя соединено сцепление, которое предназначено для включения и выключения входного вала трансмиссии нажатием педали. При включении входной вал вращается с той же скоростью, что и двигатель. На первичном валу пять передач (без учета заднего хода). Самая маленькая шестерня – первая. Самый крупный – пятый. Рядом с первичным валом, также оснащенный пятью взаимодополняющими шестернями, находится выходной вал, названный так удачно, потому что его роль заключается в передаче крутящего момента от шестерен к карданному валу.

Итак, мы знаем, что и входной, и вторичный валы имеют пять наборов шестерен — всего десять передач.

 Некоторые могут не знать, что каждая передача включена постоянно. Другими словами, нет проскальзывания передач во время приятного процесса переключения. Но кто-то может спросить: «Если постоянно включены все передачи, как можно выбрать одну передачу за раз?» Хороший вопрос. Тот, на который можно ответить, только если понять, что шестерни и валы могут вращаться независимо друг от друга… ну, вроде того. В большинстве трансмиссий шестерни на вторичном валу установлены на подшипниках качения, а шестерни на входном валу прочно закреплены. Но для простоты предположим, что все шестерни на входном валу зафиксированы, а все шестерни на выходном валу вращаются свободно.

Теперь представьте, что выходной вал со всеми его фиксированными шестернями вращается с типичной скоростью холостого хода 900 об/мин. А где крутятся шестерни первичного вала, там крутятся шестерни вторичного вала. Но когда все шестерни на выходном валу свободно вращаются независимо от выходного вала, сам выходной вал остается неподвижным. И поскольку выходной вал не вращается, то и карданный вал тоже. Вот что происходит, когда коробка передач находится в нейтральном положении.

Так как же на самом деле включить передачу?

В конце концов, неинтересно бездельничать целый день. Вот как: Рядом с каждой из пяти шестерен выходного вала находится нечто, известное как муфты («ползунки»). В отличие от шестерен на выходном валу, ползунки не могут свободно вращаться. На самом деле они вообще не могут вращаться, так как соединены шлицами с выходным валом. Единственное, что они могут делать, это скользить по валу. Их функция заключается в том, чтобы выступать в качестве моста крутящего момента между шестернями и выходным валом. Например, когда выбрана первая передача, ползунок первой передачи (который, кстати, также является общим со второй передачей) скользит в сторону первой передачи. На лицевой стороне ползунка расположены крошечные зацепляющие зубья, которые плотно входят в крошечные отверстия на лицевой стороне первой шестерни. Когда первая шестерня плотно зафиксирована в ползунке, который прочно соединен с выходным валом, выходной вал, наконец, вращается. вращая карданный вал в процессе. Наконец, движение вперед! Та же самая последовательность событий происходит с каждым из пяти других вариантов выбора передач. Единственной сложностью является реверс, который требует помощи вторичной промежуточной шестерни, которая эффективно меняет направление входного вращения. Понял? Но что заставляет эти ползунки двигаться? Это просто… Когда водитель двигает рычаг переключения передач, согласно схеме выбора передачи, он направляет вилки, чтобы они направили соответствующий ползунок.

Так что там с синхронизаторами? 

Какого черта они делают? Как можно себе представить, попытка зацепить зубья ползунка за быстро вращающиеся шестерни может привести к ужасным звукам очень напоминающий скрежет. Впрочем это он и есть…Назначение колец синхронизатора состоит в том, чтобы позволить ползунку и шестерне войти в контакт до фактического зацепления зубьев. Этот первоначальный контакт эффективно согласовывает скорости вращения между двумя компонентами, выступая в качестве тормоза для замедления передачи, устраняя ужасные скрежещущие шумы, которые в противном случае возникли бы.

Почему большие зубья шестерен ломаются задолго до того, как крошечные зацепляющие зубья шестерен и ползунков?


Это связано с тем, что все зубья ползуна входят в зацепление одновременно, распределяя крутящий момент между ними поровну. Однако на шестерне весь крутящий момент двигателя, передаваемый между входным и выходным валами, передается по одному зубу за раз. Таким образом, если посмотреть на это дальше, зубчатые колеса с косой нарезкой будут прочнее, чем шестерни с прямой нарезкой той же ширины, поскольку крутящий момент будет передаваться более чем одним зубом.

Что такое «ступица синхронизации»?


Если вы когда-нибудь разбирали свою сломанную стандартную коробку передач, вы увидите, что шестерни довольно узкие, а трансмиссия упакована довольно плотно, без большого свободного места. В результате, если должны быть установлены более широкие (что означает – при прочих равных – более прочные) шестерни, что-то должно не подойти.  Устранение синхронизаторов означает, что мы должны сами регулировать скорость входного и выходного валов в нормальных условиях вождения. Что касается зубчатых колес, то это просто другое название зацепляющих зубьев ползунков. Тем не менее, спроектированные зацепные/”собачьи” (“dog gears”) зубы массивны и выглядят довольно круто. 

Косозубые и цилиндрические зубчатые колеса (прямолинейные зубчатые колеса)


Цилиндрические зубчатые колеса имеют прямые зубья и используются для контакта с параллельными валами. Цилиндрические шестерни издают связанный с ними высокий шум, похожий на шум задней передачи.

Косозубые шестерни используются в стандартных заводских трансмиссиях. Зубья на косозубых шестернях расположены вдоль спирали, причем угол спирали представляет собой угол между спиралью и делительным цилиндрическим элементом, параллельным валу шестерни. Косозубые передачи могут соединять как параллельные, так и непараллельные непересекающиеся валы. Такие шестерни прочнее и тише, чем прямозубые, потому что контакт между сопрягаемыми зубьями увеличивается более постепенно, и в данный момент в контакте находится больше зубьев.

Косозубые шестерни имеют один недостаток по сравнению с цилиндрическими шестернями. При их нагрузке создается боковая нагрузка, которая должна поглощаться подшипниками.

Методы смены передач – “Спорт”


Ниже приведена некоторая информация о переключении передач и износе шестеренок. Когда у меня достаточно знаний по этому вопросу, эффект экономии на ремонте налицо, поскольку я одинаково хорошо понимаю механическую сторону и сторону пользователя (водителя).

Примечание. Для успешного переключения передач помните, что очень важно убедиться, что все механические элементы находятся в хорошем состоянии и правильно установлены. Включая зубчатую передачу в шасси!

Успешное переключение на более высокую передачу (определяемое как быстрое и не повреждающее муфту и ступицу) будет достигнуто путем полного перемещения муфты как можно быстрее с одной передачи на другую, желательно при снятой с двигателя тяговой нагрузке до завершения переключения. (Противоположное верно для коробки передач с синхронизатором, используемой в легковых автомобилях, где помогает медленное движение). Следует помнить, что нельзя повредить ступицу при полном включении (на передаче). Повреждение может произойти только при контакте во время смены («опасная зона»), поэтому этот элемент должен быть как можно короче. Если водитель перемещает рычаг переключения передач медленно или если рычажный механизм не является жестким и эффективным, произойдет износ или слом.

Руководство

Наилучший метод: без помощи со стороны системы управления двигателем водитель должен отпустить дроссельную заслонку настолько, чтобы кулачковая шайба вышла из зацепления. Затем он должен оставаться без газа достаточно долго, чтобы муфта включилась на следующей передаче. На практике водитель может перемещать рычаг переключения передач быстрее, чем он может сдвинуть ногу с педали газа и снова поставить ее на нее. Поэтому эффективным методом является прикладывание усилия к рычагу переключения передач рукой, а затем поднятие педали газа и ее обратно на педаль так быстро, как это физически возможно. Когда вы поднимаете ногу, нагруженный рычаг переключения передач почти непроизвольно переключается на следующую передачу до того, как нога будет снова нажата на педаль газа.

Другой способ – нагрузить рычаг переключения передач рукой, удерживать дроссельную заслонку нажатой и выжимать сцепление, чтобы отпустить собачье кольцо. Общее влияние на переключение передач аналогично описанному выше методу, но износ сцепления может стать серьезной проблемой.

Наихудший метод (наиболее разрушительный и, безусловно, самый медленный) — попытаться переключить передачу по принципу «легковой автомобиль/синхронизатор», т. е. отпустить дроссельную заслонку, выжать сцепление, переместить рычаг переключения передач, отпустить сцепление и снова включить дроссельную заслонку. Этот метод вызывает ненужный износ сцепления, абсолютно не способствует выключению передачи и обычно приводит к износу муфт и ступиц при включении следующей передачи. Этот износ обусловлен несколькими причинами. Во-первых, водитель не может точно скоординировать сложную последовательность всех пяти физических движений. Следовательно, кулачки зацепления часто оказываются зацепленными при включении дроссельной заслонки. Рычаг обычно тянут медленнее, поскольку он не был предварительно нагружен, что удлиняет «опасную зону».

При успешном переключении на пониженную передачу применяются аналогичные правила в отношении скорости переключения. Разгрузка ступиц, очевидно, производится в обратном порядке. Во время торможения собачки должны быть разгружены либо нажатием на педаль газа, либо (мой предпочтительный метод) нажатием сцепления. Тем не менее, один резкий рывок сцепления или дроссельной заслонки уместен за смену. Продолжительное давление на любой из них приведет к повреждению ступицы по разным причинам. «Нажимать на педаль газа» непосредственно перед включением рекомендуется, если падение оборотов между передачами превышает 1300 об/мин, так как это способствует включению и стабилизации автомобиля.

Это тема, которую можно значительно расширить, но это только основы.