Схема Трехвальной Механической Коробки Передач



схема трехвальной механической коробки передач

Коробки передач

Коробка передач служит для преобразования вращающего момента по значению и направлению, изменения силы тяги на ведущих колесах, скорости и направления движения, обеспечивает возможность движения машинно-тракторных агрегатов (МТА) задним ходом и длительное разъединение двигателя и ведущих колес.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

  • увеличение тягового усилия до значения, необходимого для преодоления сопротивления движению в заданных эксплуатационных условиях при хороших показателях топливной экономичности
  • обеспечение оптимального использования мощности двигателя, уменьшение работы буксования сцепления
  • обеспечение управления переключением передач, сокращение переключений для повышения динамических качеств
  • высокий КПД на чаще всего используемых передачах
  • наличие нейтрального положения для длительного отключения двигателя от трансмиссии, а также передачи заднего хода
  • возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования

Технический уровень современных тракторов и автомобилей, эффективность их использования в значительной мере зависят от типа трансмиссии, числа передач, перепада между ними, способа переключения передач, надежности и стоимости.

Наиболее распространены ступенчатые коробки передач. Их классифицируют по следующим основным признакам:

  • по числу передач (ступеней) #8212 четырех-, пятиступенчатые и т.д.
  • способу зацепления шестерен #8212 с подвижными шестернями и с шестернями постоянного зацепления
  • расположению валов относительно продольной оси трактора #8212 с продольным и поперечным расположением валов. В тракторах Т-16М, Т-25А и ЛТЗ-55 применены коробки передач с поперечным расположением валов, в большинстве тракторов #8212 коробки передач с продольным расположением валов
  • способу переключения передач #8212 коробки, переключаемые с остановкой трактора и без его остановки (на ходу)
  • способу управления #8212 с механическим, гидравлическим и электромагнитным механизмом включения передач

Принцип работы шестеренных коробок передач основан на том, что вращение от ведущего вала к ведомому передается через шестерни, которые могут входить в зацепление друг с другом в определенных сочетаниях.

Рассмотрим работу наиболее распространенной трехвальной пятиступенчатой коробки передач с прямой передачей. Вращающий момент двигателя через сцепление передается первичному валу 7, а с него через шестерни 2 и 11 #8212 промежуточному валу 9.

Рисунок. Кинематическая схема трехвальной КПП с прямой передачей: 1 #8212 первичный вал 2, 4, 7, 8, 10, 11 #8212 шестерни 3 #8212 зубчатая муфта 5 #8212 корпус коробки 6 #8212 вторичный вал 9 #8212 промежуточный вял 12 #8212 подшипник вторичного вала

На промежуточном валу 9 жестко закреплены ведущие шестерни 10, в зацепление с которыми входят соответствующие ведомые каретки шестерен 4 нала 6. Перемещая каретки шестерен 4 по шлицам вала 6, в данной схеме можно получить пять передач вперед и одну назад. Чтобы включить прямую (пятую) передачу, необходимо первую каретку шестерен 4, выполненную в виде зубчатой муфты 3, переместить влево и ввести в зацепление с зубьями первичного вала. Тогда первичный I и вторичный 6 валы будут вращаться как одно целое.

Коробки с прямой передачей компактны. Их широко применяют на автомобилях и отдельных тракторах. Для увеличения числа передач применяют составные коробки передач. Они представляют собой комбинацию двух коробок двухвальной, называемой редуктором, и трехвальной #8212 основной.

Коробка передач (КП) является механизмом трансмиссий автомобилей и тракторов и служит для изменения передаваемого крутящего момента и частоты вращения в заданном диапазоне, реверсирования выходного вала, длительного отсоединения двигателя от ведущих колес, отбора мощности для технологического оборудования. Наибольшее распространение получили механические шестеренчатые коробки передач, ступенчато изменяющие передаточное число трансмиссии. Основными их достоинствами являются высокий КПД (0,96. 0,98), малые размеры и масса, высокая надежность и простота в эксплуатации, невысокая стоимость. Благодаря этим качествам такие КП широко применяются на различных типах автомобилей и тракторов.

Шестеренчатые ступенчатые КП могут быть с неподвижными в пространстве осями валов и планетарные. Первые принято называть вальными. Бальные коробки передач широко применяют как в механических, так и в гидромеханических трансмиссиях, а планетарные чаще используют как механический ступенчатый преобразователь крутящего момента в гидромеханических трансмиссиях. Первый тип КП, как правило, имеет принудительное управление. Планетарные КП иногда оснащают частичным или полностью автоматизированным управлением. Получившие широкое распространение вальные коробки передач с фрикционным включением при необходимости также могут иметь автоматизированные системы управления. Несмотря на то, что кинематические схемы и конструктивные особенности ступенчатых механических тракторных и автомобильных коробок передач имеют свои особенности, их можно классифицировать по ряду общих признаков: количеству передач переднего хода способу зацепления шестерен способу включения передач взаимному расположению осей входного и выходного валов числу ветвей, передающих энергию двигателя ведущим колесам.

Автотракторные коробки передач имеют число ступеней от 5 до 16. В редких случаях на многоцелевых колесных тракторах устанавливаются коробки передач с 24 ступенями. Диапазон скоростей движения современного колесного трактора находится в пределах от 0,03 до 9,50 м/с (0,10. 34 км/ч). Базовые коробки передач с двумя степенями свободы в нейтральном положении выполняются с числом передач от трех до шести. Чтобы получить нужную передачу, в такой коробке достаточно включить один элемент управления. Для получения большего числа ступеней применяют составные и многовальные коробки передач, которые называются многоступенчатыми. Число степеней подвижности валов таких коробок передач может быть три или четыре. Число элементов для включения требуемой передачи будет на единицу меньше, чем число степеней подвижности.

По способу зацепления шестерен различают коробки с подвижными шестернями и с шестернями постоянного зацепления. Отсюда деление по способу включения: перемещением подвижных шестерен, зубчатыми муфтами или синхронизаторами. Отдельную группу образуют коробки передач с фрикционным включением, их называют коробки передач с переключением на ходу. По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки разделяют на соосные и несоосные. Соосными являются трехвальные коробки, имеющие прямую передачу, несоосными — двухвальные. Большинство коробок передач механических трансмиссий устроены так, что каждая работающая зубчатая пара передает весь крутящий момент, идущий от двигателя. Известны соосные двухпоточные коробки передач, оканчивающиеся собирателем момента в виде планетарного трехзвенника. Такие КП применяются при высоких значениях передаваемой мощности. Получают распространение на гусеничных машинах (Т-150, Т-330) многовальные коробки передач с двумя индивидуальными потоками к левой и правой гусеницам. Эти коробки передач одновременно выполняют функции механизмов поворота.

Рассмотрим кинематические схемы некоторых коробок передач. Наиболее простая схема у двухвальной коробки (рис. 19.3а), выполненной по несоосной схеме и получившей наибольшее распространение на тракторах (эти коробки часто называют тракторными). Передача подводимой мощности в такой КП осуществляется одной парой шестерен переднего хода. Существенным отличием двухвальной коробки передач от трехвальной является отсутствие в ней прямой передачи. В трехвальной автомобильной КП (рис. 19.3б) силовой поток проходит последовательно через два зубчатых зацепления, что позволяет реализовать передаточные числа до iкп = 7. 9. Такая коробка передач объединяет три основных вала: первичный (входной), вторичный (выходной) и промежуточный. Входной и выходной валы сосны. Шестерня первичного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного вала. Таким образом, промежуточный вал вращается постоянно. На втором валу свободно на подшипниках установлены шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала. С помощью синхронизаторов и зубчатых муфт включается в работу та или иная пара шестерен. Перемещением влево каретки синхронизатора V передачи и соединением кулачковой муфты получают прямую передачу, и мощность от двигателя напрямую передается на выходной вал КП. Это режим наибольшего КПД коробки передач. Данная схема сложнее тракторной, однако она получила повсеместное распространение на автомобилях. Это объясняется тем, что большинство автомобилей преобладающее время пробега работают в постоянном режиме скорости и нагрузки, т. е. на какой-то одной передаче, остальные же передачи работают в основном при разгоне и повышенных сопротивлениях движению.

Тракторам, работающим, как правило, вне дорог, свойственно движение на ряде промежуточных передач, которые тракторист выбирает в зависимости от конкретных условий движения, поэтому прямая передача не имеет для них такого значения, как для автомобилей.

В современных конструкциях автомобильных коробок передач зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении. Исключение составляют только шестерни первой передачи и заднего хода. Процесс переключения передач в автомобильных коробках такого типа производится с помощью синхронизаторов. При включении в работу шестерен, находящихся в постоянном зацеплении, ударную нагрузку воспринимают сразу все торцовые зубья или кулачки муфт включения, предотвращая тем самым сколы и смятие торцов зубьев шестерен, являющихся основной причиной выхода из строя коробок передач с подвижными шестернями. Кроме того, при постоянном зацеплении можно применять косозубые шестерни, что в сравнении с прямозубыми снижает шум и увеличивает срок службы коробок передач. Установка шестерен на подшипниках вызывает необходимость обеспечивать их смазку, для чего на большегрузных автомобилях устанавливают шестеренчатые масляные насосы, которые через специальные каналы в корпусах и валах подают масло к подшипникам шестерен.

На рис. 19.3б показана типичная схема передачи заднего хода. Блок 5 из двух зубчатых венцов (или одного уширенного) установлен свободно на неподвижной оси. Один венец блока постоянно связан с шестерней промежуточного вала. Шестерня выходного вала 4 отводится вправо до зацепления с другим венцом блока 5. Движение передается от шестерни промежуточного вала к блоку 5 и далее шестерне I-3X выходного вала.

Как было отмечено, автомобили повышенной грузоподъемности и проходимости и тракторы, которым приходится работать в тяжелых дорожных условиях, что особенно свойственно лесотранспортным машинам, должны иметь расширенный диапазон передаточных чисел коробок передач. Многоступенчатые автотракторные коробки передач образуют присоединением к базовой коробке дополнительного редуктора. В основном это двухступенчатые редукторы с прямой и замедленной передачами, обеспечивающие удвоенное число ступеней трансмиссии. Дополнительные редукторы часто сочетают с устройствами, распределяющими крутящий момент между ведущими мостами. Вместе они образуют раздаточные коробки.

Для лесовозных автомобилей и трелевочных тракторов расширение диапазона коробки передач связано в основном с увеличением общего передаточного числа в зоне низших передач. На автомобилях высокой грузоподъемности (автопоездах) получили распространение коробки передач с редукторами-делителями (делителями). Делитель представляет собой дополнительный редуктор, увеличивающий вдвое число передач, но практически не расширяет диапазона коробки, а уплотняет ряд геометрической прогрессии передач внутри этого диапазона. Базовые коробки в этом случае могут выполняться с уширенным диапазоном передаточных чисел, что позволяет использовать их без делителя на тех же автомобилях без трейлеров и прицепов.

Из кинематической схемы составной коробки передач автомобиля (см. рис. 19.4а) видно, что делитель имеет прямую и пониженную передачи (Н и В). Такой редуктор не снижает общий КПД трансмиссии, так как число зубчатых пар, передающих крутящий момент, то же, что у базовой коробки. На рис. 19.4б приведена схема составной тракторной коробки передач. Такого типа коробка установлена на тракторах ТТ-4 и ТТ-4М, обеспечивая восемь передач вперед и четыре назад. Трехвальный редуктор дает прямую и пониженную передачи (1P и 2Р), а также реверс (3Х). Основная двухвальная коробка имеет четыре ступени. В конструкциях коробок передач отечественных гусеничных трелевочных тракторов до настоящего времени сохранился способ переключения передач подвижными шестернями. Это, как известно, приводит к остановке трактора в процессе переключения передач, вызывает потери скорости движения. Дальнейшее трогание с места сопровождается каждый раз повышенным расходом топлива, что снижает эффективность использования трелевочных тракторов, а также ухудшает проходимость машины.

Современные гусеничные и колесные тракторы оснащаются коробками передач, конструкции которых позволяют переключать передачи без разрыва или с малым разрывом потока мощности (переключение на ходу). Это ступенчатые шестеренчатые коробки передач, в которых в качестве механизма включения зубчатых пар используются фрикционные муфты, работающие в масле.

Механизмы для переключения передач (см. рис. 19.5). Их устройство зависит от конструкции и типа коробки передач. Передвижные шестерни и кулачковые муфты перемещаются специальным механизмом управления. На автомобилях и тракторах рычаг управления устанавливают обычно в шаровой опоре 1 крышки коробки передач. Нижний конец рычага входит в прорезь одного из ползунов 3. Наклоняя рычаг вперед или назад, перемещают в противоположную сторону ползун 3, который увлекает за собой вилку 5. Она перемещает шестерни по валу в требуемом направлении до включения передачи. Попытка включить передачу при не полностью выключенном сцеплении приводит к сколу зубьев шестерен, для предотвращения которого и устанавливают блокировочное устройство.

Фиксаторы 4 блокировочного устройства всех переключающих ползунов 3 расположены под валиком 2 блокировочного механизма. Когда сцепление включено, паз валика 2 располагается так, что фиксаторы не могут выйти из углубления, и передачу переключить невозможно. При перемещении педали сцепления против часовой стрелки одновременно повернется валик 2. Таким образом, только при полностью выключенном сцеплении фиксаторы могут быть приподняты, и водитель сумеет передвинуть переключающие валики для включения необходимой передачи. Блокировочное устройство уменьшает удар шестерен и облегчает переключение передач. Включенную шестерню или муфту необходимо зафиксировать в данном положении, так как под воздействием больших нагрузок валы, на которых сидят шестерни, прогибаются, возникающие осевые силы стремятся сдвинуть подвижную деталь по шлицам и вывести ее из зацепления. Для того, чтобы этого не случилось и передачу не выбивало, должна быть предусмотрена надежная фиксация подвижных деталей в заданном положении. Кроме того, механизм управления должен исключать возможность одновременного включения двух передач, что может случиться, если нижняя головка рычага управления потянет сразу два переключающих валика. Для выполнения этих двух требований служат фиксаторы и замки (рис. 19.6).

На переключающих валиках 1 сделаны углубления 7 по числу необходимых позиций. Каждый валик имеет свой фиксатор.

Положение валика фиксируется шариком 2. Давление пружины 3 и угол наклона углублений на валике подбираются такими, чтобы фиксация была надежной. На рисунке показано также устройство замка. Кроме углублений для фиксаторов, переключающие валики имеют еще углубления сбоку. Сухари 6, помещенные в сверлениях крышки между валиками, могут входить сферичными концами в углубления валиков.

Средний валик имеет канал, в нем свободно помещен цилиндрический штифт 4, перемещение которого ограничено прорезью и ограничительным вертикальным штифтом 5. При нейтрали в коробке передач оси сухарей 6, штифта 4 и боковых углублений валиков совпадают. Суммарная длина сухарей и штифта меньше расстояния а между углублениями крайних валиков примерно на величину одного углубления. Это дает возможность начать перемещение любого из валиков.

Допустим, что мы начали передвигать левый ходовой валик, в углубление которого сухарь входил своей сферой. Усилие, приложенное по оси валика, даст составляющую, действующую вдоль оси сухаря, и оба сухаря со штифтом между ними переместятся в крайнее правое положение (рис. 19.6). Оба валика, средний и правый, оказываются запертыми, переместить их невозможно до тех пор, пока левый валик не будет возвращен в нейтральное положение. Следовательно, включение последующей передачи невозможно, пока не выключена предыдущая. Иногда на тракторных коробках передач вместо замков описанного типа применяют кулисы, также предохраняющие от одновременного включения двух передач. Над шаровой опорой рычага или под ней устанавливают пластину 6 с прорезями (см. рис. 19.5). Это позволяет передвигать рычаг переключения только по определенным траекториям, исключая возможность одновременного перемещения двух ползунов или ходовых валиков.

Для безударного переключения передач на автомобильных коробках применяют зубчатые муфты с синхронизаторами, которые позволяют включать передачу только после выравнивания частот вращения соединяемых частей муфт (рис. 19.7). Переключая передачу, водитель перемещает вилкой 7 кольцо 3, которое шпонкой 8 связано с муфтой 1. Муфта 1 стопором 6 давит на обойму 4 и прижимает ее к конической поверхности шестерни 5 силой Р. При этом на конических поверхностях синхронизатора возникает момент трения:

где #945 — угол конических поверхностей #956 — коэффициент трения.

Как только возникает момент трения Mт, обойма 4 поворачивается, штифт 2 входит в углубление выреза обоймы и не дает кольцу 3, а следовательно, и муфте 1 перемещаться дальше. Таким образом, пока штифт 2 находится в углублении выреза обоймы и прижат к ней достаточной силой, чтобы его не вытолкнуло из углубления, муфта 1 не может быть передвинута дальше, и ее зубцы не войдут в зацепление с зубцами шестерни 5. Для того, чтобы штифт 2 не вышел из углубления, должно быть выдержано определенное соотношение между углом #945 конических поверхностей синхронизатора, коэффициентом трения #956 и углом #946 углубления, в который заходит штифт 2. В этом случае P2 #8805 P или Q cos #946 #8805 Р.

Так как:

следовательно,

Когда окружные скорости шестерни 5 и обоймы 4 выровняются, момент трения Mт, а следовательно, и силы, прижимающие штифт 2 в углублении, станут равными нулю, муфта 1 сможет переместиться дальше вправо. Таким образом, такое блокировочное устройство синхронизатора позволяет включать передачу только после выравнивания скоростей соединяемых деталей.

На большинстве тракторов не применяют подобные синхронизаторы. В трансмиссиях тракторов большей частью устанавливают центральный синхронизатор в виде тормоза первичного вала коробки передач. Опыт эксплуатации тракторов показывает, что такие центральные синхронизаторы-тормозки облегчают переключение передач и повышают срок службы шестерен.

Однако полностью исключить удары и последующие сколы и смятие торцов зубьев шестерен они не могут. Эти проблемы снимаются применением шестерен постоянного зацепления и устройств для быстрого и безударного переключения передач. Механизмами переключения передач в таких коробках служат фрикционные элементы — муфты или тормоза. Известны два способа переключения передач под нагрузкой — с кратковременным разрывом и без разрыва силового потока. Первому способу переключения свойственно наличие «нейтрали» в течение непродолжительного времени (0,2. 0,5 с). Даже такое время отключения ведущих элементов трансмиссии от ведомых для тяжелонагруженных машин, движущихся с небольшими скоростями, может вызвать потерю скорости и связанные с этим нежелательные явления. Безразрывность силового потока достигается перекрытием передач, т. е. одновременной работой включаемой и выключаемой передачи. Плавность процесса переключения передач оценивается отношением dv/dt — ускорением трактора.

Муфты переключения передач (см. рис. 19.8) сдвоенные включаются с помощью гидроцилиндров, а выключаются пружинами 3. Ведущие диски муфт стальные с металлокерамическими накладками. Ведущие внутренние барабаны муфт изготовлены за одно целое с соответствующими шестернями 4 и 9. Наружные барабаны 8 двойные (один барабан на две муфты), в них смонтированы гидравлические цилиндры. Наружные барабаны являются ведомыми, они установлены на промежуточном валу на шлицах. Уплотнение поршня 10 гидравлического цилиндра 6 осуществляется по наружному диаметру чугунным разрезным кольцом 7, а по внутреннему — кольцом 2 из фторкаучука. Для обеспечения полного выключения фрикционных муфт в гидроцилиндрах установлено по два сливных автоматических центробежных шариковых клапана 1, которые открываются при выключении муфты (в результате действия на шарик давления масла в гидроцилиндре) и выпускают из выключаемого гидроцилиндра оставшееся масло.

Кроме того, к шлицам ведомых дисков (по периферии) приклепаны пластинчатые пружины 5, разъединяющие диски после выключения муфты. Смазка подается к дискам включенных и выключенных муфт постоянно. Подвод масла осуществляется через сверления в промежуточном валу. Центральное осевое сверление — для смазки, а четыре периферийных — для подачи к гидроцилиндрам муфт. Масло к валу поступает от маслораспределителя. В системе есть механизм безразрывного переключения с гидроаккумулятором и системой клапанов.

Планетарные коробки передач. В трансмиссиях автомобилей и тракторов планетарные передачи применяются в качестве основных коробок передач, дополнительных коробок в гидромеханических передачах, дифференциальных механизмов в двухпоточных передачах, межосевых и механических дифференциалов, увеличителей крутящего момента, механизмов поворота, приводов валов отбора мощности и т. д.

Планетарные передачи в сравнении с обычными обладают рядом преимуществ: повышенным сроком службы шестерен и бесшумностью работы, меньшим габаритом, разгруженностью большинства подшипников, отсутствием длинных валов, более высокими КПД в сравнении с передачами с неподвижными осями валов, простотой управления и возможностью его автоматизации, так как переключение передач осуществляется включением или выключением фрикционных муфт или тормозов.

Недостатком планетарных передач является сложность в изготовлении, большее число деталей. Основу таких передач составляют планетарные трехзвенники, которые выполняются с внутренним, внешним и смешанным зацеплением шестерен. Наибольшее распространение на автомобилях и тракторах получили ряды со смешанным зацеплением шестерен (рис. 19.9). Сателлит входит в зацепление с солнечной шестерней с внешними зубьями и коронной шестерней с внутренними зубьями. Подбирая сочетания планетарных рядов, можно спроектировать сложные коробки с различным числом передач. Рассмотрим кинематику и статику планетарного трехзвенника (рис. 19.9).

Существуют аналитический и графический методы определения передаточного числа планетарного ряда. Остановимся вначале на графическом методе, основанном на построении плана скоростей элементов механизма. Введем следующие обозначения: а — солнечная шестерня, b — водило, с — коронная шестерня, о — ведущий вал, #8734 — ведомый вал, T — тормозное звено. Вычертим в произвольном масштабе радиусов схему механизма. Допустим, ведущим элементом будет солнечная шестерня а, ведомым водило b, а заторможенной — коронная шестерня с. Считая заданной частоту вращения солнечной шестерни, отложим из полюса зацепления найденную величину окружной скорости va (см, рис. 19.9б). Той же скоростью обладает и точка сателлита в полюсе зацепления. Проведя прямую линию через ось вращения механизма точку О и конец вектора va, получим план абсолютных скоростей точек ведущей солнечной шестерни. При полной остановке коронной шестерни скорость сателлита в полюсе зацепления с ней равна нулю. Таким образом, известна скорость двух точек сателлита в полюсах зацепления с шестернями а и с. В полюсе рс она равна нулю, в полюсе ра равна va. Проведя через полюс рс и конец вектора va прямую, получим план абсолютных скоростей точек сателлита. Теперь известны скорости двух точек водила: точки О, где она равна нулю и оси сателлита, принадлежащей водилу vb. Проводя луч из точки О через конец вектора vb, получим план скоростей точек водила, являющегося в нашем случае ведомым элементом. Если на произвольном расстоянии от точки О провести горизонтальную прямую, то станет очевидным, что отрезки lq и lp пропорциональны угловым частотам соответственно солнечной шестерни и водила. Из плана скоростей находим:

Графический метод дает приближенные результаты, достаточные для студенческих расчетов, но он весьма нагляден и удобен для исследования структурных схем планетарных передач. Пользуясь этим методом, можно решать простые задачи выбора чисел зубьев шестерен ряда по передаточным числам, установленным тяговым расчетом. По плану скоростей можно дать предварительную оценку КПД передачи, установив величины относительных скоростей в полюсах зацеплений. Относительная скорость v0 в полюсе рв равна алгебраической разности величин отрезков, показывающих абсолютную и переменную скорости.

Источники: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/transmissiya/korobki-peredach/, http://industrial-wood.ru/lesotransportnye-mashiny/5702-mehanicheskie-korobki-peredach-lesotransportnyh-mashin.html








Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением