Все современные механические коробки передач, а также роботизированные коробки передач являются синхронизированными. В таких коробках для того, чтобы включить передачу, производится выравнивание частоты вращения вала и шестерни. Синхронизацию обеспечивает одноименное устройство – синхронизатор. Помимо плавного переключения передач синхронизатор снижает износ механического соединения, шум при переключении и, тем самым, увеличивает срок службы коробки передач.
Синхронизаторами оборудуются все передачи коробки передач легкового автомобиля, в том числе передача заднего хода. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей. Чем выше разница в частотах вращения вала и шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для их синхронизации. Выполнение данного условия достигается путем увеличения площади поверхности соприкосновения – установкой дополнительных фрикционных колец.
Состоит из следующих элементов:
1.Блокирующее кольцо
2.Ступица
3.Сухарь
4.Кольцевая пружина
5.Фрикционный конус шестерни
6.Шестерня
7.Блокирующее кольцо
8.Муфта синхронизатора
9.Сухарь
10.Шестерня
Синхронизатор КПП – устройство, выравнивающее частоту вращения вала и шестерни КПП. Данный механизм необходимо особенно на высоких скоростях, так как нагрузка на шестерни уменьшается, а также снижается сила трения между деталями.
Устройство механизма
Устройство и описание элементов синхронизатора механической КПП:
- Ступица. Посредством шлицов соединена с муфтой, обеспечивающей включение второй и третьей передачи.
- Сухари. Расположены в специальных пазах ступицы, которые проточены под углом. Для того, чтобы сухари плотно сидели в пазах, на муфте предусмотрены пружины, фиксирующие их в пазах.
- Кольца. Выполнены из бронзы и свободно вращаются при переключении, но при этом соединены с сухарями.
- Шестерня второй передачи.
- Шестерня третьей передачи.
Синхронизаторы коробки передач срабатывают при переключении на вторую или третью передачу (на которой расход топлива самый большой). Сцепка ступицы и шестерни достигается за счёт зубьев, расположенных на внешней стороне медных колец.
Медные кольца необходимы, так как они позволяют блокироваться муфте до полной синхронизации скоростей вращения вала и шестерни. Кольца выполнены в форме конуса, это способствует более надёжной сцепке с шестерней.
Синхронизаторы КПП могут быть следующих типов:
- Двухконусные. Применяются наиболее часто, имеют стандартные конструктивные особенности, описанные выше.
- Трёхконусные. Дополнительные элементы обеспечивают больше площадей для трения, достигается данный эффект установкой промежуточного кольца, работа которого в правильном распределении скоростей между валом и шестерней.
Принцип работы устройства
Для лучшего понимания работы механизма в сборе, следует подробно ознакомиться с последовательностью работы КПП, оснащённой синхронизатором.
Работа синхронизатора КПП:
- Нейтральное положение. Зацепления не происходит, так как муфта синхронизатора не взаимодействует с шестернями, которые вращаются на валу без каких-либо препятствий.
- Данное положение элементов соответствует и стандартным механическим коробкам передач.Происходит включение передачи. При этом муфта скользит в направлении шестерни, под действием силы от вилки КПП. Все элементы синхронизатора взаимосвязаны, поэтому одновременно с муфтой приводятся в движение сухари, пока не прижмутся к медному кольцу блокировки.
- Блокирующее кольцо не даст муфте двигаться дальше, так как его шлицы упираются в зубья муфты. Оно будет находиться в фиксирующем положении пока не произойдёт окончательная синхронизация обеих частот вращения – шестерни и вала.
- Достигнута синхронизация. Зубья муфты блокируют кольцо, заставляя его двигаться в обратную сторону. Препятствие пропадает, и муфта входит в зацепление с шестерней, это процесс является полным включением передачи.
Принцип работы синхронизатора механической КПП может показаться тяжёлым для понимания, но весь процесс происходит очень быстро, включение передачи занимает меньше одной секунды.
Основные неисправности синхронизатора КПП
Основной причиной снижения долговечности синхронизатора КПП является неправильная эксплуатация пользователем автомобиля. Слишком резкое или раннее переключение передач приводит к быстрому износу механизма и необходимости проведения досрочного ремонта или технического обслуживания.
Шестерни и валы КПП обычно изготавливаются из высокопрочной стали, обладающей низким порогом чувствительности к высоким температурным режимам. Именно поэтому данные элементы выходят из строя редко, проводить их замену следует одновременно с капитальным ремонтом двигателя.
Мелкие детали в синхронизаторе обладают не таким длительным сроком эксплуатации, например, медное блокирующее кольцо или сухари.
Проблема встречается очень часта, причиной подобного хруста является износ кольца блокировки, которое предотвращает движение муфты. Также подобный шум может вызвать основание, на котором находится блокирующее медное кольцо синхронизатора – коническая поверхность шестерни. Чтобы определить неисправность, достаточно добраться до синхронизатора, на поверхностях деталей будет выработка, а кольцо блокировки меняет свою форму.
Для переключения передач необходимо прилагать силу
При данной проблеме внимание следует уделить синхронизатору в сборе. При поломке синхронизатора переключение передач затруднительно, или не происходит вообще.
Как видно из приведенных примеров конструкций современных автомобильных коробок передач (рис. 3.7—3.11), переключение с помощью синхронизаторов применяется наиболее широко. Синхронизатор обеспечивает принудительное выравнивание угловых скоростей шестерни и соединяемого с ней вала, что упрощает, облегчает и ускоряет процесс переключения, способствует увеличению долговечности зубчатой муфты переключения и зубьев шестерен. В настоящее время в автомобильных коробках передач используются несколько вариантов конструкций синхронизаторов. Достаточно распространенным типом являются синхронизаторы с толкающими сухарями (рис. 3.13).
В такой конструкции на шлицах вторичного вала 12 закреплена ступица 8 синхронизатора, на поверхности которой имеются свои продольные шлицы и сделаны три продольных паза 9. В эти продольные пазы устанавливаются сухари 7, имеющие в средней части выступы. На шлицы ступицы надета муфта 3, при этом выступы сухарей 7 входят в кольцевую выточку, которая сделана в средней части ее внутренних зубьев 14. Сухари поджаты к внутренним зубьям двумя пружинами 5.
С обеих сторон ступицы установлены латунные блокирующие кольца 2. На их внутренней конической поверхности имеется мелкая резьба для увеличения трения в момент соприкосновения с коническими поверхностями Юн 11 шестерен / и 6 при переключениях. На наружной поверхности каждого блокирующего кольца имеется блокирующий зубчатый венец 15 (см. рис. 3.13, б), а на каждой шестерне имеется переключающий зубчатый венец 13. Эти венцы выполнены с
Рис. 3.13. Синхронизатор с толкающими сухарями:
/ — шестерня первичного вала; 2 — блокирующее кольцо; 3 — муфта; 4 — вилка; 5 — пружина; 6 — свободно сидящая шестерня вторичного вала; 7 — сухарь; 8 — ступица; 9 — пазы; 10, II — конические поверхности; 12 — вторичный вал; 13 — переключающий зубчатый венец; 14 — внутренний зуб муфты; 15 — блокирующий венец
треугольным заострением зубьев в сторону муфты 3, внутренние зубья 14 которой имеют аналогично оформленные концевые участки. Величина угла заострения зубьев венцов 15 определяется необходимостью обеспечения (на начальном этапе процесса) блокировки включения и выравнивания угловых скоростей переключаемой шестерни и сидящей на шлицах вала муфты. Угол заострения венцов 13 определяется исходя из облегчения (на конечном этапе процесса) их зацепления с внутренними зубьями 14 муфты 3 (рис. 3.13, б и в).
При включении передачи муфта 3 перемешается вилкой переключения 4 в сторону включаемой шестерни и увлекает за собой зафиксированные в выточках внутренних зубьев 14 сухари 7, которые прижимают соответствующее блокирующее кольцо к конусу 10 или 11 шестерни. Возникающие при этом силы трения увлекают во вращательное движение блокирующее кольцо 2 и повертывают его относительно муфты 3 на некоторый угол в пределах имевшегося между сухарем 7 и пазом в торце блокирующего кольца 2 зазора, равного половине ширины зуба блокирующего венца 15 (см. рис. 3.13, б и в). Торцевые скосы внутренних зубьев 14 муфты 3 в этой ситуации оказываются прижатыми к торцевым скосам зубьев блокирующего венца /5 (см. рис. 3.13, в), что не позволяет произвести включение передачи. Чем сильнее водитель давит на рычаг, тем с большим усилием внутренние зубья 14 муфты 3 давят на скосы зубьев венца 15 блокирующего кольца 2, создавая все больший тормозящий момент на конусной поверхности шестерни, противодействующий ее инерционному моменту. В конечном итоге, угловые скорости шестерни и муфты 3 выравниваются, противодействие инерционных моментов исчезает, а воздействие внутренних зубьев 14 муфты 3 вынуждает блокирующее кольцо 2 занять свое первоначальное положение, после чего происходит беспрепятственное зацепление зубьев муфты и зубьев переключающего венца шестерни 13 (рис. 3.13, в и г). На конечном этапе процесса включения передачи выступы прижатых пружинами 5 сухарей 7 выходят из кольцевой выточки внутренних зубьев 14.
Рассмотренная конструкция синхронизатора с толкающими сухарями обычно используется в ступенчатых коробках передач легковых автомобилей и легких грузовиков. В коробках передач грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности, имеющих массивные валы и шестерни с большим инерционным моментом, синхронизирующему устройству может не хватить эффективности одного блокирующего кольца. На таких автомобилях все популярнее становятся многоконусные синхронизаторы (например, показанный на рис. 3.14), у которых эффективность и надежность существенно повышены за счет увеличения числа блокирующих колец и соответствующего возрастания общей площади поверхностей трения. Примечательно, что в этих конструкциях увеличение момента трения на режиме блокировки включения и выравнивания угловых скоростей не требует увеличения усилия на рычаге переключения.
Широко применяемой конструкцией синхронизирующего устройства в коробках передач грузовых автомобилей является также синхронизатор пальцевого типа (рис. 3.15). Синхронизатор представляет собой дисковую муфту /, которая установлена на шлицах вторичного вала. Непосредственно на диск воздействует вилка переклю-
Рис. 3.14. Многоконусный синхронизатор:
/ — шестерня; 2 — переключающий венец; 3 — блок блокирующих колец; 4 — муфта; 5 — сухарь; 6 — конические поверхности шестерни; 7 — ступица;
Источник: