Ступенчатые и планетарные коробки передач механических трансмиссий - часть 15

 

 

59

 

зубьев блокирующего и рабочего ее венцов (рис. 3.3, в). Один из вариантов соз-
дания замка на ступице двусторонней муфты показан на рис. 3.3, г.  Здесь пере-
движная  муфта  имеет  два  рабочих  венца,  а  ступица – три,  узкие  крайние  ее 
венцы являются блокирующими, а средний широкий – рабочим. 

Синхронизаторы обеспечивают достаточно быстрое и бесшумное включе-

ние  передачи,  исключают  торцевые  разрушения  зубчатых  муфт  при  их  вклю-
чении,  облегчают  управление.  В  современных  конструкциях  коробок  передач 
синхронизаторы  устанавливаются  для  большинства  передач.  В  коробках  пе-
редач легковых автомобилей они не устанавливаются для передачи заднего хо-
да, а грузовых — и для первой передачи. Некоторые специализированные фир-
мы  выпускают  параллельно  модификации  коробок  передач  с  синхрони-
заторами и без них. Последние несколько дешевле и приобретаются потребите-
лями для  автомобилей, управление которыми доверяется водителям более вы-
сокой квалификации.  

Рис. 3.3. Варианты выполнения зубчатых муфт замком, препятствующим их 

  самовыключению под  нагрузкой:  a –  замок образуется за счет конусности зубьев; 
 б – замок  образуется  зa счет уступов на зубьях;  в – замок в односторонней муфте 

         образован за счет блокирующего венца (Б) с утолщенными зубьями на ступице муфты;                      

г – замок  в двусторонней муфте образован за  счет  уменьшения    толщины    участка 
ступицы (у); 1 – угол установки инструмента (

≈

 1

0 

30');  2 – зуб передвижной муфты 

 

 

60

 

Наибольшее распространение для коробок передач автомобилей получили 

инерционные  синхронизаторы  с  конусными  поверхностями  трения.  Их 
конструкции  разнообразны.  Однако  каждая  из  них  в  качестве  обязательных 
имеет  элементы  трения  и  блокировки.  Вспомогательными  являются  элементы 
упругой  связи  между  деталями.  В  устройстве,  показанном  на  рис. 3.4 а, 
элементами  трения  являются  конические  поверхности  кольца 2 и  выступа  на 
зубчатом колесе.  

 
 

Рис.  3.4.  Схемы к расчету синхронизатора: 

а – с включаемым зубчатым колесом,  кинематически связанным 

с   входным валом коробки передач;  б – то же, с массой автомобиля 

 
В  качестве  элементов  блокировки  используются  конический  поясок  в 

отверстиях диска передвижной муфты 1 и блокирующие пальцы 4, входящие в 
указанные  отверстия.  Пальцы  жестко  связаны  с  кольцом 2. С  помощью 
подпружиненных шариков 5 и пальцев 6 упруго связаны муфта 1 и кольцо 2. В 
устройстве,  показанном  на  рис. 3.4 б,  элементы  трения  выполнены  в  виде 
конических поверхностей на передвижной муфте 1 и блокирующем кольце 2. В 
качестве 

элементов 

блокировки 

используются 

внутренние 

зубцы 

блокирующего кольца 2 и торцевые участки зубьев полумуфты, нарезанной на 
зубчатом  колесе 3. С  помощью  пружины  упруго  связаны  зубчатое  колесо 3 и 
блокирующее кольцо 2. 

a 

 

 

61

 

Элементы  упругой  связи  способствуют  установке  деталей  системы  в 

исходное нейтральное положение и одновременно не препятствуют блокировке 
системы,  разблокировке  и  включению  передачи.  Синхронизатор  работает  так: 
сближаются  поверхности  трения  и  блокируется  передвижная  муфта; 
синхронизируются  угловые  скорости  передвижной  муфты  и  включаемого 
зубчатого колеса; разблокируется передвижная муфта и включается на полную 
длину  зубьев  (включение  передачи).  На  первом  этапе  поверхности    трения  
сближаются до  соприкосно-вения. В этот момент блокирующие пальцы 4 (рис. 
3.4,  а)  или  блокирующее  кольцо 2 (рис. 3.4, б)  вследствие  различия  угловых 
скоростей зубчатого колеса 3 (

к

ω

) и передвижной муфты 1 (

в

ω

) смещаются до 

упора блокирующих элементов, занимая положение блокировки, показанное на 
рис. 3.4 а, б. 

На  третьем  этапе  в  условиях,  когда 

ω

Δ  = 0 и  действие  момента  трения 

прекращено, осевая сила F

с

, приложенная к элементам блокировки, вызывает их 

разблокировку,  т.  е.  относительное  смещение  наклонных  контактирующих 
поверхностей этих элементов. При этом система деталей, связанных с входным 
валом коробки передач, смещается относительно системы деталей, связанных с 
массой  автомобиля,  и  элементы  муфты  занимают  положение,  позволяющее 
включить передачу. 

На втором этапе усилие F

с

, действующее со стороны вилки переключения 

на  передвижную  муфту 1, передается  через  блокирующие  элементы  на 
поверхности  трения.  Вследствие  различия  значений 

к

ω и 

в

ω   на  указанных 

поверхностях  появляются  силы  трения.  Соответствующий  им  момент  трения 
действует,  с  одной  стороны,  на  систему  деталей,  кинематически  связанных  с 
массой автомобиля, а с другой – деталей, кинематически связанных с входным 
валом коробки передач. Под действием момента трения происходит замедление 
относительного  вращения  зубчатого  колеса 3 и  муфты 1 и  перепад  угловых 
скоростей 

к

в

ω

−

ω

=

ω

Δ

  уменьшается.  В  момент,  соответствующий   

ω

Δ = 0, 

процесс синхронизации заканчивается. 

На  третьем  этапе  в  условиях,  когда 

ω

Δ  = 0 и  действие  момента  трения 

прекращено, осевая сила F

с

, приложенная к элементам блокировки, вызывает их 

разблокировку,  т.  е.  относительное  смещение  наклонных  контактирующих 
поверхностей этих элементов. При этом система деталей, связанных с входным 
валом коробки передач, смещается относительно системы деталей, связанных с 
массой  автомобиля,  и  элементы  муфты  занимают  положение,  позволяющее 
включить передачу. 

На  рис.3.5  показана  схема  динамической  системы,  поясняющая  процесс 

синхронизации  и  действующие  при  этом  факторы.  При  определении  I

с

Σ

, I

а

    и  

а

Ψ

Μ

  приведение  производится  к  той  детали  соответствующей  системы, 

которая  непосредственно  находится  под  действием  момента 

μ

Μ .  Момент 

трения 

μ

Μ  относительно мал и практически не оказывает влияния на систему, 

имеющую  момент  инерции    I

а

.  Это  обстоятельство  учитывается  при  расчетах 

синхронизаторов. 

 

 

62

 

 

Рис. 3.5. Схемы к расчету синхронизатора: 

а – с включаемым зубчатым колесом, кинематически связанным 

с входным валом коробки передач;  б – то же с массой автомобиля 

 
При  предварительном  выборе  параметров  синхронизатора  пренебрегают 

сопротивлением  масляной  ванны,  моментом  на  ведомом  диске  выключенного 
сцепления и изменением угловой скорости системы I

а

 под действием момента 

а

Ψ

Μ

  при  движении  автомобиля  накатом  во  время  переключения  передачи. 

Выбор основных размеров синхронизатора зависит от конструктивных условий 
–  размеров  зубчатых  колес,  диаметра  вала,  конструкции  зубчатых  муфт  и 
синхронизатора.  Необходимый  момент  трения 

μ

Μ   ориентировочно 

определяется  исходя  из  заданного  времени  синхронизации  t

c

,  которое  может 

назначаться  в  пределах  (с):  для  высшей  передачи  коробок  легковых 
автомобилей – 0,15  – 0,3; низшей – 0,5 – 0,8; высшей  передачи  грузовых 
автомобилей – 0,3 – 0,8; низшей – 1 – 1,5; для  ступеней  заднего  редуктора  
многоступенчатой  коробки передач,   имеющего  диапазон   Д

р

 

≈3 – 4, 1–2. 

Необходимый момент трения синхронизатора находится по выражению 
                                         

μ

Μ   = 

с

/

нач

с

с

t

I

I

ω

Δ

=

ε

Σ

Σ

 , 

                          (3.1) 

где       

нач

.

к

нач

.

в

нач

ω

−

ω

=

ω

Δ

.  Угловые  скорости 

нач

.

к

нач

.

в

и

ω

ω

  определяются 

исходя  из  скорости  автомобиля  или  частоты  вращения  вала  двигателя,  при 
которой рекомендуется производить переключение на данную передачу. 

Обычно  угловая  скорость  вала  двигателя,  при  которой  рекомендуется 

производить  переключение  передач,  близка  к  следующим  значениям:  при 
переключении на более высокую ступень – 

≈

ω

д

  0,8

р

ω

;    при переключении 

на  более  низкую  ступень – 

≈

ω

д

 0,5

р

ω ,  где     

р

ω     –  угловая  скорость  вала 

двигателя,  соответствующая  максимальной  мощности.  Момент,  создаваемый 
силами трения на конусных поверхностях синхронизатора (см. рис. 3.4),  

,

sin

/

F

r

с

γ

μ

=

Μ

μ

μ

 

где 

μ

r   –  средний  радиус  поверхности  трения,  который  выбирается  констру-

тивно; 

μ – коэффициент трения;  γ  – половина угла конуса. Для пары сталь –