Конструкция коробки передач: устройство, виды и типы коробок передач, советы

Устройство механической коробки передач

Механическая коробка передач предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она обеспечивает разобщение двигателя и ведущих колес, причем на неограниченный срок. Рассмотрим из чего состоит механическая коробка передач и схему работы.

Механическая коробка передач состоит из:

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Схема работы механической коробки передач: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения передач; 3 — механизм переключения передач; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер коробки передач.

Картер содержит основные узлы и детали коробки передач. Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Так как при работе, шестерни коробки передач испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом.

Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения передач служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает передачи от самопроизвольного выключения.

КАК РАБОТАЮТ ШЕСТЕРНИ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах в коробке передач.

а) Передаточное отношение одной пары шестерен

Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

б) Передаточное отношение двух шестерен

На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») снова 20, у четвертой («Г») опять 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал коробки передач и шестерня «А» вращаются со скоростью, допустим 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, то есть она имеет 1000 об/мин, а так как шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее — 500 об/мин.

От двигателя на первичный вал коробки передач приходит — 2000 об/мин, а выходит — 500 об/мин. На промежуточном валу коробки передач в это время — 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже — двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу коробки перемены передач, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если мы выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче в коробке.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону

, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал передачи заднего хода; 5 — вторичный вал.

ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ЧИСЛА МЕХАНИЧЕСКОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Поскольку в коробке передач автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары, мы имеем возможность менять и общее передаточное отношение коробки. Давайте посмотрим на передаточные числа коробок передач:

Передачи	ВАЗ 2105	ВАЗ 2109
I	3,67	3,636
II	2,10	1,95
III	1,36	1,357
IV	1,00	0,941
V	0,82	0,784
R(Задний ход)	3,53	3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой и, как правило, это — четвертая передача.

Первая передача и передача заднего хода — самые «сильные» и двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах двигателю не хватает сил, и приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения автомобиля, чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость движения и сделав некоторый запас инерции, вы можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью, четвертую и пятую передачи.

Все ступеньки переключения передач вверх — с первой по пятую, следует проходить последовательно. Переключение передач в нисходящем порядке можно производить «прыгая через ступеньку» и даже через несколько. Обычный режим движения автомобиля – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) передачах, потому что они самые скоростные и экономичные.

НЕИСПРАВНОСТИ И ПОЛОМКИ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением — это обернется ремонтом коробки передач. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями – «железные» до определенной степени.

Рычаг переключения передач должен переводиться спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в коробки передач, она не напоминает о себе до конца срока службы.

ᐉ Ступенчатая коробка передач.

Устройство и принцип действия

Механическая коробка (переключения) передач (МКПП или МКП) — разновидность коробки передач, механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную. Названа так, поскольку весь её основной функционал реализуется исключительно за счёт механических устройств, без применения гидравлических или электрических элементов (в отличие от гидромеханической или электромеханической трансмиссий, содержащих в своей конструкции, соответственно, гидравлические и электрические элементы).

Ступенчатые простые коробки передач широко применяются в трансмиссиях транспортных средств, так как отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. К коробкам передач этого вида предъявляются следующие требования:

• высокие тягово-динамические качества ТС
• высокая прочность, жесткость, надежность и долговечность
• высокий КПД, особенно на наиболее употребляемых передачах
• легкость управления и бесшумность работы
• надежное фиксирование включенной и выключенной передач, недопущение одновременного включения двух передач
• малые размеры и масса

Предъявляемые требования определяют рациональную конструкцию коробки передач и ее отдельных частей.

На большинстве изучаемых колесных транспортных средствах устанавливаются пятиступенчатые трехходовые простые коробки передач (пять ступеней для движения вперед и одна ступень заднего хода). Число «ходов» коробки передач соответствует числу подвижных элементов, с помощью которых осуществляется включение тех или иных передач.

Пятиступенчатая коробка передач имеет 3 вала:

• ведущий 7, связанный при помощи сцепления с коленчатым валом двигателя
• ведомый 5, установленный соосно с ведущим валом 7 и соединенный с карданной передачей
• промежуточный вал 6 с закрепленными на нем шестернями

Валы установлены на подшипниках качения в картере, служащем одновременно и масляным резервуаром, с наливным, контрольным и сливным отверстиями, а также вентиляционным устройством. В картере закреплена ось с установленным на ней на подшипниках блоком 7 шестерен ЗХ. Шестерня 17 выполнена заодно с ведущим валом и находится в постоянном зацеплении с соответствующей шестерней 16 промежуточного вала, в результате чего промежуточный вал получает от ведущего вала вращение с постоянным передаточным числом, которое определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей.

Шестерни ведомого вала (кроме шестерни I передачи и ЗХ) находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала, но установлены на ведомом валу свободно (могут вращаться относительно вала, но не перемещаться вдоль него). Поэтому, хотя промежуточный вал при работе двигателя и включенном сцеплении будет вращаться, вращение к ведомому валу, а следовательно, и к ведущим колесам движителя передаваться не будет (нейтральное положение).

Рис. Схема пятиступенчатой коробки передач

Включение передач обеспечивается двумя синхронизаторами — 2 и 3 и шестерней 4 I передачи и ЗХ, которые установлены на ведомом валу на шлицах и могут перемещаться вдоль вала. Механизм переключения передач содержит рычаг управления, валики (штоки) с вилками, перемещающими синхронизаторы и каретку 4, фиксаторы и предохранительное замковое устройство, установленные в крышке коробки передач. Синхронизаторы имеют зубчатые венцы, которые при включении передач входят в зацепление с соответствующими зубчатыми венцами шестерен постоянного зацепления, что обеспечивает передачу вращающего момента на ведомый вал и далее к ведущим колесам движителя. Передаточное число между промежуточным и ведомым валами определяется отношением числа зубьев шестерни ведомого вала к числу зубьев шестерни промежуточного вала. Передаточное число между ведущим и ведомым валами, т. е. общее передаточное число коробки передач представляет собой произведение двух передаточных чисел, одно из которых — между ведущим и промежуточным валами, а другое — между промежуточным и ведомым валами.

Чем больше передаточное число коробки передач, тем больше при одном и том же вращающем моменте двигателя вращающий момент, передаваемый к ведущим колесам, а скорость движения ТС соответственно меньше. На I передаче, когда передаточное отношение самое большое, обычно осуществляют трогание ТС с места и первоначальный разгон, а также движение в особо трудных условиях. Включение I передачи обеспечивается передвижением шестерни 4 вперед и введением ее в зацепление с шестерней 8 промежуточного вала. По мере улучшения условий движения осуществляется включение более высоких передач с меньшими передаточными числами, когда не требуется значительного увеличения тяговой силы на ведущих колесах, а скорость движения ТС возрастает.

Высшей в приведенной схеме коробки передач является V передача, которая получается соединением ведущего 1 и ведомого 5 валов при помощи зубчатых венцов ведущего вала и синхронизатора 2; передаточное число в этом случае равно единице (прямая передача).

При движении ТС на прямой передаче промежуточный вал коробки передач вращается вхолостую.

Задний ход обеспечивается перемещением шестерни 4 назад и введением ее в зацепление с одной шестерней блока 7 3Х. Другая шестерня блока находится в постоянном зацеплении с шестерней 11, жестко связанной (закрепленной с помощью шпонки) с промежуточным валом.

Вращающий момент передается от ведущего вала к ведомому через следующие детали:

• при включении I передачи — через шестерни 16, 17, 8 и 4
• II — через шестерни 16, 17, 9, 10 и синхронизатор 3
• III — через шестерни 16,17, 12, 13 и синхронизатор 3
• VI — через шестерни 16,17,14, 15 и синхронизатор 2
• V — через шестерню 16 и синхронизатор 2
• ЗХ — через шестерни 16, 17, 11, блок шестерен 7 и шестерню 4

Для более плавного зацепления и бесшумной работы шестерни постоянного зацепления обычно выполняют косозубыми. Углы и направление наклона зубьев на различных парах шестерен подбирают так, чтобы осевые силы на валах получались наименьшими. Эти осевые силы обычно воспринимаются радиальным шариковым подшипником, устанавливаемым на одном из концов вала. Другой конец вала опирается на роликовый цилиндрический подшипник. Этим предотвращается возникновение дополнительных напряжений в подшипниках в результате теплового удлинения валов. Гнезда подшипников закрываются крышками с уплотнительными прокладками. В случае выхода конца вала наружу в крышках устанавливают уплотнения, предотвращающие вытекание смазки. Этому же способствуют маслосгонные канавки на валах.

Смазывание деталей в коробке передач осуществляется разбрызгиванием при вращении шестерен или с помощью масляного насоса. Для смазывания используют специальные трансмиссионные масла.

Коробка передач обычно крепится к картеру сцепления и устанавливается вместе с двигателем на эластичных опорах на раме.

Для примера на рисунке приведен продольный разрез коробки передач автомобиля КамАЗ.

В последнее время наблюдается тенденция к установке на транспортных средствах большой грузоподъемности, предназначенных для тяжелых условий работы, дополнительной коробкой передач — понижающей или ускоряющей (в некоторых случаях — одновременно обеих). Наличие понижающей дополнительной коробки передач, обычно устанавливаемой за основной в одном и том же картере, позволяет увеличить общее передаточное число между двигателем и ведущими колесами при движении на всех передачах в основной коробке передач. Ускоряющая дополнительная коробка передач, устанавливаемая обычно перед основной в одном с нею картере, позволяет увеличить скорость движения ТС и уменьшить вращающие моменты на валах основной коробки передач. Кроме того, в основной коробке передач устанавливают 2 промежуточных вала, а шестерни постоянного зацепления выполняют прямозубыми, что позволяет уменьшить размеры и массу коробки передач.

Рис. Коробка передач (продольный разрез) автомобиля КамАЗ:
1 — ведущий вал; 2 — крышка заднего подшипника ведущего вала; 3 — регулировочная прокладка; 4 — шток рычага; 5 — опора штока; 6 — пружина; 7 — опора рычага переключения передач; 8 — ось блока шестерен ЗХ; 9 — блок шестерен ЗХ; 10 — роликоподшипник; 11 — верхняя крышка; 12 — крышка заднего подшипника ведомого вала; 13 — задний шарикоподшипник ведомого вала; 14 — втулка; 15 — фланец крепления карданного вала; 16 — крышка подшипника; 17— сферический роликоподшипник; 18 — промежуточный вал; 19 — картер коробки передач; 20 — ведомый вал; 21 — крышка переднего подшипника промежуточного вала; 22 — картер сцепления; 23 — вилка выключения сцепления; 24 — вал вилки выключения сцепления; 25 — муфта выключения сцепления

Основы проектирования промышленных редукторов

Связанные ресурсы: gears

Основы проектирования промышленных редукторов

Инструменты проектирования зубчатых передач Меню знаний о данных

Основы проектирования промышленных редукторов

Премиум-членство требуется для этот документ

Открыть: Основы проектирования промышленных редукторов

Зубчатые редукторы используются во всех отраслях промышленности, они снижают скорость и увеличивают крутящий момент. Вы найдете их между первичным двигателем (то есть: электродвигателем, газовым, дизельным или паровым двигателем и т. д.) и приводимым оборудованием: конвейерами, мельницами, бумагоделательными машинами, элеваторами, шнеками, мешалками и т. д.).

Промышленная коробка передач определяется как машина для большинства приводов, требующих надежного ресурса и запаса прочности, а скорость делительной линии шестерен ограничена ниже 25 м/с, в отличие от серийно выпускаемых коробок передач, предназначенных для специфический режим работы и нагруженный до предела, или используемый для очень высоких скоростей и т. д., например. автомобильные, аэрокосмические, морские редукторы.

Компетентному инженеру проектирование редуктора, как и любой другой машины, может показаться довольно простой задачей. Однако, не имея опыта работы в этой области, нельзя ожидать, что конструктор сможет охватить все аспекты конструкции редуктора.

Целью данной брошюры является описание базовой конструкции промышленного редуктора. Она должна помочь студентам, не знакомым с коробками передач, выложить надежную рабочую конструкцию. И он предназначен для того, чтобы читатель использовал свой собственный опыт в выборе формул, значений напряжения и т. д. для компонентов коробки передач.

Оглавление

Глава 1: 6
БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ
1.1 Введение 6
1.2 Базовый размер и выбор 7
1.3 Выбор крутящего момента 8
1.4 Материалы и термообработка 9
1.5 Размер блока 12
1.6 Пример 14

Глава 2: 16
ЗУБЧАТАЯ СЕТЬ
2.1 Передаточные числа 16
2.2 Комбинации зуб-шаг 16
2.3 Шаг и модуль 16
2.4 Пример 18
2.5 Лицевая сторона – ширина 19
2.6 Деталь шестерни 20

Глава 3: 24
РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА ВАЛУ
3.1 Описание конструкции 25
3.2 Приведенные данные 26
3.3 Передача крутящего момента 26
3.4 Нагрузка на шкив клинового ремня 26
3.5 Нагрузки цилиндрической шестерни 27
3. 6 Свободная схема корпуса быстроходного вала 27
3.7 Расчеты и диаграммы изгибающего момента (быстроходный вал) 28
3.8 Схема кручения 31
3.9 Критическое сечение быстроходного вала 32
3.10 Нагрузки на подшипники высокоскоростного вала 32
3.11 Минимальный диаметр вала (для быстроходного) 32
3.12 Простой метод расчета (минимального) диаметра вала 33
3.13 Минимальные диаметры концов быстроходных валов 33
3.14 Схема свободного тела тихоходного вала 34
3.15 Расчеты и диаграммы изгибающего момента (тихоходный вал) 34
3.16 Крутящий момент, действующий на тихоходный вал 35 3.17 Схема кручения тихоходного вала 35
3.18 Минимальный диаметр вала (для тихоходного) 36
3.19 Оценка минимального диаметра тихоходного вала эмпирическим методом 36
3.20 Минимальные диаметры концов тихоходных валов 37
3.21 Резюме 37

Глава 4 38
ГЛУБОКИЕ ШАРИКОВЫЕ ПОДШИПНИКИ (Базовое описание и основные расчеты)
4. 1 Вид 38
4.2 Приложение 38
4.3 Описание шарикоподшипников 39
4.4 Виды конструкций 39
4.5 Теоретическая база 39
4.6 База расчета жизни 40
4.7 Пример № 1 42
4.8 Пример № 2 44

Глава 5 47
ЧИСЛЕННЫЙ ПРИМЕР ВЫБОРА ШАРИКОВОГО ПОДШИПНИКА

Глава 6 53
РАДИАЛЬНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
6.1 Конструкция уплотнений 54
6.2 Тип и назначение материалов 54
6.3 Рекомендации по материалам 55
6.4 Температурные ограничения в зависимости от типа материала 55
6.5 Типы исполнения радиальных уплотнений 56
6.6 Диаметры радиальных уплотнений вала по ISO – 6194 57
6.7 Установка сальника в корпус 58
6.8 Установка сальника на вал 59
6.9 Радиальные уплотнения вала под давлением 59
6.10 Потери на трение 59

Глава 7 60 КЛИНОРЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ (Исходные данные и расчет в соответствии с PN-M-85203: 1967)
7,1 В – мощность ремня 61
7.2 Эквивалентный диаметр малого шкива 61
7. 3 Коэффициент передаточного отношения ki 61
7,4 В – длина ремня 62
7.5 Расстояние до оси (рекомендуется) 62
7,6 В – размеры ремня (согласно PN-ISO 4184:2000) 62
7.7 Длина клинового ремня 63
7.8 Размеры паза шкива 64
7.9 Диаметры шкивов dp ​​65
7.10 Рабочая мощность на ремень (мощность, передаваемая одним ремнем) P0 66
7.11 Коэффициент длины ремня KL 67 7.12 Коэффициент контакта ремня Kφ 67
7.13 Сервисные коэффициенты КТ (фактор времени и условий работы) 68
7.14 Пример расчета клиноременной передачи 70

Глава 8 74 ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ (Шпоночный паз и размеры шпонки)
8.1. Эскиз ключевой нагрузки 74 8.2. Распределение напряжения 74
8.3. Расчет долговечности 75
8.4. Спецификация для метрических прямоугольных ключей и шпоночных канавок 76

Глава 9 79
МЕХАНИЗМ – КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА

Кредиты:

Анджей Мачейчик
Збигнев Зденницкий
Кафедра транспортных средств и основ проектирования машин

Связанные:

• Проектирование и анализ двухступенчатого редуктора
• Руководство по проектированию механической коробки передач
• Как спроектировать коробку передач?
• Обзор сцепления и абразивного износа зубчатых колес
• Автомобильная инженерия, том II, дизайн

Служба проектирования и разработки редукторов

Специализированные редукторы используются в различных отраслях промышленности, поскольку они обеспечивают необходимое количество энергии для работы системы. Motor and Gear Engineering, Inc. предоставляет услуги по проектированию и разработке редукторов. Будь то конструкция редуктора для отдельной системы, подсистемы или всей системы — мы можем выполнить все типы проектов. Огромный отраслевой опыт в сочетании с талантливым пулом ресурсов помогает нам оценить требования к конструкции, технологичность, а также некоторые эксплуатационные ожидания от системы.

При проектировании и изготовлении редуктора необходимо учитывать несколько соображений. В Motor & Gear Engineering, Inc. мы объединяем различные факторы для разработки конкретных операций коробки передач. К ним относятся следующие:

• Требования к размерам: Принимая во внимание следующее, наши специалисты правильно определяют ограничения пространства:
  • Расстояние между центрами валов или смещение профиля между валами – в зависимости от того, что применимо.
  • Наличие места для установки валов
• Физические параметры: Следующие факторы влияют на работу шестерни, поэтому наши специалисты относятся к ним серьезно:
  • Желаемая скорость: Это в основном зависит от количества выбранных зубьев.
  • Крутящий момент: Относится к вращательному усилию, необходимому редукторному двигателю.
  • Скорость и мощность: Диапазон мощности и скорости, необходимый для обеспечения удовлетворительной работы двигателя.
  • Направление передачи усилия: В основном влияет на тип зубчатых колес, а также на направление спирали зубьев.
• Некоторые другие соображения в этой категории включают шаг, угол давления, материал, ширину зуба, величину смещения профиля и применяемые методы термообработки.
• Рекомендации по обращению и использованию: Эти соображения также имеют большое значение наряду с вышеупомянутыми параметрами:
  • Желаемая долговечность: Решение о желаемой долговечности принимается после анализа прочности поверхности зубьев, а также изгиба зубчатых колес.
  • Шум и вибрация: Наше глубокое понимание шума и вибрации в каждой области применения помогает нам принять решение об использовании концевого зазора или кривизны, выборе зубчатого шлифования или нет, а также о типе метода смазки.