В грузовых автомобилях небольшой грузоподъемности и самосвалах устанавливаются пятиступенчатые трехвальные коробки передач. В качестве примера приведем типичную коробку передач ЯМЗ (рис. 11.24), установленную на грузовых автомобилях и автобусах МАЗ.
Первичный вал 1 выполнен вместе с шестерней постоянного зацепления, а промежуточный вал 10 — с шестерней 11 первой передачи. Остальные шестерни, в том числе и шестерня 12 отбора мощности, закреплены на промежуточном валу при помощи шпонок.
На вторичном валу установлены шестерни первой 8 передачи и заднего хода, второй 7, третьей 5 и пятой 4 передач, а также синхронизаторы 2 и 6. Внутри вторичного вала выполнен осевой канал, в который поступает масло для смазывания втулок, свободно установленных на валу шестерней II, III и V передач. Масло в канал нагнетается шестеренным насосом 13, который приводится в движение от промежуточного вала. Все шестерни коробки передач, кроме шестерни I передачи и заднего хода, — косозубые и находятся в постоянном зацеплении. Шестерни I передачи и заднего хода — прямозубые.
При включении I передачи шестерня 8 вводится в зацепление с шестерней 11 промежуточного вала, а при включении заднего хода — с блоком шестерен заднего хода, установленным в картере коробки передач на оси на игольчатых подшипниках. Включение II и III передач осуществляется синхронизатором 6, а IV и V передач — синхронизатором 2.
Синхронизаторы имеют одинаковую конструкцию и отличаются только размерами — синхронизатор II и III передач больше синхронизатора IV и V передач.
Управление коробкой передач — ручное, дистанционное. Рычаг 14 переключения передач соединяется с коробкой передач механическим приводом, включающим тяги, валики и карданные шарниры 15. Привод соединен с рычагом 3 механизма переключения, находящегося в крышке коробки передач. Конец рычага входит в пазы головок ползунов с вилками переключения. Механизм переключения также включает пружинные шариковые фиксаторы, плунжерный замок со штифтом и пружинный предохранитель.
В настоящее время в России выпускается модернизированная коробка передач ЯМЗ 239 (рис. 11.25), устанавливаемая на грузовые автомобили и автобусы России, Беларуси и других стран.
Коробка передач имеет три вала:
— первичный вал, 7, выполнен как единое целое с шестерней;
— промежуточный вал, 2, с напрессованными шестернями;
— вторичный вал, 16, с установленными на роликовых подшипниках шестернями 1-й, 2-й, 3-й, 5-й передач и шестерней заднего хода, синхронизаторами 2-3 передач, 4-5 передач, а также муфтой включения1-й передачи и заднего хода.
Вращение первичного вала (вала-шестерни) 7 передается на промежуточный вал 2, а шестерни промежуточного вала вращают шестерни 1, 2, 3, 5 передач и промежуточную шестерню заднего хода31, которая передает вращение на шестерню заднего хода вторичного вала.
При включении 5-й, 3-й, 2-й, 1-й и передачи заднего хода обеспечивается соединением соответствующих шестерен с вторичным валом, а при включении 4-й передачи (прямой) – соединением вторичного вала с первичным.
В грузовых автомобилях типа магистральных тягачей применяются преимущественно трех или четырех скоростные основные коробки передач. Однако за счет применения дополнительных редукторов (разделителя и демультипликатора) общее число передач увеличивается в несколько раз и составляет 12…16 или более.
Коробки передач магистральных тягачей принципиально не отличаются друг от друга и имеют три следующих основных блока. Механическую коробку передач рассмотрим на примере автомобиля Scania.
Блок А – встроенный передний вспомогательный блок передач или делитель (две передачи) (рис. 11.26). Этот блок предназначен для обеспечения деления каждой передачи на повышенное или пониженное передаточное отношение. Главный блок КП распространенных коробок ZF, например, у автомобилей Volvo, имеет четыре передачи переднего и одну заднего хода, у КПП автомобилей Scania – три передние передачи и одна задняя.
Блок В – главный блок коробки передач с определенным количеством передач переднего и одной заднего хода.
Блок С – вспомогательный блок передач или блок выбора режимов (демультипликатор), две передачи. Данный блок (планетарный редуктор блока режимов) предназначен для дополнительного понижения всех передач главного блока и делителя или передачи крутящего момента без изменения.
Таким образом можно заметить, что коробка передач представляет собой механизм с переключением диапазонов. Это означает, что основная коробка передач имеет малое передаточное число, тогда как планетарная передача имеет диапазон пониженных и повышенных скоростей.
Переключение передач сначала осуществляется в основной коробке передач при включении пониженной передачи, то есть малом диапазоне передач, а затем продолжается в повышенном диапазоне планетарной передачи, то есть высоком диапазоне.
Каждая передача затем может делиться дальше с помощью делителя; это означает, что в общей сложности имеется в наличии может быть 12 или 16 скоростей.
Например, у коробки ZF, благодаря делителю, четыре передачи основного блока удваивается, а вследствие дополнительного дублирования передач планетарным редуктором общее количество передач: 3x2x2 = 12 передач переднего хода.
Основная коробка передач Scania GRS905 имеет три передачи движения вперед, передачу заднего хода и ползущую передачу или пониженную ступень (черепаха). Переключение передач производится перемещением рычага переключения.
Основная коробка передач (главный блок В) имеет четыре вала: первичный вал, вторичный вал, промежуточный вал и вал передачи заднего хода.
Первичный вал закреплен на двух конических роликоподшипниках. Передняя часть вала опирается на переднюю плиту картера коробки передач, а задняя часть вала опирается на переднюю часть вторичного вала.
Ведущая деталь синхронизатора делителя прикреплена к валу на шлицах. Шестерня нижнего диапазона делителя на первичном валу вращается на игольчатых подшипниках. Смазка вала осуществляется через специально просверленные отверстия.
Передний конец вторичного вала закреплен в коническом роликоподшипнике первичного вала, а задний конец закреплен в коническом подшипнике, установленном в задней стенке картера коробки передач. Шестерни вторичного вала закреплены с помощью игольчатых подшипников. Шестерня повышенного диапазона делителя закреплена в двух конических роликоподшипниках на вторичном валу.
Синхронизирующие ведущие детали 1…3-й передач, а также ведущая деталь ползучей передачи и передачи заднего хода соединены с вторичным валом при помощи шлицев. Солнечная шестерня и синхронизирующий конус планетарной передачи располагаются на заднем конце вторичного вала и закреплены на шлицах. Подшипники шестерен смазываются через отверстия вала.
На промежуточном валу закреплены шестерни передачи заднего хода, ползучей передачи и 1-й передачи нарезаны непосредственно на валу. Шестерни 2-й передачи и две шестерни первичной передачи, низшего и высшего диапазонов делителя, напрессованы и закреплены на валу.
Промежуточный вал опирается на конические подшипники в передней и задней стенках корпуса коробки передач. Кулачок привода масляного насоса располагается на переднем торце вала и нарезан непосредственно навалу.
Вал передачи заднего хода расположен слева от промежуточного вала. Вал прикреплен к кронштейну в картере коробки передач, а также к задней стенке картера. Промежуточная шестерня заднего хода, которая сообщает вторичному валу обратное направление вращения при включении передачи заднего хода, установлена на валу. Шестерня закреплена на игольчатом подшипнике и смазывается путем разбрызгивания из масляной магистрали вала.
Основная коробка передач оборудована тремя синхронизаторами: один предназначен для 1-й передачи, другой для 2-й и 3-й передач и один — для низшего и высшего диапазонов делителя. Ползучая передача и передача заднего хода не имеют синхронизаторов, поэтому они оснащены только одной муфтой, которая вращается в непосредственном зацеплении с зубьями каждой шестерни при переключении передач.
Демультипликатор (от де — приставка, обозначающая отрицательное действие и multiplication (умножение)) или вспомогательный блок передач С — механизм трансмиссии, предназначенный для повышения крутящего момента. Он представляет собой синхронизированную планетарную передачу, расположенную за основной коробкой передач. Демультипликатор удваивает количество передач основной коробки передач, разделяя их на верхний и нижний ряд (низший и высший диапазон) и изменяет передаточное отношение приблизительно в 3,75 раза. Как высшая, так и низшая передача оборудована синхронизатором зацепления.
Большой диапазон демультипликатора используют как для расширения общего диапазона многоступенчатой трансмиссии, так и для одновременного сокращения диапазона базовой коробки.
Планетарная передача состоит из передвижной коронной шестерни 3 с внутренними зубьями (рис. 11.27) и синхронизирующими зубьями, солнечной шестерни 9, прикрепленной к вторичному валу в основной коробке передач, а также пяти планетарных шестерен (сателлитов) 4, расположенных между коронной шестерней 3 и солнечной шестерней 9.
Планетарные шестерни 4 закреплены на выходном валу, 7 который также служит в качестве водила планетарной передачи.
Планетарная передача делит три трансмиссионные ступени основной коробки передач на низший и высший диапазон.
Низший диапазон. При движении автомобиля в низшем скоростном диапазоне солнечная шестерня приводит в действие планетарные шестерни (рис. 11.28, а). Коронная шестерня, которая является неподвижной, прикреплена к передаче с помощью фиксированного синхронизирующего диска, расположенного в картере.
Поскольку коронная шестерня является неподвижной, планетарные шестерни и водило планетарной передачи с вторичным валом, подвергаются принудительному вращению, чем достигается понижение скорости вращения шестерен.
Высший диапазон. При движении автомобиля в высшем скоростном диапазоне коронная шестерня сцеплена с солнечной шестерней с помощью синхронизирующего конуса (рис. 11.28, б). Он соединен на шлицах с солнечной шестерней. Таким образом, вся планетарная передача вращается в виде единого узла и понижения скорости вращения шестерне происходит.
Включение планетарной передачи осуществляется при помощи позиционного переключателя (рис. 11.29), расположенного под рукояткой рычага переключения передач. Когда переключатель находится в своем нижнем положении, происходит включение низшего диапазона передач, а когда переключатель находится в своем верхнем положении, происходит включение высшего диапазона передач.
Коробка передач оборудована устройством защиты от превышения допустимой частоты вращения коленчатого вала, которое предотвращает включение низшего диапазона передач на скоростях свыше 30 км/ч.
Передаточное число между низшим и высшим диапазонами составляет 3,75. Общее число передач, включая ползучую передачу, равно 14.
Планетарная передача оборудована синхронизирующим устройством конического типа, выполняющего те же функции, что и в основной коробке передач.
Делитель расположен в передней части основной коробки передач. Он позволяет каждую из первой, второй, третьей передач разделить на две: верхнюю и нижнюю ступень. Таким образом, общее число передач увеличивается до шести. Делитель включается кулисным переключателем на рычаге переключения передач и активируется с помощью педали сцепления. Перемещение синхронизатора делителя осуществляется вилкой (рис. 11.30), приводимой поршнем под давлением воздуха. При этом включаются шестерни реализующие нижнюю или верхнюю ступень (ряд). Делитель меняет передаточное число ступени примерно на 23%. Механические коробки передач не оснащены датчиками, которые определяют, включен ли делитель. Состояние включения делителя определяется визуально по положению кулисного переключателя.
Переключение передач в коробке передач Scania GRS905. Ниже рассмотрим передачу крутящего момента от двигателя до выхода с вторичного вала. Планетарная передача в схеме не показана.
Пониженная передача (черепаха), нижняя ступень делителя (пониженная половинка) (рис. 11.31). Крутящий момент двигателя через сцепление передаётся на первичный вал коробки передач, в которой шестерня половинки делителя состоит в зацеплении нижней ступени, в свою очередь которая передаёт крутящий момент на промежуточный вал. При этом на вторичном валу все шестерни находятся в нейтральном положении за исключением шестерёнки пониженной передачи «черепахи».
В режиме переключение передач нижнего диапазон в автомобилях может предусматриваться лампочка (иконка) в виде черепахи.
С 1-й по 4-ю передачу диапазон медленных передач (включен индикатор в виде черепахи).
Пониженная передача (черепаха), верхняя ступень делителя (повышенная половинка) (рис. 11.32). Крутящий момент двигателя через сцепление передаётся на первичный вал коробки передач, в которой шестерня половинки состоит в зацеплении верхней ступени (повышенная половинка)
