Устройство и принцип действия коробки передач

Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к передним ведущим колесам, по величине и направлению путем зацепления шестерен различного диаметра, а также для длительного отключения двигателя от трансмиссии. Число ступеней коробки передач зависит от числа пар шестерен, вводимых в зацепление в определенных сочетаниях.

Общее устройство и принцип действия пятиступенчатой коробки передач

На изучаемых переднеприводных автомобилях (ВАЗ-2109, АЗЛК и ЗАЗ) устанавливаются двухвальные пятиступенчатые коробки передач с шестернями постоянного зацепления (кроме шестерен заднего хода) и синхронизаторами включения передач переднего хода. В картере 1 (рис. 81) коробки передач на подшипниках установлены первичный 2 и вторичный 3 валы с шестернями и синхронизаторами, а также ось 19 с промежуточной шестерней 20 заднего хода. Шестерни передач переднего хода находятся в постоянном зацеплении. Одна из шестерен каждой передачи переднего хода устанавливается на валу на подшипниках и крутящий момент при включении передач передается через синхронизаторы 4, 6 и 8, которые устанавливаются на валу на шлицах.





При включении передач переднего хода первичный и вторичный валы вращаются в разных направлениях. Ведущая 21 и ведомая 9 шестерни заднего хода соединяются через установленную на оси на подшипнике промежуточную шестерню 20, которая вводится с ними в зацепление при включении передачи заднего хода. Промежуточная шестерня обеспечивает изменение направления вращения вторичного вала. При включении передачи заднего хода первичный и вторичный валы вращаются в одну сторону.

Передачи переключаются специальным механизмом, который устанавливается на картере коробки передач. Включение передачи производится рычагом 7, который при помощи вилок 5 перемещает синхронизатор выбранной передачи к соответствующей шестерне, обеспечивая их соединение и передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки передач.

Схемы передачи крутящего момента пятиступенчатой коробки передач при переключении передач приведены на рис. 82.

Первая передача (рис. 82, а) включается перемещением при помощи вилки 10 по шлицам вторичного вала 1 коробки передач синхронизатора 11 вправо и соединением его с установленной на валу на подшипнике ведомой шестерней 12 первой передачи. При этом крутящий момент от первичного вала 23 будет передаваться через жестко установленную на нем ведущую шестерню 18 на ведомую шестерню 12 первой передачи и далее через синхронизатор 11 на вторичный вал 1 коробки передач.





Вторая передача (рис. 82, б) включается при помощи вилки 10 перемещением синхронизатора 11 влево и соединением его с ведомой шестерней 9 второй передачи. При этом крутящий момент от первичного вала на вторичный будет передаваться через ведущую 19 и ведомую 9 шестерни второй передачи и синхронизатор 11.

Третья и четвертая передачи (рис. 82, в, г) включаются перемещением при помощи вилки 7 синхронизатора 6 по шлицам вторичного вала соответственно вправо или влево. При этом обеспечивается его соединение соответственно с ведомой шестерней 8 третьей или 5 четвертой передачи. Крутящий момент от первичного вала на вторичный будет передаваться через шестерни 20 и 8 третьей передачи или через шестерни 21 и 5 четвертой передачи.

Пятая передача (рис. 82, д) включается перемещением синхронизатора 2 при помощи вилки 3 вправо и соединением его с ведомой шестерней пятой передачи. При этом крутящий момент будет передаваться от первичного вала на вторичный через ведущую 22 и ведомую 4 шестерни пятой передачи и синхронизатор 2.

Передача заднего хода (рис. 82, е) включается при помощи вилки 15, которая перемещает установленную на оси 14 на подшипнике промежуточную шестерню 16 заднего хода влево, вводя ее в зацепление с ведущей 17 и ведомой 13 шестернями заднего хода и обеспечивая тем самым передачу крутящего момента с первичного вала на вторичный.

На изучаемых автомобилях с классической схемой компоновки (ВАЗ-2105, ИЖ-21251) устанавливаются трехвальные четырехступенчатые коробки передач с шестернями постоянного зацепления (кроме шестерен заднего хода) и синхронизаторами передач переднего хода. В отличие от двухвальных коробок передач переднеприводных автомобилей в трехвальных коробках передач имеется промежуточный вал 16 (рис. 83), на который через шестерни 2 и 15 передается крутящий момент от первичного вала 1. Промежуточный вал представляет собой блок шестерен, постоянно вращающихся вместе с первичным валом. Шестерни 12, 13 и 14 промежуточного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями 7, 5 и 4 вторичного вала 9, которые имеют подвижное соединение со вторичным валом — скользят непосредственно по закаленным шейкам вала (ВАЗ-2105) или устанавливаются на нем на втулках (ИЖ-21251). При переключении передач рычагом переключения передач при помощи специального механизма с вилками производится перемещение муфт синхронизаторов 3 и 6, которые соединяют шестерню выключаемой передачи вторичного вала с валом, и вал начинает вращаться совместно с шестерней включенной передачи, передавая крутящий момент к другим агрегатам трансмиссии.





Схемы передачи крутящего момента трехвальной четырехступенчатой коробки передач при переключении передач приведены на рис. 83, а—е.

При включении первой передачи (рис. 83, а) крутящий момент от ведущего вала 1 через его шестерню 2, постоянно находящуюся в зацеплении с шестерней 15 промежуточного вала 16, будет передаваться через шестерни 12 и 7 постоянного зацепления и далее через муфту синхронизатора 6 на его ступицу и на вторичный вал 9 коробки передач.



При включении второй передачи муфта синхронизатора сдвигается в противоположную сторону (рис. 83, б) и соединяется с шестерней 5, через которую в этом случае и передается крутящий момент.

Включение третьей (рис. 83, в) и четвертой (прямой) передачи (рис. 83, г) производится аналогично включению первой и второй передач.

Включение передачи заднего хода (рис. 83, д) осуществляется перемещением вперед промежуточной шестерни 17 (рис. 83, е) передачи заднего хода, которая одновременно входит в зацепление с шестернями 11 и 8 соответственно промежуточного и вторичного валов. Крутящий момент в этом случае передается от первичного вала 1 на шестерню 11, промежуточную шестерню 17 и от нее через шестерню 8 на вторичный вал 9, который будет вращаться в обратную сторону, обеспечивая движение автомобиля задним ходом.

На всех изучаемых коробках передач шестерни передач переднего хода косозубые, а у шестерен заднего хода — прямые зубья.

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2109

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2109 (рис. 84) имеет литой алюминиевый картер 32, который соединяется с картерами сцепления, главной передачи и дифференциала, образуя единый агрегат. Для предотвращения создания избыточного давления в картере и вытекания при этом масла внутренняя его полость сообщается с атмосферой через запрессованный в отверстие в крышке картера сапун 3. Для заправки коробки передач маслом и контроля его уровня в картере имеется отверстие, закрываемое пробкой 33, а для слива масла — отверстие, закрываемое пробкой 35.







Первичный вал 5 вращается в подшипниках 6 и 13. Передний конец вала имеет шлицы для установки ведомого диска сцепления и уплотняется сальником. На заднем конце вала имеется резьба для гайки крепления подшипника 6, которая контрится зачеканиванием ее пояска в паз вала.

Вторичный вал 1 изготавливается как одно целое с ведущей шестерней 18 главной передачи и вращается в подшипниках 17 и 44. На шейках вала (на игольчатых подшипниках) устанавливаются ведомые шестерни 37, 39, 41, 43 и 45 передач переднего хода, а на шлицах — синхронизаторы, для соединения с которыми шестерни имеют конусы и прямозубые шлицевые венцы. Функцию ведомой шестерни заднего хода выполняет муфта 38 синхронизатора I и II передач, которая имеет для этого зубчатый венец. Промежуточная шестерня 5 заднего хода (рис. 85) подвижно соединена с осью 4, которая установлена в отверстиях картера коробки передач. В паз шестерни входит вилка 6, которая вводит ее в зацепление с ведущей и ведомой шестернями заднего хода.





Синхронизатор (рис. 86) состоит из ступицы 5, установленной на шлицах на вторичном валу коробки передач, скользящей муфты 2, трех сухарей 4 с фиксаторами 3 и пружинами и двух блокирующих колец 1 (с двух сторон) с внутренними коническими поверхностями. Эти поверхности имеют мелкую нарезку для разрыва масляной пленки на конусных поверхностях кольца и венца шестерни включаемой передачи с целью повышения трения между ними. Блокирующие кольца имеют зубчатые венцы, шаг которых равен шагу внутренних зубьев скользящей муфты и зубчатых венцов 10 шестерен 6 и 9, включаемых при помощи синхронизатора. Скользящая муфта 38 (см. рис. 84) синхронизатора I и II передач имеет наружный зубчатый венец для включения заднего хода.



Во время работы синхронизатора (см. рис. 86) при перемещении вилки 11 скользящей муфты 2 блокирующее кольцо 1 своей внутренней конической поверхностью прижимается к конической поверхности шестерни 9, и происходит выравнивание скорости вращения шестерни со скоростью вращения ступицы 5 и скользящей муфты 2 синхронизатора. При дальнейшем перемещении скользящая муфта входит своими внутренними зубьями в зацепление с зубчатым венцом шестерни 9 вторичного вала коробки передач, которая находится в постоянном зацеплении с шестерней соответствующей передачи первичного вала. Крутящий момент от первичного вала передается через шестерню 9, скользящую муфту 2 и ступицу 5 на вторичный вал 8 коробки передач.

Механизм управления переключением передач состоит из рычага 30 (рис. 87) переключения передач со сферическим пальцем 29, тяги 26, соединенной шарниром со штоком 16 выбора передач, механизма выбора передач, трех штоков 5, 18 и 19 с вилками включения пятой 4, третьей и четвертой 3, первой и второй 2 передач, а также вилки 10 включения заднего хода. Рычаг переключения передач шаровым пальцем опирается на пластмассовую шаровую опору 28 и соединяется с тягой 26 пальцем 31 со стопорной скобой 33. Шарнирное соединение тяги 26 со штоком 16 закрыто резиновым чехлом 22. Шток 16 механизма переключения передач установлен в картере 20 сцепления и уплотняется сальником 21.



Механизм переключения передач выполнен в виде отдельного узла и крепится к картеру сцепления 20 на трех болтах. Он управляет перемещением штоков с вилками включения передач. Закрепленный на внутреннем конце штока 16 рычаг 17 взаимодействует с трехплечим рычагом 9, который приводит в действие три штока с вилками переключения передач.

Коробка передач автомобиля АЗЛК-2141

Коробка передач автомобиля АЗЛК-2141 (рис. 88) имеет первичный вал 1. изготавливаемый совместно с ведущими шестернями 7 и 11 соответственно I и II передач. Шестерни 13 и 15 соответственно III и IV передач устанавливаются на шейках первичного вала на игольчатых подшипниках, а шестерня 16 V передачи — на переходной втулке. Крутящий момент от первичного вала на эти шестерни передается через синхронизаторы 14 и 17, которые имеют с валом шлицевое соединение. Для соединения с синхронизаторами шестерни имеют конусы и прямозубые венцы. Ведомые шестерни 8 и 12 соответственно I и II передач установлены на вторичном валу на игольчатых подшипниках. Крутящий момент от этих шестерен на вторичный вал передается через синхронизатор 9. Ведомые шестерни 20 и 19 соответственно III и IV передач установлены на валу на шпонках, шестерня 18 V передачи и ведомая шестерня заднего хода 6 — на шлицах.



Синхронизатор состоит из муфты 4 (рис. 89) и колец 2, которые соединены при помощи трех блокирующих пальцев 3, поджатых пружиной. Кольца 2 имеют наружную конусную поверхность с мелкой резьбой для разрыва масляной пленки и увеличения коэффициента трения при соприкосновении с приваренными к шестерням 1 и 8 конусами 9. При включении передачи муфта 4 перемещается в сторону шестерни включаемой передачи. Кольцо синхронизатора входит в соприкосновение с конусом шестерни, и происходит выравнивание скорости вращения шестерни со скоростью вращения муфты 4 и ступицы 7, вращающихся вместе с первичным валом 6 коробки передач. Это обеспечивает дальнейшее перемещение муфты и безударное соединение внутренних шлицев скользящей муфты с зубчатым венцом шестерни включаемой передачи.



Механизм управления переключением передач (рис. 90) состоит из рычага 33, тяги-вала 32, шарнирно соединенного через крестовину 29 с наконечником 26 штока переключателя передач 25 механизма переключения передач, и реактивной тяги 41. Рычаг 33 установлен на основании 6 на сферическом шарнире, состоящем из отлитой на рычаге сферической головки 36 и охватывающих ее пластмассовых вкладышей 39 и 40, которые поджимаются резьбовой крышкой 38.

Коробка передач автомобиля ЗАЗ-1102

Коробка передач автомобиля ЗАЗ-1102 (рис. 91) имеет тот же принцип устройства и работы, что и на автомобиле ВАЗ-2109, но обладает рядом особенностей.



Картер 10 коробки передач отлит из магниевого сплава. Для включения передачи заднего хода имеется зубчатый венец на муфте синхронизатора III и IV передач.

Синхронизаторы I-II, III-IV и V передач имеют одинаковое устройство (рис. 92), но отличаются размерами. По конструкции они схожи с синхронизаторами автомобиля ВАЗ-2109, однако вместо цилиндрических имеют кольцевые пружины 2, прижимающие сухари 3 к шлицам скользящей муфты 5, на которых для каждого сухаря имеется по три срезанных шлица. Работают синхронизаторы аналогично синхронизаторам ВАЗ-2109.



Механизм управления переключением передач (рис. 93) состоит из установленного на тоннеле пола кузова рычага 9, вала управления 19, соединенного при помощи резинометаллического шарнира 29 и вилки со штоком 25 механизма переключения передач, и реактивной штанги. Опорой рычага 9 является напрессованная на него пластмассовая сферическая головка 5, которая устанавливается в шаровой опоре 14 и поджимается к ней пружиной 6, опирающейся сверху на упорную шайбу, а снизу — на чашку 12. Снизу рычаг 9 закрыт пластмассовой крышкой 18, имеющей в основании пазы, фиксирующие перемещение рычага при выборе и включении всех передач.



Задний ход включается при полном утапливании рычага включения передач вниз движением вперед.

Механизм переключения передач состоит из штока 25, который при помощи ползуна перемещает штоки с вилками переключения передач. Фиксация штоков, также как и на автомобиле ВАЗ-2109, осуществляется шариковыми фиксаторами.

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2105

Коробка передач автомобиля ВАЗ-2105 (рис. 94) состоит из картера 1, первичного 2, промежуточного 27 и вторичного 11 валов, шестерен, двух синхронизаторов 9 и 13, подшипников, отдельной оси 38 с промежуточной шестерней 39 заднего хода и механизма переключения передач с рычагом 18.



Картер 8 коробки передач передней плоскостью крепится к картеру сцепления 1, относительно которого коробка центрируется путем захода кольца заднего подшипника вторичного вала в отверстие картера сцепления и установки переднего подшипника в гнезде, выполненном в торце коленчатого вала двигателя. Снизу картер коробки закрывается штампованной крышкой, в которой имеется отверстие для слива масла, закрываемое пробкой 28. Сапун 3 сообщает внутреннюю полость картера с атмосферой. Маслозаливное отверстие в картере, закрываемое пробкой, является одновременно и контрольным (уровень масла должен доходить до его нижней кромки).

Первичный вал 2, изготовленный заодно с шестерней 6 с зубчатым венцом, установлен одним концом в подшипнике, размещенном в торце коленчатого вала, а другим — в подшипнике 5. На валу имеются шлицы для установки ступицы ведомого диска сцепления. Шестерня ведущего вала находится в постоянном зацеплении с шестерней 31 промежуточного вала 27.

Промежуточный вал 27 вращается в двухрядном шариковом и роликовом подшипниках, которые установлены в стенках картера. Вал выполнен заодно с четырьмя шестернями, а на шлицах заднего его конца напрессована ведущая шестерня 24 передачи заднего хода.

Внутренняя обойма переднего (шарикового) подшипника 32 закреплена на валу болтом, а задний (роликовый) подшипник 25 вместе с шестерней 24 удерживается на валу стопорным кольцом.

Вторичный вал 11 имеет три опоры: переднюю — игольчатый подшипник 7, установленный в гнезде ведущего вала 2; среднюю — шариковый подшипник 16 в задней стенке коробки; заднюю — шариковый подшипник 20 в задней крышке коробки. Средний подшипник с помощью установочного кольца и стопорной пластины, привернутой винтами к задней стенке картера коробки, обеспечивает фиксацию вала от осевых перемещений. Шестерни II и III передач свободно вращаются непосредственно на термически обработанных шейках вторичного вала, а шестерня I передачи свободно вращается на втулке, надетой на вал. Все эти шестерни имеют по два венца: косозубые находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала, а прямозубые соединяются со скользящими муфтами синхронизаторов 9 и 13 при включении соответствующих передач. Муфты эти перемещаются по шлицам ступицы и обеспечивают соединение шестерни включаемой передачи с вторичным валом. На заднем конце вторичного вала помещена ведущая шестерня 19 привода спидометра. Все шестерни промежуточного и вторичного валов косозубые и находятся в постоянном зацеплении, кроме шестерен передачи заднего хода, имеющих прямые зубья.

Синхронизаторы обеспечивают включение двух передач каждый и состоят из ступицы 2 (рис. 95), скользящей муфты 1, двух стопорных колец 3, двух пружин 5 и двух блокирующих колец 4 с наружными коническими поверхностями.



Действие синхронизатора рассмотрим на примере включения III передачи. Скользящая муфта 1 (см. рис. 95, I) синхронизатора перемещается вилкой 8 по шлицам 12 ступицы 2, установленной неподвижно на вторичном валу 11, и прижимается внутренним конусом к конической поверхности блокирующего кольца 4. При этом под действием сил трения блокирующее кольцо синхронизатора за счет конусной формы своих зубьев повернется на небольшой угол и упрется своими зубьями в торец зубьев венца 9 ведомой шестерни 10 III передачи (см. рис. 95, II). После уравнивания угловых скоростей муфты синхронизатора и ведомой шестерни III передачи блокирующее кольцо 4 соскальзывает с конусных поверхностей зубчатого венца 9 под действием осевого усилия, передаваемого от вилки 8 включения передачи. При этом муфта 1, перемещаясь дальше вместе с блокирующим кольцом 4, своими шлицами соединяет ступицу 2 на вторичном валу с венцом 9 ведомой шестерни III передачи (см. рис. 95, Ш). Крутящий момент передается от первичного вала на промежуточный и далее через шестерни 3 передачи, муфту синхронизатора и ступицу — на вторичный вал.

Механизм переключения передач автомобиля ВАЗ-2105, в отличие от переднеприводных автомобилей, непосредственно связан с рычагом переключения передач. У переднеприводных автомобилей ввиду удаленности рычага переключения передач от коробки, переключение передач осуществляется двумя соединенными между собой при помощи тяг и штоков механизмами: механизмом переключения передач, расположенным непосредственно в коробке передач, и механизмом управления переключением передач, расположенным рядом с водителем. В отличие от переднеприводных автомобилей, у автомобиля ВАЗ-2105 рычаг переключения передач непосредственно воздействует на шток механизма переключения передач и является составным элементом этого механизма, что обусловливает более простую конструкцию данного узла.

Включение передач осуществляется продольным перемещением штоков 4, 6 или 11 (рис. 96) вместе с закрепленными на них вилками, входящими соответственно в вырезы муфт синхронизаторов или промежуточной шестерни заднего хода. В задних головках штоков сделаны пазы, в которые входит хвостовик 15 рычага 16 переключения передач. Четкость включения передач и удержание штоков и вилок в нейтральном и включенном положениях обеспечивается фиксаторами, состоящими из шариков 23 с пружинами 22. Замок, устанавливаемый между штоками, состоит из трех блокирующих сухарей 8, 9, 10. Он предохраняет коробку от одновременного включения двух передач. Два крайних сухаря установлены в отверстии задней стенки картера, а средний — в отверстии штока 4. У штоков имеются гнезда (выемки) для сухарей.



Работу механизма рассмотрим на примере включения задней передачи. При перемещении штока 11 вперед он выдавливает из своего гнезда сухарь 8, который входит в гнездо штока 4 и одновременно через средний сухарь 9 прижимает сухарь 10 к гнезду штока 6. Это приводит к тому, что штоки 4 и 6 будут зафиксированы в нейтральном положении. Для включения любой другой передачи необходимо прежде всего возвратить шток 11 в первоначальное положение.

Рычаг 16 переключения передач имеет опорную шаровую поверхность, которая прижимается к поверхности шаровой опоры пружиной 17. От проворачивания рычаг удерживается штифтом, входящим в прорезь на опоре. В нейтральном положении хвостовик 15 рычага расположен в пазу головки штока 4 и удерживается пружиной 18. Непроизвольное включение заднего хода исключается, так как для его включения необходимо нажать на рычаг вниз, чтобы сжать пружину 17.

Для облегчения снятия и установки коробки рычаг переключения передач выполнен разъемным. Обе части соединены с помощью демпфера, детали которого поглощают вибрации рычага и обеспечивают более мягкое переключение передач.

Коробка передач автомобиля ИЖ-21251

Коробка передач автомобиля ИЖ-21251 (рис. 97) в отличие от ВАЗ-2105 имеет удлинитель 30 с биметаллическими втулками 31 подшипников скольжения, в которых скользит вилка 34 карданной передачи. В удлинителе размещен привод спидометра, ведущая шестерня 28 которого фиксируется на вторичном валу 26 коробки передач при помощи стопорного шарика 27 и кольца 29. Вытеканию масла через удлинитель препятствуют два сальника 32 и 33.



Первичный вал 1 установлен на двух шариковых подшипниках. Передний расположен в выточке коленчатого вала двигателя, задний 4 — в картере коробки. Шестерня первичного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного вала.

Вторичный вал 26 вращается на двух подшипниках. На нем свободно на втулках установлены ведомые шестерни передач и два синхронизатора для включения I-II и III-IV передач. На заднем конце вторичного вала помещена ведущая шестерня 28 привода спидометра.

Промежуточный вал представляет собой блок с шестернями постоянного зацепления I, II и III-й передач, а также передачи заднего хода, вращающийся на неподвижной оси 42 на роликах 41 подшипников, между которыми имеется распорная втулка 39.

Синхронизатор состоит из ступицы, устанавливаемой на шлицах ведомого вала, муфты включения, трех сухарей 19, двух пружинных колец и двух (с двух сторон) блокирующих колец 20 с внутренними коническими поверхностями, имеющими мелкую резьбу для разрыва масляной пленки конусных поверхностей кольца и зацепляемой шестерни с целью повышения трения между ними.

Работает синхронизатор аналогично синхронизатору коробки передач автомобиля ЗАЗ-1102 (см. рис. 89, поз. I, II, III). При включении передачи муфта 5 синхронизатора перемещается по шлицам ступицы 4 вместе с сухарями 3, которые прижимают блокирующее кольцо 1 к конической поверхности шестерни включаемой передачи. Между коническими поверхностями создается трение и происходит уравнивание окружных скоростей синхронизатора и шестерни включаемой передачи. При дальнейшем перемещении муфты синхронизатора она своими шлицами бесшумно входит в зацепление с зубчатым венцом 1 шестерни включаемой передачи.

Механизм переключения передач 14 (рис. 98) размещен на боковой крышке коробки передач. Рычаги 1 и 12 механизма приводят при помощи тяг 3 и 11 рычагом 5 механизма управления коробкой передач. Для удержания штоков и вилок переключения передач в нейтральном и включенном положении в механизме переключения имеются пружинные фиксаторы, а для предупреждения одновременного включения двух передач — специальные замки.



Механизм управления коробкой передач крепится снизу к тоннелю пола кузова автомобиля. В корпусе механизма на резьбе установлен выключатель 4 света заднего хода и имеется отверстие а, совмещаемое с отверстием в поводке верхнего рычага механизма при регулировке длины тяг 3 и 11.