Коробка передач состоит из редукторной части, являющейся основной, и механизма переключения передач. Разработке конструкции коробки передач предшествует выбор схемы редукторной части. Коробки передач с двумя степенями свободы выполняются по трехвальной соосной или двухвальной несоосной схемам. Более распространенной является трех-вальная соосная схема. При соосном расположении входного и выходного валов можно непосредственным их соединением получить прямую передачу. При движении автомобиля на прямой передаче зубчатые колеса и подшипники коробки передач не нагружаются. Соответственно снижаются скорость изнашивания, потери мощности и шум. На прочих передачах прямого хода в трехвальной коробке силовой поток передается последовательно через два зубчатых зацепления. Последнее позволяет при необходимости получить относительно большое передаточное число низшей передачи.
Коробки передач, выполненные по двухвальной схеме, конструктивно проще. Однако двухвальная схема исключает возможность иметь прямую передачу и существенно ограничивает передаточное число низшей передачи. На всех передачах прямого хода в двухвальной коробке силовой поток передается через одно зубчатое зацепление и поэтому осуществление передаточного числа, превышающего, например, возможно лишь при увеличении размеров конструкции.
Двухвальная схема применяется в тех случаях, когда это приводит к упрощению трансмиссии и при этом не требуется большого передаточного числа низшей передачи. Эту схему имеют обычно коробки передач тех легковых и спортивных автомобилей, у которых двигатель размещен рядом с ведущим мостом.
Схемы трехвальных коробок передач, имеющих одинаковое число ступеней, различаются в основном количеством пар зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении, и построением передачи заднего хода.
При построении схемы передачи заднего хода используется одновенцовая промежуточная шестерня или промежуточный двухвенцовый блок. Первый вариант проще, но при этом зубья одновенцовой шестерни испытывают наиболее неблагоприятный цикл изменения напряжений изгиба — знакопеременный симметричный. Для варианта с двухвенцовым блоком характерен более благоприятный односторонний цикл (от нуля). Этот вариант позволяет осуществить несколько большее передаточное число заднего хода.
Переход от передвижных зубчатых колес коробок передач, применявшихся в ранних конструкциях, к зубчатым колесам постоянного зацепления объясняется рядом преимуществ последнего. При постоянном зацеплении парных зубчатых колес торцы зубьев рабочих венцов не повреждаются. Повреждения торцов зубьев характерны для пар, имеющих передвижное зубчатое колесо. Ход передвижной зубчатой муфты, включающей передачу при постоянном зацеплении зубчатых колес, значительно меньше хода передвижного зубчатого колеса. Соответственно меньше и ход при постоянном зацеплении упрощается применение косозубых передач, имеющих в сравнении с прямозубыми большую плавность работы. Передвижные колеса устанавливаются на валу на шлицах; для косозубых колес шлицевое соединение должно выполняться винтовым, что технологически сложнее.
Однако с увеличением числа пар зубчатых колес с постоянным зацеплением повышаются нагрузки на синхронизаторы коробки передач. Последние в процессе синхронизации должны воздействовать на систему большего числа согласованно вращающихся деталей. Чтобы получить первую передачу и задний ход при постоянном зацеплении, необходимо на вторичном валу устанавливать два колеса относительно большого диаметра.
В то же время можно получить указанные две передачи, имеющие близкие абсолютные значения передаточных чисел, устанавливая на вторичном валу не два колеса, а одно, если выполнить его передвижным. Вопрос выбора схемы построения первой передачи и заднего хода должен решаться с учетом предполагаемой интенсивности использования указанных передач. Чем больше интенсивность их использования, тем вероятнее разрушения торцов зубьев передвижного колеса и парных ему, и тем определеннее этот вопрос должен решаться в пользу схемы с постоянным зацеплением парных зубчатых колес.
Для всех схем характерно выполнение выходного вала вместе с ведущей шестерней главной передачи, применение постоянного зацепления зубчатых колес для всех передач прямого хода рукоятки рычага переключения, что облегчает управление. Повышению удобства управления при постоянном зацеплении зубчатых колес способствует также возможность применения синхронизаторов. Наконец, и передвижной шестерни для передачи заднего хода.
К редукторной части коробки передач относятся картер, валы, подшипники, зубчатые колеса и зубчатые муфты. Большинство конструкций имеют установившуюся типовую компоновку редукторной части. Особенно это относится к трехвальным соосным коробкам передач.
При числе ступеней 3...6 трехвальные коробки передач выполняются, как правило, в одном неразделенном картере и имеют двухопорные валы. Для размещения подшипников в передней и задней стенках картера выполнены по два отверстия; противоположные отверстия попарно соосны. Передний подшипник первичного вала расположен в расточке маховика или фланца коленчатого вала двигателя, задний — в передней стенке картера.
На переднем участке первичного вала устанавливается ведомый диск сцепления. На заднем конце, расположенном консольно за главным подшипником, заодно с валом выполнена ведущая шестерня привода промежуточного вала. В утолщении заднего конца первичного вала выполняется расточка, являющаяся гнездом переднего подшипника вторичного вала. Задний подшипник вторичного вала расположен в задней стенке картера.
Соосность первичного и вторичного валов обеспечивается за счет соосного выполнения базовых поверхностей: отверстий под подшипники в картере, опорных шеек вторичного вала, шеек первичного вала и гнезда в нем под передний подшипник вторичного вала. Центрирование коробки передач относительно оси коленчатого вала двигателя осуществляется через картер сцепления, правильность крепления которого к двигателю обеспечивается конструктивно и технологией обработки. Относительно картера сцепления коробка передач центрируется с помощью выступающей части наружного кольца заднего подшипника первичного вала или концетрич-но обработанного пояска на фланце крышки этого подшипника.
Подшипники промежуточного вала расположены в отверстиях передней и задней стенок картера. Ось этих отверстий располагается строго параллельно оси отверстий под задние подшипники первичного и вторичного валов. Один из подшипников каждого вала коробки передач фиксирует вал в осевом направлении и воспринимает комбинированную нагрузку. Первичный и вторичный валы фиксируются е помощью задних подшипников; промежуточный вал — с помощью заднего (чаще) или переднего подшипника.
Зубчатые колеса, расположенные на промежуточном валу, соединяются с ним неподвижно. В коробках передач легковых и некоторых легких и средних грузовых автомобилей все зубчатые венцы промежуточного вала выполняются в виде блока вместе с валом. В отдельных случаях этот блок выполняется пустотелым и устанавливается на оси на игольчатых подшипниках.
Так как для оси требуются меньшие отверстия в картере, чем для подшипников вала, конструкция картера при этом получается более жесткой. В коробках передач большинства грузовых автомобилей заодно с промежуточным валом выполняются только зубчатые венцы малого диаметра, например венец первой передачи и иногда второй.
Крайним передним зубчатым венцом на промежуточном валу является ведомое колесо привода этого вала. За ним располагаются: ведущее колесо высшей редукторной передачи и далее — ведущие зубчатые колеса более низких передач в порядке убывания номера передачи. Крайним задним зубчатым венцом на промежуточном валу является шестерня первой передачи или заднего хода.
Ведомые зубчатые колеса постоянного зацепления, располагаемые на вторичном валу, устанавливаются по подвижной посадке — на игольчатых подшипниках; бронзовых втулках, запрессованных в ступицу зубчатого колеса; непосредственно на шейках вала или на стальных втулках, плотно посаженных на эти шейки. В последних случаях во избежание заедания поверхностей скольжения на поверхности охватываемой детали выполняются канавки для сбора масла, а сама поверхность фосфатируется или сульфидиру-ется. Если применяется ведомое передвижное зубчатое колесо, его установка на вторичном валу выполняется на эвольвентных или прямобочных шлицах по подвижной посадке.
Принятая в трехвальных коробках передач последовательность расположения зубчатых колес исключает перегрузку передней менее жесткой опоры вторичного вала, так как низшие передачи с большими усилиями в зацеплении располагаются ближе к задней опоре этого вала. Такое расположение обеспечивает технологичность сборки. При обычной схеме сборки промежуточный вал в сборе устанавливается через достаточно широкое окно, выполненное в картере сверху или сбоку, а иногда снизу. Через это же окно устанавливаются вторичный вал и его детали. Первичный вал в сборе устанавливается через отверстие под подшипник в передней стенке картера; возможность такой сборки обеспечивается тем, что зубчатый венец вала в этом случае выполняется меньшего размера, чем отверстие.
Имеющие место отступления от типовой компоновки в трехвальных коробках передач могут преследовать различные цели. Некоторые коробки передач легковых автомобилей выполняются с удлинителем и имеют цельный или составной трехопорный вторичный вал, третья опора которого размещается в приставном корпусе удлинителя. Основное назначение удлинителя — уменьшение длины карданной передачи. Корпус удлинителя может использоваться для размещения зубчатых колес передачи заднего хода и узла механизма переключения передач. Это позволяет уменьшить габариты основной части коробки.
В некоторых коробках передач грузовых автомобилей с целью повышения жесткости конструкции передняя опора вторичного вала выполняется в специальном приливе картера, но тогда ведомая шестерня высшей редукторной передачи оказывается на консоли. Обеспечивая высокую жесткость конструкции, такое решение усложняет сборку, требует повышенной точности изготовления деталей и применения картера с разъемом в плоскости валов. К особенностям компоновки редукторной части этой коробки передач относятся также размещение зубчатых колес первой передачи и заднего хода в среднем пролете, а синхронизаторов средних передач — на промежуточном валу.
Последнее обеспечивает уменьшение суммарного приведенного момента инерции согласованно вращающихся деталей коробки передач и нагрузок на синхронизаторы. Такое решение позволяет получить в высокой степени унифицированную модификацию с увеличенным числом передач, например — 7-ступенчатую модель на базе 6-ступенчатой или 6-сту-пенчатую на базе 5-ступенчатой. Особенности компоновки редукторной части двухвальных коробок передач можно установить по схемам.
Ведомый вал выполняется вместе с ведущей шестерней главной передачи: конической или гипоидной при продольном расположении двигателя, цилиндрической — при поперечном.
Применяются главным образом зубчатые колеса с постоянным зацеплением. Лишь для передачи заднего хода применяется передвижная шестерня. На схемах показаны типичные варианты построения передачи заднего хода и расположения передач прямого хода и их синхронизаторов. Синхронизатор первой-второй передач обычно устанавливается на выходном валу; его установка на входном валу затруднена, поскольку ведущая шестерня первой передачи имеет малый диаметр. Синхронизатор высших передач иногда устанавливается на входном валу для уменьшения приведенного момента инерции. В ряде случаев несоосная двухвальная коробка передач конструктивно объединяется с двигателем.
Конструкция редукторной части коробки передач должна быть жесткой. В наибольшей степени жесткость конструкции в целом зависит от конструкции валов и картера. При преобладающем применении двухопорных валов конструкцию достаточной жесткости возможно выполнить, ограничивая длину валов и тем самым число передач. Обычно между опорами размещают не более шести передач. Таким образом, требование жесткости двухопорных валов является одним из факторов, ограничивающих число ступеней в коробках передач с двумя степенями свободы. Картер выполняется обычно цельнолитым.
Отливка имеет местные утолщения и ребра. Отверстия под подшипники в передней и задней стенках картера должны быть такими, чтобы между отверстиями в стенке оставалась перемычка достаточного размера. Жесткость конструкции в сборе зависит от степени затяжки болтов крепления крышки, в которой монтируется механизм переключения передач. Картер с разъемом применяется лишь в случаях, когда это диктуется условиями сборки.
Смазывание деталей большинства коробок передач производится окунанием и разбрызгиванием. Масляная ванна размещается в картере. Уровень масла в ванне достигает оси промежуточного вала, а расход его на одну заправку зависит главным образом от передаваемой мощности.
Реже с целью уменьшения потерь мощности картер выполняют сухим, помещая масло в обособленный отсек, откуда оно подается для смазывания деталей насосом. В обычных конструкциях с несухим картером также может устанавливаться насос. Насос имеется, например, в коробках передач некоторых тяжелых автомобилей. Его ставят для подачи масла к подшипникам ведомых зубчатых колес постоянного зацепления. Масло подается через центральное и радиальные сверления вторичного вала. Для такого способа подачи масла к подшипникам зубчатых колес постоянного зацепления иногда используется не насос, а маслона-гнетающее кольцо, устанавливаемое впереди подшипника первичного вала. Для заправки и контроля уровня масла, а также его слива в картере делаются соответствующие отверстия.
Герметичность собранной коробки передач обеспечивается применением для маслоналивного и спускного отверстий пробок с конической резьбой, установкой уплотнительных прокладок под все крышки и манжетных уплотнителей на входе в коробку и на выходе из нее. Во избежание повышения давления в картере он должен сообщаться с атмосферой. Если конструкция крышки с механизмом переключения передач не обеспечивает этого, на картере сверху предусматривается установка сапуна. Как правило, на выходном валу коробки передач устанавливается ведущий элемент привода спидометра; ведомый его элемент располагается в крышке заднего подшипника вала. Привод спидометра не устанавливается в коробке передач лишь в тех случаях, когда между ней и ведущими колесами автомобиля имеется еще один механизм с переменным передаточным числом.
Отбор мощности в коробках передач грузовых автомобилей осуществляется с помощью дополнительной шестерни, устанавливаемой на промежуточном валу. Для крепления коробки отбора мощности на боковых стенках картера справа и слева выполняются люки. Размеры люков и параметры шестерни отбора мощности должны удовлетворять требованиям ГОСТ 12323—66. В качестве шестерни отбора мощности допускается использование одного из зубчатых колес промежуточного вала, если его параметры удовлетворяют указанному ГОСТу.
