RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Шестерни коробки передач


Механические КПП устройство, общая информация. (Часть1) — DRIVE2

Назначение

Необходимость в наличии коробки передач проистекает из одного из главных недостатков двигателя внутреннего сгорания. Диапазон скоростей вращения ДВС в большинстве случаев (обычно от 500 до нескольких тысяч об/мин) не совпадает со скоростями вращения колёс автомобиля (обычно от 0 до 1800 об/мин). Другая особенность ДВС в том, что максимальные значения крутящего момента достигаются в сравнительно небольшом интервале, расположенном приблизительно посередине между максимальными и минимальными оборотами. Максимальная же мощность развивается на максимальных оборотах.

Например, двигатель распространённого автомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочие обороты от 800 до 5400 об./мин., при этом максимальное значение крутящего момента достигается при 3000 об./мин.

Трансмиссия, таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число. Выделяют высшие и низшие ступени (передачи).

— При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

— С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет).

Основы устройства

Принцип работы

Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается в том, что зубчатые шестерни в её корпусе могут поочерёдно зацепляться в различных комбинациях, образуя несколько передач с разным передаточным числом.

Педали автомобиля с МКПП: слева направо — сцепления, тормоза и газа. Левее педали сцепления — площадка для отдыха ноги.

МКПП обычно работает в паре со сцеплением. Сцепление служит для временного разобщения двигателя и трансмиссии. Разобщение необходимо для переключения передачи в МКПП, так как, когда двигатель и валы КПП не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать передачи невозможно.

В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором, например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х — 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х — 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.

Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.

Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод.

Валы и шестерни

Любая коробка передач традиционного типа представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них шестернями.

Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.

В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный.

* Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
* Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах — непосредственно с главной передачей.
* Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.

Обычно, первичный и вторичный валы расположены один за другим, вторичный опирается при этом на подшипник, установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён. Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми.

На первичном валу находится одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном валу расположен блок шестерён, шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение исключено. Для включения передачи, они могут блокироваться на валу, начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач»).

Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала, которые находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда. Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.

Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.

Переключение передач

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты). В отличие от шестерней передач, они закреплены на своём валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Также, зубчатый венец имеет и задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее — на колёса.

Соответственно, когда ни одна муфта включения не блокирует ни одной шестерни, коробка передач находится в нейтрали, или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.

Синхронизаторы

Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут включаться с сильным шумом и чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать момент, когда обороты муфты включения и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень быстро износятся.

Поэтому в современных МКПП вместо простых муфт включения используются синхронизаторы, уравнивающие окружную скорость шестерни и муфты включения и не дающие муфте заблокировать шестерню, пока их скорости не сравняются — что занимает время порядка миллисекунд, и без применения специальных приборов обнаружить блокировку при переключении передач невозможно (см. также раздел «Синхронизированные и несинхронизированные МКПП»).

Пример

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R — шестерни соответствующих передач.

Цвета:

Ведущий вал — оранжевый; Ведомый вал — жёлтый; Промежуточный вал — серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун — зелёный; Ползун включения III—IV передач — фиолетовый; Ползун включения I—II передач — голубой;


N — нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.


II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;
III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи — на вторичный.
IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на

www.drive2.ru

FAQ по КПП. — DRIVE2

Синхронизатор коробки передач

Все современные механические коробки передач, а также роботизированные коробки передач являются синхронизированными. В таких коробках для того, чтобы включить передачу, производится выравнивание частоты вращения вала и шестерни. Синхронизацию обеспечивает одноименное устройство – синхронизатор. Помимо плавного переключения передач синхронизатор снижает износ механического соединения, шум при переключении и, тем самым, увеличивает срок службы коробки передач.

Синхронизаторами оборудуются все передачи коробки передач легкового автомобиля, в том числе передача заднего хода. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей. Чем выше разница в частотах вращения вала и шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для их синхронизации. Выполнение данного условия достигается путем увеличения площади поверхности соприкосновения – установкой дополнительных фрикционных колец.

Устройство синхронизатора

Синхронизатор состоит из ступицы с сухарями, муфты включения, блокирующего кольца и шестерни с фрикционным конусом. В конструкции коробки передач один синхронизатор обслуживает две передачи (шестерни).

Конструктивной основой синхронизатора является ступица. Она имеет внутренние и наружные шлицы. С помощью внутренних шлицев ступица соединяется с вторичным валом коробки передач и имеет возможность осевого перемещения по нему в разные стороны. Наружные шлицы соединяют ступицу с муфтой включения.

По окружности ступицы под углом 120° выполнены три паза, в которые установлены подпружиненные сухари. В синхронизаторе сухари нажимают на блокирующее кольцо при включении передачи и способствуют блокировке муфты на этапе синхронизации.

Муфта включения (другое название – муфта синхронизатора) обеспечивает жесткое соединение вала и шестерни. Муфта насажена на ступицу и имеет внутренние шлицы. На шлицах выполнена кольцевая проточка, в которой размещаются выступы сухарей. Снаружи муфта синхронизатора соединяется с вилкой коробки передач.

Блокирующее кольцо обеспечивает синхронизацию и препятствует замыканию муфты до момента выравнивания скоростей вала и шестерни. С внутренней стороны блокирующее кольцо имеет коническую поверхность, которая взаимодействует с фрикционным конусом шестерни. Снаружи блокирующее кольцо имеет шлицы, с помощью которых производится блокировка муфты включения.

На торцевой поверхности блокирующего кольца со стороны ступицы выполнено три паза, в которые входят сухари ступицы. Пазы препятствуют прокручиванию кольца при соприкосновении с фрикционным конусом (в них упираются сухари). Размер пазов в 1,5 раза превышает размер сухарей. В некоторых конструкциях синхронизаторов, наоборот, на блокирующем кольце выполнены выступы, а пазы — в ступице.

Для увеличения поверхности соприкосновения, снижения усилия при переключении передач применяются многоконусные синхронизаторы: двухконусный, трехконусный. Например, в трехконусном синхронизаторе помимо блокирующего (наружного) кольца устанавливается еще внутреннее и промежуточное кольца. Для предотвращения проворачивания на кольцах выполнены выступы, которые фиксируются в пазах шестерни и блокирующего кольца.

Таким образом, в трехконусном синхронизаторе созданы три поверхности трения: между конусом шестерни и внутренним кольцом, между внутренним и промежуточным кольцом, между промежуточным и блокирующим кольцом. В зависимости от конструкции в одной коробке передач могут устанавливаться синхронизаторы с различным числом конусов.

Работа синхронизатора

В нейтральном положении рычага коробки передач муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются свободно, поток мощности не передается.

При включении передачи вилка перемещает муфту синхронизатора из среднего положения в направлении шестерни. Вместе с муфтой сдвигаются сухари, которые воздействуют на блокирующее кольцо. Кольцо прижимается к конусу шестерни. На поверхности возникает сила трения, которая поворачивает кольцо до упора сухарей в пазах кольца (кольцо стопорится от проворачивания). В этом положении блокирующее кольцо препятствует дальнейшему продвижению муфты синхронизатора по оси вала, так как торцы шлицев блокирующего кольца располагаются напротив торцов шлицев муфты.

Далее под действием сил трения происходит синхронизация скоростей шестерни и ведомого вала. Когда скорости выравнены, под нажимом шлицев муфты блокирующее кольцо поворачивается в противоположную сторону, блокировка муфты снимается, шлицы муфты свободно проходят для зацепления с венцом шестерни. Происходит жесткое соединение вторичного вала коробки передач и шестерни.

Несмотря на множество операций, весь процесс синхронизации и включения передачи занимает доли секунды.

Для чего нужен синхронизатор коробки передач?

Все современные механические коробки передач, а также роботизированные коробки передач являются синхронизированными. В таких коробках для того, чтобы включить передачу, производится выравнивание частоты вращения вала и шестерни. Синхронизацию обеспечивает одноименное устройство – синхронизатор. Помимо плавного переключения передач синхронизатор снижает износ механического соединения, шум при переключении и, тем самым, увеличивает срок службы коробки передач.

Синхронизаторами оборудуются все передачи коробки передач легкового автомобиля, в том числе передача заднего хода. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей. Чем выше разница в частотах вращения вала и шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для их синхронизации. Выполнение данного условия достигается путем увеличения площади поверхности соприкосновения – установкой дополнительных фрикционных колец.

Состоит из следующих элементов:

1.Блокирующее кольцо
2.Ступица
3.Сухарь
4.Кольцевая пружина
5.Фрикционный конус шестерни
6.Шестерня
7.Блокирующее кольцо
8.Муфта синхронизатора
9.Сухарь
10.Шестерня

Двойное сцепление. Устройство и принцип работы.

Еще не так давно автомобиль, имеющий двойное сцепление, воспринимался как нечто необычное, но сегодня редко кого удивишь этим. Несмотря на это, сегодня не каждый специалист может объяснить принцип работы двойного сцепления. На самом же деле тут все очень просто.

Достоинства и недостатки двойного сцепления

Главным достоинством такого сцепления является превосходная плавность хода автомобиля, а также отсутствие подергиваний и резких рывков. Также к достоинствам следует отнести экономию топлива почти на 10%, что является весомым аргументом в пользу двойного сцепления. Отличная динамика при линейном ускорении без потери мощности. КПП с двойным сцеплением идеальное решение для автомобилей мощностью 200-500 лошадиных сил.

Если говорить о недостатках, то тут следует выделить огромное количество сложных элементов в системе подачи крутящего момента на ходовую часть автомобиля, а это в свою очередь влечет за собой высокие цены на ремонт и техническое обслуживания такой коробки переключения передач. Еще одним из существенных недостатков следует считать тот факт, что на сегодняшний день не так много автосервисов, которые могут на профессиональном уровне справиться с ремонтом КПП с двойным сцеплением.

Но, все же достоинств данная система имеет гораздо больше, чем недостатков, поэтому выбор за вами.

Немного из истории

В серийное автомобилестроение такой вид коробки передач пришел с гоночных треков. Впервые КПП с двойным сцеплением была создана конструктором А.Кегрессом в 1939 году, который планировал применить ее на Citroen Traction. Но, его задумка так и не воплотилась в жизнь.

И только в середине 80-х годов конструкторы Porsche впервые создали автомобиль, который имел возможность переключения передачи под нагрузкой. Для гоночных автомобилей это был настоящий прорыв, так как на состязаниях победа могла решиться долями секунды. И если раньше, при переключении передач двигатели значительно теряли мощность, то при двойном сцеплении передачи переключались без потери крутящего момента.

Устройство коробки передач с двойным сцеплением

Главной деталью КПП с двойным сцеплением является двойной вал. А если говорить простым языком, то в одном корпусе КПП находятся две обычные коробки передач, которые работают попеременно.

Управление всеми механизмами осуществляется при помощи гидравлики и автоматики. Стоит отметить, что в такой коробке передач отсутствует гидротрансформатор, а сама система является лучшей системой сухого двойного сцепления.

В момент начала движения на автомобиле на первой передаче, система уже автоматически готовит вторую передачу. В процессе переключения передач происходит размыкание первого сцепления, и замыкание второго. Затем, при разгоне автомобиля автоматика готовит третью скорость и так далее. Система автоматики настолько совершена, что при определении каждой последующей передачи учитывает:

Скорость вращения вала трансмиссии;
Положение педали акселератора;
Скорость вращения колес;
Текущее положение рычага КПП.
Непосредственно в процессе переключения передачи, оба сцепления становятся замкнутыми на сотые доли секунды, несмотря на это, двигатель продолжает быть соединенным с ведущими колесами, а потеря крутящего момента практически не ощущается.

www.drive2.ru

Шестерни передач МКПП, подскажите. — Сообщество «Mitsubishi Lancer Club» на DRIVE2

Всем здравствуйте!
Имеется у меня МКПП типа F5M42, это пятиступенчатая коробка от лансера 9 2.0 литра с передаточным числом главной пары (ГП) 4.058 и передаточным числом пятой передачи 0.820. Собсвенно сама эта передача меня и интересует. При данном огромной передаточном числе ГП 0.820 слишком много, машина крутит очень много оборотов при тех же 100 км/ч что собсвенно не очень то экономично, да и двигатель израбатывается быстрей.
шестерни этой пары я извлек, и вот собсвенно фото где они находятся


Под цифрой 1 шестерня №1, которая находится на первичном валу и содержит 39 зубьев. Шестерня № 2 находится на вторичном валу и содержит 32 зуба.
Из алгебры 32/39=0.820 что соответсвует заводским данным.
Вот так выглядит все на деле в МКПП.
Под цифрой №4 находится игольчатый подшибник в обойме. на котором находится шестеня № 2
Здесь на шестерне №2 приделана еще одна на подобии шестерни №3, не знаю как ее назвать, гребенка, за которую муфта синхронизатора держит и собственно заставляет крутить шестерню чтобы та крутила ей соседнюю.
Передаточное число планируется 0.613. при расчетах получается 27/44=0.613
Внутренний диаметр шестерни №2 которая будет уменьшаться составляет 50мм
Внешний диаметр у нее 75мм. После уменьшения до 27 зубов диаметр станет 64мм. Если от этого отнять 10мм на высоты зубов, так как 1 зуб 5мм, то остается 54мм. И при внутреннем диаметре 50мм, остается всего лишь по 2мм стенки-втулки которая будет кататься по подшибнику.
Теория закончилась, теперь суть вопроса, как быть?!
оставить на 2х мм и не париться, так как зуб косой, и они друг друга перекрывают, и шанс что шестерню порвет не велик, мощность планируется свыше 200 сил. Или уменьшить внутренний диаметр и подшибник, который занимает между шестреней и втулкой вала по 3.5мм с каждой стороны, и того 7, заменить на втулку какую-нибудь. Слышал что на ниссанах втулки втулки вместо подшипников стоят.
И где можно выточит шестерни для КПП, желательно в Челябинске?
Так как человек который вроде бы мне обещался выточит вдруг ушел в отпуск за день как ему принесли шестерни.
Всех благодарю за внимание.
P.S. Пожалуйста, не надо комментариев типа : "хуйней не майся"))

www.drive2.ru

Материалы для шестерен коробок передач

Категория:

   Автомобильные сцепления

Публикация:

   Материалы для шестерен коробок передач

Читать далее:



Материалы для шестерен коробок передач

Для шестерен коробок передач должны применяться высококачественные стали, так как напряжения в зубьях этих шестерен исключительно велики. Зубья не только должны противостоять напряжениям изгиба от давления на зуб, но их рабочие поверхности должны иметь достаточную твердость, чтобы выдерживать весьма высокие удельные давления. Вместе с тем они не должны быть настолько хрупкими, чтобы выкрашиваться от ударов при включении шестерен.

Для шестерен применяются два типа сталей — цементуемые и закаливающиеся (иногда применяется термин «закаливаемые в масле»), Первые характеризуются низким содержанием углерода — обычно около 0,20%, тогда как вторые имеют среднее содержание углерода 0,40; 0,45 или 0,50%- В каждой группе наиболее дешевой является простая углеродистая сталь, например, марки SAE1020 в первой группе и SAE1045 — во второй. Однако простые углеродистые стали в настоящее время для автомобильных шестерен уже не применяются.

Наиболее существенным качеством для сталей, применяемых для изготовления шестерен коробок передач, является способность давать вязкую сердцевину зуба, могущую выдерживать сильные удары и твердую поверхность, хорошо противостоящую образованию раковин и износу. Кроме того, поскольку шестерни после нарезания зубьев подвергаются термообработке, сталь должна давать минимальное коробление при соответствующих термических операциях.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Цементованные шестерни. Цементуемые стали применяются для шестерен коробок передач значительно чаще, чем закаливающиеся стали, так как первые дают более твердую поверхность, лучше противостоящую, как отмечалось, образованию раковин и абразивному износу. В сталях для автомобильных шестерен стойкость в отношении образования раковин имеет большее значение, чем прочность на изгиб, потому что, как показали испытания шестерен, изготовленных современными методами, при постепенном повышении нагрузки до разрушения, раковины всегда появляются прежде, чем наступит поломка зуба. Легированные стали, применяемые для шестерен, могут быть подразделены на два основных класса: низколегированные и высоколегированные. Последние хотя и отличаются более высокими механическими качествами (исключая, возможно, твердость), но более дороги, вследствие чего их применение ограничивается областью наиболее тяжелой работы, как например, в коробках передач автобусов и грузовых автомобилей.

Цементуемые легированные стали для шестерен коробок передач включают следующие марки: никелевые стали 2315, 2320 и 2512, из которых две первые содержат 3,5%, а последняя — 5% никеля; хромоникелевая сталь 3120, хромомолибденовая сталь 4120, хромоникелемолибденовая сталь 4320 и никельмолибденовые стали 4615 и 4815. Некоторое применение имеет также хромистая модифицированная сталь 5210. Из никелевых сталей сталь 2512 является наиболее предпочтительной с точки зрения прочности шестерни, так как она дает очень вязкую сердцевину зуба. Однако эта сталь не позволяет достичь такой твердости поверхности, как некоторые другие стали, вследствие того, что в поверхностном слое удерживается некоторое количество аустенита. По этой причине, а также вследствие высокой стоимости ее применение рекомендуется только в тех случаях, когда предполагаются большие ударные нагрузки. Другой высоколегированной сталью является сталь 4320, содержащая, кроме молибдена, также хром и никель. Ее применение также практически ограничивается коробками передач автобусов и грузовых автомобилей.

Наиболее излюбленными сталями для шестерен коробок передач легковых автомобилей являются стали 4615 и 4620.

Хромистая сталь 5120 применяется в тракторных коробках передач. Она хорошо цементуется на большую глубину и поэтому является наиболее подходящей там, где требуется большое сопротивление абразивному износу и истиранию.

Цементация. Цементация, т. е. поверхностное науглероживание, должна производиться после того, как шестерня нарезана, и поэтому приходится уделять много внимания уменьшению коробления шестерен при последующей термообработке. Нормализация перед цементацией уменьшает коробление и обычно проводится при температуре на 28° выше, чем температура цементации. Последняя проводится при температуре между 897 и 927°. Цементуемые шестерни обычно закладываются в ящики из жаростойкого материала, наполненные порошкообразным карбюризатором. Получаемая толщина на-углероженного слоя составляет около 0,76 мм *.

Применяются два метода закалки после цементации, причем мнения о том, который из них дает лучшие результаты, значительно расходятся.

По первому методу шестерни закаливаются в масле непосредственно после выхода из цементационной печи и ‘охлаждения до нужной температуры, например до 870°. После закалки производится отпуск при температуре от 150 до 200°. Второй метод заключается в том, что шестерни после цементации охлаждаются в цементационных ящиках, затем вновь нагреваются до температуры 760—815° и закаливаются в масле. В последние годы вошел в употребление процесс газовой цементации. Шестерни укладываются на лотки и с помощью толкающего механизма продвигаются через печь при температуре 815°, где они подвергаются действию газовой среды, состоящей из окиси углерода, углекислоты, водорода и аммиака. Поступление и выход шестерен из печи совершаются через специальные тамбуры. Закалка производится немедленно по выходе из печи.

Закаленные шестерни. Среди сталей со средним содержанием углерода, пригодных для изготовления закаливаемых шестерен, следует указать никельмолибденовую сталь 4640 и хромистую сталь 5140. Первая нормализуется при температуре между 870 и 927° и затем после нарезки зубьев нагревается до 790—815” и закаливается в масле. После отпуска при определенной температуре шестерня получает твердость 400—450 по Бринелю, что значительно меньше твердости надлежащим образом цементованных шестерен. Термическая обработка шестерен из стали 6145 включает нормализацию при 900—955°, нагрев до 845—900° после нарезки зубьев и закалку в масле с последующим отпуском до желаемой твердости. Сравнивая цементуемые стали с закаливающимися, следует указать, что первые дают твердость поверхности обычно в пределах 58—65 по Роквеллу (шкала С), в то время как вторые — только 48—54. Однако закаливающиеся стали дают большую прочность и меньшее коробление.

Шестерни центробежной отливки. Промежуточное положение между нормальными цементуемыми и закаливающимися сталями занимают стали с содержанием углерода около 0,30%. Они дают более крепкую сердцевину, чем обычные цементуемые стали, и требуют лишь небольшого науглероживания поверхностного слоя. Примером таких сталей может служить сталь, применяемая для шестерен коробок передач легковых автомобилей Форд. Заготовки шестерен этих коробок передач отливаются центробежным способом. Форд уже продолжительное время применяет стальное литье для коленчатых валов двигателей, и сталь, идущая на шестерни, имеет такой же состав. Указанная сталь содержит: 0,30—0,38% углерода; 0,50—1,50% меди; 0,20—0,40% кремния; 0,55—0,75% марганца; 0,10—0,20% молибдена; 0,80—1,00% хорма и максимум по 0,05% фосфора и серы. Перед механической обработкой заготовки подвергаются нормализации, чтобы иметь твердость от 170 до 196 по Бринелю, а после нарезки зубьев шестерни подвергаются термической обработке, повышающей поверхностную твердость, и отпускаются до твердости 477 по Бринелю. Повышение поверхностной твердости осуществляется путем нагревания в циановой ванне до 815°, закалки в масле и отпуска при температуре 180°.

Обработанная таким образом сталь имеет временное сопротивление разрыву 15 350 кг/см2, предел упругости 14 950 кг/см2, относительное удлинение 0,75% в 50-миллиметровом образце и относительное сжатие поперечного сечения, равное 3%. Для шестерен грузовых автомобилей и тракторов, которые должны иметь большую износостойкость, содержание углерода в стали повышается до 0,38—0,45%.

Цианированные шестерни. Для повышения поверхностной твердости зубьев шестерен, изготовляемых из закаливающихся сталей, иногда применяется процесс цианирования. В качестве агента для повышения твердости используется цианистый натрий, который дешевле и эффективнее цианистого калия. Наиболее подходящей для применения этого процесса является хромистая сталь 5140. Прежде цианирование производилось следующим образом: шестерни нагревались до 815°, выдерживались в печи при этой температуре некоторое время, после чего погружались в ванну с расплавленными цианистыми солями. В настоящее время практикуют нагрев изделий непосредственно в расплавленных цианистых солях и последующую закалку в масле.

В процессе цианирования цианистая соль распадается при нагреве, и выделяющийся при этом азот входит в соединение с железом и легирующими элементами, образуя весьма твердые нитриды, обусловливающие высокую поверхностную твердость изделия. Для цианирования используются стали со средним содержанием углерода. В результате достигается большая прочность закаленной сердцевины изделия при высокой твердости поверхностного цианированного слоя, однако глубина этого слоя сравнительно мала.

Рекламные предложения:


Читать далее: Расчет коробок передач

Категория: - Автомобильные сцепления

Главная → Справочник → Статьи → Форум


stroy-technics.ru

Планетарная передача — Википедия

Планетарная передача с остановленным водилом по сути является двухступенчатой зубчатой передачей с неподвижными осями колес. Планетарная передача (солнечная шестерня остановлена) Планетарная передача (коронная шестерня остановлена) Схема эпициклически движущейся планеты

Планетарная передача (ПП) — механическая передача вращательного движения, за счёт своей конструкции способная в пределах одной геометрической оси вращения изменять, складывать и раскладывать подводимые угловые скорости и/или крутящий момент. Обычно является элементом трансмиссии различных технологических и транспортных машин.

Конструктивно ПП всегда представляет собой набор взаимозацепленных зубчатых колёс (не менее 4), часть из которых (не менее 2) имеет общую геометрическую неподвижную ось вращения, а другая часть (также, не менее 2) имеет подвижные оси вращения, концентрически вращающиеся на так называемом «водиле» вокруг неподвижной. Зубчатые колёса на неподвижной оси всегда связаны друг с другом не напрямую, а через зубчатые колёса на подвижных осях, а ввиду того, что вторые способны не только вращаться относительно первых, но и обкатывать их, тем самым передавая поступательное движение на водило, все звенья ПП, на которые можно подавать/снимать мощность, получают возможность вращаться дифференциально, с тем лишь условием, что угловая скорость любого такого звена не абсолютно хаотична, а определяется угловыми скоростями всех остальных звеньев. В этом плане ПП похожа на планетарную систему, в которой скорость каждой планеты определяется скоростями всех остальных планет системы. Дифференциальный принцип вращения всей системы, а также то, что в своём каноническом виде набор зубчатых колёс, составляющих ПП, собран в некоем подобии солнца и эпициклически движущихся по орбите планет, даёт данной механической передаче такие присущие только ей интернациональные определения, как планетарная, дифференциальная (от лат. differentia — разность, различие) или эпициклическая, каждое из которых в данном случае есть синонимы.

С точки зрения теоретической механики планетарная передача — это механическая система с двумя и более степенями свободы. Эта особенность, являющаяся прямым следствием конструкции, есть важное отличие ПП от каких-либо других передач вращательного движения, всегда имеющих только одну степень свободы. И эта особенность наделяет саму ПП тем важным качеством, что в аспекте воздействия на угловые скорости вращения ПП может не только редуцировать эти скорости, но и складывать и раскладывать их, что, в свою очередь, делает её основным механическим исполнительным узлом не только различных планетарных редукторов, но таких устройств, как дифференциалы и суммирующие ПП.

Планетарная передача и планетарный механизм[править | править код]

В русскоязычной инженерной терминологии термины планетарная передача (далее — ПП) и планетарный механизм (далее — ПМ) зачастую предполагаются как синонимы. Отличия в том, что термин ПП обычно используется в контексте принципиального понимания устройства той или иной передачи вращательного движения, особенно если устройство такой передачи не очевидно (скрыто корпусом/картером) или такая передача обладает определёнными уникальными свойствами, присущими только планетарной, и на этом надо акцентировать внимание. А термин ПМ используется для обозначения конкретного зубчато-рычажного механизма, причём существуют критерии, позволяющие чётко описать ПМ как сборочный узел в составе более крупного узла или агрегата и определить, сколько и каких именно использовано ПМ в конкретной передаче вращательного движения.

Состав планетарного механизма[править | править код]

Конструкция ПП/ПМ основана на различных комбинациях из трёх основных и нескольких одинаковых вспомогательных звеньев. Три основные звена с одной общей осью вращения — два центральных зубчатых колеса и водило. Вспомогательные звенья — набор одинаковых зубчатых колёс на подвижных осях вращения и подшипники.

Зубчатые колёса, составляющие ПМ, могут быть любого известного типа: прямозубые, косозубые, шевронные, червячные. Тип зацепления в общем случае не важен и на принципиальную работу ПП влияния не оказывает.

В любом ПМ оси вращения центральных зубчатых колёс и водила всегда совпадают. Однако это не значит, что оси сателлитов всегда будут параллельны основной оси. Как и в случае с простыми зубчатыми передачами, здесь возможны варианты параллельных, скрещивающихся и пересекающихся осей. Пример второго варианта — межколёсный дифференциал с коническими зубчатыми колёсами. Пример третьего варианта — самоблокирующийся дифференциал Torsen с червячным зацеплением.

Любой ПМ, независимо простой он или сложный, плоский или пространственный, для своей работоспособности должен иметь одно водило с сателлитами и не менее двух любых центральных зубчатых колёс. Под определением «два любые» подразумевается, что это могут быть не только одно солнце и один эпицикл, но и два солнца и ни одного эпицикла, или два эпицикла и ни одного солнца. Три звена, в том числе водило, есть необходимое и достаточное условие для того, чтобы ПМ мог выполнять функции передачи мощности и сложения/разложения потоков: работать в качестве редуктора (в том числе многоскоростного), в качестве дифференциала или суммирующей ПП. Также три звена есть основа такого русскоязычного технического термина, как Трёхзвенный Дифференциальный Механизм (или ТДМ).

Формально, механизмы, состоящие всего из двух звеньев — из водила и всего лишь одного центрального зубчатого колеса — также могут именоваться планетарными. Фактически же, такие двухзвенные ПМ трудно разумно приспособить для выполнения какой-либо работы: они не годятся для передачи мощности с одного основного звена на другое и лишь при определённых условиях могут работать как переусложнённая прямая передача. Увеличение числа основных звеньев одного ПМ в большую сторону — до 4 и более — возможно и формально и фактически, однако при этом такие ПМ не приобретают никаких новых свойств, хотя и получают больше теоретически доступных передаточных отношений и могут давать проектируемой ПП определённые компоновочные преимущества.

Простые и сложные ПМ, планетарный ряд[править | править код]

Схемы наиболее распространённых сложных планетарных механизмов

Критерием деления ПМ на простые и сложные является число составляющих его основных звеньев (именно основных, а число сателлитов — не в счёт). Простой ПМ имеет всего три основных звена: одно водило и два любых центральных зубчатых колеса. Кинематика допускает всего-лишь 7 (семь!) ПМ, подпадающих под это условие: один наиболее распространённый и всем известный, так называемый «элементарный», с набором одновенцовых сателлитов схемы ; три ПМ с двухвенцовыми саттелитами (, , ) и три ПМ с парными взаимозацепленными сателлитами (СВЭ, СВС, ЭВЭ)).

Сложных ПМ гораздо больше чем простых. Их точное число не определено ввиду отсутствия такой нужды, а наиболее распространённые из них приведены на рисунке. Точно так же как и простые ПМ, сложные имеют всего одно водило, но центральных зубчатых колёс может быть три и более. При этом в составе сложного ПМ всегда умозрительно можно выделить несколько простых ПМ (конкретно: три в четырёхзвенном и шесть в пятизвенном), каждый из которых в себя включает два каких-то центральных зубчатых колеса и одно общее водило.

Каждый набор из центральных зубчатых колёс и сателлитов, вращающихся в одной плоскости, образует так называемый планетарный ряд. Простой ПМ с набором одновенцовых сателлитов является однорядным. Все три простые ПМ с двухвенцовыми сателлитами — двухрядные. ПМ с парными взаимозацепленными сателлитами схемы СВЭ — однорядный; схем СВС и ЭВЭ — двухрядные. Таким образом, все простые ПМ могут быть или однорядными или двухрядными. Сложные ПМ, в свою очередь, могут быть двух, трёх и четырёхрядные. Верхнее число рядов в сложном ПМ формально не ограничено, хотя фактически уже пятирядные есть большая редкость, хотя в сборках из планетарных механизмов, применяющихся в многоступенчатых планетарных коробках передач, общее число рядов может быть пять и больше. Нередко термины ПМ и планетарный ряд предполагаются как синонимы, но, в общем случае, это неверно: даже если в отдельных случаях оба термина могут обозначать одно и то же, всегда следует помнить, что их смысл несколько разный.

Плоские и пространственные ПМ[править | править код]

Свободный дифференциал на основе простого плоского двухрядного ПМ с парными сателлитами Свободный дифференциал на основе пространственного ПМ с коническими шестернями

Наличие в составе одного ПМ более одного планетарного ряда не означает, что он является пространственным. Сколько бы ни было рядов, но если плоскости вращения всех составляющих каждый ряд зубчатых колёс параллельны, то такой ПМ будет оставаться плоским. Критерием отличия плоского ПМ от пространственного является наличие не просто более одной плоскости вращения составляющих его зубчатых колёс, но наличие непараллельных плоскостей их вращения. Плоскости вращения звеньев в пространственном ПМ не обязаны быть строго перпендикулярны друг-другу и могут находиться под любыми произвольными углами. Примером пространственного ПМ может служить конический симметричный дифференциал, наподобие применяющегося в приводе ведущих колёс автомобиля. А вот близкий по конструкции цилиндрический дифференциал, применяющийся там же и выполняющий точно такие же функции, будет оставаться плоским ПМ.

Пространственные ПМ по своему функционалу ничем не отличаются от аналогичных по составу плоских ПМ. Выбор того или иного ПМ в качестве основы конкретной ПП есть лишь вопрос экономики или конструкторских предпочтений. Тот же простой межколёсный дифференциал почти всегда выполнен на основе пространственного ПМ не потому, что что плоский не годится, а, скорее, по определённым компоновочным соображениям. Плюс, как это ни странно, пространственный ПМ для выполнения схожих функций может требовать меньшего количества шестерён и деталей вообще. Так, тот же межколёсный дифференциал в пространственном варианте требует всего лишь 4 одинаковые шестерни, из которых две пойдут на два солнца и две — на два саттелита. В случае же плоского варианта, таких шестерён потребуется как минимум шесть, а скорее всего — восемь, и при этом они обязательно будут двух разных типоразмеров.

2 степени свободы ПМ[править | править код]

Уникальной особенностью любого ПМ, отличающей его от всех прочих зубчатых передач, является наличие у него двух степеней свободы. Применительно к простому трёхзвенному ПМ это означает, что понимание угловой скорости вращения любого одного основного звена не даёт однозначного понимания угловых скоростей двух других основных звеньев, даже если известны все передаточные отношения внутри ПМ. Здесь все три основных звена находятся в дифференциальной связи друг с другом и для определения их угловых скоростей надо знать угловые скорости как минимум двух из них. В этом есть важное отличие ПМ от прочих зубчатых механизмов, в которых угловые скорости всех элементов связаны линейной зависимостью, а по угловой скорости одного элемента всегда можно точно определить угловые скорости всех остальных элементов, сколь много их бы не было. И в этом есть основа уникальных свойств, присущих любому ПМ: способность изменять угловые скорости на выходе при неизменных угловых скоростях на входе, способность делить и суммировать потоки мощности и всё это при постоянно зацепленных шестернях.

Любой ПМ, независимо от того, простой он или сложный, имеет фактически лишь две степени свободы. Для простого ПМ это подтверждается и визуальным наблюдением за работой такого механизма и уравнением Чёбышева. Для сложных ПМ это визуально не очевидно, а уравнение Чёбышева теоретически может допускать существование для таких ПМ трёх степеней свобод, что подразумевает наличие четырёх звеньев, находящихся в дифференциальной связи друг с другом. Но фактически такие сложные ПМ будут физически неработоспособны в тех практических задачах, ради которых они создаются, а все работоспособные сложные ПМ останутся двухстепенными. Независимо от числа основных звеньев любого работоспособного сложного ПМ, в нём, так же как и в простом ПМ, в дифференциальной связи друг с другом будет находиться только три основных звена, а остальные основные звенья, сколько бы их ни было, будут иметь линейную связь с каким-то одним из трёх вышеупомянутых. Попытки же создания сложных ПМ с тремя (и тем более, с четырьмя) фактическими степенями свободы считаются бесперспективными, а все работоспособные трёх- и четырёхстепенные ПП основаны на сборке последовательно взаимозацепленных двухстепенных ПМ.

Передаточное отношение[править | править код]

Планетарная передача в режиме повышения скорости. Водило (зелёное) вращается внешним источником. Усилие снимается с солнечной шестерни (жёлтая), в то время как кольцевая шестерня (красная) закреплена неподвижно. Красные метки показывают вращение входного вала на 45°.

Передаточное отношение такой передачи визуально определить достаточно сложно, в основном, потому что система может приводиться во вращение различными способами.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из трёх её основных элементов фиксируется неподвижно, а два других служат в качестве ведущего и ведомого. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также от того, какой элемент закреплён.

Рассмотрим случай, когда водило зафиксировано, а мощность подводится через солнечную шестерню. В этом случае планетарные шестерни вращаются на месте со скоростью, определяемой отношением числа их зубьев относительно солнечной шестерни. Например, если мы обозначим число зубьев солнечной шестерни как S{\displaystyle S}, а для планетарных шестерён примем это число как P{\displaystyle P}, то передаточное отношение будет определяться формулой SP{\displaystyle {\frac {S}{P}}}, то есть если у солнечной шестерни 24 зуба, а у планетарных по 16, то передаточное отношение будет −2416{\displaystyle -{\frac {24}{16}}}, или −32{\displaystyle -{\frac {3}{2}}}, что означает поворот планетарных шестерён на 1,5 оборота в противоположном направлении относительно солнечной.

Далее вращение планетарных шестерён может передаваться кольцевой шестерне, с соответствующим передаточным числом. Если кольцевая шестерня имеет A{\displaystyle A} зубьев, то оно будет вращаться с соотношением PA{\displaystyle {\frac {P}{A}}} относительно планетарных шестерён. (В данном случае перед дробью нет минуса, так как при внутреннем зацеплении шестерни вращаются в одну сторону). Например, если на кольцевой шестерне 64 зуба, то относительно приведённого выше примера это отношение будет равно 1664{\displaystyle {\frac {16}{64}}}, или 14{\displaystyle {\frac {1}{4}}}. Таким образом, объединив оба примера, мы получим следующее:

В итоге, если водило заблокировано, общее передаточное отношение системы будет равно −SA{\displaystyle -{\frac {S}{A}}}.

В случае, если закреплена кольцевая шестерня, а мощность подводится к водилу, передаточное отношение на солнечную шестерню будет меньше единицы и составит 1(1+AS){\displaystyle {\frac {1}{(1+{\frac {A}{S}})}}}.

Если закрепить кольцевую шестерню, а мощность подводить к солнечной шестерне, то мощность должна сниматься с водила. В этом случае передаточное отношение будет равно 1+AS{\displaystyle 1+{\frac {A}{S}}}. Это самое большое передаточное число, которое может быть получено в планетарной передаче. Такие передачи используются, например, в тракторах и строительной технике, где требуется большой крутящий момент на колёсах при невысокой скорости.

Всё вышесказанное можно описать следующими двумя уравнениями (выведены из условия отсутствия проскальзывания сопрягаемых шестерён и следовательно равенства дуг, проходимых точками, находящихся на окружностях, в единицу времени):

A(ωa−ωc)=PωpS(ωs−ωc)=−Pωp{\displaystyle {\begin{aligned}A\left(\omega _{a}-\omega _{c}\right)=P\omega _{p}\\S\left(\omega _{s}-\omega _{c}\right)=-P\omega _{p}\end{aligned}}}

Здесь ωa,ωc,ωp,ωs{\displaystyle \omega _{a},\omega _{c},\omega _{p},\omega _{s}} — угловые скорости соответственно: кольцевой шестерни, водила, планетарных шестерён относительно водила, и солнечной шестерни. Первое уравнение характеризует вращение водила относительно кольцевой шестерни, второе — солнечной шестерни относительно водила.

Если исключить из уравнений ωp{\displaystyle \omega _{p}} путём их сложения — получится одно уравнение: Aωa+Sωs=(A+S)ωc{\displaystyle A\omega _{a}+S\omega _{s}=(A+S)\omega _{c}}. Так как числа зубьев шестерён всегда удовлетворяют условию A=S+2P{\displaystyle A=S+2P} (исходя из простых геометрических соотношений, поскольку в диаметр коронной шестерни помещается диаметр солнечной шестерни и два диаметра сателлитов), по-другому это уравнение можно записать как:

(2+n)ωa+nωs−2(1+n)ωc=0{\displaystyle \left(2+n\right)\omega _{a}+n\omega _{s}-2\left(1+n\right)\omega _{c}=0}

Где n — это параметр передачи, равный n=SP{\displaystyle n={S \over P}}, то есть отношению чисел зубьев солнечной и планетарных шестерён.

В нижеуказанной таблице (указывающей выходные скорости различных типов планетарных передач в зависимости от их конструктивных особенностей) приняты следующие условные обозначения:

ru.wikipedia.org


Смотрите также