Синхронизаторы

Как отмечалось выше, при включении передачи синхронизаторы принудительно выравнивают угловые скорости шестерни и вала (или двух валов) и не допускают их соединения до окончания этого процесса. Тем самым они увеличивают долговечность зубчатых муфт, снижают утомляемость водителя и сокращают время вклю­чения передачи.

Конструктивные отличия синхрони­заторов, применяющихся в настоящее время, довольно велики, но принцип их действия одинаков. Например, один из наиболее распространенных в на­стоящее время синхронизаторов с тол­кающими сухарями (рис. 3.12) содержит ступицу 4, установленную неподвижно на вторичном валу, и подвижную в осе­вом направлении муфту 3. Наружный зубчатый венец ступицы в трех местах прерван пазами, в которых находятся сухари 2. Сухари могут скользить в пазах в осевом направлении, а в радиальном направлении разжимаются изнутри дву­мя кольцевыми пружинами 6, так что выступы, имеющиеся на наружных по­верхностях сухарей, заходят в кольцевую канавку на внутреннем зубчатом венце подвижной муфты 3, образуя фиксатор.

По бокам ступицы расположены блокирующие кольца <?, сво­бодно опирающиеся своими внутренними конусами на конусы шес-

Рис. 3.12. Синхронизатор с тол­кающими сухарями

терен / и 5. Коническая поверхность колец <? снабжена нарезкой, предназначенной для увеличения трения путем разрушения пленки смазочного материала на сопряженных конусах при их сжатии. На наружной поверхности колец 8 имеются зубья 7, аналогичные зубьям ступицы 4 и отличающиеся от них специальным треугольным (в плане) профилем торца, обращенного к подвижной муфте. Такой же профиль имеют торцы зубьев подвижной муфты 3. Кроме этого блокирующие кольца имеют по три торцевых окна 10, в которых размещаются концы сухарей 2 При этом ширина окон превышает ширину сухарей, и образовавшийся зазор «а» (рис. 3.126) позволяет кольцам смещаться в окружном направлении относительно ступицы, а следовательно, и относительно подвижной муфты.

Шестерни 1 и 5 помимо конусов, контактирующих с конусами блокирующих колец, имеют зубчатые муфты 9, посредством которых они зацепляются с подвижной муфтой и далее через ступицу с вторичным валом.

При включении какой-либо передачи водитель, воздействуя на рычаг управления коробкой передач, через механизм управления прикладывает к вилке, входящей в кольцевой паз муфты 3, осевую силу, перемещая вилку вместе с муфтой. Муфта, захватывая выступы сухарей 2, толкает их, и они своими торцами прижимают блоки­рующее кольцо к конусу шестерни /. Так как в общем случае включения передачи угловая скорость включаемой шестерни не совпадает со скоростью вала (в нашем примере не совпадают угловые скорости двух валов), то блокирующее кольцо, увлеченное трением о конус шестерни, повернется в окружном направлении вперед или назад относительно подвижной муфты. При этом величина поворота, определяемого зазором «а», такова, что скошенные по­верхности треугольного профиля зубьев 7 блокирующего кольца и подвижной муфты оказываются друг против друга. Дальнейшее осе­вое смещение муфты приводит к тому, что выступы сухарей выходят из впадин подвижной муфты, а наклонные торцы зубьев муфты и кольца входят в соприкосновение. После этого приложенная к муфте осевая сила передается непосредственно на блокирующее кольцо, вызывая усиленное прижатие его к конусу шестерни 1 и возник­новение значительного момента трения Мт. Под действием момента Л/т шестерня получает угловое ускорение ц и ее скорость начинает уравниваться со скоростью вала. Кроме угловой скорости шестерни при этом изменяется угловая скорость и других связанных с ней деталей. Такими оказываются все, или почти все, шестерни коробки, промежуточный и первичный вал с ведомым диском сцепления.

Так как осевая сила передается через наклонные грани торцов зубьев, то возникает поворачивающий кольцо момент Л/п, стремя­щийся поставить впадины кольца против зубьев муфты, тем самым позволить последним пройти к зубчатой муфте 9 шестерни и со­единить ее с валом до выравнивания их скоростей. Однако этому препятствует инерционный момент движущейся ускоренно шестерни М] который увлекает кольцо 8 в противоположном направлении. Величина инерционного момента М^= ^ • уц где /— момент инерции шестерни и приведенный к ней момент инерции кинематически связанных с ней деталей.

Причиной, обуславливающей появление и величину углового ускорения v, является момент трения Мт Поэтому М^ = Л/р из чего следует, что для предотвращения преждевременного включения зубчатых муфт 3 и 9, то есть для блокировки синхронизатора на период выравнивания угловых скоростей, достаточно, чтобы вели­чина Мп была не больше чем Мт Так как оба момента линейно зависят от осевой силы включения, то это достигается выбором угла наклона скошенных граней торцов зубьев, угла конуса бло­кирующего кольца и шестерни с учетом коэффициента трения и радиусов действия сил.

При соблюдении этого условия любое увеличение усилия на рычаге коробки передач, а следовательно, и на подвижной муфте не может привести к разблокированию синхронизатора, так как одновременно с увеличением поворачивающего момента пропор­ционально увеличиваются моменты М^ и Л/т. Единственным ре­зультатом увеличения усилия явится лишь ускорение процесса син­хронизации.

После завершения синхронизации становится равной нулю ве­личина iv, а следовательно, и Л/, -, и начинается процесс разблоки­рования синхронизатора. При этом из-за отсутствия А/, момент Л/т уже не препятствует повороту кольца 8 и прохождению сквозь него зубьев муфты 3 к муфте 9 шестерни.

Завершается процесс включения введени­ем подвижной муфты в зацепление с муфтой 9, зубья которой для облегчения включения также имеют скошенные торцы.

Синхронизатор того же типа, но более позднего времени разработки (рис. 3.13) от­личается от описанного конструкцией фик­сатора, состоящего из подпружиненного ша­рика 4, располагающегося в отверстии пло­ского сухаря 5, и наличием спиральных пру­жин 7, удерживающих блокирующие кольца 2 на ступице все время, кроме периодов бло­кирования синхронизатора, синхронизации угловых скоростей и разблокирования синх­ронизатора. Так как при этом кольца 2 по­давляющую часть времени не касаются ко- Лс. А Л Вврмнт кон­струкции синхрониза-нусов шестерен, то КПД коробки передач несколько повышается. Большое внимание уде-

Рис. 3.13. Вариант кон­струкции синхрониза­тора с толкающими су­харями

лено укорочению синхронизатора, для чего, в частности, исключено взаимное расположение зубьев подвижной муфты 3 и колец 2, соответствующее их расположению на рис. 3.12 а, при котором между торцами указанных зубьев имелся осевой зазор. Для устранения перекосов и заеданий при движении подвижной муфты 3 по узкой ступице 1 последняя имеет уширения, выполненные в виде выступов 6, располагающихся с зазором в выемках зубчатого венца колец 2 На рис. 3.9 плоскость разреза синхронизаторов проведена через указанные выступы. Синхронизатор низших передач этой коробки имеет аналогичное устройство. Блокирующие кольца 3, 6 взаимо­действуют с подвижной муфтой 4, объединенной с ведомой шес­терней заднего хода через сухари, расположенные в пазах ступицы 5. На рисунке сухари не показаны.

Еще одна конструкция синхро­низатора показана на рис. 3.14. Сту­пица 11 может перемещаться на шли­цах вдоль вторичного вала и имеет зубчатые муфты 7 для соединения с шестернями / и 4. Кроме муфт она имеет по четыре коротких 9 и длин­ных 2 радиальных выступа. Длинные выступы через штифты 3 соединяют ступицу с кольцом 8, в канавку ко­торого входит вилка управления синхронизатором. Между ступицей 11 и кольцом 8 размещается корпус синхронизатора 10. Он представляет собой цилиндрическое тело, имею­щее прорези специальной формы, внутри которых располагаются длин­ные выступы 2 ступицы (рис. 3.146). Прорези корпуса состоят из крайних узких частей и более широкой сред­ней части, соединяющейся с узкими через наклонные поверхности «г». Ширина узких частей прорези не­много больше ширины длинных вы­ступов ступицы.

На концах корпуса закреплены бронзовые конусы трения 5, имею­щие, как и у описанного ранее синх­ронизатора, резьбу для разрушения масляной пленки. Так как поверх­ность колец в данном случае велика и объем снимаемого масла значите­лен, то резьба дополнена маслосбор-

Рис. 3.14. Синхронизатор ко­робки передач тяжелого гру­зового автомобиля

Рис. 3.15. Синхронизатор пальце­вого типа

ными карманами 6, представляющими собой прорези в теле колец. Корпус синхронизатора связан со ступицей посредством шариковых фиксаторов, расположенных в коротких выступах 9 ступицы.

Работает синхронизатор аналогично предыдущему, но блоки­ровка его и образование поворачивающего момента происходят на наклонных поверхностях «г» прорезей корпуса.

На рис. 3.15 показана конструкция синхронизатора, отличающаяся от предыдущей отсутствием специального корпуса. Его роль выпол­няют три пальца 5, связывающие конусы трения 8, рабочая поверх­ность которых аналогична поверхности колец 5 на рис. 3.14. Пальцы 5свободно входят в отверстия /диска 6ступицы. Отверстия /имеют сильно развитые конические фаски 3, а пальцы — утонение в средней части и два конуса 4 (рис. 3.156, в). Центрирование конусов трения относительно ступицы и гарантированная их посадка на конусы шес­терен в начале блокировки синхронизатора осуществляются посред­ством трех фиксаторов, каждый из которых состоит из двух полу­корпусов 2, образующих совместно тело вращения, разрезанное плос­костью, проходящей через его ось. Тело, образованное полукорпусами, имеет в средней части утоненную шейку и два конуса. Полукорггусы вставлены в отверстие диска ступицы так, что шейка контактирует с цилиндрической поверхностью, а конусы — с большими фасками отверстия, прижимаясь к ним под действием двух спиральных пружин /. Между полукорпусами при этом имеется зазор.

При включении передачи диск ступицы через конусы полукор­пусов фиксаторов и их торцы прижимает один из конусов трения к конусу соответствующей шестерни. Блокировка синхронизатора происходит путем окружного смещения конуса трения относительно диска ступицы. При этом один из конусов 4 пальцев 5 (рис. 3.15 а, 6) прижимается к фаске 3 отверстия 7 по некоторой наклонной линии (образующей конуса), на которой и возникает поворачивающий момент, разблокирующий синхронизатор после выравнивания уг­ловых скоростей и исчезновения инерционного момента. В процессе разблокирования синхронизатора фаски 3 отверстий /под действием осевой силы, приложенной к диску 6, давят на конусы 4, отодвигая их в окружном направлении и позволяя ступице через зубчатую муфту 9 соединить шестерню с валом. Сжимаемые фасками полу­корпусы 2 фиксатора при этом сближаются.

Иногда для увеличения прочности и долговечности синхрони­заторов применяют не три, а шесть пальцев, жестко связывающих конусы трения. В этом случае после окончания процесса блоки­рования синхронизатора, когда конус трения прижат к конусу вклю­чаемой шестерни, его фиксация относительно диска должна про­исходить сразу по шести конусам пальцев, что предъявляет слишком высокие требования к точности изготовления деталей. Поэтому ис­пользуют фиксацию только по конусам трех пальцев, а конусы трех других делают более острыми, не способными вступить в контакт с фасками диска. Такая конструкция использована в коробке пе­редач, показанной на рис. 3.10.

Конструкция синхронизатора, представ­ленная на рис. 3.16, аналогична предыдущей, но имеет 4 фиксатора, состоящих из пальцев 1, имеющих возможность скользить в отверс­тии диска ступицы 2 и касающихся торцами конусов трения. Посередине пальцы имеют кольцевые канавки, с которыми взаимодей­ствуют подпружиненные шарики, находящие­ся в утолщенном диске ступицы.

Синхронизатор, изображенный на рис. 3.17, имеет неподвижную ступицу 8 и скользящую по ней подвижную муфту 6. На шлицах 3 включаемой синхронизатором шес­терни / находится блокирующее кольцо 5. Торцы шлицев 3 и зубьев 7 колец 5 имеют треугольный профиль (см. увеличенное изо­бражение Г). Когда передача не включена, блокирующее кольцо под действием пружины 2 упирается в стопорное кольцо 9. В этом положении кольцо /может занимать любое положение относительно шестерни 1 в пределах зазора «а» (рис. 3.17в). При включении пе­редачи подвижная муфта 6 силой водителя смещается влево и кз-

Рис. 3.16. Вариант кон­струкции синхрониза­тора пальцевого типа

Рис. 3.17. Вариант конструкции синхронизатора коробки передач и

схема его работы

сается конуса блокирующего кольца 5. Между конусами деталей 5 и 6 возникает момент трения, величина которого на первом этапе работы синхронизатора обусловлена силой, создаваемой пружиной 2. При различных угловых скоростях шестерни и вала момент трения увлекает кольцо 5 в окружном направлении, и оно, выбирая зазор «а», упирается наклонными торцами своих зубьев 7 в соответст­вующие торцы шлицев 3 (рис. 3.17в). Коническая поверхность кольца устроена аналогично подобным поверхностям других синхрониза­торов. Для уменьшения количества масла около поверхностей трения в подвижной муфте имеются радиальные дренажные каналы 4. Работа синхронизатора после окружного смещения блокирующего кольца происходит так же, как и в предыдущих конструкциях.

После окончания синхронизации и исчезновения инерционного момента муфта 6 продолжает толкать влево кольцо 5, и его зубья

7 своими наклонными торцами поворачивают шестерню относи­тельно вала и, сжимая пружину 2, входят во впадины шлицев шестерни. Подвижная муфта 6, продолжая движение в этом на­правлении, сцепляет посредством своих шлицев 10 через ступицу

8 шестерню с вторичным валом.

Пружина 2, предназначенная в описанной конструкции для осе­вой фиксации положения кольца 5 и гарантированной блокировки синхронизатора, после включения передачи стремится ее выключить. Для предотвращения самовыключения передачи основные шлицы 13 ступицы 8 и шлицы 10 муфты 6 выполнены с боковым зазором (рис. 3.176, в). После включения передачи правые наклонные торцы шлицев 10 муфты располагаются около торцов специально укоро­ченных зубьев 12 ступицы. При передаче шестерней 1 крутящего момента муфта 6 поворачивается относительно ступицы на величину бокового зазора между шлицами Юн 13, а наклонные торцы шлицев 10 вступают в контакт с кромкой шлицев 12, предотвращая само­выключение передачи (рис. 3.17г).

Если во включенном положении муфты зазор между шлицами 10 и 13 выбирается под действием крутящего момента, то при среднем, нейтральном положении муфты этот зазор способствовал бы возникновению колебаний муфты 6 относительно ступицы 8 в окружном направлении. Чтобы устранить это явление, укороченные шлицы ступицы 12 делают полнее, и окружной зазор между ступицей и муфтой имеет обычную минимальную величину.

Описанный способ борьбы с самовыключением зубчатых муфт, управляемое выключение которых производится при отсутствии кру­тящего момента, часто используется в конструкциях коробок пе­редач. Обычное конструктивное воплощение этого приема состоит в изготовлении средней и крайней частей шлицев разной толщины (на рис. 3.10 это касается шлицев 7). Иногда, как сделано, например, в конструкции, показанной на рис. 3.8, эти части разделяют канав­ками.

Рис. 3.18. Многоконусный син­хронизатор

Рис. 3.19. Многодисковый син­хронизатор

Для успешной работы синхрониза­тор должен создавать большой момент трения Мт и иметь малые износы. То и другое зависит от размеров фрикци­онных поверхностей, поэтому конст­рукторы всегда стараются увеличить средний радиус и осевой размер кону­сов. Одно из конструктивных решений этой проблемы показано на рис. 3.10.

Особенно остро проблема сочетания высокой эффективности синхронизато­ров с большим сроком их службы ка­сается большегрузных автомобилей, имеющих массивные детали трансмис­сии, причем в первую очередь это от­носится к синхронизаторам низших пе­редач, где моменты инерции деталей, приведенные к включаемым шестерням, весьма велики. В этих случаях увели­чение поверхностей трения может быть

достигнуто путем увеличения количества трущихся поверхностей (рис. 3.18), иногда для этой цели применяют многодисковые фрик­ционные муфты (рис. 3.19).