Пары зубчатых колёс меняют скорость и силу вращения.
Шестерни: устройство и принцип работы
Шестерни — часть системы «Коробка передач». Входной вал получает вращение через сцепление. Муфта синхронизатора соединяет выбранную шестерню с валом: пара шестерён задаёт передаточное число. На нейтрали связь с выходным валом разомкнута.
Шестерни передач в модели «Механическая коробка передач»
Пять пар косозубых шестерен постоянно в зацеплении. Ведущие сидят на первичном валу намертво, ведомые свободно крутятся на вторичном. Передаточное число — отношение зубьев: 39 : 11 = 3,55 на первой.
Признаки неисправности
Вой, растущий с оборотами на одной передаче — износ или выкрашивание зубьев этой пары; стружка на магнитной пробке.
Неисправности, связанные с деталью
Изношен синхронизатор 2-й. Признаки: при быстром переключении с первой на вторую слышен хруст или скрежет, рычаг на мгновение упирается. Если переключать медленно, с паузой в нейтрали, передача входит тихо. На холодную хуже. Что происходит внутри: насечка на конусе латунного кольца стёрлась, кольцо село на конус глубже. Трение упало в 4–5 раз: за 0,2 с оно не успевает выровнять обороты, кольцо не блокирует муфту, и её зубья бьют по вращающемуся венцу шестерни. Что проверить: проверить зазор между блокирующим кольцом и венцом шестерни (новое 1,1–1,7 мм, предел около 0,5 мм), состояние масла и полный выжим сцепления. Кольцо меняют, часто вместе с муфтой.
Выбивает передачу. Признаки: на третьей при сбросе или добавлении газа рычаг сам возвращается в нейтраль, обороты подскакивают, тяга пропадает. Водители держат рычаг рукой. Что происходит внутри: на зубьях муфты и венца шестерни стёрся обратный (запирающий) скос, который удерживает муфту в зацеплении, а пружина фиксатора штока ослабла. Осевая сила от косозубого зацепления постепенно выталкивает муфту, и шарик фиксатора уже не держит её. Что проверить: опоры двигателя и коробки (качание агрегата тоже выбивает передачу), зубья муфты и венца, пружину и шарик фиксатора, люфт вилки в пазу муфты (не больше 0,5 мм).
Мало масла. Признаки: коробка воет под нагрузкой, звук растёт со скоростью. Переключение становится туже, на холодную хрустит. Под машиной масляные пятна. Что происходит внутри: уровень упал ниже кольцевой шестерни дифференциала, она почти не черпает масло. Зубья и игольчатые подшипники работают на остатках плёнки, масло греется до 120 °C и выше, металл изнашивается. Что проверить: уровень по заливной пробке на ровной площадке, сальники приводов и первичного вала, сапун. Залить масло нужной вязкости; при сильном вое — разбирать коробку.
Как коробка меняет силу на скорость
Двигатель тянет хорошо только в узком диапазоне оборотов, а машине нужна скорость от нуля до 200 км/ч. Коробка подбирает, во сколько раз замедлить вращение колёс относительно мотора.
Пары зубчатых колёс. Маленькая шестерня крутит большую: обороты падают во столько раз, во сколько больше зубьев, а момент во столько же раз растёт. 39 : 11 = 3,55 — это первая передача.
Все шестерни всегда в зацеплении. Ведомые шестерни свободно крутятся на вторичном валу. Передачу включает не шестерня, а муфта синхронизатора: она сцепляет одну шестерню с валом через зубчатый венец.
Синхронизатор выравнивает обороты. Перед включением шестерня и вал крутятся с разной скоростью. Латунное кольцо трением о конус выравнивает их за доли секунды, и пока разница есть, кольцо не пускает муфту дальше.
Главная пара и колёса. Вторичный вал крутит дифференциал ещё через пару 17/69 (4,06). Скорость = обороты ÷ (передача × 4,06) × длина окружности колеса: 3000 об/мин на 5-й — это около 103 км/ч.
Упрощения модели
Ход муфты синхронизатора и смещение блокирующего кольца увеличены, иначе их не видно. Вращение на экране замедлено в 250 раз, соотношения скоростей валов — точные. Цветные полосы на валах — только метки, чтобы было видно вращение гладкого вала.
Разгон машины упрощён: сцепление при трогании не моделируется, двигатель держит заданные обороты, а машина разгоняется с ускорением, которое позволяет момент на колёсах.
Реальные коробки бывают с синхронизаторами 3–4 и 5 на первичном валу и со скользящей паразитной шестернёй заднего хода; принцип тот же.
Шлицы ступиц, игольчатые подшипники и сапун показаны условно.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.