Применяемая на автомобиле коробка передач предназначена в основном
для изменения передаточного числа силовой передачи. Механизм коробки
передач представляет собой набор нескольких пар шестерен, расположенных
на параллельных вал^. Зубчатые передачи служат для передачи
вращательного движения между двумя параллельными или двумя
пересекающимися валами. В коробке передач используются зубчатые передачи
между параллельными валами, а для главной передачи применяются зубчатые
передачи между пересекающимися валами.
Основная особенность зубчатой передачи состоит в том, что при ее
применении можно изменять скорость вращения одного вала относительно
другого. Допустим, что на валу 1 (фиг. 117, а) закреплена шестерня 1 с
10 зубьями и скорость вращения вала 1000 об/мин. На валу II закреплена
шестерня 2,имеющая 20 зубьев. Когда шестерни I и 2 сцеплены и вал /
вращается, движение от него передается на вал II. Однако этот вал
вращается со скоростью, меньшей скорости вращения вала I во столько раз,
во сколько раз число зубьев шестерни 1 меньше числа зубьев шестерни 2. В
нашем примере скорость вращения вала II будет вдвое меньше, а именно 500
об/мин.
Фиг. 117. Зубчатая передача и ее применение.
Дело, однако, не только в том, что скорость вращения вала будет
уменьшена вдвое или в какое-либо другое число раз. При изменении
скорости вращения вала изменяется и усилие, передаваемое этим валом, при
этом чем меньше скорость, тем больше передаваемое усилие. Это явление
широко применяется в технике и в быту. Например, при окраске зданий
люлька с малярами, ведрами и другими необходимыми для работы материалами
и инструментами подвешивается на блоках под карнизом здания и
поднимается одним человеком с помощью лебедки (фиг. 117, в). Чтобы
непосредственно поднять люльку, необходимо преодолеть ее полный вес, что
не под силу одному человеку. При применении же лебедки тяжелую люльку
легко поднимает один рабочий. В механизме лебедки применена зубчатая
передача, благодаря которой усилие рабочего, приложенное к рукоятке,
увеличивается на барабане за счет уменьшенной скорости его вращения.
Вращая вал лебедки, рабочий прикладывает усилие к рукоятке, равное 30-50
кг при скорости 30-40 об/мин. Зубчатая передача лебедки уменьшает
скорость вращения барабана, наматывающего канат, до 4-б об/мин, а
поэтому усилие тяги на канате возрастает до 225-335 кг.
Автомобиль эксплуатируется в самых разнообразных дорожных условиях и
должен преодолевать различные по величине сопротивления движению.
Естественно, что в гору двигаться автомобилю труднее, чем по ровной
дороге, а, например, по асфальтированной ровной дороге двигаться легче,
чем по рыхлой грунтовой или песчаной дороге. Следовательно, автомобиль
должен иметь возможность преодолевать дорожные препятствия и проходить
по различным дорогам.
Из сказанного следует, что должна быть предусмотрена возможность при
движении автомобиля изменять тяговое усилие на ведущих колесах в
необходимых пределах. Изменение тягового усилия достигается изменением
мощности двигателя путем регулирования величины открытия дроссельной
заслонки карбюратора. Однако в условиях эксплуатации автомобиля такого
изменения оказывается недостаточно. Сопротивление движению, например при
трогании автомобиля с места или при движении на крутом подъеме, бывает
так велико, что мощность, развиваемая двигателем даже при полном
открытии дроссельной заслонки, недостаточна.
Таким образом, оказывается необходимым иметь на автомобиле механизм,
позволяющий изменять в достаточно широких пределах величину тягового
усилия, развиваемого ведущими колесами. Нетрудно видеть, что в таком
механизме должны быть использованы рассмотренные выше свойства зубчатых
передач.
Для возможности преодоления самых значительных сопротивлений движению,
например при трогании автомобиля с места, для движения на крутом
подъеме, на тяжелых грунтовых дорогах и т. д., в коробке передач
применяется так называемая низшая передача (обычно первая). Движение
автомобиля на этой передаче характеризуется малой скоростью, но
соответственно большим тяговым усилием на ведущих колесах.
Для современных автомобилей, имеющих, как правило, высокую максимальную
скорость движения, ограничиться одной (низшей) передачей недостаточно.
Очевидно, что для движения с высокой скоростью по хорошей дороге
необходимо иметь высшую, обычно прямую, передачу. Так как автомобиль
эксплуатируется в различных условиях, требуется иметь в коробке передач
несколько промежуточных зубчатых передач.
Каждая пара шестерен характеризуется своим передаточным числом, т. е.
отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей
шестерни.
Довольно часто при эксплуатации во время маневрирования автомобиль
должен передвигаться задним ходом. В этом случае требуется изменить не
только скорость, но и направление вращения ведомого вала силовой
передачи. Достигается это включением в зубчатую передачу дополнительной
шестерни заднего хода.
На легковых автомобилях для получения заднего хода в коробке передач
устанавливается шестерня заднего хода 3 (фиг. 117, б), свободно
вращающаяся на валу ///.
Если установить между шестернями 1 и 2 шестерню 3, то при прежнем
направлении вращения вала I направление вращения вала II изменяется на
противоположное.
Устройство коробки передач автомобиля показано на фиг. 118. В литом
чугунном картере 1 установлены в подшипниках ведущий (первичный) вал 5,
ведомый (вторичный) вал 9 и промежуточный вал 18. Передний конец
ведомого вала 9 установлен в терце первичного вала 5 на роликовом
подшипнике 4. Первичный и вторичный валы не составляют одного целого и
могут вращаться с неодинаковыми скоростями. Первичный вал получает
вращение от маховика двигателя через механизм сцепления и передает
вращение на промежуточный вал посредством пары шестерен 6 и 2,
находящихся в постоянном зацеплении. Вместе с промежуточным валом 18
постоянно вращаются жестко закрепленные на нем шестерни 17, 16 и 15. На
шлицах вторичного вала 9 установлены шестерня 8 второй и третьей
передачи и шестерня 13 первой передачи и заднего хода. Эти шестерни по
шлицам вала передвигаются рычагом переключения передач с помощью
установленных в крышке картера коробки ползунов и закрепленных на них
вилок 10 и 12. Механизм управления коробкой передач устроен таким
образом, что при движении рычага 11 передвигается только одна скользящая
шестерня 8 или 13 и включается только одна какая-либо передача переднего
хода или задний ход. Для включения заднего хода имеется промежуточная
шестерня 14, свободно вращающаяся на неподвижной оси.
Фиг. 118. Устройство коробки передач
Возможные положения скользящих шестерен 8 и 13 коробки передач
показаны на отдельных схемах фиг. 118.
Если ни одна из скользящих шестерен не находится в зацеплении с
соответствующей ей шестерней промежуточного вала, то такое положение
называется нейтральным. Если двигатель работает и сцепление включено, то
вращаются первичный вал 5 и промежуточный вал 18. Вторичный вал при этом
не вращается и автомобиль неподвижен.
Если скользящая шестерня 13 продвинута по шлицам ведомого вала 9 палево
до зацепления с шестерней 16, то включена первая (низшая) передача. При
этом ведомый вал 9 вращается с наименьшей скоростью (при заданной
постоянной скорости вращения ведущего вала 5), так как диаметр шестерни
2 больше диаметра шестерни 6, а диаметр шестерни 13 больше диаметра
шестерни 16. Если скользящая шестерня 8 продвинута по шлицам вторичного
вала 9 направо до зацепления с шестерней 17 промежуточного вала, то
включена вторая передача. В этом случае ведомый вал 9 врашается быстрее,
но все же с меньшей скоростью, чем ведущий вал 5, так как диаметр
шестерни 8 равен или немного меньше диаметра шестерни 17.
Если скользящая шестерня 8 продвинута по шлицам ведомого вала 9 влево и
своим внутренним зубчатым венцом 3 зацеплена с наружным зубчатым венцом
7 шестерни 6, то включена высшая передача. При этом ведомый вал 9
вращается с той же скоростью, что и ведущий вал 5, так как шестерни 6 и
8 соединяют оба вала в одно целое. Поэтому высшую передачу часто
называют прямой, т. е. передачей с ведущего вала прямо на ведомый вал.
При включении прямой передачи промежуточный вал 18 с шестернями
вращается вхолостую.
Если скользящая шестерня 13 продвинута по шлицам ведомого вала 9 направо
до зацепления с промежуточной шестерней 14 заднего хода, то включен
задний ход. В этом случае ведомый вал 9 вращается в направлении,
противоположном направлению вращения ведущего вала и со скоростью еще
меньшей, чем при включенной первой передаче. Происходит это потому, что
диаметр шестерни 15 меньше диаметра шестерни 16. Таким образом,
передаточное число передачи заднего хода является наивысшим, а тяговое
усилие на ведущих колесах - наибольшим. Это позволяет в некоторых
случаях преодолевать особо крутые подъемы, двигаясь задним ходом.