Что такое трансмиссионный вал?
Есть много способов генерировать энергию, но иногда трудно производить энергию там, где она необходима, с идеальной величиной и направлением. По этой причине в автомобилях используются трансмиссионный вал и коробка передач. Коробка передач с механической коробкой передач имеет передаточный вал. Для передачи энергии от двигателя к колесам для привода используется коробка передач автомобильной трансмиссии. Во время этой передачи энергии трансмиссионный вал и шестерня снижают мощность до рабочей скорости. Конструкция и технические характеристики трансмиссионного вала имеют большое значение при компоновке трансмиссии автомобиля.
Биения, прогиб коленчатого вала.
Прогиб коленчатого вала часто встречается в длинных коленчатых валах комбайнов, строительной техники. В большей степени изгибу оси подвержены валы рядных двигателей с большим количеством цилиндров. Также изгиб чаще встречается в коленчатых валах изготовленных из некачественного мягкого материала. Проверка коленчатого вала на изгиб несложна. Вал укладывается на призмы, установленные на металлической плите. Вращая коленвал, с помощью индикатора проверяется прогиб оси коленвала. Допускается изгиб до 0,1 мм. Если обнаружен изгиб более 0,1мм, проводится выпрямление коленчатого вала.
Как работает двухвальная МКПП, особенности конструкции
Во время работы ДВС, энергия вращения передается через узел сцепления на ведущий вал коробки. Одна часть шестерен на вторичном и первичном валу может свободно вращаться, а другая – устанавливаться на валу неподвижно. Это зависит от модели КПП. Также для сглаживания угловых скоростей и плавного включения передач на каждом валу есть синхронизатор.
Шестерни валов (вторичного и первичного) постоянно взаимодействуют между собой. Определить, какие из них вращаются, а какие жестко зафиксированы, можно следующим образом. Шестерни у муфт синхронизаторов вращаются на валу постоянно. А на главной передаче они неподвижны.
Для передачи момента от валов КПП на колеса, задействуется дифференциал и главная передача. Для чего служит дифференциал? Он предназначен для изменения угловой скорости вращения ведущих колес. Это актуально при прохождении поворотов и при любой другой смене траектории движения авто. Дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость авто на дороге и равномерный износ шин протектора.
Узел выбора передач находится в корпусе трансмиссии. Он являет собой набор штоков и вилок, двигающий муфту синхронизаторов. Узел выбора передач имеет защиту от включения сразу двух скоростей.
Что происходит во время включения передачи
- Когда рычаг находится в положении «нейтраль», маховик не передает вращательный момент и крутится свободно от диска сцепления. При этом шестерни валов МКПП свободно прокручиваются.
- Если водитель включает передачу, в данный момент перемещается муфта синхронизатора через систему тяг или тросиков.
- Муфта выравнивает обороты вала и используемой шестерни.
- Муфта входит в зацепление с шестерней КПП.
- Вращательный момент передается от первичного на вторичный вал трансмиссии.
- Энергия вращения передается в полном объеме от ДВС на колеса с определённым передаточным числом. Каждая передача имеет свое число. Чем ступень КПП выше, тем оно меньше.
Для того, чтобы выполнить движение назад, применяется дополнительный вал. Он имеет промежуточную шестерню реверсивного движения. Синхронизаторы у данной передачи отсутствуют, поэтому включать ее необходимо только после полной остановки авто.
Устройство
Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:
- картер;
- входной, выходной и промежуточный валы;
- синхронизаторы;
- ведущих и ведомых шестерней;
- механизма переключения передач.
Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.
Валы и блоки шестерней
В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.
С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые
При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей
На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.
Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:
- подвижно на шлицах;
- фиксировано на ступицах.
Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.
В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.
Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.
Механизмы управления
За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.
Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:
- рычага;
- приводов;
- ползунов;
- вилки;
- замка;
- муфты переключения передач.
Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.
Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.
При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.
Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.
Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:
Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.
Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.
Распространенные неисправности
Самой часто встречающейся неполадкой у ИЖ Планета 5 является самопроизвольное выключение второй передачи. Такая проблема распространена и на многих других мотоциклах, но связана эта поломка, зачастую с небрежным переключением передач. При «раскручивании» первой передачи до больших оборотов, минуя «нейтраль» зацепление с шестерней второй скорости происходит удар, что является причиной износа. Для предотвращения такой неисправности не рекомендуется сильно раскручивать первую передачу. Но если всё же вторая умерла, то возможны некоторые способы устранения проблемы:
Самый простой метод, который поможет в некоторых случаях. Положите мотоцикл на правую сторону, затем снимите кик-стартер и рычаг переключения передач вместе с валом. Затем снимите левую крышку картера, ну а после чего демонтируйте корзину сцепления вместе с дисками. При эксплуатации происходит выработка шестерен коробки, из-за чего ухудшается зацепление зубцов. Это приводит к проскальзыванию, рывкам трансмиссии вплоть до отказа работы второй передачи. Иногда, при замене шестерни проблема не всегда решаема, и кроется в износе подшипников первичного вала, который от вибраций со временем уходит влево. Для устранения проблемы нужно убрать стопор подшипника первичного вала, затем этот подшипник смещаем легкими ударами киянки или же молотком через «проставку», таким образом чтобы сместить вал вправо. Для фиксации его в таком положении следует подложить соответствующие по диаметру шайбы под подшипник. Количеством и толщиной шайб добейтесь исключения люфта первичного вала, после чего верните стопор подшипника на его место, соберите корзину сцепления и остальные части в обратном порядке.
- Если пропадает четвертая передача. Зачастую это связано с выходом из строя подшипниками вторичного вала. Это получается из-за появления осевого люфта вторичного вала при смещении подшипников или выхода их строя. Починить такую неисправность можно аналогично ремонту второй передачи, сняв левую крышку картера.
- Если произошло заклинивание переключения передач с повышенных на пониженные — сломалась пружина собачек механизма переключения, которая подлежит замене.
- При тугом переключении коробки после сборки говорит о неверном монтировании регулировочных шайб.
Устройство механики
Сцепление. Нужно для смыкания и размыкания ведущего вала (первичного) с маховиком коленвала. Как работает сцепление на механике, поговорим в следующих обзорах
Первичный вал. Через него передается вращение от двигателя к другим элементам коробки
Вторичный вал или ведомый. Через него момент и скорость передается на ведущие колеса автомобиля.
В зависимости от разновидности коробки передач в ее составе может быть промежуточный вал. Он нужен для передачи вращения от ведущего вала к ведомому. Это трехвальные КПП.
Синхронизаторы. Они предотвращают удары звездочек с валом при включении передачи, синхронизируют их скорости вращения. Продлевают сроки эксплуатации, повышают надежность МКПП и плавность включения скорости
Элементы управления включением и отключением передач в коробки. Бывают тросовые, тяговые и гидравлические
Это не столь важно для нашей темы, главное понять принцип работы механической коробки
Карданный вал
Следующей важной частью автомобиля служит карданный вал. Если брать автомобиль с задним или полным приводом, там он выполняет работу, которая состоит в том, что бы передавать момент движения на ведущую ось
Бывают и автомобили, имеющие передний привод. Бывают и с автоматической коробкой передач. Этот вал состоит из двух труб, которые соединены между собой шарнирами. Это как коленный сустав. Но разница состоит в том, что на сгибе стоит крестовина, а на ней на концах находятся игольчатые подшипники. На эти подшипники одеты детали, называемые вилками. Они то и передают вращение с одного вала на другой. Другим концом карданный вал соединен с редуктором и через него на ведущие колеса.
С ведомым валом коробки ПП соединяется при помощи переходного сочленения. Далее по цепочке – через промежуточный вал связка идет на ведомый.
А проще – при помощи карданного вала обеспечивается достаточно жёсткая связка между ведомым валом и коробкой ПП. Конечно, эта связка не должна мешать перемещению колес, а только помогать. Это как бы опора двигателя, передающая сам момент, который называют крутящимся, при помощи специальных дополнений, к заднему мосту плавно, без перепадов. С момента изобретения и до сих пор сам вал поменялся очень незначительно.
Опорный подшипник 1 промежуточной опоры установлен в кронштейне 2 блока цилиндров двигателя и закрыт крышкой 3.
Подшипники должны использоваться с теми техническими характеристиками, что и были у производителя автомобиля. Если при замене подшипника выявлено, что это подшипник качения с шариками, закрыт металлической шайбой с двух сторон, стандартного размера, не нужно придумывать велосипед, не искать керамические подшипники или, например, высокоскоростные. Покупается и ставится такой же. Игольчатые подшипники на карданном валу для замены также должны отвечать таким же характеристикам, что и «родные».
Принцип работы механической коробки передач
В зависимости от конструкции, рассмотрим принцип работы двухвальных и трехвальных коробок передач. Хочется сразу отметить, что на автомобилях с различным типом приводам используются разные типы КПП:
- Двухвальная – для переднеприводных
- Трехвальная – заднеприводных
Механика с тремя валами
Начнем с последней. В такой коробке находится три вала. Первичные и вторичные валы закреплены на одной оси, но не соединены между собой. Третий вал – промежуточный, расположен ниже двух предыдущих валов. На нем жестко закреплен определенный набор звездочек. В большинстве случаев этот вал с шестернями точат целым из одной заготовки.
Ведущий вал короткий. Он имеет одну звездочку, которая находится в постоянном зацеплении с шестернею промежуточного вала. При отпущенной педали сцепления, момент с маховика двигателя через первичный вал постоянно будет передаваться на промежуточный.
Основные действия по переключению передач происходят на вторичном валу. Его конструкция разительно отличается от двух предыдущих. Звездочки передач не насажены жестко на него и могут крутиться свободно, в независимости от скорости вращения вала. В свою очередь они также находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.
Когда включена нейтральная передача и работает двигатель, все шестерни крутятся и находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Но ведомый вал стоит на месте, а значит, колеса авто тоже не подвижны.
Чтобы передать вращение от звездочек к вторичному валу, нужно их жестко соединить между собой. Для этого применяются муфты соединения, расположенные на этом валу между шестернями.
Муфты насажены на вал, перемещаются по нему при помощи шлицов. Это перемещение происходит за счет вилок – органов управления включением и отключением передачи, они расположены непосредственно на самой муфте. При включении передачи она заходит в зацепление со звездочкой, и момент передается от нее на вал. А затем на колеса.
Более наглядно этот процесс представлен на видео:
Так как скорости вращения шестерней и вторичного вала разные соединить их между собой проблематично. Для этого используются синхронизаторы. Они уравнивают скорости двух элементов, муфта плавно входит в сцепление с шестерней, без ударов. Это обеспечивает надежность и долговечность механической коробки передач.
В зависимости от того, какой крутящий момент нужно передать на колеса автомобиля, выбирается нужная передача. В видеоролике видно, что шестерни для каждой передачи имеют разный диаметр и количество зубчиков. Поэтому для каждой скорости установлено определенной передаточное отношение. В зависимости от него на ведущие колеса передается от двигателя необходимый момент и скорость вращения.
Какая длина трансмиссионных валов?
На рынке представлены трансмиссионные валы разных размеров, но стандартные размеры указаны ниже.
Стандартные размеры или длины трансмиссионных валов (по шагам):
- Для шагов 5 мм, 25 – 60 мм.
- Для шагов 10 мм, 60 – 110 мм.
- Для шагов 15 мм, 110 – 140 мм.
- Для шагов 20 мм, 140 – 500 мм.
Идеальная предписанная длина трансмиссионных валов составляет 5 м, 6 м и 7 м.
Диаметр вала является основным фактором, определяющим межосевое расстояние редуктора и, следовательно, его размер. В процессе проектирования прочность и устойчивость к деформации являются ключевыми моментами, которые необходимо учитывать.
Полезные рекомендации
Запомните, что игнорировать любые признаки неисправностей кардана ни в коем случае нельзя. Если не прислушиваться к этому совету, вы можете столкнуться со следующими последствиями:
- При обрыве кардана повреждается сам кузов автотранспортного средства. Дополнительно кардан может повредить трубопровод, который проходит по днищу автомобиля.
- Если будут наблюдаться постоянные вибрации, это негативно отразится на жёсткости креплений подвески и кузова. Также начнут ослабляться все резьбовые соединения, крепления салонных панелей. Машина буквально начнёт разваливаться на ходу.
- Все детали, непосредственно связанные с карданным валом, будут быстрее и интенсивнее изнашиваться. Это существенно сократит их эксплуатационный срок, потребует ранней замены и дорогостоящего ремонта.
Вряд ли кто-то из автовладельцев осознанно захочет столкнуться с подобными неприятностями.
Но во многом их можно избежать, если придерживаться нескольких простых правил. Все эти рекомендации направлены на увеличение срока службы карданного вала.
Если вы заинтересованы в сохранении ресурса КВ, тогда необходимо:
- постараться минимизировать эксплуатацию автомобиля в условиях пересечённой местности;
- не разгоняться резко;
- плавно трогаться с места;
- длительно не буксовать на машине;
- не экономить на качественных запчастях;
- проводить диагностические мероприятия;
- при возникновении сложных неисправностей обращаться к квалифицированным мастерам.
Карданный вал является во многом важным элементом автотранспортного средства, который хоть и считается промежуточным звеном, но выполняет ключевую роль в работе заднеприводных и полноприводных автомобилей.
Узел не обладает крайне сложным устройством, а его принцип работы понятен многим. Это позволяет самостоятельно решать возникающие проблемы, своевременно обнаруживать неисправности и поддерживать КВ в рабочем состоянии в течение длительного периода времени, просто соблюдая несколько простых правил.
Немного истории
Первые автомобили были заднеприводные. Это обусловлено тем, что для примитивных (с современной точки зрения) автомобилей, с которых начиналось производство, задний привод был дешевле в реализации, надёжнее при использовании, экономичнее в плане потребления топлива и неприхотливее в различных условиях езды.
Первый переднеприводный автомобиль был сконструирован братьями Грэф в 1897 году. Крутящий момент двигателя в этом авто передавался на передние колёса. Идею оценили при разработке гоночных автомобилей в 1920-х годах.
В историю автомобилестроения также вписан один из первый переднеприводных автомобилей Сord L29, изготовленный в 1929 году в Штатах компанией Auburn Automobile. Но даже при всей своей известности, завоёванной преимущественно благодаря элегантному дизайну, на тот момент этот автомобиль по своей популярности всё равно уступал машинам заднеприводного типа.Постепенно конструкция дорабатывалась и совершенствовалась. На сегодняшний день автомобили с ведущими передними колёсами выпускаются практически любым крупным производителем автомобильной техники. Более того, в современном автомобилестроении переднеприводные автомобили более распространены, чем машины других типов трансмиссионной конструкции.
Устранение вибрации с помощью дополнительных крепежей
Установка третьей опоры РК на автомобилях ВАЗ 21213/21214 позволяет уменьшить уровень вибрации раздатки, с этой опорой проще произвести центровку раздаточной коробки. Деталь можно приобрести в автомагазинах или изготовить ее самостоятельно. В комплекте готового изделия идут три длинных шпильки (для модели 2121), для установки третьей опоры на этой машине необходимо будет вывернуть короткие шпильки из корпуса раздатки и установить новые шпильки из комплекта. Ремонт производим следующим образом:
- демонтируем в салоне переднее сиденье пассажира;
- снимаем облицовку тоннеля пола;
- в салоне отодвигаем ковролин, закрывающий кузовной усилитель (спереди рычага ручного тормоза);
- снимаем раздаточную коробку (как вариант, ее можно просто вывесить, но со снятием монтаж третьей опоры делать удобнее);
- крепим на корпусе РК кронштейн новой опоры;
- устанавливаем раздаточную коробку на место, центруем ее в оптимальном положении, крепим боковые опоры;
- совмещаем третью опору с кузовом, просверливаем в днище два отверстия;
- с помощью шайб, болтов и гаек (из комплекта) крепим опору к днищу кузова.
Более эффективно устраняется вибрация за счет установки под раздатку подрамника. Такое приспособление также можно изготовить своими руками или купить готовое изделие в автомагазине.
Для того чтобы установить подрамник, следует снять раздаточную коробку. Производить такую работу удобнее на яме, ремонт выполняем следующим образом:
- оставляем машину на нейтральной передаче;
- отсоединяем от раздатки карданный вал, желательно пометить фланец кардана и РК, чтобы при установке установить карданный вал по меткам – таким образом, исключается появление лишних вибраций;
- демонтируем кронштейн крепления глушителя;
- снимаем траверс КПП;
- поддомкрачиваем раздатку, снимаем боковые крепления РК;
- места посадки подрамника к кузову обрабатываем мовилем;
- насаживаем подрамник на шпильки коробки передач;
- размечаем места крепления подрамника на лонжеронах, сверлим отверстия, наживляем болты на кузове;
- затягиваем все крепления, кроме самих опор раздатки;
- производим центровку РК;
- окончательно затягиваем опоры раздаточной коробки.
Следует отметить, что установка дополнительной опоры или подрамника на РК не всегда приводит к желаемому эффекту, в некоторых случаях вибрация только увеличивается.
Трёхвальная МКПП
Главная ее особенность – число валов. В конструкции используется три вала. Это:
- Ведущий (он же первичный).
- Ведомый (иное название – вторичный).
- Промежуточный.
На трёхвальной МКПП синхронизаторы расположены на валу и не вращаются. Но они могут перемещаться в осевом направлении благодаря шлицевому соединению. Чем еще особенный данный тип МКПП? Узел переключения скоростей находится на корпусе КПП. Он состоит из:
- Рычага.
- Нескольких штоков с вилками.
Дополнительно данный узел оснащается блокирующим устройством, которое защищает от включения нескольких скоростей сразу.
Управление вилкой КПП может осуществляться дистанционно. Такая конструкция используется, когда нет возможности установить рычаг напрямую в коробку. В этом случае конструкция предполагает наличие шарнирных тросов или кулисы. Данный вариант часто используется на автобусах и грузовиках.
Как работает трёхвальная МКПП:
- Когда рычаг КПП находится в «нейтрали», вращательный момент не передается от ДВС на колеса. Когда водитель меняет положение рычага КПП, вилка двигает синхронизатор.
- Муфта выравнивает обороты ведомого вала коробки и шестерни, а далее входит в зацепление.
- Шестерня вторичного вала МКПП блокируется.
- Трансмиссия передает вращательный момент на колеса с определенным передаточным числом.
Переключения осуществляются менее, чем за полсекунды. Каждая ступень работает в определенном диапазоне скорости движения авто.
https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4
