Обойма малая синхронизатора
Для облегчения включения второй и третьей, четвертой и пятой передач на вторичном валу установлены два конусных синхронизатора инерционного типа.
Назначение синхронизаторов - уравнивать при включении передачи угловые скорости вращения включаемой шестерни и вторичного конусного кольца вала за счет трения между конусным кольцом синхронизатора и конусом шестерни, в результате чего и достигается бесшумное и безударное включение передачи.
Синхронизатор состоит из передвижной каретки, движущейся по шлицам вала, и цилиндрической обоймы с двумя бронзовыми конусными кольцами. Обойма удерживается на каретке в среднем положении при помощи четырех фиксаторов, состоящих из пружины и шарика. На конической поверхности конусных колец обоймы нарезаны мелкие кольцевые канавки, назначение которых - разрывать масляную пленку в момент соприкосновения конусного кольца обоймы с конусом включаемой шестерни, вследствие
На каретке с двух сторон имеются зубчатые венцы, которые могут входить в зацепление с зубчатыми венцами на шестернях и образовывать с ними зубчатые муфты.
По окружности каретки расположены четыре шипа прямоугольного сечения, концы которых проходят через фигурные пазы в обойме. Снаружи на концах шипов при помощи штифтов укреплена муфта, в кольцевую проточку которой входят лапки переключающей вилки.
Процесс синхронизации происходит за три последовательных этапа:
- Уравнивание угловых скоростей включаемой шестерни и вторичного вала.
- Разблокировка обоймы и каретки синхронизатора.
- Включение зубчатой муфты.
Для правильной работы синхронизатора сцепление в момент переключения передачи должно быть полностью выключено.
Синхронизатор действует следующим образом. При передвижении каретки синхронизатора с некоторым усилием из нейтрального положения к вращающейся шестерне включаемой передачи одновременно с кареткой будет двигаться и обойма с конусными кольцами. Каретка и обойма будут перемещаться до тех пор, пока конусное кольцо обоймы не войдет в соприкосновение с конусом на шестерне. В этом случае между конусами обоймы и шестерни возникает трение, и шестерня включаемой передачи, вращаясь со скоростью, отличной от скорости вторичного вала, начнет увлекать за собой обойму, стремясь повернуть ее на некоторый угол, пока шипы каретки не войдут в углубление со скосами в середине фигурных пазов обоймы. При этом обойма и шипы каретки под действием сил инерции вращающихся масс валов и колес, связанных с включаемой шестерней, будут с силой прижаты друг к другу и, таким образом, осевое усилие от каретки к обойме будет передаваться уже не только через шарики фиксаторов, но и непосредственно через скосы в пазах обоймы. При дальнейшем приложении усилия к каретке между скосами в пазах обоймы и фасками на шипах каретки возникает сила, которая, с одной стороны, будет продолжать прижимать обойму к конусу на шестерне и создавать трение, обеспечивающее уравнивание скоростей вращения шестерни и вторичного вала, и, с другой стороны, будет стремиться повернуть обойму в обратном направлении.
Когда скорости вращения включаемой шестерни и вторичного вала сравняются и взаимное скольжение колец прекратится, сила инерции, прижимающая обойму к каретке и препятствующая осевому перемещению каретки, исчезнет; освобожденная обойма под действием скосов провернется вместе с шестерней и всей системой связанных с ней колес и валов на некоторый угол относительно вторичного вала, достаточный для того, чтобы шипы каретки вышли из углублений в пазах обоймы.
Каретка при этом под продолжающимся действием осевой силы преодолеет сопротивление шариковых фиксаторов и, скользя по шлицам вала, без удара войдет зубчатым венцом в зубчатый венец включаемой шестерни, соединив шестерню с вторичным валом.
Для предохранения от самовыключения передач зубья зубчатых муфт синхронизаторов и шестерен выполнены конусными по длине (в виде ласточкина хвоста) с уклоном 1 градус. Кроме того, для повышения надежности включения шлицы, по которым движется каретка синхронизатора, на некоторой длине, подобранной расчетом, сделаны тоньше на 0,3-0,4 мм с каждой стороны. Образовавшийся уступ, в который упирается каретка при включенной передаче, не позволяет ей самопроизвольно выключиться из зацепления с шестерней и в то же время при выключенном сцеплении не препятствует переключению передачи.
Материал обоймы синхронизатора - сталь 40Х, конусных колец обоймы-бронза ОЦС 5-5-5. Каретки синхронизаторов изготовляют из стали 15ХГНТА и затем цементуют и калят до твердости НЯС 58-64.
Для облегчения управления коробкой передач, т. е. бесшумного и безударного переключения передач, служат синхронизаторы, работоспособность которых в значительной степени зависит от сил, действующих в колебательной системе двигатель - трансмиссия. Это особенно заметно на короткобазных автомобилях с большим углом наклона карданного вала.
Появление трещин на стимулировало проведение обоймах синхронизаторов исследовательских работ по выявлению причин отказов и путей их устранения.
Учитывая большое влияние кинематической схемы трансмиссии на работу синхронизаторов, эти исследования проводили на автомобиле МАЗ-500 и на специально созданном стенде, позволяющем влиять на величину и характер передаваемых нагрузок.
Стенд был оборудован как тензометрической, так и специальной аппаратурой для визуальной оценки направления и характера колебаний, позволяющей также производить ускоренную киносъемку процесса.
Поскольку в основе выдвинутой гипотезы лежало предположение о максимальных возмущающих нагрузках со стороны трансмиссии, созданная установка позволяла изменять как угол наклона карданного вала, так и неравномерность его вращения. В процессе исследований была выявлена зависимость амплитуды крутильных колебаний в трансмиссии от угла наклона карданного вала и угла поворота вилок кардана.
В конечном итоге были определены максимально допустимые углы наклона карданного вала на автомобиле и необходимость строгого контроля расположения вилок в одной плоскости при монтаже карданной передачи. Угол наклона карданного вала на короткобазных автомобилях установлен 7о вместо 12-14°, и найдено максимально допустимое отклонение вилок карданного вала от положения в одной плоскости.
Одновременно с работами по снижению нагрузок от возмущающих сил трансмиссии проводился поиск резервов по повышению надежности и прочности деталей собственно синхронизатора.