Работа синхронизатора коробки передач: Устройство и неисправности синхронизатора коробки передач

Содержание

Механическая коробка передач (МКПП). Синхронизатор КПП

Механическая коробка передач (МКПП) – является устройством для передачи, преобразования и изменения направления крутящего момента от маховика двигателя. В данном виде коробки передач переключение ступеней производится направленными механическими движениями рычага переключения передач.

В МКПП осуществляется ступенчатая передача крутящего момента на вторичный вал и, далее на привод колес. Ступенчатая передача подразумевает под собой определенный коэффициент передачи (передаточное число) в паре взаимодействующих шестерен ведущего и ведомого валов, в отличие, например от вариатора, у которого плавающий коэффициент передачи. Определяется передаточное число соотношением количества зубьев взаимодействующих шестерен. Самое большое передаточное число у меньшей ступени, соответствующей «первой» передаче.

По количеству ступеней механические коробки переключения передач делятся на четырех ступенчатые, пяти и шести ступенчатые.

4-х ступенчатая коробка на данный момент большая редкость, а вот пяти ступка является наиболее распространённой.

По количеству валов, МКПП подразделяются на трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач может применяться в автомобилях с передним и задним приводом, в то время как двухвальная более подходит для  легковых авто с передним приводом. Для большегрузных автомобилей так же применяется коробка трехвальная.

 

Трехвальная МКПП

 

В коробках этого типа применяется три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.

Ведущий вал выходит из корпуса коробки, для соединения своими шлицами с диском сцепления и применяется для передачи крутящего момента на вал промежуточный.

Промежуточный вал располагается параллельно ведущему и соединен с ним при помощи шестерни, которая жестко установлена на ведущем валу. На промежуточном валу так же находится блок шестерен.

Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим, но при этом вращается независимо от него. На ведомом валу располагается блок шестерен, которые не имеют жесткой сцепки с самим валом. Между шестернями располагаются муфты синхронизаторов, которые жестко сидят на валу, но могут двигаться вдоль вала. На конце муфты синхронизатора расположены зубчатые венцы, которые в процессе работы «входят» во «внутрь» шестерни ведомого вала, таким образом, получается жесткое соединение вала и ведомой шестерни заданной передачи. В нейтральном же положении все шестерни ведущего, промежуточного и ведомого вала вращаются в холостом ходу, ведомый вал стоит на месте, поскольку венец синхронизатора не соединен с внутренним венцом шестерни. Работа синхронизатора будет описана ниже.

Вилки переключения находятся в корпусе механической коробки передач, шарнирно связаны с рычагом переключения передач и предназначены для перемещения муфт синхронизаторов вдоль ведущего и ведомого вала.

Корпус МКПП выполнен из легкого металла, предназначен для крепления внутри всего механизма переключения и заливки смазывающего вещества, обычно это трансмиссионное масло. В старых советских версиях коробок передач применялся нигрол.

Рычаг переключения передачи может находиться непосредственно в коробке передач, или смонтированным на кузове автомобиля. В этом случае применяется дистанционное управление с помощью тросов или рычагов на шарнирах. Механизм дистанционного переключения передач в народе именуется «кулиса».

 

Рассмотрим принцип работы трехвальной МКПП. Крутящий момент от диска сцепления передается на первичный вал, который, как говорилось выше, передает вращение на промежуточный вал, шестерни промежуточного вращают шестерни ведомого, но сам ведомый вал не вращается. Водитель поворачивает рычаг включения передачи, например первой скорости, передвигая его влево. В этот момент выбирается нужная для включения вилка, далее происходит продольное движение рычага. Под его действием вилка начинает двигаться вдоль ведомого вала, приводя в действие синхронизатор. Синхронизатор совмещает угловую скорость вала и шестерни, после этого в действие приводится зубчатый венец, который входит в шестерню, жестко связывая ведомый вал и шестерню. Именно этот щелчок вхождения венца и фиксации ощущает на рычаге водитель. После этой процедуры крутящий момент передается на хвостовик коробки передач, далее через карданный вал на задний мост автомобиля (для заднеприводных моделей).

Варьировать передаточное число можно применяя меньшее количество зубьев на ведущей шестерни и большее на ведомой, со ступенчатым изменением количества зубьев в сторону уменьшения, для ведомой. Но наступит тот момент, когда число оборотов двигателя внутреннего сгорания автомобиля приблизится к числу оборотов ведомого вала, тогда передача крутящего момента посредством шестерен теряет смысл. Именно поэтому в трехвальных коробках применяется прямая передача, то есть ведущий вал напрямую, через синхронизатор коробки передач соединен с ведомым валом, коэффициент передачи равен единице.

У двухвальных МКПП прямая передача отсутствует.

Для передачи «задний ход» вводится дополнительная шестерня, которая располагается на отдельном валу и включается между промежуточным валом и ведомым, тем самым обеспечивая реверсное вращение ведомого вала. В МКПП применяются косозубые шестерни, благодаря чему происходит «мягкое» включение передач.

 

Двухвальная МКПП

 

В двухвальной коробке есть только два вала – ведущий и ведомый.

Предназначение всех элементов такое же, как и у трехвальной. Различие состоит в параллельном расположении валов, и передача создается одной парой шестерен (у трехвальной работают две пары). У двухвальной механической коробки передач нет прямой передачи. Шестерня главной передачи жестко крепится на ведомом валу, между остальными шестернями находятся синхронизаторы.

Как правило, у двухвальных коробок передач совмещены в одном корпусе непосредственно узел переключения передач, валы, блоки шестерен, синхронизаторы и дифференциал.

Для уменьшения продольного размера в двухвальных коробках могут применяться несколько ведомых валов. В этом случае все вторичные валы (попеременно) своей шестерней главной передачи, вращают ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие дифференциал.

Для передачи «задний ход», так же как и в трехвальной коробке применяется дополнительный вал с промежуточной шестерней. Принцип действия тот же.

Для удерживания включенной передачи в МКПП (для всех видов) применяются фиксаторы, а для исключения включения сразу двух передач устройство блокировки.

Существенно отличается и механизм включения передачи в двухвальной коробке. Если в трехвальной переключение происходит выбором вилки рычагом переключения, то в двухвальной применяется шток переключения и рычаги выбора передачи. Сам процесс выглядит следующим образом – при повороте рычага переключения передачи в салоне авто, в действие приводится рычаг выбора передачи, далее следует продольное движение и привод в действие штока, который и толкает нужную вилку для блокировки шестерни на ведомом валу при помощи зубчатого венца муфты синхронизатора.

 

Синхронизатор коробки передач

Схема устройства синхронизатора: 1 — ступица; 2 — муфта; 3 — блокировочные кольца; 4 — сухари; 5 — проволочные кольца.

Как говорилось выше, синхронизатор КПП предназначен для бесшумного включения передачи путем выравнивания угловой скорости вала и шестерни. В устройство синхронизатора входит:

  • муфта
  • два блокировочных кольца
  • сухари
  • проволочные кольца

Ступица жестко крепится на ведомом валу. На ступице имеются пазы для сухарей и наружные зубья. На зубьях ступицы крепится муфта при помощи сухарей, которые находятся в канавках. Сухари прижимаются кольцами или подпружиненными шариками. Блокировочные кольца находятся по краям муфты и имеют снаружи зубья. На конической поверхности блокировочных колец наносятся продольные канавки или резьба для увеличения силы трения.

Работает синхронизатор так: включая передачу вилка, перемещает муфту в направлении нужной шестерни. Вместе с муфтой в сторону шестерни движется и блокировочное кольцо, благодаря усилию сухарей. Из-за разности угловых скоростей шестерни и вала на конической поверхности возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора. Зубья муфты и блокировочного кольца станут друг против друга, значит дальнейшее движение муфты, прекратится. После наступает момент выравнивания скоростей, а затем муфта свободно проходит через блокировочное кольцо и входит в соединение с внутренними зубцами включаемой шестерни, блокируя ее вместе с ведомым валом. Все — передача включена!

Синхронизатор может включить поочередно две шестерни ведомого вала.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Синхронизатор коробки передач — как устроен и как работает

Выпускаемые на сегодняшний день транспортные средства становятся все более замысловатыми в техническом плане. Это хорошо сказывается на управлении автомобилем, которое становится все более комфортным. Сложно представить, однако в автомобильных КПП не всегда присутствовало такое устройство, как синхронизатор. Ранее для переключения передач приходилось применять двойное выжимание сцепления. Сначала сцепление выжималось для рассоединения коробки передач с коленвалом, а затем, напротив, для их соединения. Однако время идет. Механика и машиностроение шагнули в будущее. Появление синхронизатора КПП значительно увеличило срок эксплуатации КПП в целом, а также отдельных ее составляющих. Удобнее управлять транспортным средством стало и водителю. Об этом далее в статье.

Синхронизированные КПП, что это означает

В наше время фактически все механические и роботизированные коробки являются синхронизированными. Для включения скорости в коробках данного типа необходимым условием является выравнивание частоты вращения шестерни и вала. Синхронизацию обеспечивает такое устройство, как синхронизатор. Помимо плавного переключения скоростей он способен снижать шум при переключении скоростей, уменьшать износ механического соединения и, тем самым, повышать срок эксплуатации коробки передач. Синхронизаторами оснащаются все передачи КПП легкового транспортного средства, включая и передачу заднего хода.

Зачем нужен синхронизатор коробки передач

Задача коробки передач очень проста — менять частоту вращения между коленвалом двигателя внутреннего сгорания, или первичным валом самой коробки, что одно и то же, так как их частота одинакова, и карданом, усилие от которого впоследствии через определённые промежуточные механизмы приводит во вращение колёса автомобиля. За счёт разности диаметров и, соответственно, количества зубьев больших и малых шестерён, установленных на первичном, а также вторичном валах коробки, можно выбирать соотношение, с которым будут вращаться колёса относительно двигателя. То есть этот принцип существует в механизме скоростей горного велосипеда, где в зависимости от изменения пар работающих в зацепление шестерён меняется скорость вращения колёс.

Шестерни крутятся всегда и все, только синхронизатор коробки передач задействует нагрузку на определённые им пары скоростей: первая, вторая, третья, четвёртая, пятая, задний ход и так далее. От коленвала двигателя через сцепление крутящий момент подаётся на первичный вал, где через синхронизатор соединяет соответствующую пару передач и вращение передаётся дальше. У переднеприводных автомобилей через шарниры равных угловых скоростей момент передаётся на ступицы передних колёс. У заднеприводных автомобилей через промежуточный карданный вал, закреплённый снизу днища на подвесных подшипниках, крутящий момент получает главная передача, расположенная на заднем мосту. При помощи удара вращение получают задние колёса.

Принцип работы синхронизатора коробки передач

Работа синхронизатора коробки передач позволяет системе трансмиссии вращаться с одной скоростью. Переключение шестерён муфтами синхронизатора предохраняет зубья, но удар на себя принимают зубья муфты. Удар происходит из-за того, что скорость вращения валов неодинакова, другими словами, валы не синхронизированы. Если скорости вращения вторичного вала с шестернями какой-нибудь из передач уровнять, то она будет включаться легко и бесшумно. Это можно сделать, используя силу трения.

Если на одном из валов закрепить конус, а на другом конические передачи, при их соприкосновении трение будет подгонять отстающий вал, тормозя обгоняющий, а валы будут вращаться с одинаковой скоростью. Коническое кольцо изготовлено с заострёнными зубьями, имеет несколько видов механической обработки, позволяющей бесшумно выполнять свою функцию в трансмиссии весь период эксплуатации. Помимо этого, благодаря пористой структуре внутренней поверхности скользит по валу, что позволяет удерживать смазку, тем самым улучшая скольжение и увеличивая период службы детали. Вращение двух независимых систем с одинаковой скоростью называется синхронным. Механизм, который выравнивает скорость вращения шестерни и вала называется синхронизатором. Работа синхронизатора позволяет легко включать передачи одним движением, а это сохраняет зубья муфт.

На труднопроходимых, извилистых дорогах, в условиях оживлённого городского движения водителю приходится часто переключать скорость, синхронизация которой значительно улучшает процесс, облегчая его. Синхронизатор переключается системой рычагов и вилок, передвигаясь по валу, обслуживает, соединяя находящиеся по бокам от него шестерни в соответствующие пары передач с шестернями вторичного вала.

Все узлы переключения синхронизаторов разработаны таким образом, чтобы эффективно и долговечно обслуживать, передавая создаваемый двигателем внутреннего сгорания крутящий момент соответственной мощности. Наиболее нагруженным узлом, подверженным нескольким видам циклических колебаний и износов, является сцепление. Фрикционные накладки, взаимодействуя при помощи сил трения, создают зацепление с маховиком двигателя, при этом также применена прижимная сила пружин и лепестков корзины сцепления, то есть в процессе прижимания синхронизируется мотором и первичным валом коробки переменных передач. Материал же фрикционных накладок подобран таким образом, чтобы обеспечить наилучший коэффициент сцепления с материалов маховика, которым является чугун.

Виды износов шестерён синхронизаторов и обслуживание коробки передач

От постоянного соприкосновения между подвижными частями шестерён возникают силы трения, а также ударные силы при непосредственном вхождении в зацепление зубьев. Всё это в процессе эксплуатации приводит либо к естественному износу деталей, либо к аварийному износу. Естественный износ шестерён и подшипников вызывает характерный шум в работе узла, по которому, не разбирая коробки передач, зачастую возможно определить его причину.

Аварийный износ происходит реже, но его последствия в виде неожиданного, резкого разрушения зубьев шестерён, подшипников, помимо характерных звуков, приводит к невозможности дальнейшей эксплуатации без разборки и ремонта автомобиля в целом. Принцип работы синхронизатора коробки передач основан на том, что при эксплуатации основным критерием его обслуживания является качество используемой смазки. На периодичность её замены влияют некоторые факторы, такие как состояние дорог, загруженность автомобиля, а при усреднённых режимах эксплуатации — пробег.

Синхронизационные кольца, как и остальные подвижные детали, подвержены процессам износа. Признаками неисправной работы синхронизаторов может служить хруст при переключении скоростей. Внутренний износ колец, а также увеличение пятна контакта зубьев детали, возникающими от ударов при вхождении в зацепление, вследствие постоянного взаимодействия с шестернями, приводят к заеданию механизма синхронизации, что в целом ухудшает работу коробки перемены передач. В таких случаях замена синхронизаторов восстанавливает до необходимого уровня управляемость систем переключения пар по всем передачам. Современные металлизированные смазки обеспечивают повышенную защиту от износа зубчатых колёс, подшипников и так далее. Нам было бы очень интересно узнать ваше мнение по этой теме.

carextra.ru

Принцип действия синхронизатора

Когда рычаг коробки находится в нейтральном положении, муфты синхронизаторов занимают среднюю позицию, шестеренки на ведомом валу беспрепятственно вращаются, передача усилия не производится. Когда водитель выбирает нужную передачу, вилка перемещает муфту в направлении шестерни. Совместно с муфтой происходит сдвиг сухарей, влияющих на блокирующее кольцо, которое прижимается к конусу шестеренки.

На поверхности создается сила трения, поворачивающая кольцо до упора сухарей в пазах кольца (от проворачивания кольцо стопорится). В этой позиции блокирующее кольцо не позволяет муфте синхронизатора перемещаться по оси вала, поскольку торцы шлицев муфты находятся напротив торцов шлицев блокирующего кольца.

Затем под воздействием сил трения скорости ведомого вала и шестерни синхронизируются. Когда скорости выравнены, блокирующее кольцо под влиянием шлицев муфты поворачивается в другую сторону, снимается блокировка муфты, шлицы муфты беспрепятственно проходят, чтобы зацепиться с венцом шестерни. Вторичный вал КП жестко соединяется с шестерней. Несмотря на массу операций, весь процесс включения передачи и синхронизации занимает доли секунды.

Синхронизаторы коробки передач: устройство, как работает

Большая часть коробок передач, устанавливаемых в современных автомобилях, синхронизированы, что означает следующее: регулирование частоты поворотов шестерней предшествует изменению скорости на транспортном средстве с такой коробкой передач. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что за выполнение указанного действия несут специальные синхронизирующие приборы.

Устройство синхронизатора

Синхронизатор КПП в сборе

Здесь важно объяснить, что такое синхронизатор. Специалист ответит, что синхронизатор КПП это устройство, дающее возможность изменять скорость перемещения более плавно и менее заметно как для человека, управляющего авто, так и для людей, которые размещаются внутри салона. В этом заключается основное назначение синхронизатора. Также синхронизатор коробки передач полезен продлением срока полезного использования МКПП, сокращением уровня шумов в процессе изменения скоростей. Данные свойства говорят о следующем: работа синхронизатора приносит пользу автомобилю, поэтому современные водители нередко приобретают его для монтажа в КПП. Обратитесь к специалистам, чтобы установить нужную и полезную вещь.

Схема синхронизатора

Стрелкой указано положение синхронизатора

Основа полезного прибора — это сила трения на период уравнивания скорости автомобиля. Количественный показатель этой величины становится больше при увеличении разницы между двумя величинами: частотой движения шестеренок и вала. Данное условие соблюдается лишь в том случае, если площадь двух соприкасающихся поверхностей увеличивается. На практике это обеспечивается за счет дополнительных приспособлений, вводящихся в устройство. Здесь речь идет о специализированных кольцах.

Синхронизирующий прибор включает в свой состав следующие приспособления:

  1. Муфта, выступающая в качестве связующего элемента, который объединяет вал и шестеренки. Она призвана обеспечивать прочное объединение отдельных деталей коробки передач. Муфта синхронизатора устанавливается выше ступицы и представляет собой насадку. Внутри приспособления находятся небольшие выемки с проточенным участком, сделанным под параметры колец. В проточенных участках располагаются сухарные выступы. Наружной стороной муфта соединяется с трансмиссионной вилкой.
  2. Колесная ступица, которая является конструктивной базой. Данная деталь оснащена шлицами, которые находятся внутри и снаружи. Они нужны для обеспечения соединения с другими элементами. Это позволяет ступице передвигаться по оси согласно выбранной траектории. На её окружности на равном расстоянии находятся несколько пазов, в каждом из которых находятся сухари. Они нужны для обеспечения взаимодействия с блокирующим кольцом. В процессе синхронизации и активации какой-либо скорости, выполняется блокирование муфты.
  3. Кольцо блокировки. Для чего оно нужно? Прежде всего, для своевременной и верной синхронизации. Основное назначение заключается в блокировке несвоевременного замыкания муфты, когда скорость движения шестеренок и вала еще не достигли идентичных значений. Внутренняя поверхность данного элемента устроена таким образом, чтобы обеспечивать эффективное взаимодействие с шестереночным конусом. За счет углублений, находящихся на внешней стороне, блокируется функционирование муфты.
  4. Шестеренки с фрикционным конусом.

В коробке передач устанавливаются разные кольца, которые будут отличаться по конструкции.

Для оптимизации сил, растрачиваемых приспособлением на изменение передачи, требуется сделать поверхность соприкосновения больше. Для этого были созданы синхронизаторы автомобильных коробок передач, снабженные несколькими конусами со вспомогательными блокировочными кольцами.

Работа синхронизатора механической коробки передач

Если вы решили установить данное приспособление в свое авто, то должны узнать, как работает данное изделие. Принцип работы синхронизатора КПП заключается в следующем: когда переключатель зафиксирован в положении «нейтраль», то муфты прибора находятся в среднем положении. При этом передача мощности сквозь них совершенно исключена, а шестеренки, расположенные на главном валу, не создают препятствий к совершению вращательных движений.

Принцип работы синхронизатора

Если водитель решает изменить скорость, то муфта моментально передвигается и принимает положение, идентичное тому, которое занимают шестеренки. Это сопровождается переменой расположения сухарей, оказывающих влияние на блокирующее кольцо синхронизатора. В итоге кольцо укладывается вплотную к шестереночному конусу. Сила трения, создающаяся при соприкосновении поверхностей, приводит к тому, что кольцо внутри синхронизатора начинает проворачиваться до того самого момента, пока сухари не станут в упор с пазами.

Ремонт синхронизатора

Никто не может гарантировать, что устройство не выйдет из строя. В таком случае возникает необходимость в его незамедлительной починке. Сразу следует отметить, что работа синхронизатора не имеет прямого отношения к функционалу сцепления, следовательно, нет никакой необходимости в замене. Если вас беспокоит какая-либо проблема, с ней следует обратиться к официальному продавцу автомобилей данной марки. Если у вас есть достаточные знания и практические навыки, то можно попытаться провести регулировку без посторонней помощи.

В некоторых случаях ситуацию может исправить только замена синхронизатора. Эта процедура проводится в несколько этапов:

  1. Отсоедините коробку передач от прочих деталей.
  2. Очистите все поверхности от посторонних частиц.
  3. Снимите кронштейн.
  4. Разъедините вилку коробки от КПП, открутив гайку, скрепляющую эти элементы.

Установка нового и исправного приспособления производится в обратном порядке. Опытный мастер поменял бы устройство за считанные минуты.

prokpp.ru

Синхронизатор КПП, устройство, конструктивные особенности

Неотъемлемая часть любого синхронизатора — ступица, которая имеет специальные шлицы, находящиеся внутри, с помощью которых она соединяется со вторичным валом КП, позволяя перемещаться в осевом направлении. Внешние же шлицы предназначены для соединения ступицы с муфтой включения. Непосредственно на ступице есть три дополнительных паза, которые расположены под углом в 120 градусов — в них находятся сухари. Они подпружинены и предназначены для более эффективного стопорения муфты в процессе синхронизации.

Муфта синхронизатора КП предназначена для надежного сопряжения шестерни и вала в КПП. Она находится на ступице и снабжена внутренними пазами. С помощью сухарей и кольцевой проточки оба данных элемента надежно соединены между собой. С наружной стороны муфта сопряжена уже прямо с вилкой коробки передач.

Блокирующее кольцо предназначено для сопряжения и не дает муфте возможности оказаться замкнутой до того момента, пока скорости вала и шестерни не будут идентичными. Внутренняя часть кольца производится в виде конуса и взаимодействует с фрикционным конусом, который находится прямо на шестерне.

Конструкция синхронизатора

Устройство синхронизатора

Синхронизатор состоит из следующих элементов:

  • ступица с сухарями
  • муфта включения
  • блокировочные кольца
  • шестерня с фрикционным конусом

Основу узла составляет ступица, имеющая внутренние и наружные шлицы. С помощью первых она соединяется с валом коробки передач, перемещаясь по нему в разные стороны. С помощью наружных шлицев ступица соединяется с муфтой.

Ступица имеет три паза, расположенных под углом в 120 градусов относительно друг друга. В пазах находятся подпружиненные сухари, которые помогают фиксировать муфту в нейтральном положении, то есть в тот момент, когда синхронизатор не работает.

Муфта служит для обеспечения жесткого соединения вала коробки передач и шестерни. Она находится на ступице, а с внешней стороны соединяется с вилкой коробки передач. Блокировочное кольцо синхронизатора необходимо для синхронизации частоты вращения при помощи силы трения, оно препятствует замыканию муфты до того момента, пока вал и шестерня не будут иметь одинаковую скорость.

Внутренняя часть кольца имеет форму конуса. Чтобы увеличить поверхность соприкосновения и снизить усилие при переключении скоростей используются многоконусные синхронизаторы. Помимо одиночных применяются и двойные синхронизаторы.

Двойной синхронизатор помимо конического кольца, которое крепится к шестерне, включает в себя внутреннее и наружное кольца. Коническая поверхность шестерни здесь уже не используется, а синхронизация происходит за счет использования колец.

Многоконусные синхронизаторы, для чего их устанавливают в КПП

Чтобы передачи переключались более плавно, а также для увеличения надежности, используются многоконусные синхронизаторы, к примеру, двух либо трехконусные. Вариации с тремя конусами — наиболее сложные, однако и наиболее прочные. В основном они используются в автоматических коробках-роботах. Также их устанавливают на некоторые иномарки.

Синхронизатор коробки передач: принцип работы

Сложно представить, но в автомобильных коробках передач не всегда присутствовал синхронизатор КПП для выравнивания частоты вращения между валом и шестерней. Раньше для того чтобы произвести переключение скоростей, приходилось использовать двойное выжимание сцепления. Первое для того чтобы рассоединить коробку передач с коленвалом, а второе, наоборот, для их соединения после того как будет произведена смена передаточной пары (смена скорости).

Но время идёт. Машиностроение и механика шагнули в будущее. На смену постоянному передергиванию педали сцепления пришёл синхронизатор КПП, что существенно увеличило срок службы коробки передач в целом и отдельных её составляющих в частности. Удобнее управлять автомобилем стало и водителю.

Что такое синхронизатор КПП

Устройство синхронизатора КПП, равно, как и сам синхронизатор ВАЗ — это механическое узел, состоящий из 4 частей:

  1. Обойма синхронизатора или ступица с тремя фиксаторами;
  2. Две кольцевых пружины;
  3. Два фрикционных конусных кольца;
  4. Муфта переключения.

Такая вот нехитрая конструкция синхронизатора ВАЗ обеспечивает принцип работы сразу двух передач.

Неисправности синхронизатора и способы их устранения

При появлении каких-либо затруднений с переключением передач, большинство автовладельцев, которые имеют хотя бы базовые знания об устройстве и принципе работы коробки передач считают, что виной всему именно синхронизатор. Зачастую это оказывается правдой, хотя предварительно все же следует исключить неисправности сцепления, которые тоже довольно часто вызывают проблемы в работе механической коробки передач, когда система функционирует с заеданием, определенным запозданием и так далее.

Если проверка не обнаружила нарушений, самостоятельно заподозрить проблемы с синхронизатором можно по таким симптомам:

  1. При самопроизвольном выключении передач, в первую очередь, необходимо обратить внимание на выключающую муфту и шестерни, которые могут быть изношены.
  2. Если при переключении скоростей появился шум, идентификация которого невозможна и который раньше был нехарактерен, это может свидетельствовать о искривлении блокирующего кольца либо о том, что его коническая часть изношена.
  3. Сложное переключение передач, когда необходимо прилагать большие усилия и совершать несколько попыток, фактически гарантированно говорит о вышедшем из строя синхронизаторе.

Сразу следует сказать, что ремонт данного устройства крайне трудоемкий и фактически нереально выполнить его самостоятельно. Для этого потребуется профессиональное оборудование и много времени, поэтому желательно доверить это дело специалистам. Помимо этого, стоит знать, что довольно часто может наблюдаться такое явление, как выкрашивание зубьев шестерни — такой опасности наиболее подвержены владельцы грузового транспорта и любители резких стартов с места. Эксплуатация такой коробки недопустима.

Поломка синхронизатора второй передачи ВАЗ 2109

Синхронизатор в процессе эксплуатации подвергается естественному износу. Первые признаки износа синхронизатора распознаются при включении соответствующей передачи. Так, например, на автомобиле ВАЗ 2109 самой распространенной неисправностью коробки передач является выход из строя синхронизатора второй передачи.

При включении передачи появляется характерный хруст или треск и только после этого передача может быть введена в действие. Это связано с тем, что работа синхронизатора нарушена, и он больше не в состоянии выравнивать скорости вращения валов и шестерней, в связи с этим, их износ увеличивается. При дальнейшем эксплуатации автомобиля с неисправным синхронизатором приведет к тому, что вторая скорость попросту перестанет включаться.

Если вы обнаружили первые признаки поломки синхронизатора, рекомендуется обратиться в ближайший автосервис, так как замена данной детали трудоемка и требует специальных навыков и умений.

Устройство и принцип работы синхронизатора КПП

Как работает синхронизатор коробки передач? Новый вопрос, а для кого-то и новый термин — синхронизатор.

Да друзья, были времена, когда переключение передач на автомобиле было процессом комплексным, и, можно сказать, практически ювелирным.

Но, благодаря человеческой лени, являющейся двигателем прогресса, мы получили машины, которые не требуют лишних действий со стороны водителя и всячески упрощают процесс езды.

И речь пойдет даже не о модных автоматических коробках, а о старых, проверенных временем «механиках». Чтобы облегчить нашу с вами водительскую жизнь, в те еще «доавтоматные времена» и был придуман синхронизатор коробки передач.

В этой статье нам предстоит выяснить как он работает, как устроен и что вообще происходит во время переключения скоростей.

Конструкция синхронизатора

Синхронизатор состоит из следующих элементов:

  • ступица с сухарями;
  • муфта включения;
  • блокировочные кольца;
  • шестерня с фрикционным конусом.

Устройство синхронизатора

Основу узла составляет ступица, имеющая внутренние и наружные шлицы. С помощью первых она соединяется с валом коробки передач, перемещаясь по нему в разные стороны. С помощью наружных шлицев ступица соединяется с муфтой.

Ступица имеет три паза, расположенных под углом в 120 градусов относительно друг друга. В пазах находятся подпружиненные сухари, которые помогают фиксировать муфту в нейтральном положении, то есть в тот момент, когда синхронизатор не работает.

Муфта служит для обеспечения жесткого соединения вала коробки передач и шестерни. Она находится на ступице, а с внешней стороны соединяется с вилкой коробки передач. Блокировочное кольцо синхронизатора необходимо для синхронизации частоты вращения при помощи силы трения, оно препятствует замыканию муфты до того момента, пока вал и шестерня не будут иметь одинаковую скорость.

Читайте также:  Назначение и принцип работы основных датчиков АКПП

Внутренняя часть кольца имеет форму конуса. Чтобы увеличить поверхность соприкосновения и снизить усилие при переключении скоростей используются многоконусные синхронизаторы. Помимо одиночных применяются и двойные синхронизаторы.

Двойной синхронизатор помимо конического кольца, которое крепится к шестерне, включает в себя внутреннее и наружное кольца. Коническая поверхность шестерни здесь уже не используется, а синхронизация происходит за счет использования колец.

Синхронизированные КПП, что это означает

В наше время фактически все механические и роботизированные коробки являются синхронизированными. Для включения скорости в коробках данного типа необходимым условием является выравнивание частоты вращения шестерни и вала. Синхронизацию обеспечивает такое устройство, как синхронизатор. Помимо плавного переключения скоростей он способен снижать шум при переключении скоростей, уменьшать износ механического соединения и, тем самым, повышать срок эксплуатации коробки передач. Синхронизаторами оснащаются все передачи КПП легкового транспортного средства, включая и передачу заднего хода.

Синхронизатор коробки передач

Нужно сказать, что синхронизатор коробки передач – это устройство не из самых простых, хотя в нём нет ни капли электроники, а время его срабатывания занимает доли секунды.

В былые времена для переключения скорости в машине необходимо было несколько раз выжимать сцепление – одно нажатие отключало коробку от коленвала, а второе наоборот, подключало её обратно.

Понятное дело, что такая процедура не слишком удобна и от неё необходимо было каким-то образом избавиться. Помогла физика, механика и точный инженерный расчёт, в симбиозе которых и родился синхронизатор.

Необходим он для того чтобы выровнять частоту вращения вала и шестерней, благодаря чему переключение происходит аккуратно и без лишнего шума.

Одним словом, синхронизатор коробки передач упростил жизнь водителям, а также значительно увеличили ресурс механизмов коробки. Устанавливаются они, синхронизаторы,  для каждой передачи, иногда и для задней.

Назначение синхронизатора

Общий вид синхронизатора

Синхронизатором оснащаются все передачи современных КПП легковых автомобилей, включая передачу заднего хода. Его назначение в следующем: обеспечение выравнивания частоты вращения вала и шестерни, что является обязательным условием для безударного включения передач.

Синхронизатор не только обеспечивает плавность переключения передач, но и способствует снижению уровня шума. Благодаря элементу снижается степень физического износа механических деталей коробки, что, в свою очередь, влияет на срок службы всей КПП.

Кроме того, синхронизатор упростил принцип переключения передач, сделав его более удобным для водителя. До появления этого механизма переключение скоростей происходило с помощью двойного выжима сцепления и перевода коробки передач в нейтральную передачу.

Неисправности синхронизатора и способы их устранения

При появлении каких-либо затруднений с переключением передач, большинство автовладельцев, которые имеют хотя бы базовые знания об устройстве и принципе работы коробки передач считают, что виной всему именно синхронизатор. Зачастую это оказывается правдой, хотя предварительно все же следует исключить неисправности сцепления, которые тоже довольно часто вызывают проблемы в работе механической коробки передач, когда система функционирует с заеданием, определенным запозданием и так далее.

Если проверка не обнаружила нарушений, самостоятельно заподозрить проблемы с синхронизатором можно по таким симптомам:

  1. При самопроизвольном выключении передач, в первую очередь, необходимо обратить внимание на выключающую муфту и шестерни, которые могут быть изношены.
  2. Если при переключении скоростей появился шум, идентификация которого невозможна и который раньше был нехарактерен, это может свидетельствовать о искривлении блокирующего кольца либо о том, что его коническая часть изношена.
  3. Сложное переключение передач, когда необходимо прилагать большие усилия и совершать несколько попыток, фактически гарантированно говорит о вышедшем из строя синхронизаторе.

Сразу следует сказать, что ремонт данного устройства крайне трудоемкий и фактически нереально выполнить его самостоятельно. Для этого потребуется профессиональное оборудование и много времени, поэтому желательно доверить это дело специалистам. Помимо этого, стоит знать, что довольно часто может наблюдаться такое явление, как выкрашивание зубьев шестерни — такой опасности наиболее подвержены владельцы грузового транспорта и любители резких стартов с места. Эксплуатация такой коробки недопустима.

Трансмиссионное масло для МКПП, механической трансмиссии

Зачем нужно трансмиссионное масло

Как и моторные смазочные материалы, трансмиссионные выполняют ряд функций. Среди них:

  • смазка и предотвращение износа трущихся поверхностей;
  • снижение ударных нагрузок;
  • уменьшение потерь мощности, связанных с преодолением трения;
  • антикоррозионная защита агрегатов;
  • отвод тепла и продуктов износа.

Дополнительно трансмиссионное масло для МКПП позволяет снизить уровень шума от входящих в зацепление зубчатых пар. Кроме КПП, трансмиссионная жидкость заливается в другие агрегаты: раздаточные коробки, мосты, дифференциалы.

Особенности работы МКПП

Конструктивно механическая коробка переключения передач состоит из корпуса, крышки с механизмом выбора передач, валов, закрепленных на них зубчатых шестерен и синхронизаторов. Валов может быть два или три. Последний вариант встречается на заднеприводных легковых машинах и грузовиках.

Крутящий момент через муфту сцепления воспринимается ведущим (первичным) валом. Рычаг переключения передач приводит в движение синхронизатор, который совмещает скорости вала и нужной шестерни и входит с ней в зацепление. В результате крутящий момент передается на ведомый вал, а от него через шестерню главной передачи на ведущие колеса. Работа в условиях постоянного зацепления зубчатых пар без качественного смазочного материла сопровождается повышенным износом деталей.

Выбор масла для механической КПП

При выборе состава для механической коробки передач руководствуйтесь классификацией API, согласно которой существует несколько классов смазочных материалов.

  • GL-1. Базовое масло с минимальным содержанием антиокислительных и противопенных присадок. Подходит коробкам грузовых автомобилей без синхронизаторов.
  • GL-2. Масла включают противоизносные присадки. Предназначены для средненагруженных сельскохозяйственных машин.
  • GL-3. Процент содержания противоизносных присадок позволяет использовать масло в средненагруженных агрегатах грузовых автомобилей.
  • GL-4. Содержание противозадирных присадок увеличено до 4 %. Масло способно работать в тяжелонагруженных парах трения. Применяется в КПП с синхронизаторами и без них.
  • GL-5. Увеличенное содержание противозадирных, противоизносных и других эффективных присадок позволяет использовать масло при самых высоких нагрузках.
  • GL-6. Рабочая жидкость с большим содержанием противозадирных присадок для высокоскоростных гипоидных передач.

Дополнительно предусмотрен класс МТ-1 с повышенным уровнем термической стабильности для автобусов и мощных тягачей. Наиболее востребованы сегодня трансмиссионные масла GL-4 и GL-5 либо смешанного типа.

Кроме соответствия API, учитывается вязкость по SAE. Обозначение этого параметра схоже с классификацией моторных масел. Цифры в сочетании с литерой W означают зимнее масло и соответствуют определенной температуре застывания. Цифровое обозначение принадлежит летнему типу, а последовательное сочетание цифр и буквы W указывает на всесезонный вариант. Последний тип получил большее распространение, поскольку замена трансмиссионного масла по окончании сезона многими признается затратной и нецелесообразной.

Периодичность замены

При определении периодичности замены масла в механической КПП учитывается несколько факторов. Сначала нужно посмотреть рекомендации производителя автомобиля. При этом стоит помнить, что они разработаны для нормальных условий эксплуатации. В их числе хорошие дорожные условия, недопущение перегруза, спокойный стиль вождения, умеренный климат, нормальная влажность. С уменьшением совпадений с реальностью сокращается и интервал замены.

На ресурс залитого в КПП состава влияет его тип: минеральное масло, полусинтетика или синтетика. Минеральное масло быстрее других утрачивает рабочие свойства, синтетическое служит максимально долго. Но и оно со временем теряет свои качества. Необходимо учитывать также пробег и степень износа агрегата.

Не забывайте периодически проверять состояние трансмиссионного масла. Если оно почернело, присутствуют следы механических взвесей или пены, необходимость замены очевидна.

Диагностика уровня масла

Проверка уровня трансмиссионного масла осуществляется с помощью щупа. Его нижняя часть снабжена насечками и надписями, которые соответствуют минимальному и максимальному уровням. Протрите чистым материалом щуп, вставьте его до упора, после чего выньте и определите, до какой отметки доходит жидкость. При минимальном показателе приведите уровень масла в норму.

У коробок некоторых транспортных средств масляный щуп не предусмотрен. В этих случаях надо отвернуть пробку специального отверстия. При нормальном уровне масло должно показаться через резьбовое соединение. Во всех случаях диагностика проводится на ровной поверхности спустя несколько минут после остановки двигателя.

Замена масла в механической КПП

Выполнить процедуру замены масла в МКПП можно на СТО или собственными силами. В этом нет ничего сложного. Начинать работу желательно после определенного пробега, когда масло обрело оптимальную текучесть. Необходимо поставить автомобиль на ровное место, открыть заливную горловину, сливную пробку и дать отработке полностью стечь в подставленную емкость. Далее нужно вкрутить сливную пробку обратно и залить свежее масло. Для этого может потребоваться большой шприц с куском шланга либо другое приспособление. Уровень масла отслеживается с помощью щупа либо контрольного отверстия.

Когда нужен долив масла

Недостаток масла в КПП обычно сопровождается шумом со стороны агрегата. Проблема решается восстановлением требуемого уровня смазочного материала. Процедура стандартна: работа проводится на ровной площадке после того, как масло в агрегате отстоялось. Понадобятся шланг, шприц или воронка. Доливать надо только тот состав, который залит в агрегат. Смешение разных типов недопустимо. Если Вы не знаете, на каком масле Вы ездите, лучше поменять его полностью.

Каталог трансмиссионных масел ROLF для МКПП

404 | Scania Россия

Настройки файлов cookie
Необходимые файлы cookie

Эти файлы cookie необходимы для работы сайта и не могут быть отключены в наших системах. Обычно необходимые файлы cookie отвечают за реакцию сайта на ваши действия, например запрос сервиса, настройку параметров конфиденциальности, вход в учетную запись или заполнение форм. Вы можете настроить предупреждения в браузере или блокировку необходимых файлов cookie, но тогда определенные разделы сайта не будут работать. Необходимые файлы cookie не содержат личных данных.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie для оценки эффективности

Эти файлы cookie отвечают за статистику посещаемости и источники трафика. Мы используем их, чтобы измерять и повышать эффективность сайта. Анализируя информацию от файлов cookie для оценки эффективности, мы можем вычислить, какие страницы наиболее и наименее популярны, и отследить перемещения пользователей по сайту. Вся информация от файлов cookie для оценки эффективности агрегируется анонимно. Если вы запретите использование этих файлов cookie, мы не увидим, когда вы посещали сайт, и не сможем оценить его эффективность.

Active Настройки файлов cookie
Функциональные файлы cookie

Эти файлы cookie обеспечивают дополнительные функции и персонализацию сайта. Функциональные файлы cookie можем добавить мы или сторонние поставщики услуг (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»), чьи сервисы работают на страницах нашего сайта. Если вы запретите использование этих файлов cookie, некоторые или все дополнительные сервисы могут начать работать с ошибками. Когда функциональные файлы cookie разрешены, сторонние поставщики услуг могут обрабатывать ваши данные, включая личную информацию.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie для таргетинга

Эти файлы cookie могут добавлять на сайт наши рекламные партнеры (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»). Компании используют файлы cookie для таргетинга, чтобы составлять списки интересов и показывать вам актуальные объявления на других сайтах. Файлы cookie для таргетинга не содержат личных данных, но учитывают ваш уникальный тип браузера и устройства для выхода в Интернет. Запретив использование этих файлов cookie, вы будете видеть объявления без учета ваших интересов.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie социальных сетей

Эти файлы cookie добавлены на сайт различными сервисами социальных сетей, чтобы вы могли делиться нашим контентом с друзьями и знакомыми (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»). Файлы cookie для социальных сетей могут отслеживать в браузере историю посещения сайтов и составлять списки интересов. В результате вы увидите персонализированный контент и сообщения на других сайтах. Запретив использование этих файлов cookie, вы не увидите ссылки на социальные сети или не сможете ими воспользоваться.

Active

Советы по ремонту и техобслуживанию автомобиля

При покупке автомобиля большинство водителей отдают предпочтение транспортным средствам с механической трансмиссией. Привычная “механика”, действительно, более надежна и неприхотлива. Кроме того, при своевременном обслуживании ремонт такой системы не требует серьезных финансовых вложений.

И все же даже самая прочная коробка передач со временем изнашивается. Одной из самых распространенных неисправностей “механики” является хруст при включении передач. Сам автомобиль при этом из строя не выходит, но мириться с проблемой не стоит, ведь такое положение дел может привести к серьезной поломке в системе. Что делать, если посторонние звуки при перемещении селектора механической коробки передач появляются все чаще? Расскажем в этой статье.

Как распознать хруст в коробке передач: признаки

Зачастую посторонние звуки, а именно хруст, металлический скрежет или громкий треск возникают при переключении на одну из скоростей, либо во время торможения автомобиля. Как хрустит коробка передач, иногда удается услышать и при переключении рычага на нейтральную передачу.

В начале поездки при включении первой передачи издаваемый механизмом скрежет напоминает звучание педали не до конца выжатого сцепления. Примечательно, что странный треск может как исчезать, так и вновь появляться при переключении со второй передачи на первую при обычном снижении скорости.

Одновременно хруст может возникать при включении второй передачи и никак не проявляться при переходе на первую. Странный треск в этом случае связан с разгоном автомобиля и увеличением оборотов двигателя. Следует учитывать, что скрежет в коробке передач и другие признаки неисправности, скорее всего, не будут ощущаться при переключении на более высокие скорости. Таким образом, выявить проблему можно только в определенный момент времени работы механической коробки.


Скрип МКПП при переключении передачи: причины

Механическая коробка передач технически проще “автомата” и вариатора. Связано это с отсутствием в конструкции агрегата множества компьютерных систем, “умных” датчиков и контроллеров. Именно поэтому основной причиной большинства поломок коробки является износ деталей. Рассмотрим наиболее распространенные случаи выхода из строя механической КПП.

1. Неисправный синхронизатор

Устройство, обеспечивающее плавное переключение передач в результате регулировки скорости шестеренок, может быстро износиться из-за высокой нагрузки. Напомним, что до изобретения синхронизатора водители пользовались так называемой перегазовкой, значительно усложняющей процесс управления автомобилем. Вышедший из строя синхронизатор не способен контролировать скорость цепляющихся валов, отчего и возникает специфический хруст. Чаще всего это происходит только на одной из передач. 

2. Износ валов

Распознать поломку первичного и вторичного вала можно по хрусту во время движения авто и при переключении на разные передачи. Посторонние звуки свидетельствуют об истирании зубьев на шестеренках, нарушении соосности и поломки выжимного подшипника. Кроме того, скрежет может возникать по мере увеличения температуры. Часто переключение передач “на холодную” проходит бесшумно, а после прогрева масла в коробке, либо при перегреве появляется металлический хруст.

3. Низкий уровень масла в коробке передач

Случается так, что элементы КПП подвергаются механическому повреждению, либо изнашиваются по мере окончания их срока эксплуатации. В результате происходит разгерметизация узла, которая сопровождается утечкой масла. При подозрении на недостаток масла в системе, проверьте уровень смазки с помощью щупа. Кстати, у некоторых моделей современных машин коробка передач и внутренний шрус левого привода конструктивно соединены, поэтому масло зачастую вытекает.

4. Выход из строя корзины сцепления

Устройство корзины предполагает наличие так называемых лепестков, которые в результате продолжительной работы механизма изнашиваются или ломаются. В итоге диск сцепления функционирует некорректно, а передачи переключаются с заметным хрустом, хотя претензий к состоянию самой коробки в этом случае быть не должно.

5. Неполадки привода сцепления

В зависимости от того, тросовый или гидравлический привод использован в конструкции автомобиля, возможны как нарушение целостности самого троса, так и загрязнение трансмиссионной жидкости. Неправильное выключение сцепления не позволяет переключать скорости тихо и мягко даже при идеальном состоянии КПП. Подобная неисправность выдает себя при переключении всех передач в коробке.

Примечательно, что для некоторых бюджетных моделей современных авто хруст при смене передачи является нормой. Так задняя передача у таких машин спроектирована без синхронизатора, из-за чего при включении задней скорости до полной остановки автомобиля слышен металлический стук. Устранить проблему с помощью сервиса не получится. Перейти на заднюю скорость бесшумно возможно только после паузы и снижения скорости до нуля.


Ремонт МКПП при хрусте

При возникновении хруста в коробке передач, в первую очередь, стоит проверить уровень масла. Если смазочного материала достаточное количество, необходимо снять весь агрегат для диагностики сцепления. При отсутствии видимых проблем со сцеплением придется произвести разборку и дефектовку всей коробки. Устранение неполадок осуществляется путем замены вышедших из строя, изношенных деталей на новые.

Советы по эксплуатации

Хотите обеспечить долгую и беспроблемную эксплуатацию механической коробки передач Вашего автомобиля? Соблюдайте простые правила и не пренебрегайте регулярным техническим обслуживанием.

1. Замена масла. В сервисных книжках к большинству машин с механической коробкой передач указано, что трансмиссионное масло не нуждается в замене и рассчитано на весь срок эксплуатации автомобиля. Эта рекомендация породила множество споров, поскольку мастера сервиса настоятельно советуют менять масло каждые 80-100 тыс. км пробега. Очевидно, что металлические опилки и другие мелкие частицы накапливаются в системе в результате износа, а значит со временем коробка передач может “среагировать” на загрязнение. 

2. Правильный подбор передачи. Резкое переключение на низкие и высокие скорости может пагубно сказаться на техническом состоянии автомобиля в целом и МКПП в частности. В ходе подобной грубой эксплуатации нагрузка на трансмиссию растет и ее ресурс становится значительно меньше.

3. Нажатие на педаль сцепления. Правило, знакомое каждому водителю со времен автошколы, гласит: не выжимайте сцепление долго. Дело в том,что продолжительное нажатие вызывает дополнительную нагрузку на детали сцепления, подверженные износу. Не повторяйте чужих ошибок, берегите автомобиль!

При возникновении любых неполадок в работе систем Вашего автомобиля обращайтесь в официальные сервисные центры ГК FAVORIT MOTORS. Опытные мастера проведут тщательную диагностику и ремонт с использованием современного оборудования и качественных расходных материалов. Все работы выполняются точно в срок в соответствии с рекомендациями автопроизводителей.


Синхронизаторы с механической коробкой передач

101 | Блог TREMEC: Подключитесь

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею в своей любимой социальной сети или сохраните копию на своем устройстве.

Синхронизаторы с механической коробкой передач 101

Можно поблагодарить синхронизаторы за быстрые плавные переходы что вы любите переключать свои собственные передачи. Эти невоспетые герои в руководстве трансмиссии имеют решающее значение для качества и производительности переключения передач.

Мы хотим дать вам лучшее понимание того, как они работают и некоторые из ключевых технических достижений в синхронизаторах, которые мы используем в TREMEC трансмиссии.

Есть несколько вариантов конкретной конфигурации и компоненты, используемые в синхронизаторах, но эта основная функция одинакова.

Это компоненты, из которых состоит типичный узел синхронизатора. Эта особая конструкция используется в 5-ступенчатых коробках передач TREMEC T-5 и TKO.

В каждом блоке синхронизатора имеется три основных компонентов:

  • Ползунок, также называемый переключающей втулкой
  • Ключи, шарики или распорки, в зависимости от конкретного конструкция синхронизатора
  • Стопорные кольца, также называемые стопорными кольцами

В большинстве механических трансмиссий шестерни перемещаются на выходном валу и зацеплены с шестернями на промежуточном валу. Чтобы включить передачу, ползунок скользит над зубьями на одной из шестерен. Это блокирует шестерню на выходном валу и завершает поток мощности через передачу от двигателя к колесам.

Синхронизатор регулирует скорость вала и выравнивает шестерни. при переключении, чтобы ползунок мог зацепиться со следующей передачей.

В инструкции более одного синхронизатора в сборе коробка передач. Точное количество зависит от количества передач переднего хода в коробка передач.

Вот более детальный взгляд на работу синхронизатора при вы перемещаете рычаг переключения передач:

  1. Слайдеры нажимать на ключи синхронизатора, шарики или распорки, а те — на стопорное кольцо или запорное кольцо
  2. блокирующее кольцо прижимается к конусу шестерни, и трение вызывает вал скорости для выравнивания
  3. При равные частоты вращения вала, шпонки и выемки в стопорном кольце выровнять
  4. Ползунок зацепление зубьев с зубьями по внешнему диаметру стопорного кольца
  5. зубцы на блокирующем кольце действуют как пандус для выравнивания, позволяя слайдеру зацепиться с зубьями на шестерне

Вы можете посмотреть, как работает процесс в этой анимационное видео.

Вы можете увидеть блокиратор и фрикционные кольца TREMEC TR-6060 и Magnum слева и T-56 справа. Обратите внимание, что количество поверхностей трения определяет корзину как двойной или тройной конус.

Дальнейшее улучшение стандартной конструкции синхронизатора являются синхронизаторами с несколькими конусами, используемыми в 6-ступенчатых двигателях TREMEC Magnum. коробка передач. Конструкция с несколькими конусами увеличивает площадь трения. область, которую синхронизатор может использовать для синхронизации скоростей передачи, обеспечивая даже более быстрое переключение передач и повышение диапазона оборотов.

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею в своей любимой социальной сети или сохраните копию на своем устройстве.

Синхронизатор передач — x-engineer.org

Транспортным средствам, оснащенным механическими коробками передач (MT), автоматизированными механическими коробками передач (AMT) и коробками передач с двойным сцеплением (DCT), необходимы синхронизаторы передач для переключения передач (переключение на повышенную или пониженную передачу). Назначение синхронизатора передач — синхронизировать скорости входного и выходного валов коробки передач.во время переключения передач перед включением восходящей передачи.

В коробке передач синхронизаторы расположены между двумя соседними шестернями. Например, для 1-2 передач используется один и тот же механизм синхронизации, для 3-4 — другой, а для 5-6 — одинаковый. Устанавливать синхронизатор передач для передачи заднего хода (R) не обязательно, потому что для включения R автомобиль должен быть остановлен (если он движется), а скорость выходного вала будет равна нулю. Тем не менее, есть механические трансмиссии, которые имеют синхронизаторы передач и для задней передачи.

Изображение: Синхронизаторы в механической коробке передач (коробке передач)
Кредит: Getrag

Чтобы лучше понять основные компоненты трансмиссии и принцип их работы, прочтите статью Как работает механическая коробка передач.

Зачем нужны синхронизаторы передач?

Для данной механической коробки передач представим, что мы хотим переключиться с 1 -й передачи на 2-ю -ю передачу . Параметры передачи следующие:

\ [\ begin {split}
n_ {IN} = 3500 \ text {rpm} \\
i_ {1} = 3.4 \\
i_ {2} = 2,5 \\
i_ {0} = 3,1 \\
n_ {OUT} = \ text {?}
\ end {split} \]

где:

n IN [ об / мин] — частота вращения первичного вала
n OUT [об / мин] — частота вращения выходного вала
i 1 [-] — передаточное число, 1 st шестерня
i 2 [-] — передаточное число, 2 nd шестерня
i 0 [-] — передаточное число главной передачи (дифференциала)

Стартовая передача — 1 -я передача . Когда водитель хочет включить передачу 2 и , сначала ему нужно отключить двигатель от трансмиссии, используя педаль сцепления.Это необходимо, потому что переключение передачи в трансмиссии с простыми зубчатыми передачами, которые постоянно находятся в зацеплении (зацеплении), не может быть выполнено, пока крутящий момент двигателя передается через шестерни, поэтому муфта должна быть разомкнута.

Для перехода с передачи 1 на передачу 2 и трансмиссия должна на короткое время перейти в нейтральное положение.

На изображении ниже мы можем визуализировать поток мощности двигателя через передачи 1 и 2 .Для каждой передачи мы рассчитаем частоту вращения входного и выходного валов.

Изображение: процесс переключения передач (1-2)

Когда включена передача 1 , скорость выходного вала составляет:

\ [n_ {OUT} = \ frac {n_ {IN}} {i_ { 1} \ cdot i_ {0}} = 332 \ text {rpm} \]

Если мы хотим включить передачу 2 nd , скорость входного вала должна быть:

\ [n_ {IN} = n_ { OUT} \ cdot i_ {2} \ cdot i_ {0} = 2573 \ text {rpm} \]

Это означает, что входной вал должен иметь торможение с 3500 до 2573 об / мин.Если необходимо было выполнить переключение на пониженную передачу 2-1, входной вал должен был получить ускорение с 2573 до 3500 об / мин. Тут в дело вступают синхронизаторы.

Синхронизатор действует как фрикционная муфта и замедляет (переключение на повышенную передачу) или ускоряет (переключение на пониженную передачу) первичный вал, чтобы соответствовать скорости для следующей передачи.

Изображение: Схема коробки передач с названиями компонентов

Как работает синхронизатор передач?

Синхронизаторы необходимы для переключения передач в механических коробках передач.Их цель — согласование (регулировка) скорости входного вала (шестерни и вторичная масса сцепления) с выходным валом (колесом).

Есть несколько типов синхронизаторов, используемых для механических коробок передач. Наиболее распространенный способ классификации — это функция количества фрикционных элементов (фрикционных конусов). Таким образом, мы имеем:

  • одноконусный синхронизатор
  • двухконусный синхронизатор
  • трехконусный синхронизатор

Изображение: Простой конусный синхронизатор
Кредит: VW

  1. шестерня
  2. кольцо синхронизатора
  3. кольцевая пружина
  4. стопорный элемент (стойка)
  5. ступица (корпус) синхронизатора
  6. скользящая втулка

Изображение: Узел синхронизатора шестерен
Кредит: VW

Шестерня (1) установлена ​​на выходном валу коробки передач. Он может вращаться относительно вала (радиальное движение), но не может совершать осевое движение вдоль вала. Между шестерней и валом обычно находятся игольчатые роликоподшипники, облегчающие вращение.

Шестерня имеет встроенную «шестерню сцепления» с фрикционным конусом. Зубчатая передача сцепления состоит из стопорных зубьев и фрикционного конуса. Она называется муфта сцепления , потому что она играет роль сцепления, плавно включающего следующую шестерню.

Шестерня муфты согласовывает скорость зубчатого колеса со скоростью ступицы синхронизатора.Монтаж на шестерню осуществляется прессованием или лазерной сваркой. Когда шестерня включена, внешние зубья (с фаской с обеих сторон зубьев) будут сцепляться с фаской на внутренних зубьях переключающей муфты.

Изображение: Зубчатое колесо

Кольцо синхронизатора (2), также называемое стопорным кольцом, стопорным кольцом или фрикционным кольцом, имеет коническую поверхность, которая входит в контакт с фрикционным конусом зубчатого колеса. Кольцо синхронизатора предназначено для создания момента трения для замедления / ускорения входного вала во время переключения передач.

Кольцо синхронизатора вместе с фрикционным конусом зубчатого колеса образуют «коническую муфту», которая может включаться и выключаться посредством скольжения.

Внутренняя поверхность кольца синхронизатора имеет резьбу или рисунок канавок для предотвращения образования гидродинамической масляной пленки. Если между кольцом синхронизатора и фрикционным конусом зубчатого колеса образуется масляная пленка, для синхронизации скоростей валов потребуются более высокие толкающие силы и больше времени.

Изображение: Кольцо синхронизатора

Блокирующие элементы (4), также называемые ключами синхронизатора, центральный механизм, распорные ключи или крылатые распорки, расположены по окружности корпуса синхронизатора в определенных пазах между муфтой синхронизатора и синхронизатором. центр.

Блокирующие элементы вращаются вместе со ступицей синхронизатора (5) и могут перемещаться в осевом направлении относительно скользящей муфты (6). Стойки используются для предварительной синхронизации, что означает, что они создают нагрузку на кольцо синхронизатора для выполнения процесса синхронизации.

В нейтральном положении (передача не выбрана) фиксирующие элементы удерживают скользящую муфту в центральном положении на ступице синхронизатора между обоими шестернями. Обычно узел синхронизатора имеет 3 фиксирующих элемента, распределенных под углом 120 °. В случае больших синхронизаторов может быть 4 фиксирующих элемента, распределенных под углом 90 °.

Изображение: Ступица синхронизатора

Ступица синхронизатора (5) установлена ​​на выходном валу и жестко соединена шлицем.Он может двигаться в осевом направлении, но не вращаться относительно вала. Он содержит специальные канавки, в которых будут находиться фиксирующие элементы.

Кольцевые пружины (3) расположены с каждой стороны ступицы синхронизатора и предназначены для удержания шпонок стойки в предназначенных для этого пазах.

Скользящая муфта (6), также называемая муфтой переключения передач, синхронизирующей муфтой или муфтой, имеет радиальную канавку на внешней стороне для вилки переключения передач. Внутри имеются шлицы, которые находятся в постоянном зацеплении с внешними шлицами ступицы синхронизатора.Скользящая муфта может перемещаться только в осевом направлении (влево-вправо) из нейтрального положения в положение зацепления.

Изображение: Скользящая муфта

Фазы синхронизации передач

Процесс синхронизации , когда скользящая муфта начинается из нейтрального положения (в центре) и заканчивается полным включением передачи, можно описать в пять шагов, как показано на рисунок ниже.

Процесс синхронизации будет описан с помощью параметров:

F [N] — усилие переключения передач
Δω [рад / с] — разница скоростей между шестерней и ступицей синхронизатора
T f [Nm] — момент трения между кольцом синхронизатора и фрикционным конусом
T i [Нм] — момент инерции первичного вала, шестерен и вторичной массы сцепления

Изображение: процесс синхронизации переключения передач

Фаза 1: Асинхронизация

Перед началом процесса переключения передач скользящая втулка удерживается фиксирующими элементами в среднем положении. Усилие переключения передач вызывает осевое движение скользящей муфты, которая толкает вперед кольцо синхронизатора к зубчатому колесу с фрикционным конусом. Разница скоростей между шестерней и кольцом синхронизатора вызывает вращение кольца синхронизатора.

Фаза 2: синхронизация (блокировка)

Это основная фаза синхронизации скорости. Скользящая муфта продвигается дальше, в результате чего внутренние шлицы (зубья) скользящей муфты и зубья кольца синхронизатора соприкасаются.На этом этапе момент трения начинает противодействовать моменту инерции, и разница скоростей начинает уменьшаться.

Фаза 3: Разблокировка (повернуть назад кольцо синхронизатора)

Усилие переключения передач сохраняется на кольце синхронизатора посредством стопорных элементов и скользящей втулки. Когда синхронизация скорости достигнута, сила трения снижается до нуля и кольцо синхронизатора немного поворачивается назад.

Фаза 4: зацепление (поворот ступицы синхронизатора)

Скользящая втулка проходит через зубья кольца синхронизатора и входит в контакт с фиксирующими зубьями шестерни.

Фаза 5: зацепление (блокировка шестерни)

Скользящая муфта полностью вошла в стопорное зубчатое зацепление шестерни. Обратные конусы на зубьях скользящей втулки и стопорные зубья шестерни предотвращают расцепление под нагрузкой.

Контроль положения включения передачи

В автоматизированных механических коробках передач (AMT) и коробках передач с двойным сцеплением (DCT) положение вилки переключения (скользящей муфты) контролируется с помощью датчиков положения.

На изображении ниже мы видим, как положение скользящей муфты изменяется в процессе переключения передач.Положение делится на пять фаз:

    1. Подвод синхронизатора
    2. Синхронизация
    3. Включение передачи
    4. Удержание шестерни
    5. Ослабление передачи

Изображение: Управление положением переключения передач

В подходе синхронизатора (A ), вилка переключения (скользящая втулка) начинается из центрального положения и начинает двигаться к кольцу синхронизатора. Если положение вилки переключения передач остается постоянным (P 1 ) после перемещения, это означает, что кольцо синхронизатора ударилось о фрикционный конус шестерни.

На этом этапе контролируется положение (скорость) вилки переключения, а не сила переключения передач (сила толкания). Усилие переключения обычно составляет около 60 — 120 Н.

После обнаружения контакта между кольцом синхронизатора и фрикционным конусом начинается фаза Synchrnozation (B). На этом этапе положение вилки переключения передач постоянно, а сила толкания постепенно увеличивается. Из-за момента трения первичный вал начинает замедляться. Конец этой фазы — когда частота вращения входного и выходного валов синхронизируется (P 2 ).

Фаза включения передачи (C) начинается, когда вилка переключения передач снова начинает двигаться. На этом этапе скользящая муфта проходит через кольцо синхронизатора и начинает зацепляться с фиксирующими зубьями шестерни. Фаза заканчивается, когда скользящая муфта достигает конечного положения и больше не может двигаться вперед.

На этом этапе критически важно иметь точное управление положением (скоростью) вилки переключения передач. Если он движется слишком быстро, в конце хода он врезается в шестерню, вызывая шум включения шестерни и возможное механическое повреждение.

После того, как вилка переключения передач достигнет конечного положения, начинается фаза удержания передачи (D). На этом этапе на вилке переключения передач в течение определенного времени сохраняется высокое толкающее усилие, чтобы гарантировать полное включение передачи.

В фазе Gear Relax (E) на вилку переключения больше не действует сила, и шестерня остается на месте благодаря механической блокировке скользящей муфты с зубчатым колесом.

Общая длина хода вилки переключения может составлять около 8–12 мм, при этом точка синхронизации начинается с 3–6 мм.

Усилие переключения передач (предоставлено Hoerbiger)

Размер и расчет механизма синхронизатора должны учитывать различные параметры, такие как:

  • монтажное пространство
  • механическая инерция, которую необходимо синхронизировать
  • Разница скоростей вала, которую необходимо синхронизировать
  • передаваемый крутящий момент
  • свойства трансмиссионного масла
  • параметры качества переключения передач
    • время синхронизации
    • длина хода вилки переключения
    • максимальное усилие переключения
    • тормозной момент
    • циклы нагрузки
  • интерфейсы
    • данные шлицев
    • зазор шестерни
    • размер паза втулки

Мощность синхронизатора ограничена

  • крутящий момент скользящей втулки, ступицы шестерни и зубчатого зацепления шестерни
  • вместимость фрикционного материала (скорость скольжения, поверхностное давление, трение мощность, работа трения) 9 0018
  • Отвод тепла через масло, синхронизирующее кольцо и фрикционный конус
  • трансмиссионное масло (вязкость и термическая стабильность)

Усилие переключения на скользящей муфте F a [Н] рассчитывается по формуле ( источник: Hoerbiger):

\ [F_ {a} = \ frac {2 \ cdot \ sin {\ alpha} \ cdot J \ cdot \ Delta \ omega} {n_ {c} \ cdot \ mu \ cdot d_ {m} \ cdot T_ {F}} \]

где:

α [рад] — угол конуса трения
Дж [кг · м 2 ] — инерция массы первичного вала, шестерен и вторичной муфты
Δω [рад / с] — разность скоростей синхронизации
n c [-] — количество конусов
μ [-] — коэффициент трения фрикционного конуса
d м [м] — средний диаметр фрикционного конуса
T F [Нм] — момент трения

Уменьшение усилия переключения на втулке может быть выполнено следующим образом:

  • увеличивая диаметр среднего конуса трения
  • увеличивая количество fr Конусы iction (с использованием двухконусных или трехконусных синхронизаторов)
  • увеличение коэффициента трения
  • уменьшение угла фрикционного конуса

Время переключения передач

Процесс переключения передач одинаков для повышающей и понижающей передачи, но время переключения отличается . При переключении на повышенную передачу скорость первичного вала должна быть уменьшена. Поскольку между движущимися частями возникают потери на трение, замедление вала будет быстрее.

С другой стороны, при переключении на пониженную передачу необходимо ускорить входной вал. Те же потери на трение будут действовать таким же образом, который пытается замедлить вал. Следовательно, для синхронизации валов при переключении на пониженную передачу требуется более высокий момент трения и более длительное время синхронизации.

Общее время переключения для механической коробки передач в основном зависит от водителя и может быть где-то около 0.5 — 2,0 с. В некоторых высокопроизводительных коробках передач с двойным сцеплением (DCT) время переключения передач может составлять около 10 мс.

Двухконусный синхронизатор

Двухконусный синхронизатор обычно используется для передач 1 st и 2 nd . Двухконусный синхронизирующий механизм представляет собой компактное устройство, способное создавать зацепления в тяжелых условиях. Механизм синхронизатора сокращает время зацепления (переключения передач) и улучшает работу (требуется меньшее усилие для включения передачи). Механизм синхронизации с двойным конусом включает кольцо синхронизатора, двойной конус и внутренний конус.

Изображение: Двухконусный синхронизатор (полный комплект)

  1. шестерня
  2. стопорное зубчатое зацепление
  3. игольчатый роликоподшипник
  4. внутренний конус
  5. двойной конус
  6. кольцо синхронизатора
  7. ступица шестерни
  8. скользящая втулка
  9. стопорные элементы

Пример механической коробки передач с разными механизмами синхронизации

Коробка передач Getrag Manualshift 6MTI550.

Изображение: Механическая коробка передач Getrag 6MTI550

Ключевые преимущества :

  • Модульная система для приложений со средним и высоким крутящим моментом, опция 7 th Возможна скорость
  • Максимальный крутящий момент при малом весе
  • Готовность к системе Start-Stop (обнаружение передачи)
  • Гибкое передаточное отношение

Основные характеристики :

Параметр Значение Наблюдение
9048 Максимальный входной крутящий момент [Нм] возможен более высокий крутящий момент
Вес [кг] 44 сухой, без двухмассового маховика (DMF)
Установочная длина [мм] 630 для длины сцепления 156 мм
Передаточное число [-] 5. 5 — 6,9 > 7 также возможно
Межосевое расстояние [мм] 88
Механизм синхронизации
1 st и 2 2 nd тройная шестерня конус
3 ряд шестерня сдвоенный конус
4 th до 6 th и шестерня заднего хода одинарный конус
другой

8

  • концепция постоянная передача на выходном валу
  • возможно применение полного привода
  • 7 th скорость возможна

Источник: Getrag

Видео — процесс синхронизации переключения передач

На видео ниже вы можете четко см. фазы синхронизации и положения вилки переключения.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Как работает синхронизатор?

Синхронизаторы

являются важной частью механической коробки передач и помогают вам идеально выполнять переключение передач

Коробки передач

— это безумно сложные чудеса машиностроения, которые позволили авторемонтам постоянно ускорять свои машины, используя связку шестерен разного диаметра. Проблемы возникают из-за того, что все эти шестерни имеют зубцы, выступающие по их внешней окружности, которые необходимы для передачи мощности от двигателя к колесам через трансмиссию. Если эти зубья не выровнены идеально, шестерни выходного вала будут хрустеть вместе с шестернями промежуточного вала, что потенциально может привести к поломке зубьев и дорогостоящему счету.

Выравнивание шестерен в трансмиссии зависит от скорости, с которой они вращаются; если шестерни вращаются с правильной скоростью, зубья будут сцеплены вместе и смогут передавать мощность через карданные валы и колеса.В свое время искусство согласования оборотов и двойного выключения сцепления использовалось для эффективного переключения передач, но изобретение синхронизатора навсегда изменило механическую коробку передач как единое целое, упростив процесс переключения передач.

Синхронизатор шестерен от Jeep, показывающий внутренние и внешние шлицы.

Синхронизатор похож на маленькую муфту, которая сидит на выходном валу между шестернями, замедляя или увеличивая относительную скорость передачи, необходимую для идеального зацепления зубьев в трансмиссии.

Механизм синхронизатора состоит из трех основных частей — требуемой передачи, объемного кольца и блока синхронизатора. Объемное кольцо имеет внешние зубья, которые входят в зацепление с зубьями синхронизатора, но оно также имеет рисунок внутренней канавки, который входит в зацепление с шестерней, которая должна быть зацеплена. Синхронизатор имеет внутренний шлиц, который совпадает с выходным валом, а затем внешний шлиц, который позволяет внутреннему кольцу перемещаться внутри шестерни. Это внешнее кольцо предназначено для зацепления с объемным кольцом только после того, как их скорости совпадают, зацепляя зубья вместе.

Вот отличное видео, показывающее, что происходит во время переключения передач в замедленном режиме:

Угловая скорость передачи равна угловой скорости ступицы

Это единственный случай, когда значение не учитывается так много, потому что первоначальные угловые скорости одинаковы и нет никакого силового взаимодействия, кроме трения, поэтому выбросы вызваны решателем I3. В частности, когда относительная угловая скорость равна 0, втулка может перемещаться по синхронизирующему кольцу, и возникает большое ускорение, что приводит к большому скачку скорости.Это явление верно только качественно, но не количественно.

Симуляция, которая показывает истинность или ошибку модели, например, когда скорость шестерни больше, чем скорость ступицы (видео моделирования ниже).

Угловая скорость передачи больше угловой скорости ступицы

Можно заметить, что t = 0,0586 соответствует времени, когда относительная угловая скорость шестерни и ступицы равна 0; Δt = 0,0486 с. Чтобы оценить средний крутящий момент для сравнения с теоретическими данными, можно использовать средние интегралы теоремы, как показано на следующих рисунках.

Для момента трения (TX):

Угловая скорость передачи момента трения превышает угловую скорость ступицы

Блокирующий момент (TI):

Угловая скорость редуктора крутящего момента блокировки больше угловой скорости ступицы

Усилие скользящей муфты (Фс_с):

Усилие скользящей муфты

Усилие вилки (FX):

Усилие вилки

Когда угловая скорость ступицы больше скорости вала, в этом случае Δt = 0,05 с:

Угловая скорость ступицы больше угловой скорости шестерни

Для момента трения (TX):

момент трения

Блокирующий момент (TI):

Блокирующий момент

Усилие вилки (FX):

Усилие вилки

Данные моделирования сведены в таблицу ниже:

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Vel_Gear_gr_Vel_Hub

Vel_Hub_gr_Vel_Gear

∫TX * dt [Н * мм * с]

Δt [с] ∫TX * dt [Н * мм * с]

Δt [с]

90

0,0486 107

0,05

Tx_avg [Н * мм]

1851 852 Tx_avg [Н * мм]

2140 000

Относительная погрешность [%]

11 765 90 482 Относительная погрешность [%]

4 902

∫TI * dt [Н * мм * с]

Δt [с] ∫TI * dt [Н * мм * с]

Δt [с]

62

0,0486 87

0,05

TI_avg [Н * мм]

1275 720 90 482 TI_avg [Н * мм]

1740 000

Относительная погрешность [%]

36 148 90 482 Относительная погрешность [%]

28 780

∫Fs_s * dt [Н * мм * s]

Δt [с] ∫Fs_s * dt [Н * мм * s]

Δt [с]

3,2343

0,0486 3,38

0,05

Fs_s_avg [N]

66 549 90 482 Fs_s_avg [N]

67 600

Относительная погрешность [%]

25 227 90 482 Относительная погрешность [%]

21 858

∫FX * dt [Н * мм * с]

Δt [с] ∫FX * dt [Н * мм * с]

Δt [с]

2,8665

0,0486 3,42

0,05

FX_avg [N] 58,981 FX_avg [N]

68 400

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Случай: угловая скорость шестерни больше угловой скорости ступицы

  • TX = 2099 Н * мм
  • TI = 1998 Н * мм
  • FX = 89 002 N

Случай: угловая скорость ступицы больше угловой скорости шестерни

  • TX = 2040 Н * мм
  • TI = 2443 Н * мм
  • FX = 86510 Н

Заключение

Модель может предсказать реальный случай механизма синхронизатора с ограничениями из-за параметров контактных сил. Это ограничение может быть отнесено к геометрии, потому что во всей литературе процесс синхронизации хорошо известен, но не так много механических моделей для бесплатной консультации. Это большой предел, но хорошие результаты показывают, что основные параметры выбраны правильно.

Во втором случае не учитывается влияние потока масла и геометрии канавок. Эти два аспекта, безусловно, влияют на модель.

Еще одна сторона, требующая улучшения, — это вычислительный метод с использованием алгоритма SI2; которые дают более гладкое решение с точки зрения ограничений скорости.Другим аспектом является поведение синхронизирующего конуса, синхронизирующей муфты и скользящей муфты при напряжении и деформации, которые могут быть разработаны в будущем анализе.

Разница между расчетным решением и теоретической моделью составляет до 10%, но фаза механизма синхронизатора хорошо различима без остановки и повторного запуска моделирования. Этот аспект позволяет утверждать, что модель верна, несмотря на 10% погрешность момента трения (т. е. основной параметр для сравнения).

Список литературы

[1] Ана Пастор Бедмар, «Процессы синхронизации и механизмы синхронизатора в ручных трансмиссиях», магистерская работа по международной магистерской программе по прикладной механике, 2013 г.

[2] Оттмар Бэк, «Основы синхронизаторов», Хербигер, январь 2013 г.

[3] Умеш Вазир, «Синхронизаторы с механической коробкой передач — обзор», Машиностроение, Университет нефти и энергетики ADE, Бидхоли, Дехрадун, 248 007, Уттаракханд, Индия, сентябрь 2013 г.

[4] Даниэль Хэггстрем, «Синхронизация трансмиссий тяжелых грузовиков». Лицензионная работа, Отдел машиностроения, Королевский технологический институт KTH, SE-100 44 Стокгольм, 2016

[5] Проф.М. Массаро, «Контактные лекции» Моделирование и моделирование механических систем A / A 2016/17 Università degli Studi di Padova, 2017

Принцип, конструкция, работа, преимущества и недостатки

Синхронизирующая коробка передач: принцип, конструкция, работа, преимущества и недостатки


Последняя версия модели с постоянным зацеплением — это синхронизированная коробка передач. Это трансмиссия с ручным управлением, в которой переключение передач происходит между вращающимися шестернями с одинаковой скоростью.Шестерни могут свободно вращаться или они могут быть заблокированы на валу компоновки в такой коробке передач. На самом деле Synchromesh — это усовершенствование собачьих объятий.

Синхронизатор является основным элементом этой трансмиссии стабилизации скорости. Синхронизатор — это муфта, которая позволяет компонентам вращаться с различной скоростью. Скорости трения конуса используются для синхронизации. Он состоит из двух частей, синхронизированного конуса и кольца Baulk. Конус — это часть массива, а часть синхронизатора — это часть кольца.Как только они начнут вращаться с правильной скоростью, кольцо мешка останавливает включение шестерен. Когда кольцо скользит по кругу, трение замедляет или ускоряет зубчатое колесо. Наконец, синхронизатор и шестерня будут сбалансированы и будут вращаться с одинаковой скоростью. К ним присоединены шестерни вала, при этом шестерни вала могут свободно вращаться.

Принцип:

В коробке передач всегда возникает проблема, когда устойчивая передача переключается на высокой скорости вместе с шестернями. Принцип гласит, что «шестерни трутся друг о друга до включения шестерни, а зацепление осуществляется после выравнивания скорости.»


Конструкция:

Синхронизатор расположен между двумя шестернями. Таким образом, мы можем использовать один блок для двух шестерен. G1 и G2 — это кольцеобразные элементы, которые имеют внутренний зуб, который подходит к внешним зубьям. . F1 и F2 — скользящие элементы главного вала. H2, h3, N1, N2, P1, P2, R1, R2 — поверхность трения.


1. Главный вал Шестерни:

A диафрагма вал используется для соединения синхронизирующих устройств и шестерен с выходным валом.На рис. B, C, D, E показаны шестерни, которые могут свободно вращаться с соответствующей шестерней промежуточного вала на главном валу в зацеплении. Там, где вал А вращается непрерывно, все изменения происходят в основном и промежуточном валах.

2. Шестерни промежуточного вала:

Это средний вал, по которому вращательное движение от вала столкновения к конечному выходному валу передается на шестерни соответствующего размера. Согласно рис. Фиксированные шестерни на промежуточном валу (кожухе) — это U1, U2, U3, U4.

3. Вал сцепления:

Это вал, используемый в качестве вставного вала в коробке передач, когда мощность двигателя передается на коробку передач.

4. Конусная синхронизация:

На боковой стороне устройства есть две кнопки, которые можно использовать. Первый — это полый конус, а второй — кольцо собачьих зубов. Шестерня состоит из конусов и зубьев, контактирующих с синхронизатором.

5. Синхронизаторы:

Это специальное оборудование для переключения передач в коробках синхронизаторов с коническими канавками, вырезанными на их поверхности, которые обеспечивают фрикционный контакт с оборудованием, подлежащим зацеплению, так что скорость главного вала, промежуточного вала и охватывающего вала составляет выровненный, что, по сути, обеспечивает более плавное переключение передач.

6. Рычаг переключения передач:

Это рычаг переключения передач, управляемый водителем и используемый для выбора соответствующей передачи, то есть 1, 2, 3, 4, 5 или передачи заднего хода.

Рабочий:

Промежуточный вал синхронизатора напрямую связан с поршнем, но когда муфта выведена из эксплуатации, она вращается свободно. Синхронизация — это подходящая скорость, на которой ваши зубья закреплены, для достижения требуемой скорости выходного вала. Потому что шестерни всегда были пристегнуты.


1. Работа первой передачи:

Для первой передачи, часть коронного вала и скользящая часть, например G2 и F2, двигайтесь влево, пока конусы P1 и P2 не наткнутся. Тогда трение пропорционально его скорости. Как только G2 сравняется с его оборотами, он сдвигается дальше влево и соединяется с зубцом L2. От шестерни сцепления B к промежуточному валу шестерня U1 перемещается с ходу. После этого движение передается промежуточному валу U3 и шестерне главного вала D. Оттуда движение передается на F2, рычаг и последний толчок на главный вал.

2. Работа второй передачи:

Кольцевой вал двух шестерен и скользящие элементы, то есть G1 и F1, смещаются вправо до того, как конусы N1 и N2 застынут. Тогда трение равно его размеру. G1 перемещается дальше вправо и входит в зацепление с оборудованием. Перемещение от ковшовой шестерни B к погрузочной шестерне U1 переключается. Движение передается от U1 к U2. Шестерня C главного вала перемещается от U2. Затем движение передается на ползунок F1. Вместо этого она направляется в последний путь к главной шахте.

3. Работа верхней передачи:


Движение осуществляется от кластерной шестерни B к скользящему элементу F1 для высшей передачи или прямой передачи. Затем шпоночный вал от F1. Вы перемещаете G1 и F1 влево. Это случилось.

4. Работа задней передачи:

Для задней передачи переключение с шестерни сцепления A на шестерню вала U1 передается. Оттуда перемещается оборудование U4, а затем перемещается промежуточное оборудование U5.Главный вал E, скользящий элемент F2 и второй вал для конечного перемещения оттуда к другому. Это достигается переключением G2 вправо. Промежуточная передача ведет к передаче заднего хода.

Преимущества:

  • Плавное и бесшумное переключение передач, наиболее подходящее для автомобилей.
  • Нет потери передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса при переключении передач.
  • Двойное сцепление не требуется.
  • Меньше вибрации.
  • Быстрое переключение передач без риска повреждения шестерен.

Недостатки:

  • Вымогательство из-за высокой стоимости изготовления и количества движущихся частей.
  • Когда зубья соприкасаются с шестерней, зубья не зацепляются, поскольку они вращаются с разной скоростью, что вызывает громкий скрежет, когда они стучат друг о друга.
  • Неправильное обращение с шестерней может легко повредить ее.
  • Не может выдерживать более высокие нагрузки.

Как это работает: механические коробки передач

Ссылки на след

  1. Как это работает
  2. Feature Story

Механические коробки передач в наши дни встречаются реже, но они все еще могут вселять страх в сердце нового водителя или приносить радость энтузиасту

Автор статьи:

Джил МакИнтош

Дата публикации:

12 сен 2018 • 7 февраля 2019 • 4 минуты чтения • Присоединяйтесь к разговору Фото Дженнифер Фравика / Вождение автомобиля

Содержание статьи

Мало что может поразить страх в сердце начинающего водителя или радость для энтузиаста, как если бы он увидел три педали, указывающие на механическую коробку передач.В то время как «рычаг переключения передач» когда-то был единственным предлагаемым типом, популярность автоматической коробки передач сделала механическую коробку передач относительно редкостью.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Сегодня механические коробки передач в основном используются на транспортных средствах с высокими характеристиками (хотя многие из них сейчас переходят на автоматику) или на базовых комплектациях некоторых автомобилей начального уровня по минимально возможной рекламируемой цене.

Как следует из названия, трансмиссия передает мощность от двигателя на колеса. Тяжелый центральный коленчатый вал двигателя вращается, чтобы обеспечить эту мощность, его скорость измеряется в оборотах в минуту или «об / мин», но водителям нужен более широкий диапазон скоростей транспортного средства, чем может обеспечить вращательное движение двигателя. Шестерни трансмиссии усиливают мощность двигателя для ускорения или снижают его обороты на скоростях шоссе, чтобы двигатель не перегружался. В отличие от автоматической коробки передач, водитель сам решает, когда перейти на соответствующую передачу.Коробки передач сложны, и это просто краткий обзор того, как они работают.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Современная механическая коробка передач обычно имеет пять или шесть передаточных чисел, обычно называемых скоростями, как в шестиступенчатой ​​коробке передач (задний ход и нейтраль в это число не входят). Внутри трансмиссии входной вал соединен с двигателем, который вращает вал; в то время как выходной вал направляет вращательное движение к колесам автомобиля, чтобы повернуть их.Мощность входного вала приводит в движение набор шестерен, называемых шестернями промежуточного вала. Они входят в зацепление с шестернями выходного вала, заставляя их вращаться.

Разница в размерах между шестерней промежуточного вала и соответствующей шестерней выходного вала определяет способ движения вашего автомобиля. На первой передаче меньшая шестерня приводит в движение большую, обеспечивая крутящий момент, необходимый для ускорения с места. На более высоких скоростях две шестерни могут быть одинакового размера, или более крупная шестерня приводит в движение меньшую, поэтому транспортное средство движется с более высокими скоростями, в то время как частота вращения двигателя остается относительно низкой.Вы можете увидеть это на тахометре: когда вы нажимаете на дроссельную заслонку, обороты двигателя повышаются, но когда вы переключаетесь на следующую передачу, обороты падают.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

  1. Принципы работы: Автоматические коробки передач

Для переключения передач необходимо временно отсоединить двигатель от трансмиссии, и здесь задействуется сцепление.Коленчатый вал двигателя, который постоянно вращается, когда двигатель работает, вращает на конце маховик. Сцепление находится между маховиком и трансмиссией, и оно либо соединяет, либо разъединяет их.

Сцепление содержит диск с фрикционным материалом на нем, похожий на тормозную колодку. Когда вы нажимаете педаль сцепления, нажимной диск отводит этот диск от маховика. Оба теперь отключены, и на трансмиссию не поступает мощность двигателя. Когда вы отпускаете педаль сцепления после переключения, диск сцепления и нажимной диск снова соединяются с маховиком, и крутящаяся мощность двигателя передается на трансмиссию через входной вал.Как и в случае с вашими тормозами, фрикционный материал на диске со временем изнашивается и требует замены. Его потребуется заменить даже раньше, если вы «едете на сцеплении», то есть держите педаль сцепления нажатой наполовину. Это обычная привычка для новичков в работе с руководствами, но она лишь частично включает сцепление и создает ненужное трение.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

После включения сцепления пора переключать передачи.Выходные шестерни разделены по валу синхронизаторами, которые обеспечивают плавный переход от одной передачи к другой. Они также блокируют выбранную передачу на выходном валу, поэтому вал вращается с соответствующей скоростью, чтобы приводить в движение колеса (все шестерни выходного вала вращаются при отпускании сцепления, но только одна блокируется и фактически поворачивает выходной вал на любое время). Каждый синхронизатор скользит между двумя передачами, включая одну или другую. Когда вы перемещаете рычаг переключения передач, вы перемещаете вперед и назад металлические стержни, называемые планками переключения передач.Вилки на направляющих переключения передач прикреплены к муфте синхронизатора, и, когда рычаг переключения передач перемещает направляющие, вилки перемещают синхронизатор с одной передачи на другую, чтобы включить его.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Проще говоря, для переключения с первого на второй вы нажимаете на сцепление, чтобы разъединить двигатель и трансмиссию; вы перемещаете рычаг переключения передач, который переводит синхронизатор с первой передачи на вторую и фиксирует его на валу; и вы отпускаете сцепление, которое снова включает двигатель.Эта вторая передача вращает выходной вал, и мощность передается на колеса автомобиля.

Задний ход включает вращение выходного вала в противоположную сторону. В то время как передние скорости являются результатом прямого зацепления промежуточного вала и ведомых шестерен, задний ход — это небольшая шестерня, которая устанавливается между ними, чтобы обеспечить обратное движение. В нейтральном режиме ни одна из выходных шестерен не заблокирована на валу, поэтому двигатель может работать без остановки. Здесь нет парковочной передачи, как на автоматической, поэтому всякий раз, когда вы покидаете свой автомобиль с механической коробкой передач, всегда не забывайте включать стояночный тормоз, чтобы он не откатился.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Подпишитесь, чтобы получать информационный бюллетень Driving.ca Blind-Spot Monitor по средам и субботам

Нажимая на кнопку подписки, вы даете согласие на получение вышеуказанного информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc. откажитесь от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки внизу наших писем. Postmedia Network Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

Спасибо за регистрацию!

Приветственное письмо уже готово.Если вы его не видите, проверьте папку нежелательной почты.

Следующий выпуск «Монитора слепых зон» Driving.ca скоро будет в вашем почтовом ящике.

Комментарии

Postmedia стремится поддерживать живой, но гражданский форум для обсуждения и поощрять всех читателей делиться своим мнением о наших статьях. На модерацию комментариев может потребоваться до часа, прежде чем они появятся на сайте. Мы просим вас, чтобы ваши комментарии были актуальными и уважительными.Мы включили уведомления по электронной почте — теперь вы получите электронное письмо, если получите ответ на свой комментарий, есть обновление в цепочке комментариев, на которую вы подписаны, или если пользователь, на которого вы подписаны, комментарии. Посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.

Скоординированное управление динамическим переключением на основе синхронизации активной скорости двигателя с новой гибридной системой

С учетом присущих ему недостатков, которые серьезно влияют на комфортность вождения во время процесса переключения передач в HEV, для улучшения предлагается динамическое координированное управление переключением на основе синхронизации активной скорости двигателя. качество переключения передач за счет снижения вибрации переключения.Вся схема управления состоит из трех фаз: подготовительной фазы, фазы регулирования скорости и фазы синхронизации, которые выполняются последовательно по порядку. Ключ к предотвращению удара и рывков зависит от фазы регулирования скорости, где используется синхронизация активной скорости двигателя для достижения минимальной разницы скоростей между двумя концами синхронизатора. Новая гибридная система с превосходными характеристиками применяется для демонстрации достоверности принятого алгоритма управления во время переключения на повышенную или пониженную передачу, который может представлять планетарную систему передач и обычную процедуру переключения передач AMT, соответственно.Результаты стендовых испытаний, моделирования и дорожных испытаний показывают, что, по сравнению с другими методами, предлагаемое динамическое скоординированное управление может обеспечить управление переключением передач в реальном времени, чтобы эффективно повысить комфорт переключения передач и сократить переходные процессы при отключении питания, с надежностью как в обычном AMT, так и в планетарной системе. зубчатая передача.

1. Введение

Гибридный электромобиль (HEV) становится важной заменой традиционному транспорту из-за его повышения экономии топлива и сокращения выбросов.Его трансмиссию можно классифицировать как обычный тип AMT и тип планетарной передачи на основе сцепления. В этой статье предлагается новый тип гибридной системы, структура которой сочетает в себе оба основных типа вместе с превосходными динамическими характеристиками и экономией топлива [1–3]. Однако, поскольку они имеют сложную конструкцию трансмиссии и различные режимы работы, прерывание питания и колебания крутящего момента во время преобразования режима, особенно в период синхронизации переключения передач, могут легко привести к движущимся вибрациям и рывкам, что значительно влияет на комфортность вождения.Снижение и демпфирование движущих вибраций во время переключения передач становится одной из ключевых задач в динамическом управлении переключением транспортного средства [4].

Было предложено множество подходов к поиску лучших решений для преодоления недостатков в процессе переключения передач HEV. Glielmo et al. поднял иерархический метод, основанный на каскадных и разделенных контурах управления скоростью и крутящим моментом [5]. Shin et al. разработали комбинированный метод переключения передач с помощью управления скоростью двигателя с обратной связью [6]. Барасу и Чиканек продемонстрировали, что в процессе переключения передач двигатель должен обеспечивать крутящий момент напрямую, чтобы сократить время отключения питания [7].Комбинация динамического программирования (DP) и принципа минимума Понтрягина (PMP) была использована в структуре прогнозирующего контроллера модели для реализации прогнозирующего контроллера в режиме удаляющегося горизонта для PHEV, оснащенного AMT [8]. Вычислительная нагрузка и предположение, что профиль скорости доступен заранее, ограничивают его применение в управлении в реальном времени. Стратегии управления, используемые в трансмиссии без сцепления с переключением передач в гибридных электромобилях, обсуждаются в [9–11]. Это ограничивает использование предлагаемых методов в этой литературе процессом переключения передач, связанного с включением сцепления, и характеристики управляемости не могут быть гарантированы.В [12] представлена ​​стратегия для электромобилей, оснащенных гидравлическими коробками передач с комбинированным сцеплением, для улучшения качества переключения передач. Тем не менее, сложность гидравлического контура переключения передач и его нелинейность создают проблемы для прогнозирования давления масла, действующего на тормозной поршень. Алгоритм синтеза для реализации точного управления частотой вращения двигателя и управления положением двигателя переключения без отключения сцепления с использованием активного управления двигателем был представлен Zhong et al. [13], что существенно не улучшило условия из-за медленной реакции двигателя.Поэтому было предложено управление активной скоростью двигателя для достижения синхронизации переключения в процессе переключения передач за счет быстрой реакции характеристик двигателя [14, 15]. Тем не менее, их силовые агрегаты просты, они представляют собой один двигатель на одной оси без сцепления, и предложенные алгоритмы не могут быть применены к сложным трансмиссиям со сцеплением или сдвоенными двигателями, не говоря уже о планетарной системе передач. Как следствие, введена новая синхронизация активной скорости двигателя с координированным управлением сцеплением для обеспечения быстрого и плавного переключения передач в новой гибридной системе.

Из-за огромного конструктивного различия между двумя шестернями новой гибридной системы разница скоростей между двумя концами синхронизатора велика, поскольку он готов к переключению. Прямое переключение на повышенную или пониженную передачу приведет к сильным вибрациям и серьезному износу синхронизатора. В результате перед началом синхронизации требуется регулировка скорости двигателя, чтобы минимизировать время переключения и период отключения питания, а также уменьшить силу удара и улучшить качество переключения. Между тем, чтобы обеспечить быстрое и плавное переключение передач, двигатель, двигатель, сцепление и привод коробки передач управляются точно и согласованно.Перед переключением на нейронную передачу передаваемый крутящий момент на выходной вал должен быть уменьшен почти до нуля; в противном случае попытка расцепления или включения шестерен, передающих большие крутящие моменты, может вызвать крутильную вибрацию, повреждение поверхности зубьев шестерен и затруднение синхронизации. Таким образом, перед переключением на нейтральную передачу необходимо разгрузить источники питания, а также полностью отключить сцепление. Сцепление остается выключенным, и двигатели снова разгружаются до начала синхронизации по той же причине.Вышеупомянутый скоординированный контроль может гарантировать скорость и плавность процесса переключения передач, что подтверждено бортовыми испытаниями.

Схема координированного управления динамическим переключением, основанная на регулировании активной скорости двигателя, может быть разделена на три фазы: разгрузка и переключение на нейронную передачу, регулирование скорости и механическая синхронизация скорости синхронизатором. Вторая фаза — это основная часть. Новый тип системы HEV используется для оценки осуществимости схемы управления. Причина выбора этой новой гибридной системы в качестве объекта исследования зависит от двух моментов.Во-первых, новая гибридная система имеет огромные преимущества в экономии топлива и динамических характеристиках. Уровень экономии топлива может достигать 17% ~ 28% в разных ездовых циклах по сравнению с обычными параллельными гибридными автомобилями, что может достигать почти 40% по сравнению с традиционными дизелями [1, 3]. С другой стороны, максимальный выходной крутящий момент перед главной передачей новой системы составляет более 3600 Нм, что позволяет удовлетворить потребности в мощности в различных ситуациях. Во-вторых, он содержит две характерные трансмиссии на двух передачах, и конструктивная разница между двумя передачами приводит к неизбежному регулированию скорости во время процесса переключения.Представляя схему управления повышением и понижением передачи, процесс регулирования в обычном AMT и планетарной передаче может быть раскрыт в новой гибридной системе, как показано в разделе 3.2. В разделе 2 представлена ​​структура и принцип работы новой системы HEV. В разделе 3 подробно рассматриваются динамическое согласованное управление и активная синхронизация скорости соответственно. Результаты стендовых и бортовых испытаний, показывающие эффективность предложенного подхода, представлены в разделе 4.Выводы, обобщающие результаты статьи, приведены в Разделе 5.

2. Новая система HEV

Упрощенная структурная схема системы HEV, принятая в этой статье, показана на рисунке 1. Она в основном состоит из дизельного двигателя. , два двигателя с постоянными магнитами и планетарная зубчатая муфта. MG2 напрямую связан с солнечной шестерней, тогда как MG1 соединен с коронной шестерней и отделен от двигателя муфтой электронного управления. По сравнению с традиционной гибридной системой, новая система может гибко регулировать диапазон скоростей рабочей точки двигателя с помощью системы сцепления вариатора, которая обеспечивает работу двигателя в высокоэффективной области и улучшает экономию топлива автомобиля.Между тем, двигатель может взаимодействовать с генератором для управления автомобилем или зарядки аккумулятора в соответствии с требованиями к динамике и продолжительности работы транспортного средства.


Пока синхронизатор переключения передач расположен на правом конце, номер передачи равен 1. И выходной крутящий момент двигателя увеличивается в несколько раз через обычную зубчатую передачу на выходной вал, чтобы соответствовать требованиям рабочих условий, поскольку требуемый крутящий момент составляет высокий, например, процесс запуска транспортного средства. Как упоминалось ранее, это соотношение может быть записано следующим образом: где и обозначают крутящий момент выходного вала и крутящий момент MG2, соответственно, и обозначают скорость выходного вала на первой передаче и скорости MG2, а и обозначают передаточные числа зубчатой ​​передачи.

В то время как синхронизатор переключения передач расположен на левом конце, номер передачи равен 2. Солнечная шестерня (MG2) и коронная шестерня (MG1 и двигатель) соединены и в конечном итоге передают крутящий момент на планетарную шестерню. При известных характеристиках планетарной зубчатой ​​передачи соотношение в установившемся состоянии описывается следующим образом: где

обозначает коэффициент планетарной передачи,, и обозначают крутящий момент коронной шестерни, крутящий момент MG1 и крутящий момент двигателя, соответственно, и , и обозначают скорость MG1, скорость двигателя и скорость выходного вала на второй передаче.

Когда сцепление включено,

Двигатель тем временем полностью связан с трансмиссией. Из (6) и (8) мы можем сделать вывод, что, регулируя скорость MG2, двигатель может работать в своем высокоэффективном диапазоне скоростей, что приводит к повышению экономии топлива транспортного средства, как показано на рисунке 2.


Пока синхронизатор переключения передач ставится посередине, трансмиссия прерывается. Из-за прерывания передача мощности на выходной вал невозможна. В данный момент он находится в нейтральном положении.

Рабочее состояние новой системы HEV можно разделить на четыре режима. Критерии выбора зависят от скорости автомобиля, потребляемой мощности и уровня заряда аккумулятора. Четыре режима приведены в таблице 1.

с одним электродвигателем

Режим Номер шестерни Состояние сцепления Описание

1 Включен Только MG2 управляет транспортным средством
Последовательный режим 1 Включен MG2 управляет транспортным средством; MG1 и двигатель взаимодействуют друг с другом для выработки электроэнергии
Двухмоторный чисто электрический режим 2 Отключено MG1 и MG2 приводят транспортное средство вместе
Последовательно-параллельный режим 2 Включен MG2 и двигатель приводят в движение транспортное средство вместе

3.Динамическое скоординированное управление

Координированное управление с другими компонентами необходимо во время смены. Это необходимо для обеспечения плавности синхронизации после регулировки скорости. Вся схема динамического скоординированного управления состоит из трех фаз, которые показаны на рисунке 3 и подробно описаны ниже. Перед переходом к следующему этапу каждый шаг на каждом этапе должен подтверждаться обратной связью контролируемых компонентов, что обеспечивает надежность всей процедуры.


3.1. Подготовительный этап (разгрузка и переключение на нейтральную передачу)

Целью этого этапа является подготовка к активному регулированию скорости двигателя. Основная задача — разгрузка источников питания, выключение сцепления и включение нейтральной передачи. Двигатели и двигатель после разгрузки находятся в ненагруженном состоянии, что позволяет позже выключить сцепление. Отсутствие передачи крутящего момента на трансмиссию помогает плавно переключаться на нейтральную передачу, избегая рывков и шума.

Период подготовительной фазы не должен длиться слишком долго. В противном случае водитель почувствовал бы недостаток мощности из-за отсутствия выходной мощности во время фазы. С другой стороны, наклон управляющего крутящего момента, отправляемого в DMCM, следует считать не слишком большим, так как это вызовет ощущение отрыва. Блок-схема показана на рисунке 4.


3.2. Фаза регулирования скорости

Регулировка скорости во время процесса переключения является обязательной, поскольку она направлена ​​на настройку входного вала на желаемую скорость без перерегулирования и колебаний.Экспериментально установлено, что синхронизация может начаться только тогда, когда разница скоростей меньше допустимого эталонного значения. Более того, легче включить целевую передачу, когда скорость активного конца регулировки скорости немного выше, чем пассивного конца синхронизатора, что согласуется с принципом работы обычных автобусов. Таким образом, (9) должно быть выполнено до начала синхронизации: где — целевая скорость выходного вала, связанного с синхронизатором в фазе регулирования скорости, — это фактическая скорость выходного вала, и — калибровки скорости, определенные экспериментом по калибровке разности скоростей в стендовый тест.

Скорость выходного вала тесно связана со скоростью транспортного средства, как показано в следующем уравнении: где обозначает скорость транспортного средства, обозначает конечное передаточное число и обозначает радиус колеса.

Из-за короткого времени регулировки скорости, большой инерции вращения транспортного средства и отсутствия выходной мощности в течение периода нейтрального положения скорость транспортного средства можно считать приблизительно постоянной. Тогда также можно считать почти инвариантным из (10). Уравнение (11) может быть получено из (2) и (6): где и обозначают целевую скорость MG1 и целевую скорость MG2.

Обсуждаются процессы регулирования скорости при повышении и понижении передачи, соответственно, из-за сложной конструкции новой системы HEV.

3.2.1. Первое регулирование скорости переключения на повышенную передачу (от одномоторного режима к двухмоторному)

В одномоторном режиме только MG2 приводит в движение транспортное средство, в то время как двигатель и MG1 находятся в состоянии холостого хода и не выводят мощность вообще:

В двухмоторном режиме -моторный режим, MG1 и MG2 вместе приводят в движение транспортное средство. Один двигатель должен находиться в режиме управления скоростью, а другой — в режиме управления крутящим моментом, чтобы система оставалась стабильной из-за особенностей планетарной зубчатой ​​передачи.MG2 выбран в качестве двигателя с регулируемой скоростью из-за его отличных характеристик регулировки скорости. Затем MG1 находится в режиме управления крутящим моментом, так как его характеристики регулирования крутящего момента хорошие. Оптимальная комбинация скоростей MG2 и MG1 с наивысшим КПД системы () может быть получена на основе характеристических кривых КПД двух двигателей при различных скоростях транспортного средства и условиях требуемого крутящего момента транспортного средства. Процедура расчета следующая: (1) Установите комбинацию скорости автомобиля и требуемого крутящего момента как известные величины; тогда (2) Для заданной серии скоростей MG1 () соответствующая скорость MG2 может быть определена () из соотношения в (6) 🙁 3) Эффективность MG1 и эффективность MG2 достигаются за счет использования полученной комбинации и посмотрите кривые эффективности MG1 и MG2.(4) Если существует комбинация или, которая удовлетворяет уравнению, то это оптимальная комбинация скорости при определенных условиях. (5) Повторите шаги, описанные выше, чтобы получить все оптимальные комбинации скоростей при различных скоростях и требуемых условиях крутящего момента транспортного средства.

После переключения на нейтральную передачу установите MG1 на работу в режиме управления крутящим моментом. Предположим, что командный крутящий момент MG1 равен; время от текущей скорости до целевой. MG1 разгружает крутящий момент и готовится включить целевую передачу при достижении целевой скорости.Но скорость MG1 будет продолжать расти во время процесса выгрузки из-за задержки ответа до достижения максимальной скорости. Затем он начинает медленно падать. Установите максимальную скорость как и период от до как. Поскольку MG1 обладает выдающимися характеристиками регулирования крутящего момента, фактический крутящий момент MG1 можно рассматривать как быстрое достижение командного крутящего момента за счет постоянного наклона кривой, как показано на рисунке 5.


Когда MG1 достигает максимальной скорости, фактический крутящий момент MG1 близок к нулю. а изменение скорости плавное, что делает его идеальной оптимальной точкой.

Установить

Общее время регулирования скорости MG1 составляет:

Регулирование скорости можно разделить на два этапа: и. Уравнение (19) может быть получено на каждом этапе:

Затем достигается путем решения вышеуказанных уравнений: где и обозначают управляющий крутящий момент MG1 и крутящий момент трения; — крутизна характеристики крутящего момента MG1. — эквивалентная инерция вращения MG1.

Назначение должно учитывать, что если оно слишком велико, даже если оно короткое, процесс выгрузки будет долгим, а приращение скорости будет большим.Если оно слишком мало, даже если время разгрузки короткое, оно будет долгим из-за небольшого углового ускорения. в любом случае будет относительно длинным. считается оптимальным значением, которое удовлетворяет следующему уравнению:

Возьмем частную производную от в (20) и получим следующее:

MG2 настроен на работу в режиме управления скоростью из-за его быстрой реакции и точность регулирования. Путем быстрой регулировки целевой скорости MG2 скорость выходного вала может быть привязана точно к концу регулирования скорости.

Целевая скорость MG2, а именно, скорость MG2 регулируется до оптимального значения до окончательного регулирования крутящего момента MG1, которое соответствует (9), когда MG1 поднимается до максимальной скорости. Если (9) не может быть выполнено в течение всего процесса регулирования скорости MG1, то целевая скорость MG2 изменяется, чтобы удовлетворить взаимосвязь, поскольку MG1 находится в свободном падении. Этот процесс близок к процессу регулирования скорости переключения передач в планетарных редукторах со сдвоенными двигателями.

3.2.2. Второе регулирование скорости переключения на повышенную передачу (одномоторный режим / последовательный режим в последовательно-параллельный режим)

В последовательно-параллельном режиме двигатель участвует в движении транспортного средства.Принимая скорость выходного вала, требуемый крутящий момент транспортного средства и мощность двигателя как известные величины, составляется трехмерная таблица функций. Целью функции является достижение наивысшего комбинированного КПД двигателя и электрической системы, соответствие требованиям к мощности транспортного средства и достижение контрольной цели SOC. Оптимальная комбинация получается, следуя приведенной ниже процедуре.

(1) Установите комбинацию как известное количество. Автомобиль требовал мощности.

(2) Учитывая последовательность скоростей MG1, соответствующая скорость MG2 может быть получена в соответствии с условиями скорости транспортного средства следующим соотношением:

Скорость двигателя равна скорости MG1.

(3) Крутящий момент двигателя задается следующим образом:

Управляющий момент MG1 задается следующим образом:

Крутящий момент MG2 задается следующим образом:.

(4) КПД MG1, КПД MG2 и КПД двигателя достигаются за счет использования полученных комбинаций , и () для поиска кривых КПД MG1, MG2 и двигателя.

(5) Если существуют комбинации, и которые удовлетворяют уравнению где — эквивалентный коэффициент преобразования мощности двигателя в электрическую мощность, то () — оптимальная комбинация скорости при определенных условиях.

(6) Повторите шаги, описанные выше, чтобы получить все оптимальные комбинации скоростей при различных скоростях автомобиля, требуемом крутящем моменте и мощности двигателя.

При переходе в последовательно-параллельный режим необходимо как можно скорее включить сцепление. Следовательно, разница в скорости между MG1 и двигателем не должна быть слишком большой; в противном случае прямое включение приведет к сильному истиранию и рывкам. Кроме того, повторная регулировка скорости MG1 задержит время восстановления крутящего момента MG1. Чтобы избежать проблем, возникающих после процесса переключения на повышенную передачу, скорость двигателя всегда задается оптимальной скоростью во время процесса переключения, которая также является целевой скоростью MG1:

Цель регулирования скорости MG2 такая же, как (24).Командный крутящий момент MG1 в однодвигательном режиме в последовательно-параллельный режим идентичен (23). Переход от последовательного режима к последовательно-параллельному режиму аналогичен (19) и (22): где — скорость MG1 в последовательном режиме. В отличие от однодвигательного режима в последовательно-параллельный режим, в последовательном режиме в последовательно-параллельный режим может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, меньше или нет. Ситуация когда аналогична рисунку 4, а показана на рисунке 6.


3.2.3. Регулирование скорости переключения на пониженную передачу

Только MG2 подключается к трансмиссии после переключения на пониженную передачу, независимо от того, в одномоторном режиме или в последовательном режиме.Целевая скорость MG2 может быть получена в (31), что аналогично традиционной AMT:

Скорость MG1 не нужно регулировать во время процесса переключения на пониженную передачу. MG1 нужно только подготовиться к разгрузке и включению целевого снаряжения. Таким образом, блок-схема процесса регулирования скорости переключения передач показана на Рисунке 7.


3.3. Фаза синхронизации

Механическая синхронизация скорости выполняется синхронизатором для включения целевой передачи с нейтральной передачи в этой фазе, во время которой электродвигатель переключения приводит в движение синхронизатор для достижения диапазона хода целевой передачи.Гибридный блок управления (HCU) регулирует коэффициент заполнения импульса напряжения 24 В для управления мощностью двигателя переключения передач для преодоления различных ситуаций. Кроме того, замкнутый контур ПИД-регулирования положения и скорости используется для решения нелинейной ситуации и неопределенности параметров при механической синхронизации. Если время синхронизации превышает нормальное значение по умолчанию, это означает, что двигатель останавливается из-за сбоя регулирования скорости или неисправности двигателя переключения. В этот момент необходимо немедленно остановить двигатель переключения передач.Процесс переключения прерывается и переходит в режим неисправности, когда целевая передача переключается на нейтральную передачу из-за того, что сопротивление нейронной передаче относительно невелико и нет контакта между синхронизатором и трансмиссией в нейронной передаче, чтобы защитить механизм переключения и проверьте причину неисправности в состоянии парковки. После возврата на нейтральную передачу синхронизатор переключения может попытаться снова включить целевую передачу до трех раз. Если все три попытки заканчиваются неудачей, загорается лампа неисправности, и шестерня фиксируется в нейронном приводе.Блок-схема фазы синхронизации показана на Рисунке 8.


4. Проверка экспериментов

Для подготовки к дорожным испытаниям на борту был построен стенд гибридной электрической системы для отладки и проверки основных характеристики двигателей и реализация функций транспортного средства, как показано на рисунке 9. Он состоит из системы сцепления (включая два двигателя и трансмиссию), DMCM, динамометра, аккумулятора, двигателя и вспомогательного оборудования.


4.1.Испытание динамических характеристик двигателя на стендовых испытаниях

Из (23) и (30) можно сделать вывод, что параметры, и должны быть подтверждены для достижения оптимального командного крутящего момента. В виде серии кривых свободного падения MG1 при различных начальных условиях скорости, показанных на рисунке 10, в начальный период времени все кривые скорости MG1 аппроксимируются прямой линией с одинаковым наклоном в диапазоне скоростей переключения передач. Кинетическое уравнение показано следующим образом:


может быть получено с помощью крутящего момента MG1 в его стабильном режиме управления скоростью.Экспериментально подтверждено, что в диапазоне скоростей MG1 при переключении передач составляет около 15 Нм. Наклон кривых свободного падения MG1 примерно соответствует рисунку 10.

взят из (32). Это намного больше, чем обычная инерция вращения роторов в двигателях с постоянными магнитами. Это потому, что трансмиссионный вал MG1 всегда связан с коронной шестерней планетарной зубчатой ​​передачи. Кроме того, планетарная шестерня и водило также вращаются, когда MG1 вращается в одиночку. Следовательно, это фактически сумма инерции вращения MG1 и эквивалентной инерции вращения планетарной зубчатой ​​передачи.составляет 2500, поскольку скорость отклика крутящего момента двигателя составляет 100 Нм / 40 мс в соответствии с требованиями управления двигателем. При расчете на основе алгоритма оптимизации, упомянутого выше, составляет 1200 об / мин. составляет 1300 об / мин в последовательном режиме в последовательно-параллельный режим.

— это 509 Нм, полученное из (23) при первом регулировании скорости переключения на повышенную передачу. Чтобы проверить достоверность значения крутящего момента, экспериментально регистрируют отношения общего времени регулирования и разницы скоростей со скоростью разгрузки при различных условиях командного крутящего момента.Результаты показаны на рисунках 11 и 12.



Из рисунков 11 и 12 можно сделать вывод, что и взаимно ограничены. Короткое требует, чтобы оно было достаточно большим, что приведет к большому. Напротив, малое означает малое, но процесс регулирования скорости будет продлен и, соответственно, весь процесс смены будет отложен. Сравнивая результаты нескольких наборов данных, около 500 Нм можно рассматривать как выбранный командный крутящий момент, всесторонне учитывая его быстрое регулирование скорости и приемлемое увеличение скорости, что также согласуется с результатами расчетов из (23).При дальнейшем увеличении эффект сокращения времени не очевиден, но значительно возрастает.

При втором регулировании скорости переключения на повышенную передачу составляет 158 Нм, как рассчитано по (30). Снижение рассматривается как основная цель на данный момент из-за того, что время регулирования скорости относительно невелико.

может быть получено из (33) после и подтверждено:

В практическом инженерном применении может быть определено непосредственно путем калибровочных испытаний. Заданное как условие, может быть записано разгрузкой из набора разных.На основе данных была построена одномерная карта. может быть получен известным просмотром карты в обратном направлении. Возьмем, к примеру, первый режим повышающей передачи; карта показана на рисунке 13.


Между тем, был проведен тест управления скоростью для скоростных характеристик MG2, чтобы убедиться, что реакция скорости MG2 является быстрой и точной. Серия испытаний регулирования скорости MG2 была проведена во всем диапазоне скоростей процесса переключения передач. Результаты теста показывают, что большая часть регулировки скорости MG2 заканчивается на 0.5 с с высокой точностью и регулирующими требованиями.

Показатель успешности переключения был максимальным, когда он был определен как 10 об / мин и 40 об / мин путем проведения тестов на разницу скоростей выходного вала в (9). Вибрация и шум также находятся на приемлемом уровне.

4.2. Имитационный тест

Для подтверждения эффективности предложенного метода был проведен имитационный тест на основе AMESim (Advanced Modeling Environment для выполнения симуляций инженерных систем).Поскольку максимальная степень воздействия во время процесса переключения передач в основном зависит от фазы регулирования скорости и фазы синхронизации, в качестве объекта моделирования была выбрана процедура переключения на повышенную передачу из режима с одним двигателем в режим с двумя двигателями. Схема архитектуры моделирования предложенного метода была построена на основе демонстрации решения трансмиссии трансмиссии AMESim, как показано на рисунке 14.


Нормальная сила, приложенная к муфте синхронизатора, была получена методом ПИД для отслеживания оптимального кривая смещения рукава.Между тем, для сравнения эффектов был смоделирован обычный метод без фазы регулирования скорости, структура которого показана на рисунке 15.


Результаты моделирования обоих методов приведены на рисунках 16–18. В предлагаемом методе опережение на 0,3 с было занято регулированием скорости, а время синхронизации в обоих методах составляет 0,3 с. Благодаря тому, что время синхронизации является постоянным (на основе кривой смещения), степень удара может отражать характеристики управляемости.Он обозначает скорость изменения продольного ускорения транспортного средства и напрямую и количественно отражает мнение водителя об ударной нагрузке, как показано в следующем уравнении:




С другой стороны, другое моделирование, основанное на постоянной силе, действующей на сработала втулка синхронизатора. Результаты показаны на рисунке 19. Время синхронизации предлагаемого метода и обычного метода составляет 0,354 с и 0,544 с, соответственно.А максимальная степень удара составляет 4,08 м / с 3 и 20,7 м / с 3 соответственно.


Два результата моделирования могут подтвердить, что фаза регулирования скорости значительно влияет на характеристики управляемости, а предлагаемый метод может ограничить степень воздействия и значительно ускорить процесс синхронизации.

4.3. Дорожное испытание

Транспортное средство с новой гибридной электрической системой показано на рисунке 20.


4.3.1. Испытание на повышение передачи

Определения состояний сцепления и передач приведены в таблице 2.

91 4

Состояния сцепления Определения Состояния редуктора Определения Сцепление выключено 1 На передаче 1
2 Сцепление пробуксовывает 2 На передаче 2
3 Сцепление включено На передаче
3 В процессе смены

В качестве объекта исследования процесса переключения на повышенную передачу выбран однодвигательный режим на двухмоторный.Состояние сцепления и состояние передачи показаны на рисунке 21. Команды управления строго соответствуют выполнению процесса переключения. Кривые изменения скорости и крутящего момента двух двигателей показаны на рисунке 22. Двигатель игнорируется, так как он находится в состоянии покоя.



Можно получить, что после фактического выключения сцепления управляющая шестерня переключается на нейтральную передачу, и механизм переключения начинает двигаться в сторону нейтральной передачи. Затем начинается регулировка скорости двигателя на нейтральной передаче.Управляющий крутящий момент MG1 составляет 500 Нм, который сбрасывается до нуля после того, как фактическая скорость MG1 достигает 969 об / мин. Фактический крутящий момент MG1 уменьшается до нуля, когда скорость MG1 достигает 1182 об / мин. Скорость MG2 составляет 2952 об / мин, так как положение передачи просто переключается на нейтральную передачу. Командная скорость MG2 вначале равна 0 об / мин. Затем направление командной скорости MG2 изменяется с 0 на 1, когда его скорость ниже 200 об / мин. Скорость MG2 меняется на противоположную, когда направление скорости равно 1. Значение командной скорости MG2 рассчитывается по (24). Сначала она основана на пиковой скорости MG1, и ее командная скорость изменяется, когда скорость MG1 начинает свободное падение.После завершения регулирования скорости MG1 и MG2 соотношение в (9) удовлетворяется. Затем момент двигателя сбрасывается и начинается механическая синхронизация. Механизм переключения передач начинает переходить на целевую передачу.

По результатам дорожных испытаний полный процесс смены стоит 1,08 с. Скорость MG1 составляет 1170 об / мин, а скорость MG2 составляет -321 об / мин после завершения процесса регулирования скорости. Скорость муфты составляет 714 об / мин, а частота вращения выходного вала в это время составляет 690 об / мин. Разница скоростей составляет 24 об / мин, что соответствует требованиям (9).

Также регистрируется степень рывка во время смены. Результаты испытаний на Рисунке 22 показывают, что максимальная степень рывка составляет 8,42 м / с 3 , что меньше китайского стандарта. Таким образом, при переключении на более высокую передачу соблюдаются требования к комфорту.

4.3.2. Тест понижающей передачи

Процесс понижающей передачи в основном относится к регулированию скорости MG2. MG1 и двигатель работают на холостом ходу. Процесс регулирования скорости MG2 показан на рисунке 23.


Направление скорости MG2 изменяется с заднего на прямое на нейтральной передаче.Целевая скорость регулируется согласно (31). Режим управления MG2 настраивается с управления скоростью на управление крутящим моментом после регулирования скорости. Затем MG2 начинает разгрузку, сбрасывая крутящий момент MG2 до нуля. Когда фактический крутящий момент достигает нуля, начинается механическая синхронизация.

Общее время переключения на пониженную передачу составляет 0,919 с. В конце регулирования скорости скорость MG2 составляет 2107 об / мин. составляет 469 об / мин по расчету (2). Фактическая частота вращения выходного вала составляет 457 об / мин, что на 12 об / мин меньше. В результате регулирование скорости действует и условие (9) может быть выполнено.Кроме того, степень рывка при переключении на пониженную передачу также соответствует стандарту плавности.

В других литературных источниках представлено множество методов, касающихся процесса переключения передач с различными структурами, таких как комбинированный метод переключения передач с помощью управления скоростью двигателя с обратной связью [5], стратегия управления без расцепляющей муфты [16] и комбинированный алгоритм управления на основе на прямое, импульсное и ПИД-регулирование [7]. Результаты приведены в таблице 3. По сравнению с другими подходами и структурами структурные изменения новой гибридной системы во время переключения передач более сложны, но время рывков и отключения питания меньше, чем у других, что может подтвердить, что предложенное динамическое переключение скоординировано. Система управления может подавлять рывки и вибрацию автомобиля в короткие промежутки времени между сменами.

–0482 Заключение

Новый тип гибридной электрической системы используется для проведения экспериментов по управлению переключением и проверки достоверности предложенного динамического скоординированного управления переключением.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Методы Трансмиссия Время переключения (с) Макс. Рывок (м / с 3 )





2
2 AMT и планетарный редуктор Повышение передачи 1,08 Повышение передачи 8,42 м / с 3
Понижение передачи 0,92 Понижение передачи 11,96 м / с 3
Моторное сцепление с обратной связью Повышение передачи 1.24 Повышение передачи 13,2 рад / с 3
Понижение передачи 0,72–0,83 Понижение передачи 82,5 рад / с 3
Без выключающей муфты Обычный AMT м / с 3
Комбинированный алгоритм Обычный AMT Повышение 1,20
Понижение 1,10