Режими роботи та основи розрахунку синхронізатора

Для механічного сполучення проміжного вала коробки з тим чи іншим вторинним зубчастим колесом використовуються ковзні по шліцях проміжного валу муфти. Але оскільки у кожний конкретний момент переходу з нейтралі в зачеплений стан кутова швидкість муфти й зубчастого колеса є різними, постало питання попереднього їх зрівнювання – або розгону зубчастого колеса до швидкості обертання муфти, чи його пригальмовування з цією ж метою.

В сучасних механічних коробках передач, зазвичай, це завдання вирішується наступним чином. Торець зубчастого колеса яке повинно працювати в зачепленні має конусну поверхню, а між муфтою синхронізатора і цією шестернею розміщується проміжне бронзове блокувальне кільце із зубчастим вінцем. В конструкції коробки передач один синхронізатор обслуговує дві передачі (шестерні).

Конструктивною основою синхронізатора є маточина. Вона має внутрішні і зовнішні шліці. З допомогою внутрішніх шліців маточина взаємодіє з валом і має можливість осьового переміщення по ньому. Зовнішні шліці сполучають маточину з муфтою увімкнення.

По периметру зовнішнього кола маточини виконані пази у які встановлені підпружинені сухарики. У синхронізаторі сухарики натискають на блокувальне кільце при включенні передачі і забезпечують блокування муфти на етапі синхронізації.

Муфта увімкення (муфта синхронізатора) забезпечує жорстке сполучення вала і шестерні. Муфта посаджена на маточину і має внутрішні шліці. На шліцях виконана кільцева проточка, у якій розташовуються виступи сухариків. Ззовні муфта синхронізатора сполучається з вилкою перемикання передач коробки.

Блокувальне кільце забезпечує синхронізацію й запобігає замиканню муфти до моменту вирівнювання швидкостей обертання вала і шестерні. З внутрішнього боку блокувальне кільце має конічну поверхню, яка взаємодіє з фрикційним конусом шестерні. Ззовні блокувальне кільце має шліці, за допомогою яких здійснюється блокування муфти увімкнення.

На торцевій поверхні блокувального кільця з боку маточини виконано пази, у які входять сухарики маточини. Пази перешкоджають прокручуванню кільця при контакті з фрикційним конусом (в них впираються сухарики). Розмір пазів в 1, 5 рази перевищує розмір сухариків. У деяких конструкціях синхронізаторів, навпаки, на блокувальному кільці виконані виступи, а пази – в маточині.

Необхідною умовою включення передач є попереднє зрівняння частот обертання зубчастого колеса, яке вступає в зачеплення із зубчастим колесом, що зачіплюються, тобто після того, як вирівняються швидкості веденого вала і шестерні передачі, які включаються.

Безшумне й без ударне включення третьої й четвертої передач забезпечується синхронізатором.

Синхронізатор інерційного типу зрівнює частоти обертання зубчастих коліс, які включаються, забезпечуючи цим самим їх менше спрацювання. Синхронізатори встановлюють на тих передачах, якими найбільш часто користуються при експлуатації автомобілів. Він складається з маточини 11 (Мал. 21. 3), муфти 12, двох блокувальних кілець 9, трьох сухарів 5 і двох кілець 10 із дроту. Маточина 11 взаємодіє з веденим валом 8 через шліцьове з'єднання і закріплена гайкою. На зовнішній поверхні маточини нарізані є зуби і зроблені пази для сухарів 5. На внутрішній поверхні муфти 12 також є нарізані зуби, які взаємодіють із зубами маточини. В середньому положенні маточини муфта втримується виступами сухарів 5, які притискуються пружними кільцями 10.

На торцях блокувальних кілець 9 вирізані три пази, в які входять кінці сухарів. Ширина цих пазів на 4 мм. більша від ширини сухаря. На внутрішній конічній поверхні цих кілець нарізана різь із дрібним кроком для збільшення тертя між конусами блокувальних кілець і зовнішньою поверхнею конусів маточин зубчастих коліс 3 і 6, на яких також нарізана різь. Торці зубів вінців зубчастих коліс 3, 6 і блокувальних кілець мають зрізи, що полегшує введення їх у зачеплення з муфтою синхронізатора, коли вони обертаються синхронно при включенні третьої або четвертої передачі.

При нейтральному положенні синхронізатора (включена перша або друга передача) його зубчаста муфта і блокувальні кільця не працюють. При включенні передачі муфта 12 переміщується вилкою 4 і через виступи переміщує сухарі, які притискують одне з блокувальних кілець до конуса зубчастого колеса 3, якщо включається четверта (пряма) передача, або до конуса зубчастого колеса 6, якщо включається третя передача. Внаслідок наявності тертя між конічними поверхнями зубчасте колесо 6 затягує в обертання блокувальне кільце 9 до упору із сухарями. При цьому зуби блокувального кільця встановлюються напроти зубів муфти. Торцеві скоси зубів кільця 9 не дозволяють зубам муфти 12 увійти в зачеплення із зубчастим вінцем на маточині зубчастого колеса 6, коли частота обертання муфти синхронізатора (веденого вала) не дорівнює частоті обертання зубчастого колеса 6, а притискує блокувальне кільце до конуса колеса 6. Внаслідок цього поступово вирівнюється частота обертання блокувального кільця (а отже, і веденого вала) і включення шестерень в коробці зміни передач автомобіля ГАЗ-53А на передачах зубчастого колеса 6. Коли частоти їх обертання вирівнюються, зуби муфти синхронізатора спочатку входять у зачеплення із зубами блокувального кільця, а потім і з зубчастим вінцем на маточині зубчастого колеса 6.

Робота синхронізатора при включенні четвертої передачі проходить аналогічно.

Перша передача включається при введенні в зачеплення зубчастих коліс 6 (Мал. 21. 1) і 8 (Мал. 21. 4, а). Крутильний момент передається від ведучого вала 1 через зубчасте колесо 17 і 13 на блок 14 зубчастих коліс проміжного вала, а потім через колесо 8 і 6 на ведений вал 7.

При включенні другої передачі зубчасте колесо 6 переміщується вперед (Мал. 21. 1), і внутрішні шліци його входять у зачеплення із зубчастим вінцем колеса 5. Крутильний момент передається від ведучого вала 1 на ведений вал 7 через зубчасті колеса 17, 13, 10, 5, внутрішнє шліцьове з'єднання коліс 5 і 6 (Мал. 21. 4, 6).

Третя передача включається при переміщенні синхронізатора 15 назад. При цьому крутильний момент від проміжного вала на ведений передається через зубчасті колеса 11 і 4 і синхронізатор 15 (Мал. 21. 4, в).

Для включення четвертої передачі (прямої) переміщують синхронізатор 15 вперед, і з'єднують в одне ціле ведучий і ведений вал (Мал. 21. 4, д).

Передача заднього ходу включається при зміщенні вперед блоку 9 зубчастих коліс, з яких більше колесо входить у зачеплення з колесом 8, а менше – з колесом 6. При цьому крутильний момент передається через колеса 17, 13, 12, блок 9 зубчастих коліс і колесо 6 (Мал. 21. 4, д).

Передаточні числа кожної передачі складають на першій передачі-6, 55; на другій – 3, 09; на третій – 1, 71; на четвертій – 2, 0; на передачі заднього ходу – 7, 77.

Необхідний момент тертя синхронізатора:  , (2. 7)  де J Σ – сумарний приведений момент інерції для тієї частини системи, кутова швидкість якої змінюється під дією моменту  . U – передавальне число від валу, до якого наводиться момент інерції, до включеному зубчастому колесу. 

  Початкова різниця кутових швидкостей валу і встановленого на ньому включеного зубчастого колеса. 7. Час синхронізації:  

де ε с – кутове уповільнення валу, на якому розташований синхронізатор.