Как работает синхронизатор в МКПП
Добавлено: 28 апр 2013, 15:15
Вроде ясно-понятно, что синхронизатор синхронизирует скорости шестерен за счет трения. Однако мне было не ясно, как именно это происходит, почему передачи могут хрустеть, почему могут не втыкаться, или могут втыкаться но с большой задержкой, сперва упираясь. При очередной разборке кпп нашел ответы на все эти вопросы.
Итак, действующие лица процесса включения передачи:
Шестерня (GEAR). Свободно вращается на валу на игольчатом подшипнике. По окружности шестерни рабочие зубья, через которые и реализуется необходимое передаточное число. С торца шестерни зубья для фиксации её относительно вала, на котором она находится - как раз это происходит когда включается нужная передача. Выше зубьев находится блестящий конус - это рабочая поверхность, за которую синхронизатор затормаживает шестерню.
Кольцо синхронизатора (SYNCHRO RING). Латунная штука, с зубчатым конусом внутри. Если кольцо прижать к шестерне, то конусы расклинивает и возникает сильное трение. Зубцы внутри кольца синхронизатора, как я понимаю, для отвода масла с поверхности трения. Кольцо синхронизатора тоже имеет зубья, аналогичные зубьям на шестерне, про их назначение позже. Ещё на латунном кольце есть тонкое стальное кольцо - пружина синхронизатора (SYNCHRO SPRING).
Ступица синхронизатора (SYNCHRO HUB). Жестко зафиксированная на валу фиговина с шлицами внутри и снаружи. Внутренними шлицами ступица держится за вал, а по наружным шлицам продольно валу двигается муфта синхронизатора. Ещё на ступице есть три выемки для кольца синхронизатора, про них позже.
Муфта синхронизатора (SYNCHRO SLEEVE). Собственно та часть КПП, которая и производит зацепление нужной шестерни за вал при выборе передачи. Муфта сдвигается по ступице сдвижной вилкой (паз под неё находится на внешней кромке муфты), и при этом зубья муфты сцепляются с боковыми зубьями шестерни. По окружности муфты через 120 градусов есть три пары особенных зубьев, которые более глубокие и хитро профилированы. Про них ниже.
Теперь в разных комбинациях. Шестерня + кольцо синхронизатора + пружина синхронизатора.
Добавили ступицу синхронизатора
Добавили муфту синхронизатора. Как видно, она не спешит под действием силы тяжести упасть вниз на шестерню.
Это потому, что муфта не может беспрепятственно пройти пружину синхронизатора из-за тех самых хитрых трех пар зубьев на муфте, которые немного упираются в пружину. Для того чтобы муфта прошла через кольцо синхронизатора, требуется приложить некоторое усилие.
Теперь взаимодействие ступицы и кольца. В ступице есть три выемки, на кольце есть три ответных отливки. Поэтому кольцо не вращается относительно ступицы свободно, а имеет лишь небольшой ход. На фото ниже отливка кольца выставлена по центру выемки в ступице. При этом видно, что зубья на кольце и на ступице стоят в ряд - в таком положении муфта может беспрепятственно пройти через кольцо синхронизатора и зафиксировать шестерню.
Тут кольцо в одном из крайних положений. Как видно, ход кольца равен ширине одного зуба муфты. В крайнем положении кольца муфта не может пройти через кольцо свободно.
Теперь посмотрим на связку ступица-муфта-кольцо. На фото кольцо в одном крайнем положении. Заостренные зубцы в этом положении встают так, что при проходе через кольцо муфта повернет кольцо на ползуба против часовой стрелки и далее беспрепятственно пройдет к шестерне. Если, конечно, кольцо не будет сопротивляться этому под действием каких то внешних сил.
Тут другое крайнее положение, и соответственно муфта повернет кольцо на ползуба по часовой стрелке.
Ну и теперь собственно соль. Происходит момент переключения. Сцепление выжато, валы и шестерни продолжают крутиться с разными скоростями по инерции плюс и из-за вязкости масла. Скорость вращения вала, и шестерни, которую нужно зафиксировать с этим валом, не совпадают. Муфта движется в сторону этой шестерни. На пути муфты стоит синхронизатор. Он пока ещё ни к чему не прижат и можно считать что свободно подвешен на валу. Муфта движется дальше, и в первую очередь тремя парами больших зубьев нажимает на пружину синхронизатора. От этого кольцо синхронизатора начинает прижиматься к шестерне, возникает сильное трение и кольцо, увлекаемое шестерней через конус трения, с силой прижимается в одно из крайних положений на ступице. Если шестерня вращается быстрее вала - в одно крайнее положение, если медленнее - в другое. И дальше происходит два процесса. Во первых, пока кольцо с силой прижато в крайнее положение в ступице - муфта не может пройти зубья кольца. Если бы не было воздействия внешней силы, муфта повернула бы кольцо и прошла к шестерне, но сейчас кольцо с большой силой "ведется" шестерней. В итоге муфта стоит на месте, рычаг КПП в салоне "не идёт". Во вторых шестерня в это время изменят скорость, так как тормозит (или разгоняется) об кольцо синхронизатора, которое жестко уперто в вал.
Через некоторое время, которое зависит от залитого масла, состояния кольца синхронизатора и состояния пружины синхронизатора, скорость вращения шестерни уравнивается со скоростью вращения вала. Сила, которая мешала муфте повернуть кольцо на ползуба и пройти через него, проходит. Остается небольшое воздействие из-за вязкости масла, но оно намного меньше. И теперь муфта поворачивает кольцо своими косыми зубцами, и проходит его. За кольцом муфту ждут зубья шестерни, которые к этому моменту уже неподвижны относительно муфты. Передача включается.
И ещё небольшой момент. Когда шестерня окончательно остановилась относительно кольца, она может принять любое положение, в том числе и такое, когда зубья шестерни не встанут соосно зубьям кольца. И так как кольцо жестко держит шестерню - муфта, пройдя кольцо, не сможет соединиться с шестерней, и упрется зубьями в её зубья. Поэтому те самые три пары особенных зубьев имеют хитрый профиль - они упираются в кольцо только в самом начале контакта, далее же кольцо проскакивает за эти выступы на зубьях (6-е фото сверху, DSC00220.JPG), и более не упирается в муфту. Другими словами, как только скорости шестерни и кольца уравнялись и муфта продвинулась на миллиметр глубже - кольцо больше не работает и синхронизатор выключается. Шестерня оказывается заторможенной относительно вала, но свободной, и муфта сама доворачивает её на ползуба за счет скосов на зубьях, если это необходимо.
Итак, действующие лица процесса включения передачи:
Шестерня (GEAR). Свободно вращается на валу на игольчатом подшипнике. По окружности шестерни рабочие зубья, через которые и реализуется необходимое передаточное число. С торца шестерни зубья для фиксации её относительно вала, на котором она находится - как раз это происходит когда включается нужная передача. Выше зубьев находится блестящий конус - это рабочая поверхность, за которую синхронизатор затормаживает шестерню.
