Для чего нужен синхронизатор

Устройство автомобилей

Вследствие разности передаточных чисел все зубчатые колеса в коробке передач вращаются с разными угловыми скоростями, отличающимися от угловой скорости вторичного вала. При включении передач, когда вводятся в зацепление зубчатые колеса, вращающиеся с разными угловыми скоростями, могут иметь место удары зубьев колес друг о друга, что приводит к их изнашиванию и даже к поломке.
Для исключения этого необходимо выровнять угловые скорости вращения вторичного вала и блокируемого с ним зубчатого колеса.

Вторичный вал вращается с частотой вращения, определяемой скоростью движения автомобиля, поскольку он жестко связан с ведущими колесами через карданную передачу и другие элементы трансмиссии. Значит, увеличивать или уменьшать скорость вращения можно только у зубчатых колес первичного или промежуточного вала, поскольку при выключенном сцеплении они не имеют жесткой связи с вращающимися элементами двигателя или с ведущими колесами.
К тому же эти детали, с учетом вращающихся ведомых элементов сцепления не обладают значительной инерционностью, и, манипулируя педалями сцепления и подачи топлива, можно либо увеличить частоту их вращения, либо уменьшить, подогнав под частоту вращения вала.

При включении повышающих передач блокируемое зубчатое колесо имеет скорость вращения больше, чем вторичный вал, и поэтому его необходимо притормаживать. При переходе на пониженную передачу зубчатые колеса необходимо разгонять. Все это усложняет процесс переключения передач и увеличивает время переключения, что ухудшает разгонную характеристику автомобиля, создает дополнительные нагрузки на двигатель, да и отрицательно влияет на простоту и удобство управления автомобилем.

Для облегчения переключения передач и обеспечения безударного блокирования пар зубчатых колес используют синхронизаторы. Они применяются, как правило, на высших передачах, которые наиболее часто переключаются во время движения автомобиля.
В коробках передач современных легковых автомобилей синхронизируются все передачи переднего хода.

В зависимости от принципа действия и назначения синхронизаторы могут быт одностороннего и двухстороннего действия, простые и инерционные, конусные и дисковые.
Для включения одной передачи устанавливают односторонние синхронизаторы, для включения раздельно двух передач – двухсторонние.
Простые синхронизаторы могут включать передачи при частичном выравнивании скоростей. Обычно такие синхронизаторы применяют на низших передачах.
Инерционные синхронизаторы имеют блокировку, которая не позволяет ввести в зацепление включаемые зубчатые колеса до полного выравнивания их угловых скоростей.

В настоящее время в конструкциях автомобильных коробок передач применяются инерционные синхронизаторы. Принцип их работы основан на выравнивании угловых скоростей за счет сил трения, возникающих между блокируемыми элементами. С этой целью в синхронизаторах имеется конусное кольцо, которое взаимодействует с конусной поверхностью, выполненной на зубчатых колесах вторичного вала. При этом до полного выравнивания угловых скоростей включение передачи блокируется специальным устройством.

Конструкция любого синхронизатора, как правило, включает три элемента:

• выравнивающий угловые скорости (конусные кольца, дисковые фрикционные поверхности, и т. п.);
• блокирующий включение передачи пока скорости не выровняются (блокирующие пальцы, блокирующие окна, блокирующие зубчатые колеса);
• включающий передачи (зубчатая муфта).

В зависимости от типа блокирующего устройства различают синхронизаторы с блокирующими пальцами, блокирующими зубчатыми кольцами и блокирующими окнами (рис. 1).

Синхронизатор с блокирующими пальцами (рис. 1, в) состоит из следующих деталей: муфты синхронизатора 1, двух конусных колец 2, трех блокирующих пальцев 12, трех фиксаторов 10.
Такие синхронизаторы используют в коробках передач грузовых автомобилей.
Муфта синхронизатора стальная, установлена на шлицах вторичного вала коробки передач. Ступица муфты имеет два наружных зубчатых венца 11 для соединения ее с внутренними венцами зубчатых колес включаемых (блокируемых) передач, установленных на вторичном валу свободно.

В диске муфты выполнены три отверстия под блокирующие пальцы и три под фиксаторы. Внутренняя поверхность отверстий имеет специальную форму.
Конусные кольца 2 изготовлены из латуни и связаны между собой с помощью трех блокирующих пальцев 12. Конусные кольца не имеют жесткой связи с муфтой. Они соединены с ней с помощью фиксаторов 10, поджимаемых пружинами в канавки пальцев.

На внутренней конусной поверхности колец выполнены канавки для разрыва масляной пленки и удаления масла с поверхности трения. Блокирующие пальцы изготовлены из стали, в средней части они имеют конические поверхности, являющиеся блокирующими.
Отверстия в диске муфты, через которые проходят блокирующие пальцы, также имеют блокирующие поверхности в виде фасок с двух сторон отверстия. Фиксаторы предназначены для фиксации конусных колец в нейтральном положении. При этом блокирующие пальцы в отверстиях муфты расположены центрально (блокировочные поверхности их не соприкасаются).

Синхронизаторы с блокирующими зубчатыми кольцами (рис. 1, а) используются в коробках передач легковых автомобилей и на автомобилях марки «ГАЗ».
Основными элементами такого синхронизатора являются: скользящая муфта синхронизатора 1, ступица 4, два блокирующих зубчатых кольца 2. Ступица жестко соединена с вторичным валом коробки передач, а муфта расположена на шлицах ступицы.

Синхронизатор с блокирующими окнами (рис. 1, б) состоит из цилиндрического корпуса 8, в который с двух сторон запрессованы бронзовые кольца 2. Внутри корпуса установлена муфта 1 синхронизатора, имеющая специальные выступы, которые входят в блокирующие окна 7 корпуса.
Муфта 1 связана с обоймой 6 штифтами 9. Шариковые фиксаторы 10 удерживают муфту в среднем положении.

Принцип работы синхронизаторов

Работа всех синхронизаторов состоит из трех этапов (рис. 2):

• перемещение муфты синхронизатора и конусных колец (или фрикционных дисков);
• блокирование перемещения и синхронизация (выравнивание угловых скоростей);
• включение передачи.

Рассмотрим работу на примере синхронизатора с блокирующими пальцами и блокирующими зубчатыми кольцами.

При воздействии на рычаг переключения передач муфта 3 синхронизатора перемещается, и, с помощью фиксаторов 5 перемещаются конусные кольца 2 (рис. 2, а, б). Как только одно из конусных колец 2 войдет в соприкосновение с конусной поверхностью зубчатых колес 1, произойдет смещение конусных колец в тангенциальном направлении (по касательной) относительно муфты.
Это, в свою очередь, приведет к тому, что дальнейшее перемещение муфты станет невозможным из-за срабатывания блокирующего элемента (рис. 2, в, г).

Усилие, передаваемое водителем через рычаг и вилку, будет использоваться для лучшего соприкосновения конических поверхностей конусного кольца и зубчатого колеса.
Когда скорости зубчатого колеса и синхронизатора выровняются, конусные кольца возвратятся в среднее положение, произойдет перемещение муфты 3 усилием со стороны водителя и зубчатый венец муфты синхронизатора соединится с зубчатым венцом зубчатого колеса 7 передачи. Произойдет включение передачи (рис. 2, д, е).

В синхронизаторе с блокирующими окнами блокировка перемещения и синхронизация осуществляются путем смещения в результате трения корпуса относительно муфты 1 (рис. 1, б). при этом выступы муфты синхронизатора упираются в края блокирующих окон корпуса.
Продольное перемещение муфты в таком положении невозможно до момента выравнивания частоты вращения синхронизатора и зубчатого колеса включаемой передачи.

На некоторых коробках передач с большой массой деталей применяются дисковые синхронизаторы, у которых повышена поверхность трения фрикционного элемента, что позволяет ускорить выравнивание угловых скоростей и соответственно включение передач.
Управление такими синхронизаторами требует значительных усилий для сжимания дисков, поэтому для создания этих усилий применяется энергия сжатого воздуха (пневматические усилители).

Устройство и принцип работы синхронизатора КПП

Синхронизаторы механической коробки передач обеспечивают плавный переход скоростей, что делает вождение более приятным. Однако это устройство имеет сложную конструкцию и при поломке нуждается в дорогостоящем ремонте.Поэтому автовладельцы должны понимать, как работает синхронизатор в коробке передач, чтобы продлить его работоспособность.

Понятие синхронизатора в коробке передач

Синхронизатор является узлом коробки перемены передач (КПП), которая передает крутящий момент от коленчатого вала на колеса и расширяет диапазон скоростей автомобиля. Это элемент трансмиссии, который устанавливают во все легковые и грузовые транспортные средства.

Предназначение

Основная функция синхронизатора состоит в уравнивании частоты вращения вторичного вала и шестерни, что обеспечивает безударное переключение передач. Также он способствует снижению степени износа металлических деталей, увеличивая срок полезного использования КПП.

Устройство конструкции

Устройство состоит из следующих деталей:

• ступицы муфты, на наружной стороне которой встроены сухари;
• стопорного кольца;
• скользящей муфты включения II и III передач;
• блокирующих (запирающих) колец;
• шестерней II и III передач с конусными выступами.

Базовым элементом устройства является ступица. На ее внутренней стороне находятся шлицы, благодаря которым она сцепляется с валом КПП и может свободно крутиться на нем в разных направлениях. Посредством внешних шлицев деталь совмещается с муфтой, обеспечивающей крепкое стыкование вала и шестерни.

На внешней поверхности ступицы есть 3 паза, в которые интегрированы сухари. В момент включения передачи они оказывают давление на запирающее кольцо и останавливают его движение. Внутренняя поверхность детали соприкасается с конусным выступом шестерни. Снаружи детали есть шлицы, посредством которых она соединяется и блокирует муфту на стадии синхронизации.

Принцип работы

Когда рычаг КПП находится в позиции холостого хода, скользящие муфты занимают среднее положение. В момент включения передачи она продвигается ближе к шестерням с помощью вилки. В результате сухари входят в пазы запирающих колец, стопоря их вращение. Посредством шлицевого соединения кольца препятствуют движению скользящей муфты по оси. В то же время они прижимаются к фрикционным конусам. Возникающие силы трения способствуют согласованию скоростей шестерней и вторичного вала.

По завершении синхронизации запирающие кольца под нажимом шлицев муфты поворачиваются в обратном направлении, что приводит к снятию блокировки. Муфта свободно продвигается дальше и жестко стыкует шестерню и вторичный вал КПП. Происходит передача вращающего момента, что обеспечивает движение транспортного средства на выбранной скорости.

Процесс согласования скоростей и включения передачи происходит за секунду, несмотря на совершение механизмом множества операций.

Основные виды

Существуют разные виды синхронизаторов: в одних используются запирающие кольца, в других – запирающие пальцы. Эти узлы отличаются по способу блокировки муфты до момента согласования угловых скоростей вала и шестерни, что отражается на их конструкции и принципе работы.

С блокирующими кольцами

Такие устройства используются в КПП легковых автомобилей. Основу их механизма составляет ступица с внутренними шлицами, с помощью которых деталь удерживается на вторичном валу.

С блокирующими пальцами

Основой конструкции такого устройства является каретка – ступица с фланцевым креплением. Посредством шлицевого соединения она держится на ведомом валу и свободно перемещается вдоль него. На внешней поверхности каретки есть зубчатые венцы, предназначенные для сцепления с шестернями.

На фланце сделано 6 сквозных отверстий: через 3 из них проходят запирающие пальцы, а через остальные 3 – сухари (разрезные фиксаторы). Пальцы жестко скрепляют конусные кольца по бокам ступицы.

При включении передачи каретка с помощью вилки передвигается по валу. В некоторый момент конусное кольцо соприкасается с шестерней и за счет сил трения вращается, приводя в действие каретку и удерживая ее в проточке блокировочных пальцев. При согласовании угловых скоростей инерция стремится к нулю, в результате чего ступица центрируется относительно запирающих пальцев и свободно перемещается на валу. Во время движения сухари сжимаются, и деталь соприкасается с шестерней. Крутящий момент с зубчатого кольца через каретку передается на ведомый вал, а затем на сцепление.

Возможные неисправности в работе синхронизатора КПП

Большинство неисправностей синхронизатора КПП имеют сходные симптомы, но причины поломок могут быть разными. Многие автовладельцы не знакомы с устройством трансмиссии, чем пользуются нечестные мастера при расчете затрат на ремонт. Чтобы предотвратить необоснованные расходы, каждому водителю стоит изучить основные признаки неисправности синхронизатора.

Основные признаки

Когда синхронизатор находится в хорошем рабочем состоянии, трансмиссия переключается быстро и плавно.

На неисправность устройства указывают:

• нехарактерные шумы, которые появляются при смене скоростей;
• сложное включение передачи, требующее приложения больших усилий или совершения нескольких попыток;
• самопроизвольное выключение передачи;

Причины возникновения

Наиболее частыми причинами нарушения работы узла являются:

• механическое повреждение деталей устройства;
• ослабление или срыв резьбы различных соединений;
• понижение уровня масла в КПП.

Износу узла способствует длительная эксплуатация транспортного средства, нарушение правил использования трансмиссии, низкое качество комплектующих, неграмотное техобслуживание устройства.

Способы устранения неполадок

Ремонт синхронизатора является сложным и трудоемким процессом, который невозможно выполнить без применения специального оборудования и навыков.

Автовладелец может проверить синхронизатор самостоятельно, попытавшись установить причину неисправности. Необходимо разобрать КПП и проверить подвижность муфты: она должна свободно передвигаться на валу. Если приходится прилагать физическое усилие, то нужно обратиться к специалисту.

Уход и эксплуатация

Синхронизаторы не принято регулярно проверять и ремонтировать. Однако рекомендуется периодически проводить техническое обслуживание устройства, чтобы продлить срок его службы и избежать необоснованных затрат на восстановление или замену.

Профилактические мероприятия

Чтобы синхронизатор функционировал эффективно, рекомендуется:

• придерживаться неагрессивной манеры вождения: осуществлять плавные разгон и торможение;
• согласовывать скорость движения автомобиля с передачей, чтобы обеспечить оптимальную нагрузку на трансмиссию;
• регулярно проводить техобслуживание агрегата в соответствии с техническим регламентом и требованиями производителя;
• использовать качественные трансмиссионные масла;
• перед сменой скоростей выжимать педаль сцепления до упора, иначе нагрузка на агрегат сильно возрастет.

Неукоснительное следование этим правилам позволит существенно снизить износ узла. Чрезмерная нагрузка приводит к усталости металла, повреждению деталей.

Синхронизатор КП: его устройство и принцип работы

Для выравнивания частоты вращения вала коробки передач и шестерни существует особый механизм синхронизатор КПП. Практически все механические и роботизированные коробки передач сегодня синхронизированы. Благодаря этому важному элементу переключение передач в коробке происходит гораздо плавне и быстрее. Что же представляет собой синхронизатор, зачем он вообще нужен и как он работает? Об этом всем более подробно будет рассказано в этом материале.

Зачем нужен синхронизатор?

Все коробки передач современных автомобилей оснащаются синхронизатором. В том числе это касается и передач заднего хода. Основным назначение синхронизатора считается обеспечение выравнивания частоты вращения вала и шестерни. Это является обязательным условием для того, чтобы передачи включались без ударения. Благодаря синхронизатору обеспечивается плавность переключения передач. Кроме того, он позволяет снизить шумность работы устройства. Данный элемент снижает степень износа механических элементов коробки, что отражается благоприятно в целом на сроке эксплуатации коробки передач. Стоит отметить и то, что синхронизатор значительно упростил принцип переключения передач. Для водителя этот процесс стал максимально удобным, потому как до него ему приходилось проводить переключение за счет двойного выжима сцепления и перевода коробки на нейтральную передачу.

Как работает и из чего состоит?

В конструкции синхронизатора предусмотрено наличие таких элементов как ступица с сухарями, блокировочные кольца, шестерни с фрикционным конусом и муфта включения. Ступица выступает основой узла и состоит из внутренних и наружных шлицов. С их помощью она соединяется с валом и с самой муфтой. Пазы в ней расположены под определенным углом (120 градусов). В них уже находятся подпружиненные сухари, фиксирующие муфту в нейтральном положении. Сама же муфта обеспечивает жесткое соединение вала и шестерни.

Когда муфта находится в выключенном состоянии и занимает среднее положение, шестерни начинают свободно вращаться на валу. При этом отсутствует передача крутящего момента. При выборе передачи вилка двигает муфту к шестерне. Муфта же двигает блокировочное кольцо, которое прижимается к конусу и проворачивается. Синхронизация происходит под воздействием скоростей шестерни и вала. Когда муфта начинает перемещаться и соединять шестерню и вал, начинается передача крутящего момента. Соответственно автомобиль начинает свое движение на заданной скорости.

Подробнее о принципе работы синхронизатора КП будет рассказано в этом видео: