Горизонты техники для детей, 1963 №11 (18)

Все об автомобиле

(часть XI)

Что такое коробка передач? Для чего она нужна? На эти вопросы мы хотим сегодня ответить. Принцип работы коробки передач рассмотрим сначала на примере знакомой всем вам велосипедной перекидки. Представьте себе, что вы едете на велосипед, нажимаете на педали, вращая большое цепное колесо. Вращение по цепи передается меньшему цепному колесу, находящемуся на оси заднего колеса. При медленном вращении педалей заднее колесо вращается быстро и вы мчитесь с ветерком. Если же съедем с шоссе или начнем подниматься в гору, нам станет значительно тяжелее ехать или даже придется слезть с велосипеда. В таком случае хорошую службу сослужил бы другие цепные колеса: у педалей меньшие, а на заднем колесе — большие. Нам пришлось бы чаще крутить педали, но зато приложили бы меньше силы. Чтобы цепь можно было перебрасывать с цепных колес разной величины во время езды в велосипеде имеется перекидка.

Подобной перекидкой в автомобиле является коробка передач. Если бы не она, автомобиль мог бы ехать только по гладкому и прямому шоссе. В гору, как и вам на велосипеде, ему было бы трудно подняться. Коробка передач — это такое приспособление, которое позволяет преодолевать трудные участки пути при использовании полной силы двигателя. Без коробки передач трудно разогнать двигатель.

Рис. 32. Принцип работы перекидки:

_{а — при небольшом цепном колесе на заднем колесе велосипедист быстро устаёт; б — при большом цепном колесе на заднем колесе велосипедист едет без большого усилия.}

Рис. 33. Конструкция и принцип работы коробки передач:

_{1 — первичный вал; 2 — промежуточный вал; 3 — вторичный вал; 4 — шестерня на первичном валу; 5 — шестерня на промежуточном валу; 6 и 7 — шестерни; 8 — торцевое соединение; 9 — вилка; — 10 — рычаг переключения передач; 11 — подшипники; 12 — стержень.}

_{а — Рычаг переключения положений передачи установлен на свободный ход. Вторичный вал отключен и не вращается; б — рычаг переключения передач установлен на первую передачу (скорость). Вторичный вал коробки передач вращается медленно; в — вторая передача (скорость). Шестерни рассоединены, а вторичный вал соединен непосредственно с первичным при помощи торцевого соединения и быстро вращается.}

Думаю, что не следует объяснять, почему трудно трогаться с места сразу с большой скоростью. Давайте лучше займемся более подробным изучением конструкции шестеренчатой коробки передач с подвижными шестернями.

Основными частями её являются шестерни и валы (см. черт. 33).

Шестерня 4 установлена на валу, называемом первичным валом, и находится в постоянном зацеплении с промежуточным валом 2 при помощи шестерни 5. На промежуточном валу имеется шестерня 6. Шестерня 5 как видно на чертеже, равна шестерне 7, насаженной на карданный, или, как мы будем в дальнейшем его называть, вторичный вал, и в два раза меньше шестерни 4, равной в свою очередь шестерне 6. Шестерня 7 установлена на вторичном валу 8 при помощи шлицевого соединения и может свободно передвигаться вдоль этого вала.

Как работает коробка передач? Посмотрите внимательно на рис. 33. Включаем первую передачу, устанавливая рычаг 10 в положение 1. Двигатель посредством сцепления защищает первичный вал 1 и шестерню 4. Эта шестерня сцеплена с в два раза большей шестерней 5. Поэтому промежуточный вал вращается со скоростью, в два раза меньшей, чем вал 1, но зато усилие на вале 2 в два раза больше, чем на вале 1. При перемещении рычага 10 в положение 1 шестерня 7, как видите на рис. 33, перемещается по валу 3, зацепляясь с зубьями шестерни 6. Поскольку вторичный вал 3 отделен от первичного небольшим промежутком, он может получить вращение только от промежуточного вала 2. Такое вращение, получаемое за счет сцепления шестерен 7 и 6, вдвое медленнее, чем вращение вала 2. Почему? Потому, что шестерня 7 в два раза больше шестерни 6. Но ведь промежуточный вал уже вращался в два раза медленнее первичного?! Легко понять, что вторичный вал вращается в четыре раза медленнее, чем первичный, и в четыре раза, следовательно, имеет большую силу. Вторичный вал соединен через карданный вал с колесами. В результате колеса вращаются в четыре раза медленнее, чем двигатель, но зато имеют большую силу, нужную, например, для разгона автомобиля.

Итак, нам с вами удалось разогнать автомобиль. Едем по отличному широкому и гладкому шоссе. Дорога без преград. Хочется помчаться побыстрее. Для этого включаем вторую передачу, или, как иначе говорят, вторую скорость, передвигая рычаг 10 в положение 2. Нижний конец этого рычага перемещает вилку 9 по стержню 12, а вилка в свою очередь перемещает шестерню 7, прижимая её к шестерне 4. Шестерни сцепляются при помощи так называемого торцевого соединения 8. Торцевое соединение, показано на рис. 34.

Рис. 34. Конструкция торцевого соединения.

Зубья одной из шестерен заходят в пазы второй, соединяя таким образом, первичный вал со вторичным. Вторичный вал начинает вращаться с такой же скоростью, что и первичный. Мы мчимся с большой скоростью!

Если теперь нам захочется замедлить ход или шоссе начинает подниматься вверх, передвигаем рычаг 10 в первоначальное положение 1.

В шестеренчатой коробке передач есть ещё одно положение рычага 10 — промежуточное — между положением 1 и 2 и обозначено буквой L. Что происходит с шестернями, когда рычаг находится в положении L? Посмотрите на рис. 33(b). Шестерня 7 не сцеплена ни с шестерней 4, ни с шестерней 6. Вторичный вал в таком положении не вращается, а промежуточный вращается вхолостую. Такое состояние называется свободным ходом.

Что же надо сделать, чтобы остановить автомобиль? Сначала выключаем сцепление, а затем, нажимая всё время на педаль, тормозим. Если не хотим окончательно заглушить двигатель, надо постоянно нажимать на педаль сцепления, что при длительной стоянке довольно утомительно. На помощь тогда нам приходит свободное положение коробки передач. Устанавливаем рычаг 10 в положение «L» и включаем сцепление. Двигатель посредством сцепления вращает валы 1 и 2. Вал 3 не вращается, и автомобиль стоит, несмотря на то, что двигатель всё время работает.

Все валы и шестерни расположены в коробке передач. Для вращения валов без трения их устанавливают на подшипниках 11. Подшипники отличаются от подшипников в двигателе и называются шарикоподшипниками. Шарикоподшипники состоят из 2-х колец: большого и заключенного в нем малого. Между ними имеются стальные шарики. Когда наружное кольцо неподвижно, а внутреннее вращается, шарики катятся по обоим кольцам, уменьшая трение. Чтобы подшипники работали безотказно, а шестерни быстро не изнашивались, в коробку передач наливают масло. При быстром вращении шестерен масло разбрызгивается по всей коробке, смазывая все её части.

Коробка передач, с которой мы сейчас с вами познакомились, ребята, имеет всего лишь два переключения для переднего хода автомобиля. Я не рассказал о заднём ходе, который тоже осуществляется при помощи коробки передач. Об этом, а также о коробках передач с тремя, четырьмя, а в больших грузовых автомобилях даже с шестью переключениями, вы сможете узнать, прочитав соответствующую техническую литературу, которую постарайтесь достать в библиотеке или в магазине «Техническая книга».

Инженер Тадеуш Рихтер