Синхронізатор (коробка передач)

Типова механічна коробка передач використовує набори пар зубчастих коліс, з яких частина розташована на проміжному валу, і перебуваючи у постійному зачепленні з парними до них зубчастими колесами, жорстко закріпленими на первинному валу, можуть вільно обертатись на голчастих підшипниках у своїх маточинах.

Так як пари коліс мають різну кількість зубів й передавальне відношення, що дає змогу змінювати передавальне число коробки. Цей конструктивне вирішення приводить до того, що ведені зубчасті колеса а отже і вторинний вал коробки передач будуть обертатись із різною швидкістю.

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.

У нейтральному положенні важеля коробки передач муфти синхронізаторів перебувають у середньому положенні, шестерні на веденому валу обертаються вільно, потік потужності не передається.

При переміщенні муфти в бік зубчастого колеса муфта спочатку захоплює бронзове кільце синхронізатора й притискає його до конічної поверхні зубчастого колеса. За рахунок сили тертя, що виникає у цьому місці, зубчасте колесо починає пригальмовуватись (або навпаки, розганятись, якщо воно оберталось повільніше за муфту), і у кінцевому рахунку їх кутові швидкості зрівнюються — тепер у рухомій системі координат зубчасте колесо, кільце синхронізатора і муфта є єдиним цілим, з нерухомими одна відносно одної частинами. Умова для безударного сполучення муфти і зубчастого колеса виконані. Коли швидкості вирівняні, під натиском шліців муфти блокувальне кільце повертається в протилежну сторону, блокування муфти знімається. Далі муфта має можливість подальшого осьового переміщення, і здійснює уже жорстке силове зчеплення із зубчастим колесом за допомогою зубчастих вінців — на ній та колесі. Через це зачеплення і забезпечується передавання крутного моменту для приведення у рух автомобіля (бронзове кільце у передачі робочого зусилля участі не бере).

Незважаючи на велику кількість операцій, весь процес синхронізації і включення передачі займає частки секунди.

Описана схема знайшла застосування у більшості конструкцій механічних коробок передач; її слабким місцем є значна сила тертя при порівняно малій площі конусної поверхні бронзового кільця, що спричиняє його зношування. Для збільшення терміну служби кілець їх часто роблять з двома або трьома конусними поверхнями.

Наприклад, в триконусному синхронізаторі крім блокувального (зовнішнього) кільця встановлюється ще внутрішнє і проміжне кільця. Для запобігання провертання на кільцях виконані виступи, які фіксуються в пазах шестерні і блокувального кільця.

Таким чином, у триконусному синхронізаторі створені три поверхні тертя: між конусом шестерні і внутрішнім кільцем, між внутрішнім і проміжним кільцем, між проміжним та блокувальним кільцем. У залежності від конструкції в одній коробці передач можуть встановлюватись синхронізатори з різним числом конусів.

Описана вище схема є класичною, але з точки зору кінематики — не має значення, на ведучому чи на проміжному валу встановлені синхронізатор і синхронізоване зубчасте колесо. Тому в коробках передач синхронізатори можуть бути розташовані на будь-якому з цих валів, а також попарно на обох валах, скажімо, синхронізатор I і II передач на первинному валу, а синхронізатор III і IV передач— на проміжному.

• Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. — 6-те вид. — К.: Либідь, 2006. — 400 с. — ISBN 966-06-0416-5.
• Сирота В. І. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник для вузів. К.: Арістей, 2005. — 280 с. — ISBN 966-8458-45-1
• Боровських Ю. І., Буральов Ю. В., Морозов К. А. Будова автомобілів: навчальний посібник / Ю. І. Боровських, Ю. В. Буральов, К. А. Морозов. — К.: Вища школа, 1991. — 304 с. — ISBN 5-11-003669-1
• Шестопалов К. С. Легковой автомобиль: Учеб. пособие для подготовки водителей ТС категории «В». — 2-е, испр. и доп. — М.: Издательство ДОСААФ, 1980. — 240 с.
• Кленников В. М., Ильин Н. М., Буралев Ю. В. Автомобиль категории «В»: Учебник для ПТУ. — 3-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1984. — 320 с.

• Науково-популярний фільм про синхронізатори на YouTube