Синхронизатор передачи: плавное и простое переключение передач

В КПП с ручным управлением остро стоит проблема безударного и бесшумного включения передач. Эта проблема решается с помощью простых и надежных устройств — синхронизаторов. О том, что такое синхронизаторы, каких типов они бывают и как устроены, а также об их выборе и замене — читайте в данной статье.

Что такое синхронизатор передачи?

Синхронизатор передачи — узел коробок переключения передач с ручным управлением; устройство для безударного переключения передач. КП, имеющие данный узел, называются синхронизированными.

Синхронизатор служит для выравнивания угловых скоростей зубчатого колеса включаемой передачи и вторичного вала КП. Введение данного механизма имеет ряд положительных последствий для коробки и всей трансмиссии в целом:

• Обеспечивается безударное включение передач — это предотвращает поломку зубьев шестерен, деформацию валов и деталей привода переключения передач;
• Обеспечивается бесшумное включение передач;
• Улучшаются динамические характеристики автомобиля — водитель не тратит лишнее время на переключение передач, что позволяет быстрее подстраиваться под текущие условия и изменять скоростной режим;
• Облегчается труд водителя — для управления трансмиссией нужно делать меньше движений;
• В целом повышается надежность трансмиссии за счет предотвращения ударов, вибраций и т.д.

Место синхронизаторов передачи в КПП

Существует несколько основных вариантов синхронизации передач в КП:

• Синхронизированы все передачи (отдельными или парными синхронизаторами), в том числе и задняя;
• Попарно синхронизированы I и II, III и IV передачи, V передача имеет отдельный синхронизатор, задняя передача не синхронизирована;
• Попарно синхронизированы II и III, IV и V передачи, I и задняя передачи не синхронизированы (они включаются на низких скоростях транспортного средства, поэтому шестерни входят в зацепление с незначительными ударными нагрузками);
• Синхронизированы только высокие передачи — III и IV, а при наличии и V, остальные передачи (I, II и заднего хода) не синхронизированы.

Сегодня наиболее широкое применение имеют коробки со всеми синхронизированными передачами и коробки с несинхронизированной задней передачей. Первый тип КП чаще используется на зарубежных автомобилях, КП второго типа популярны у отечественного автопрома. Коробки с несинхронизированной I передачей в настоящее время почти не используются, также вышли из употребления и КП с несинхронизированными I и II передачами — их можно встретить на старых грузовиках ГАЗ-53А и некоторых других.

Классификация, конструкция и функционирование синхронизатора

Принцип работы синхронизатора

На КП используются синхронизаторы инерционного типа двух конструкций:

• С блокировочными (блокирующими) кольцами;
• С блокировочными (блокирующими) пальцами.

Данные узлы отличаются способом блокировки муфты до момента выравнивания угловых скоростей вала и зубчатого колеса, что отражается на их конструкции и работе.

Также синхронизаторы бывают двух видов:

• Сдвоенные — для переключения двух передач;
• Одинарные — для включения/отключения одной передачи.

У синхронизаторов второго типа отсутствует одно блокировочное кольцо, в остальном устройство обоих типов одинаковое.

Синхронизаторы с блокирующими кольцами

Конструкция синхронизатора с блокировочными кольцами

Основу механизма данного типа составляет ступица с внутренними шлицами для посадки на вторичный вал и с наружным венцом для установки скользящей муфты. Также на наружной поверхности детали выполнено три паза, в которые входят подпружиненные сухари с фиксаторами в виде полукруглых выступов или подпружиненных шариков. Ступица свободно двигается на шлицах вдоль вала.

На ступицу посредством шлицов надета скользящая муфта с продольным пазом на внешней поверхности для вилки механизма переключения передач — с помощью этой вилки муфта перемещается вдоль вала. На внутренней поверхности муфты напротив сухарей выполнены углубления для фиксаторов, которые предотвращают случайное перемещение этой детали.

По обеим или с одной стороны ступицы располагаются подпружиненные бронзовые блокирующие кольца. Кольца на наружной поверхности имеют венцы с тем же типом и количеством зубьев, что и на наружной поверхности ступицы, благодаря чему по ним может скользить муфта. Внутри колец выполнена конусная поверхность, сопрягаемая с конусной поверхностью на соответствующей шестерне передачи. Обычно конусная поверхность имеет ряд узких продольных пазов, которые при контакте с поверхностью на шестерне снимают с нее масляную пленку, повышая возникающие между этими деталями силы трения. На боковых поверхностях колец напротив сухарей выполнены вырезы, их ширина больше ширины сухарей, поэтому кольца могут на несколько градусов отклоняться от центрального положения.

Синхронизатор этого типа работает довольно просто. При переводе трансмиссии на повышающую или понижающую передачу муфта вилкой перемещается вперед или назад, но за счет сцепления муфты с фиксаторами на сухарях движется весь синхронизатор. Продвигаясь к зубчатому колесу блокировочное кольцо своей конусной поверхностью входит в контакт с его конусной поверхностью. За счет сил трения кольцо, получая крутящий момент от вращающейся шестерни, проворачивается и упирается в сухари, заставляя вращаться весь синхронизатор и вторичный вал. Однако полной передачи крутящего момента не происходит — за счет сил инерции кольцо и муфта смещены друг относительно друга, их зубцы своими торцами упираются друг в друга, и муфта блокируется. В определенной момент угловые скорости зубчатого колеса и блокировочного кольца выравниваются, силы инерции исчезают и небольшого усилия на вилку достаточно, чтобы надвинуть муфту на кольцо и далее на венец шестерни. В результате крутящий момент от шестерни через муфту и ступицу синхронизатора передается на вторичный вал и далее на сцепление.

На вторичном валу КП с данным типом синхронизатора располагаются шестерни, с одной стороны которых выполнена коническая поверхность для контакта с блокировочным кольцом и наружный зубчатый венец большего диаметра для соединения со скользящей муфтой.

Синхронизаторы с блокирующими пальцами

Синхронизатор с блокировочными пальцами

Основу механизма этого типа составляет каретка — ступица с фланцем. Внутри каретки нарезаны шлицы, с помощью которых деталь удерживается на ведомом валу и может двигаться вдоль него. На наружной поверхности ступицы располагаются зубчатые венцы (или венец с одной стороны) для соединения с зубчатыми венцами соответствующих шестерен КП.

На фланце каретки выполнено шесть отверстий: через три из них проходят блокировочные пальцы, и через три — разрезные фиксаторы (сухари). Блокировочные пальцы и фиксаторы имеют переменное сечение — в их средней части выполнена кольцевая проточка с фасками. Фиксаторы состоят из двух половин (полуцилиндров), между которыми располагается две пружины.

Конструкция и принцип работы синхронизатора с блокирующими пальцами

По бокам от каретки располагаются конусные кольца (или одно кольцо), они жестко соединены друг с другом пропущенными через фланец блокировочными пальцами. Также в кольцах выполнены углубления под упор торцов фиксаторов. Внутренняя поверхность колец выполнена конусной, на ней предусмотрены проточки для удаления масляной пленки с конуса зубчатого колеса передачи.

Работает синхронизатор с блокировочными пальцами просто. При включении передачи каретка под действием усилия со стороны вилки движется вперед или назад по валу, и в какой-то момент одно из конусных колес приходит в соприкосновение с конусом на шестерне. За счет сил трения кольцо начинает вращаться и увлекает за собой каретку. Однако дальнейшее движение каретки в сторону шестерни невозможно — за счет сил инерции каретка остается смещенной относительно кольца и удерживается в проточке блокировочных пальцев. При выравнивании угловых скоростей шестерни и синхронизатора силы инерции стремятся к нулю, и каретка деблокируется — она центрируется относительно блокировочных пальцев, поэтому может свободно двигаться вдоль вала, по ходу движения сжимает половины сухарей и ее венец входит в зацепление с венцом шестерни. В результате крутящий момент от зубчатого колеса через каретку передается на ведомый вал и далее на сцепление.

В коробках с данным типом синхронизатора на вторичном валу устанавливаются зубчатые колеса, с одной стороны которых предусмотрена конусная поверхность и внутренний венец меньшего диаметра.

Вопросы выбора и замены синхронизатора

Синхронизаторы подвергаются высоким нагрузкам, поэтому их неисправность входит в число основных причин неправильной работы или выхода из строя всей трансмиссии. Как показывает практика, в большинстве случаев синхронизаторы дешевле и проще полностью заменить, чем ремонтировать.

Для замены необходимо выбирать синхронизаторы тех же типов и каталожных номеров, что были установлены ранее. Установка узла другого типа в принципе невозможна — как вследствие разных размеров, так и вследствие неодинакового принципа действия. Замена синхронизаторов требует выполнения полной разборки КП и вторичного вала, это необходимо выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту транспортного средства. После установки нового узла коробка передач вновь начнет нормально работать на всех режимах, обеспечивая удобное управление автомобилем.