Принцип работы синхронизатора коробки передач и неисправности

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.

Назначение синхронизатора

Общий вид синхронизатора Синхронизатором оснащаются все передачи современных КПП легковых автомобилей, включая передачу заднего хода. Его назначение в следующем: обеспечение выравнивания частоты вращения вала и шестерни, что является обязательным условием для безударного включения передач.
Синхронизатор не только обеспечивает плавность переключения передач, но и способствует снижению уровня шума. Благодаря элементу снижается степень физического износа механических деталей коробки, что, в свою очередь, влияет на срок службы всей КПП.

Кроме того, синхронизатор упростил принцип переключения передач, сделав его более удобным для водителя. До появления этого механизма переключение скоростей происходило с помощью двойного выжима сцепления и перевода коробки передач в нейтральную передачу.

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.

Принцип работы синхронизатора КПП

Схема работы синхронизатора В выключенном состоянии муфта занимает среднее положение, а шестерни свободно вращаются на валу. При этом передачи крутящего момента не происходит. В процессе выбора передачи вилка передвигает муфту к шестерне, а муфта, в свою очередь, пододвигает блокировочное кольцо. Кольцо прижимается к конусу шестерни и проворачивается, делая дальнейшее продвижение муфты невозможным.

СИНХРОНИЗАТОР КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ В ДЕЙСТВИИ

Когда селектор КПП находится в положении «нейтрал», каждая муфта синхронизатора располагается в среднем положении. При таком расположении передача мощности через них полностью исключается. При этом шестерни, находящиеся на ведомом валу, не имеют никаких препятствий к вращению.

Как только мы переключаем передачу, муфта сразу перемещается с помощью вилки КПП в положение, аналогичное тому, которое занимают шестерёнки, вслед за ними. Сдвиг муфты сопровождается изменением положения сухарей, что воздействует на кольцо блокировки, которое в результате ложится вплотную к конусу шестерни. За счёт силы трения, создаваемой в это время между поверхностями, кольцо проворачивается до тех пор, пока сухари не становятся в упор с пазами. Остановка кольца в этот промежуток времени происходит именно из-за проворачивания.

Именно так, в конечном своём положении, этот агрегат работает согласно своему назначению – не допускает последующего движения муфты включения по траектории вальной оси. Это происходит потому, что все без исключения торцы шлиц, расположенные по всему периметру кольца, встают напротив тех же частей механизма муфты.

схема синхронизатора в разрезе

Впоследствии скорости ведомого вала и шестерней синхронизируются с помощью силы трения, образуемой взаимодействием поверхностей. Далее, когда процесс выравнивания передач завершён, кольцо блокировки начинает проворачиваться в противоположную сторону.

Таким образом, муфта, которая до этого была заблокирована и ограничена в траектории движения, начинает функционировать, и её шлицы сцепляются с шестерным венцом, имея свободный ход. Далее шестерни соединяются с вторичным валом КПП.

Весь описанный процесс может показаться сложным не только начинающему автолюбителю, но даже и бывалому механику, который хорошо разбирается в устройстве трансмиссии. Однако, несмотря на многогранность работы синхронизатора, процесс переключений на практике происходит практически молниеносно и занимает не более, чем считанные доли секунды.

Принцип работы и устройство трехвальной МКПП

Основополагающим принципом функционирования МКПП является зубчатое взаимодействие шестеренок, которые обволакиваются трансмиссионной жидкостью, находящейся в картере коробки.

В состав такой МКПП входят:

• ведущий и ведомый валы;
• промежуточный и дополнительный валы;
• корпус;
• синхронизаторы;
• комплекты шестеренок;
• механизм переключения ступеней с замками и блокирующими механизмами;
• рычаг переключения ступеней.

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкается к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

–

CÑÑаниÑа 1

ÐÑÑÑа ÑинÑÑонизаÑоÑа пеÑемеÑаеÑÑÑ Ð½Ð°Ð·Ð°Ð´ и заÑеплÑеÑÑÑ Ñ Ð·ÑбÑаÑÑм венÑом ÑеÑÑеÑни ÑÑеÑÑей пеÑедаÑи ведомого вала. ÐÑи ÑÑом кÑÑÑÑÑий Ð¼Ð¾Ð¼ÐµÐ½Ñ Ð¿ÐµÑедаеÑÑÑ Ð¾Ñ Ð²ÐµÐ´ÑÑего вала на пÑомежÑÑоÑнÑй и далее ÑеÑез паÑÑ ÑеÑÑеÑен ÑÑеÑÑей пеÑедаÑи и ÑинÑÑонизаÑÐ¾Ñ Ð½Ð° ведомÑй вал. â

ÐÑÑÑа ÑинÑÑонизаÑоÑа пеÑемеÑаеÑÑÑ Ð½Ð°Ð·Ð°Ð´ и заÑеплÑеÑÑÑ Ñ Ð·ÑбÑаÑÑм венÑом ÑеÑÑеÑни 3 – й пеÑедаÑи ведомого вала. ÐÑи ÑÑом кÑÑÑÑÑий Ð¼Ð¾Ð¼ÐµÐ½Ñ Ð¿ÐµÑедаеÑÑÑ Ð¾Ñ Ð²ÐµÐ´ÑÑего вала на пÑомежÑÑоÑнÑй и далее ÑеÑез паÑÑ ÑеÑÑеÑен 3 – й пеÑедаÑи и ÑиÑÑонизаÑÐ¾Ñ – на ведомÑй вал. â

Конструкция синхронизатора

Синхронизатор состоит из следующих элементов:

• ступица с сухарями;
• муфта включения;
• блокировочные кольца;
• шестерня с фрикционным конусом.

Устройство синхронизатора

Основу узла составляет ступица, имеющая внутренние и наружные шлицы. С помощью первых она соединяется с валом коробки передач, перемещаясь по нему в разные стороны. С помощью наружных шлицев ступица соединяется с муфтой.

УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАТОРА КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Синхронизаторами снабжается каждая передача современной механической и роботизированной трансмиссии. Передача, отвечающая за движение транспортного средства задним ходом, не является исключением. Основой, позволяющей механизму работать, выступает сила трения на момент выравнивания текущей скорости. Количественное значение данной величины возрастает прямо пропорционально увеличению разницы в частотах вращений самих шестерней и вала.

Это условие может быть соблюдено только тогда, когда площадь обеих поверхностей, которые подлежат соприкосновению во время взаимодействия, увеличивается. На практике эта проблема решается при помощи дополнения устройства коробки передач несколькими фрикционными кольцами. Составными частями устройства синхронизатора являются:

• муфта включения – служит связующим звеном между валом и шестернями, обеспечивая надёжное соединение частей КПП. Муфта расположена поверх ступицы в качестве насадки. Особенность строения муфты – наличие внутренних шлиц с проточкой под форму колец. В проточках находятся выступы сухарей.Что касается наружного строения муфты, она имеет соединение с вилкой трансмиссии;
• ступица с подпружиненными сухарями – конструктивная основа механизма. Снабжается шлицами как внутри, так и снаружи. Первые позволяют установить соединение с муфтой, вторые выступают связующим звеном с вторичным валом трансмиссии, благодаря чему ступица имеет возможность перемещаться по оси в любой траектории. Если рассмотреть строение ступицы, то можно заметить, как по её окружности на одинаковом расстоянии друг от друга интегрированы 3 паза, а в каждом из них располагаются сухари подпружиненного типа. Функция последних заключается во взаимодействии с блокирующим кольцом посредством нажатия. Таким образом, при синхронизации и включении одной из скоростей происходит принудительная блокировка муфты;
• кольцо блокировки – устройство, отвечающее за своевременность и правильность синхронизации. Его задача – не допустить преждевременного замыкания муфты синхронизатора, пока скорости вращения шестерней и вала не примут одинаковые значения. Внутренняя поверхность блокировочного кольца позволяет ему эффективно взаимодействовать с фрикционным конусом шестерёнки, а с помощью наружных шлиц осуществляется блокирование работы муфты Конструктивные особенности таких колец в разных коробках передач имеют свои особенности в плане конструкции. К примеру, в некоторых вариациях в ступице располагаются пазы, а в самом кольце блокировки – выступы;
• шестерни с фрикционным конусом.

Чтобы оптимизировать усилия, затрачиваемые механизмом на смену текущей передачи и, соответственно, увеличить поверхность соприкосновения, инженеры пошли дальше и разработали синхронизаторы с несколькими конусами, которые снабжаются дополнительными блокировочными кольцами.

Если синхронизатор коробки передач имеет 3 конуса, то и поверхностей трения будет столько же. Их число будет зависеть от конструктивных особенностей самой КПП и автомобиля, на который она установлена.

Синхронизированные КПП, что это означает

В наше время фактически все механические и роботизированные коробки являются синхронизированными. Для включения скорости в коробках данного типа необходимым условием является выравнивание частоты вращения шестерни и вала. Синхронизацию обеспечивает такое устройство, как синхронизатор. Помимо плавного переключения скоростей он способен снижать шум при переключении скоростей, уменьшать износ механического соединения и, тем самым, повышать срок эксплуатации коробки передач. Синхронизаторами оснащаются все передачи КПП легкового транспортного средства, включая и передачу заднего хода.

Практика управления автомобилем с синхронизированной МКП

При управлении несинхронизированной КП (в частности, на антикварных отечественных автомобилях довоенного производства) водитель вынужден применять особые приемы переключения передач, чтобы не допустить пломки двигателя и быстрого износа шестерен коробки передач. Быстрое переключение передач с низшей на высшую на таких автомобилях невозможно из-за разницы частоты вращения шестерни вторичного вала и муфты включения. Чтобы выровнять скорости вращения водитель вынужден пользоваться приемом двойного выжима сцепления. Он заключается в том, что водитель выжимает сцепление, переводит рычаг КП в нейтральное положение, на короткое время отпускает сцепление, затем снова выжимает педаль и включает высшую передачу. В момент выбора «нейтрали» скорости вращения шестерен выравниваются. Переключение передач происходит без скрежета и больших ударных нагрузок на зубья шестерен. Для перехода с высшей на низшую передачу на автомобилях с несинхронизированной КП применяют прием двойного выжима сцепления «с перегазовкой». Выжав сцепление, водитель переводит рычаг переключения передач в нейтральное положение, нажимает педаль газа, затем снова выжимает сцепление и включает низшую передачу. За счет раскрутки шестерен промежуточного вала скорость вращения подключаемой шестерни и муфты включения выравнивается. Передача, опять же, включается без скрежета. Эти же приемы переключения передач до сих пор используются в строительных и специализированных машинах (грейдерах, тракторах, тихоходных тягачах) с многоступенчатыми МКП, в которых применение синхронизаторов невозможно. В синхронизированных коробках описанные приемы лишены смысла, поскольку зацепление шестерен с большой разницей скоростей вращения будет блокировано синхронизатором. Большой ударной нагрузки на зубья шестерен (зубчатых венцов) не произойдет, поскольку шестерни просто не войдут в зацепление до момента выравнивания частоты вращения. По сути, синхронизатор МКП выполняет функции полуавтомата переключения передач, устраняя саму возможность грубого зацепления шестерен коробки, которая способна вывести механизм КП из строя. На автомобилях с частично синхронизированными МКП (например, ГАЗ-21, водители для перехода со второй на первую передачу, которая не имела синхронизатора, переводили подрулевой рычаг переключения на короткое время в положение включения третьей передачи, а потом быстро — в положение первой передачи. Это позволяло частично синхронизировать вращение муфты переключения и шестерни первой передачи единственным синхронизатором КП этого автомобиля. Такой же прием использовался и для включения заднего хода.

Устройство МКПП

Механическая трансмиссия состоит из корзины сцепления и собственно из самой коробки.

В силовой агрегат входят:

• картер (корпус);
• первичный, вторичный и промежуточные валы;
• устройство выбора ступеней;
• ведомые и ведущие наборы шестеренок;
• синхронизаторы;
• подшипники, муфты и сальники.

Все эти компоненты находятся в корпусе и взаимодействуя друг с другом передают вращательный момент.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Если утрировать — сцепление отключает крутящий момент, при этом и мотор, и колеса машины крутятся в холостую.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с мотором машины, второй — с колесами транспорта. Передача вращательного момента осуществляется через первичный вал трансмиссии.

Ресурс синхронизатора

При любых неисправностях, связанных с переключением скоростей, в первую очередь необходимо исключить проблемы со сцеплением и только потом проверять синхронизатор.

Самостоятельно выявить неисправность узла можно по следующим признакам:

1. Шум при работе коробки передач. Это может говорить об искривлении блокирующего кольца или о том, что конус изношен.
2. Самопроизвольное выключение передач. Эту проблему можно связать с муфтой, либо с тем, что шестерня изжила свой ресурс.
3. Затрудненное включение передачи. Это напрямую указывает на то, что синхронизатор пришел в негодность.

Ремонт синхронизатора очень трудоемкий процесс. Лучше просто заменить изношенный механизм на новый.

Продлить срок службы синхронизатора и КПП в целом поможет соблюдение следующих правил:

1. Избегать агрессивного стиля вождения, резких стартов.
2. Правильно выбирать скорость движения и нужную передачу.
3. Своевременно проводить техническое обслуживание КПП.
4. Своевременно проводить замену масла, предназначенного именно для данного вида КПП.
5. Полностью выжимать сцепление перед переключением передач.

Признаки поломки/износа синхронизатора или отдельных его частей

Проблемы с коробкой передач зачастую выглядят одинаково, хотя и имеют разные причины. Обратите внимание, если владелец не знаком с устройством отдельных узлов автомобиля, этим могут воспользоваться недобросовестные мастера. Например, вместо того, чтобы отремонтировать или заменить синхронизатор КПП, могут предложить заменить или капитально отремонтировать всю коробку.

Чтобы избежать необоснованных расходов, стоит знать, какие признаки указывают на возможные неисправности синхронизаторов коробки передач. На неполадки синхронизатора могут указывать:

• шум при переключении скоростей;
• приходится прилагать большое усилие для включения передачи;
• передача не включается или включается нечетко;
• самопроизвольное выключение передачи; Рекомендуем также прочитать статью о том, как устроена и работает механическая коробка передач. Из этой статьи вы узнаете об основных элементах, из которых состоит МКПП, а также по какому принципу осуществляется работа коробки данного типа.

При этом чтобы проверить синхронизаторы, КПП придется разбирать и пробовать сдвигать их рукой. Муфта по шлицам должна двигаться легко. Если же приходится прилагаться усилия или сдвинуть ее никак не получается, тогда нужно снимать синхронизатор и разбирать его, чтобы осмотреть поверхности деталей на предмет повреждений. При необходимости изношенные или поврежденные элементы требуется заменить. Также сразу может быть проведена и полная замена синхронизатора.

Неисправности синхронизатора и способы их устранения

При появлении каких-либо затруднений с переключением передач, большинство автовладельцев, которые имеют хотя бы базовые знания об устройстве и принципе работы коробки передач считают, что виной всему именно синхронизатор. Зачастую это оказывается правдой, хотя предварительно все же следует исключить неисправности сцепления, которые тоже довольно часто вызывают проблемы в работе механической коробки передач, когда система функционирует с заеданием, определенным запозданием и так далее.

Если проверка не обнаружила нарушений, самостоятельно заподозрить проблемы с синхронизатором можно по таким симптомам:

1. При самопроизвольном выключении передач, в первую очередь, необходимо обратить внимание на выключающую муфту и шестерни, которые могут быть изношены.
2. Если при переключении скоростей появился шум, идентификация которого невозможна и который раньше был нехарактерен, это может свидетельствовать о искривлении блокирующего кольца либо о том, что его коническая часть изношена.
3. Сложное переключение передач, когда необходимо прилагать большие усилия и совершать несколько попыток, фактически гарантированно говорит о вышедшем из строя синхронизаторе.

Сразу следует сказать, что ремонт данного устройства крайне трудоемкий и фактически нереально выполнить его самостоятельно. Для этого потребуется профессиональное оборудование и много времени, поэтому желательно доверить это дело специалистам. Помимо этого, стоит знать, что довольно часто может наблюдаться такое явление, как выкрашивание зубьев шестерни — такой опасности наиболее подвержены владельцы грузового транспорта и любители резких стартов с места. Эксплуатация такой коробки недопустима.

Профилактические мероприятия

Синхронизаторы не относятся к категории механизмов, которые с завидной регулярностью выходят из строя и требуют постоянного внимания, ремонта или замены.

Но если учитывать тот факт, что процедура замены достаточно трудоёмкая, требует определённых навыков от автовладельца, либо же дополнительных финансовых затрат на оплату услуг специалистов автосервиса, более правильным решением будет продление срока службы узла.

Чтобы синхронизатор работал долго, качественно и эффективно, требуется соблюдать буквально несколько простых правил.

1. Минимальная эксплуатация в агрессивных условиях. Постарайтесь отказаться от агрессивной манеры вождения. Не пытайтесь постоянно резко стартовать, тормозить и опять разгоняться, буквально разрывая при этом коробку передач. Плавное и умеренное управление КПП позволит значительно увеличить и без того достаточно внушительный ресурс синхронизаторов.
2. Не забывайте о правильном соответствии между скоростью движения автотранспортного средства и выбранной передачей на селекторе КПП. Для каждой передачи есть свой определённый и оптимальный диапазон скорости перемещения машины. Этому учат ещё на первых уроках в автошколе. И такую информацию следует запоминать очень внимательно. Если скорость будет соответствовать передаче, а передача скорости, тогда на синхронизаторы начнёт воздействовать оптимальная нагрузка. Это положительно скажется на ресурсе механизма, и заметно отсрочит замену синхронизатора на вашем автомобиле.
3. В соответствии с регламентом и требованиями автопроизводителя проводите техническое обслуживание коробки. Зачастую рекомендации в инструкциях к иномаркам не совсем совпадают с реальными пробегами и сроками применительно к нашим условиям эксплуатации. Потому от указанного в руководстве пробега до замены того же трансмиссионного масла или иных расходников обычно советуют отнимать 15-25%. То есть проводить техобслуживание нужно немного раньше. Всё зависит от того, в каких условиях эксплуатируется машина и коробка в частности.
4. Используйте подходящие масла для коробки. Тут опять же нужно смотреть в руководство по эксплуатации. Производители чётко прописывают, какие трансмиссионные масла следует использовать для вашей конкретной коробки передач. От этих рекомендаций лучше не отходить. Если не удаётся найти или приобрести масла указанной марки с рекомендуемыми характеристиками, ищите среди других изготовителей рабочих жидкостей составы, максимально приближенные к свойствам оригинального масла.
5. Прежде чем переключить передачу, не забывайте до конца выжимать педаль сцепления. Некоторые водители несколько не додавливают педаль до упора, в результате чего на синхронизатор начинает воздействовать большая нагрузка, ускоряется износ. Регулярная подобная работа педалью сцепления приведёт к поломкам и неисправностям. Соблюдая это простое правило, удастся избежать лишних проблем.

Синхронизатор действительно является полезным и эффективным дополнением в конструкции современных механических и роботизированных коробок передач.

Подавляющее большинство КПП, устанавливаемых на современные автомобили, являются синхронизированными. Это вполне оправданный и правильный ход со стороны производителей. Узел обладает широкими функциональными возможностями, параллельно продлевая срок службы всей коробки.