Шестиступінчаста синхронізована коробка передач Eaton-542SM
Здатність двигунів внутрішнього згоряння пристосовуватися до змін зовнішнього навантаження в порівнянні з поршневий паровою машиною або серієсний електромотором невелика. Ця обставина зумовила установку на автомобілі коробки передач, що забезпечує необхідні тягові зусилля на провідних колесах в різних режимах руху.
Завдяки коробці передач автомобіль може рухатися і з малою швидкістю, і з максимальною. Вона дозволяє регулювати швидкість в набагато більшому діапазоні, ніж той, який може забезпечити двигун. Зауважимо також, що саме коробка передач дає можливість автомобілю рухатися заднім ходом, і вона ж від'єднує від ведучих коліс двигун при його пуску, на стоянці або при русі накатом.
Коробки передач вантажних автомобілів намагаються розробляти так, щоб вони гарантували машині необхідні динамічні і економічні властивості, працювали безшумно, з високим ККД, відрізнялися надійністю, простотою обслуговування, мали по можливості малі габарити і масу, а також невисоку вартість.
За способом зміни передавальних чисел коробки передач діляться на ступінчасті і безступінчаті. Безступінчата зміна передавального числа, як правило, досягається за рахунок гідротрансформатора, хоча на легких машинах можуть використовуватися і варіатори, а на спеціальних шасі зустрічається об'ємний гідропривід. На концептуальних машинах можна знайти і зовсім екзотичні конструкції, але в експлуатацію вони, природно, не потрапляють. Крім того, коробки передач можуть мати нерухомі або обертові (планетарні) осі валів, а також їх комбінацію.
В останні роки виробники вантажівок все більше уваги приділяють автоматизації процесу перемикання передач. На вантажних автомобілях, що працюють в місті, це кардинально покращує умови праці водія і, відповідно, позитивно позначається на безпеці руху. На магістральному транспорті автоматизація перемикання передач ще й підвищує ефективність перевезень, оскільки дозволяє оптимізувати взаємодію двигуна і трансмісії.
Як компромісний варіант, дешевший, ніж автоматичні трансмісії, все більшого поширення набувають напівавтоматичні коробки, як правило, без гідротрансформатора. Вони рятують водія від однієї з найбільш енергоємних операцій, пов'язаних з перемиканням передач: або від вичавлюючи педалі зчеплення, або від власне перемикання, яке зводиться до завдання передачі за допомогою джойстика. З'явилися вже конструкції, наприклад, Volvo I-Shift, що працюють як повний автомат з гидротрансформатором. Зауважимо, що у всіх трьох випадках базова коробка є механічною.
Ступінчасті коробки передач, володіючи більшим ККД (при передачі повної потужності він становить від 0,96 до 0,98), по конструкції простіше безступінчатих, дешевше у виробництві і піддаються автоматизації процесу управління. Вони-то і набули найбільшого поширення на вантажних автомобілях.
Необхідні динамічні та економічні якості машини досягаються правильним вибором діапазону передавальних чисел в коробці передач, числом передач і ретельним підбором передавального числа кожної з них. Діапазоном називають частка від ділення передавальних чисел нижчої і вищої передачі. Він повинен бути тим більше, чим різноманітніше дорожні умови, в яких працює вантажний автомобіль, і менше питома потужність його двигуна.
Для комерційних автомобілів, що працюють переважно в міських умовах, діапазон передавальних чисел сучасних коробок передач становить 5,0 - 8,0; для магістральних тягачів і вантажних автомобілів підвищеної прохідності він уже дорівнює 10 - 20. Число передач в механічних коробках вантажних автомобілів варіюється від 5 до 16.
Збільшення числа ступенів в коробці дозволяє краще використовувати потужність двигуна, і відповідно, менше витрачати палива, підвищує середню швидкість руху, і як результат, велика продуктивність автомобіля і зниження вартості перевезень. Відзначимо, що збільшення числа ступенів в коробці ускладнює і ускладнює її, зростають розміри і вартість агрегату, ускладнюється привід управління коробкою.
При механічному приводі швидке і безпомилкове перемикання шести передач прямого ходу здійснити вже досить важко. Саме таке їх кількість сьогодні прийнято вважати граничним при ручному перемиканні. Подальше збільшення числа передач вимагає ускладнення приводу або установки додаткової коробки зі своїм незалежним приводом, який використовується порівняно рідко - тільки на певних режимах руху.
У свій час в коробках передач вантажівок широко застосовувалася «прискорює» вища передача, яка мала передавальне відношення 0,7 - 0,8. Вважалося, що це дозволяє повніше використовувати потужність двигуна і знизити сумарне число оборотів коленвала на 1 км шляху, і в кінцевому рахунку, економити паливо. Однак ефект від їх застосування виявився сумнівним: у порівнянні з прямою вищої передачею «прискорюють» мали менший ККД і незабаром від них відмовилися. Цьому сприяв також зростання питомих потужностей двигунів вантажних автомобілів.
До числа найважливіших чинників, що впливають на ККД східчастих коробок передач, відносяться правильний вибір кінематичної схеми, від якої залежить кількість пар зубчастих коліс, що знаходяться в зачепленні при передачі моменту, а також частоти обертання, передана потужність, ефективність системи змащення, точність виготовлення зубчастих коліс і деталей картера.
На вантажних автомобілях найбільшого поширення набули трехвальние коробки з прямою передачею, що виходить при з'єднанні первинного і вторинного валів. По взаємному розташуванню ведучого і веденого валів коробки передач поділяють на співвісні і Неспіввісність. Останні зустрічаються в основному на передньопривідних вантажних автомобілях.
Переважна більшість механічних коробок передач виконують з нерозгалуженим силовим потоком, так що через кожне включене зубчасте зачеплення проходить весь потік потужності. Зустрічаються, проте, коробки, в яких потік потужності ділиться на дві або три гілки. У них більше зубчастих коліс, які мають менші розміри, а отже, менші моменти інерції і окружні швидкості. Застосування таких схем пояснюється бажанням підвищити термін служби трансмісії при великій переданої потужності.
Багатоступінчасті трансмісії створюють на базі основної чотирьох-, п'яти- або шестиступінчастою базової соосной трехвальной коробки, приєднуючи до неї додаткову коробку. Зазвичай вона має дві передачі (пряму і знижувальну) і забезпечує подвоєння числа передач. Застосування триступеневої додаткової коробки дозволяє потроїти число передач базової коробки. Водій в обох випадках використовує два органи управління: один базової, іншої додаткової коробкою.
Якщо передавальне число зниженої передачі в додатковій коробці досить велика, щоб збільшити загальний діапазон, принаймні, удвічі, її називають «демультіплікатор». Якщо ж вона майже не збільшує загальний діапазон, а служить для отримання «половинок» між передачами основної коробки, її називають «подільником», маючи на увазі, що вона ділить наявний діапазон на більше число ступенів. Сьогодні до базової коробці часто пристиковуються дві додаткових - і спереду, і ззаду. Природно, одна з них є демультіплікатором, інша - дільником.
Дільник має просту конструкцію і мінімальне число зубчастих коліс. ККД коробки з подільником практично не відрізняється від ККД базової коробки, так як зберігається число зубчастих зачеплень, передають силовий потік. При передній установці недоліком подільника є збільшення крутного моменту на вході базової коробки, що змушує використовувати в її якості більш потужний, і відповідно, важкий агрегат. Цю проблему можна вирішити, встановивши дільник ззаду, проте там зазвичай залишають місце для демультиплікатора, установка якого спереду практично виключена через велику передавального числа нижчої передачі.
Задній демультіплікатор конструктивно може повторювати дільник або виконуватися планетарним. При цьому не відбувається збільшення навантажень в базовій коробці. Його діапазон обмежують 4,0, оскільки при великих величинах ускладнюється перемикання ступенів.
Великий діапазон демультиплікатора використовують як для розширення загального діапазону багатоступінчастої трансмісії, так і для одночасного скорочення діапазону базової коробки. Правда, в такому випадку зменшується уніфікація базової коробки і коробки з редуктором, так як скорочений діапазон не дозволяє використовувати її без демультиплікатора. Зате зменшується крутний момент на вторинному валу базової коробки, і вона може бути виконана більш компактною і легкою. Крім того, значно ущільнюється ряд її передавальних чисел, що полегшує як роботу синхронізаторів (можна поставити їх на всі передачі), так і власне перемикання передач. Разом з тим, при роботі на нижчій передачі демультиплікатора ККД трансмісії знижується на 3 - 4%. Застосування в демультиплікаторами планетарних рядів зробить конструкцію легше і компактніше.
