Все передачи переднего хода современной механической коробки передач синхронизированы, то есть оснащены устройством выравнивания относительной скорости шестерён при входе в зацепление. Это обеспечивает бесшумность и мягкость переключения, минимизирует вероятность поломки зубьев. Иногда это ставится и на задний ход, где менее востребовано, заднюю редко включают на движущемся автомобиле. Деликатное устройство синхронизатора и не совсем однозначные реакции механизма на действия водителя делают очень желательным знание принципа его работы.
Чем вызвана необходимость применения синхронизатора
Суть работы механической коробки состоит в обеспечении жёсткой связи шестерни, исходно свободно вращающейся на валу, с выполненными на нём шлицами в момент включения очередной передачи. Но сама природа зубчатого зацепления требует относительной неподвижности зубьев, входящих в связь. Иначе возможна серия жёстких ударов, вызывающих шум, рывки и повреждение деталей из-за пиковых ударных нагрузок.
Для безударного включения, а также обеспечения надёжности работы при знакопеременных нагрузках необходимо соблюсти ряд условий:
- относительная скорость перемещения зубьев должна быть сведена к нулю, то есть в данном случае шестерню необходимо остановить относительно вала;
- входную часть зубьев надо выполнить с заострениями, поскольку есть вероятность точного попадания зуба на зуб, что не даст переключиться;
- необходим фиксатор, то есть устройство, вызывающее сопротивление при попытке выхода из зацепления за счёт вибрации или продольной составляющей передаваемого усилия.
Ранее водителю приходилось заниматься самостоятельным выравниванием скоростей шестерён, что требовало умения переключаться с двойным выжимом сцепления и промежуточной перегазовкой. Это вызывало необходимость немалого навыка и затрат времени на переход по передачам вниз. Сейчас часть проблем снимает наличие синхронизатора, хотя перегазовки иногда используются, например, в спорте и на мощных автомобилях.
Устройство механизма синхронизации
Часто ошибочно синхронизатором называют лишь один его элемент, хотя он самостоятельно выполнить все функции не сможет. Состоит устройство из следующих деталей:
- муфты, обычно одной на две соседние передачи;
- блокирующих колец из мягкого металла, одиночных или составных из двух-трёх частей;
- рабочего конуса на подключаемой шестерне;
- ступицы со шлицевой посадкой на вал и стопорными кольцами;
- механизма фиксации с пружинами и сухарями.
Вся конструкция обычно размещается между шестернями двух соседних передач, можно говорить о муфтах 1й-2й или 3й-4й. При этом на каждую передачу работает своё кольцо, то есть число блокировочных колец совпадает с количество шестерён, но не муфт. При нечётном числе передач коробки одна из муфт перемещается лишь в одном направлении.
Снаружи на муфте выполнена проточка под вилку переключения, а внутри – шлицы, с помощью которых она скользит по ступице, и они же своими заострёнными концами входят в зацепление с отдельным венцом на шестерне.
Блокирующие кольца расположены между ступицей и рабочими шестернями, при перемещении они опираются на конусную поверхность. Если кольцо наборное, то часть трения происходит внутри набора, а не по конусу шестерни, что увеличивает мощность синхронизатора, сокращает время переключения и сберегает детали от износа.
Работа синхронизатора
Водитель чрез рычаг и кулису перемещает шток внутри коробки, который соединён с вилкой переключения. Вилка через проточку передвигает муфту синхронизатора в направлении выбранной передачи. Но ещё до того, как зубья венцов соприкоснутся, к рабочему конусу шестерни прижимается блокирующее кольцо. С одной стороны оно имеющимися выступами связано с муфтой, а с другой имеет ответную часть конуса, прижимающуюся к шестерне. Возникает значительная сила трения, чему способствует правильный выбор масла в коробке и материала для колец.
Трение замедляет скорость вращения шестерни на валу вплоть до полной остановки. После этого заострённые зубья венцов муфты и шестерни мягко и без удара войдут в зацепление. Передача включена.
Остаётся надёжно закрепить муфту в этом положении, что и обеспечит фиксатор. Они имеют различную конструкцию. Но в общем случае происходит перекос его подпружиненных сухарей и вход их в предусмотренные пазы. Пружины через шарики надёжно прижмут муфту, не давая ей двигаться в обратном направлении. В тоже время, водитель сможет выключить передачу, приложив усилие к рычагу и вилке, преодолевая усилие пружин фиксатора.
Проблемы с синхронизатором
Неисправности связаны именно с тремя основными функциями устройства:
- износ рабочих конусов, что уменьшает тормозящую силу трения;
- затупление и выкрашивание заострённых кромок на зубьях;
- нарушение работы фиксаторов, в основном связанное с уменьшением при износе рабочей длины зубьев венца муфт и шестерён.
Проявляется это как в виде скрежета при включении, так и в самопроизвольном выпадании включённой передачи. Рычаг приходится удерживать вручную, что заканчивается износом вилок. Увеличить срок службы можно избегая быстрой перемены передач, используя приём двойного выжима и регулярно меняя масло в коробке. Тем более противопоказан спортивный стиль, когда передачи переключаются без выжима сцепления. Такое применимо лишь в автоспорте, где с одной стороны используются специальные кулачковые коробки без синхронизаторов, а с другой – нормальной считается частая переборка механизмов.
