Водитель перевел рычаг переключателя передач. Тихо работает мотор. Почему автомобиль стоит на месте? Потому что шестерни ведомого вала выведены из зацепления с шестернями промежуточного вала, усилие на ведомый вал больше не передается.
Теперь давайте разберемся, почему шестерни коробки передач имеют разные диаметры, а следовательно, и разное количество зубьев. Все знают велосипед, наверняка катались на нем. И, конечно, обратили внимание на такую деталь, что шестерня, которую велосипедист приводит в движение педалями (ведущая), больше шестерни, находящейся на заднем колесе и приводимой в движение цепью.
С какой это целью? Вы, разумеется, уже догадались, что таким путем конструкторы решили увеличить скорость вращения колес, ибо примененной в велосипеде разностью шестерен достигается проигрыш силы, зато выигрывается скорость.
Сосчитайте количество зубьев в большой и малой шестернях велосипеда. Разделите большее на меньшее и получите передаточное число, которое укажет, во сколько раз ведомая шестерня, а с ней и колесо вращается быстрее ведущей шестерни.
Чтобы проверить вывод, проделайте небольшой опыт с велосипедом, Закрепите его так, чтобы заднее колесо не касалось земли и вращалось свободно. Теперь вращайте педаль рукой столько, чтобы ведущая шестерня сделала полный оборот. Сосчитайте, сколько оборотов при этом сделало колесо и убедитесь, что выигрыш в скорости точно соответствует частному от деления числа зубьев.
А теперь вернемся к коробке передач. По аналогии с проделанным опытом мы можем сказать, что, соединяя шестерни в различных комбинациях, можно в большей или меньшей степени выигрывать в силе или проигрывать так же, как и выигрывать или проигрывать в скорости. Словом, коробка передач позволяет изменять тяговое усилие и скорость движения автомобиля при одном и том же числе оборотов двигателя.
Если, например, самую малую шестерню промежуточного вала соединить с самой большой шестерней ведомого, то получим первую передачу. Она тихоходная, зато обеспечит максимальное тяговое усилие на ведущих колесах. Эту передачу водитель использует при трогании автомобиля с места, при движении по плохой дороге, при езде, на крутом подъеме и т. д.
Первая передача. Водитель запустил двигатель. Пришли в движение валики и шестерни коробки передач. Все детали, которые находятся в движении, изображены голубой краской. Что надо для того, чтобы автомобиль пошел вперед? Необходимо заставить вращаться ведомый вал коробки передач. Для этого самую большую его шестерню перемещают по шлицам и вводят в зацепление с шестерней первой передачи промежуточного вала. Передача усилий от двигателя на ведомый вал показана голубой стрелкой, а направление вращения шестерен и валиков – черными стрелками.
А теперь выведем из зацепления первые шестерни и введем другие – шестерни несколько большего диаметра промежуточного вала – подведем к шестерне меньшего, чем в первом случае, диаметра ведомого вала. Передаточное число уменьшится. В результате ведомый вал будет вращаться быстрее, прибавит скорость автомобиль, зато сила тяги на колесах снизится. Это – вторая передача.
Вторая передача. Шестерня второй передачи ведомого вала входит в зацепление с шестерней второй передачи промежуточного вала. Соотношение их зубьев такое, что ведомый вал начнет вращаться быстрее. По сравнению с первой передачей здесь имеется выигрыш в скорости вращения, зато проигрыш в силе. Передача усилия через шестерни и валики показана голубой стрелкой.
Можно включить шестерни иначе. Шестерня ведущего вала имеет венец, а шестерня второй скорости ведомого вала внутренние зубья. Если подвинуть шестерню ведомого вала навстречу шестерне ведущего вала, можно ввести их в зацепление. Тогда оба вала окажутся соединенными в одно целое, или, как говорят, на прямую. В этом случае ведомый вал будет делать столько же оборотов, сколько и ведущий вал.
Третья – прямая передача. Ведущий и ведомый валы соединены.
Это – третья, прямая передача. В нашей коробке это наивысшая. Она является обычной рабочей скоростью, самой экономичной.
Секрет заднего хода
Коленчатый вал вращается по часовой стрелке. В том же направлении крутится и ведущий вал коробки передач. А промежуточный? Он постоянно связан шестерней с ведущим и поэтому вращается навстречу ему, то есть против часовой стрелки. В свою очередь ведомый вал, получая вращение от промежуточного, крутится навстречу ему или по часовой стрелке.
Весь механизм устроен так, что когда ведомый вал вращается слева – вверх – направо, автомобиль идет вперед. Значит, чтобы заставить его двигаться вспять, надо изменить направление вращения ведомого вала на обратное.
Шестерня заднего хода
Конструкторы решили эту задачу вводом дополнительной шестерни заднего хода. Она передвигается на самостоятельной оси и подключается между шестернями промежуточного и ведомого вала. Теперь ведомый вал получает вращение не непосредственно от промежуточного, а от шестерни заднего хода. Она будет вращаться по часовой стрелке, а ведомый вал – против. Автомобиль пойдет назад.
За тремя замками
Шестерни промежуточного вала легко и свободно движутся по шлицам, входят в зацепление. Но они так же легко могут выйти из зацепления, особенно во время движения по плохой дороге и тряске. И каждый раз водитель должен отвлекаться от наблюдения за дорогой, от управления автомобилем, чтобы вернуть шестерню на место.
Как же сделать, чтобы шестерни произвольно не двигались?
На каретках, передвигающих шестерни, имеются две выточки, в которых установлены шарики со спиральными пружинами. В корпусе коробки передач сделаны три пары круглых выемок по размеру шариков. Когда включается скорость и шестерни полностью входят в зацепление, шарики как раз подойдут к выемкам и под давлением пружин немного, опустятся в них.
На этом рисунке изображены фиксатор и замок
А не может ли случиться так, что одновременно станут передвигаться сразу две каретки и войдут в соприкосновение шестерни двух передач? Такое, если произойдет, вызовет поломку шестерен. Для предупреждения этого в коробке передач устанавливаются так называемые замки. Когда одна каретка перемещается, замки не позволяют передвигаться другой.
Шуметь воспрещается
На биллиардном столе сражение в полном разгаре. Высокий игрок, чья очередь, бьет сильно, от чего шар стремительно мчится по сукну, с громким стуком натыкается на другой. Партнер высокого, наоборот, посылает свой шар легким ударом, и у него шары сталкиваются с еле слышным щелчком.
Почему такое различие звуков по громкости? Оказывается, все дело в разности скоростей у катящихся шаров. Зависимость тут такая: чем больше скорость, тем громче стук от столкновения. То же происходит с шестернями. Предположим, у нас имеются две шестерни на осях, причем одна из них вращается. Попробуем ее ввести в зацепление со второй, неподвижной. Зубья столкнутся с громким лязгом. Причем и здесь та же закономерность: чем быстрее вращение, тем лязг громче.
Теперь сделаем иначе – и вторую шестерню заставим вращаться, разумеется, навстречу первой. Теперь сцепление произойдет мягче. А если скорости у шестерен будут одинаковы, то и вообще бесшумно.
В пути водитель вынужден переключать скорости. По его команде шестерни коробки передач то входят в зацепление, то выходят. А поскольку скорости
