Как устроен и работает синхронизатор коробки передач

Множество современных автомобилей оснащаются коробками передач, в конструкции которых предусмотрено использование устройства под названием синхронизатор. Это специальный механизм, главной задачей которого является эффект выравнивания частоты осуществляемого валом и коробочными шестернями текущего вращения.

Практически все актуальные роботизированные и механические автомобильные коробки, устанавливаемые на новые авто, синхронизированы. То есть в них применяются синхронизаторы. Это полезный и важный компонент конструкции, позволяющий ускорять процесс переключения скоростей, а также делать это плавно.

Потому автомобилистам и автолюбителям интересно узнать, что же собой представляет этот механизм, их чего он состоит и как работает. Также не лишним будет разобраться в его ресурсе и продолжительности срока службы.

Назначение

Первым делом разберём основное назначение специального синхронизатора, который устанавливается на КПП указанных типов.

Синхронизатор присутствует на всех передачах (скоростях) в КПП на современных легковых автотранспортных средствах, включая ту скорость, которая непосредственно отвечает за движение автомашины задним ходом. Не трудно догадаться, для чего в КПП нужен этот самый синхронизатор. Именно он обеспечивает необходимое коробке текущее выравнивание частоты осуществляемого вращения вала и рабочих шестерней, что требуется для последовательного и плавного включения и дальнейшего переключения необходимых водителю передач при управлении ТС. Устройство такого типа позволяет безударно осуществлять переключения, создавая нужную скорость вращения компонентов. То есть рассматриваемый синхронизатор выполняет действительно важную функцию, которая положительно сказывается на комфорте водителя и состоянии самой коробки.

Помимо обеспечения плавного процесса переключения, механизм также способен снижать уровень шума, издаваемого коробкой. Наличие такого компонента в конструкции КПП способствует заметному снижению уровня эксплуатационного износа компонентов коробки, тем самым продлевается общий срок службы всего узла.

Появление синхронизаторов позволило существенно упростить сам принцип осуществляемого переключения скоростей. Он теперь значительно удобнее и комфортнее, поскольку ранее водителям приходилось тщательно выжимать дважды сцепление и переводить коробку в так называемое нейтральное положение.

Автомобилисты справедливо интересуются, сколько именно синхронизаторов инженерами было предусмотрено в конструкции КПП. Количество этих механизмов соответствует зачастую количеству скоростей на коробке конкретного автомобиля. Преимущественно на современных коробках предусматривается использование синхронизирующих устройств на каждую из имеющихся передач, включая заднюю.

Но бывают и исключения, что предусмотрено скорее на некоторых бюджетных легковых транспортных средствах. Здесь может отсутствовать синхронизатор на первой рабочей, используемой как стартовая, передаче. Дополнительно механизм на первой скорости отсутствует на грузовых машинах, старых легковых авто и пр.

Устройство и конструкция

Само устройство коробочного синхронизатора, применяемого в конструкции КПП, использует в работе силу трения в непосредственно того момент, когда происходит необходимое условие в виде выравнивания двух скоростей. В непосредственной зависимости от того, какая разница между имеющимися частотами осуществляемого вращения элементов, соответствующим образом происходят изменения в силе присутствующего трения для самого синхронизатора.

То есть эффективность работы механизма обеспечивается путём увеличения текущей площади контакта или поверхности создаваемого соприкосновения. Чтобы решить такую задачу, инженеры предусмотрели использование специальных фрикционных колец, которые интегрированы в конструкцию МКПП и РКПП.

Если говорить про конструктивные особенности синхронизатора, используемого для коробки передач, то это устройство предусматривает обязательное включение таких компонентов как:

• рабочие ступицы;
• сухари;
• муфты;
• блокировочные (стопорные) кольца;
• шестерни со специальными фрикционными конусами.

В РКПП и МКПП зачастую один механизм установленного синхронизатора создаёт и обеспечивает синхронную работу сразу 2 скоростей, то есть одновременно задействован в работе пары шестерней.

• Основным и ключевым конструктивным элементом считается ступица, на которой разработчиками предусмотрено наличие наружных и внутренних специальных шлицев;
• Внутренние рабочие шлицы элемента необходимы в конструкции для того, чтобы создавать надёжное соединение со вторичным валом коробки. Дополнительно предусмотрена возможность совершения осевых перемещений по самому рабочему валу;
• Наружные шлицы необходимы для создания соединения между ступицей и муфтой коробочного синхронизатора;
• По всей имеющейся окружности используемой ступицы заранее предусмотрены специальные пазы в количестве 3 штук. В них вставляются так называемые сухари, имеющие дополнительное подпружинивание;
• Эти сухари отвечают за нажатие или воздействие на блоккольцо (кольцо блокировки) в именно тот момент, когда происходит включение скорости на КПП, а также за эффективную и необходимую блокировку рабочей муфты при непосредственно самой синхронизации;
• С помощью специальной муфты создаётся жёсткое соединение между валом и рабочей шестерёнкой КПП. Она монтируется на самой ступице и имеет в арсенале соответствующие внутренние шлицы. На них предусмотрена кольцевая специальная проточка, необходимая как выступы для используемых в узле сухарей. Ещё к муфте подключается вилка коробки;
• Кольцо непосредственно отвечает здесь за саму синхронизацию, не даёт рабочей муфте замкнуться прямо до наступления момента, когда текущие скорости элементов (вал и шестерни) не станут равными;
• У блокировочного синхронизаторного кольца конструкцией заранее на этапе производства предусмотрено наличие специальной поверхности, обладающей конической формой с его внутренней части (стороны). Эта поверхность создаёт контакт с самими фрикционными используемыми конусами шестерёнок. С наружной стороны без шлицев также не обошлось. Они уже необходимы для блокирования муфты, отвечающей за включение;
• На торцевой рабочей поверхности блокировочного кольца, если смотреть со стороны рабочей ступицы механизма, есть сразу 3 паза. В них входят сухари от ступицы. За счёт пазов блоккольцо не прокручивается, когда контактирует непосредственно с фрикционным рабочим конусом, поскольку эти выточенные пазы по своей сути выступают как упоры под сухари.

Существуют некоторые разновидности КПП с установленными на них синхронизаторами, где выступы в узле разработчиками выполнены непосредственно на самом блоккольце, в то время как пазы присутствуют уже в самой рабочей ступице. С целью увеличения поверхности контакта или соприкосновения, применяются специальные синхронизаторы, имеющие сразу несколько конусов одновременно. Обычно их 2 или 3. Их называют двухконусными и трёхконусными синхронизаторами соответственно.

https://www.youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4

Как пример можно привести вариант, где в трёхконусном механизме, помимо самого наружного кольца блокировки, есть также внутреннее и специальное дополнительное блоккольцо, так называемое промежуточное. Чтобы не допустить их проворачивание, на самих рассмотренных блоккольцах предусмотрено наличие собственных выступов. С их помощью рабочие кольца фиксируются в определённых пазах рабочих коробочных шестерней.

В результате всего этого получается, что у трёхконусных синхронизаторов присутствует одновременно 3 поверхности создаваемого трения:

• первая идёт между внутренним блоккольцом и самим конусом рабочей шестерни;
• вторая поверхность соединяет два кольца, а именно внутреннее и промежуточное;
• третья заключена между наружным блоккольцом и непосредственно промежуточным.

Напоследок стоит добавить, что в основе конструкции некоторых механических и более современных роботизированных автомобильных коробок предусматривается возможность одновременного использования двухконусных и трёхконусных типов синхронизаторов.

Принцип работы

Чтобы лучше понять суть и назначение механизма, следует разобраться в том, как на практике работают синхронизаторы в коробках передач того или иного типа.

Всю работу узла можно описать примерно следующим образом:

• Когда рычаг автомобильной коробки находится в так называемом нейтральном положении, двигатель не передаёт на КПП свою мощность;
• В этот момент муфта коробочного синхронизатора располагается в своём среднем положении. Параллельно шестерни, зафиксированные на валу, осуществляют свободное вращение;
• Когда водитель переключается на передачу, вилка осуществляет заданное перемещение рабочей муфты используемого в конструкции КПП синхронизатора, смещая её из текущего среднего положения в направлении к рабочим шестерням;
• Параллельно, когда сдвигается сама муфта, также происходит смещение сухарей. Они, в свою очередь, оказывают воздействие синхронизаторное на блокировочное кольцо;
• Это кольцо начинает прижиматься к шестерёночному конусу, что способствует образованию силы трения;
• Под воздействием возникшей силы трения кольцо начинает проворачиваться до полного упора так называемых сухарей в пазах блоккольца;
• Кольца стопорятся, и дальше смещаться и проворачиваться они не могут;
• Также кольцо блокировки не позволяет синхронизаторной муфте смещаться по оси ведомого вала;
• Это достигается за счёт того, что торцевые части шлицев блоккольца располагаются непосредственно напротив относительно шлицев самой муфты;
• Далее, находясь под прямым действием возникшей силы трения, синхронизируются скорости вращения ведомого вала и рабочих шестерней;
• Когда выравнивание скоростей произойдёт, за счёт нажима шлицев муфты, блоккольцо начнёт поворачиваться уже в противоположное направление;
• Тем самым прекращается блокировка муфты, а шлицы этой муфты начинают без ограничений цепляться за венец шестерни. В результате создаётся достаточно жёсткое соединение между шестерней и вторичным валом установленной на авто коробки.

Исходя из всего сказанного, процесс так называемой синхронизации скоростей на коробке передач подразумевает протекание одновременно нескольких различных процессов. Хотя если проверять работу на практике, все эти действия осуществляются очень быстро. Это позволяет водителю практически моментально переключаться между разными передачами, не ощущая дискомфорт, задержки или удары при этом процессе. Как показали испытания и эксперименты, на синхронизацию уходят доли секунды.

Важной особенностью и главным преимуществом применения синхронизаторов является способность обеспечивать плавное переключение скоростей. Отсутствует необходимость осуществлять двойной выжим педали сцепления в случае с механическими трансмиссиями.

Тем самым синхронизаторы позволили упростить процесс управления автотранспортным средством за счёт применения синхронизированных коробок передач. Они работают быстро, плавно, без ударов и рывков. Использование такого узла позволяет рассчитывать на более продолжительный срок службы всей трансмиссии.

То есть наличие синхронизатора пошло на пользу не только в плане комфорта и эффективности работа КПП. Такая модернизация крайне положительно повлияла на ресурс коробки.

Неисправности и вопрос замены

Когда речь идёт о неисправностях в работе коробки передач, бывалые автомобилисты и специалисты в области ремонта КПП рекомендуют начинать проверку и диагностику с состояния узла сцепления. Если там всё оказалось в порядке, и никаких проблем нет, можно уже проверить синхронизаторы, непосредственно связанные с переключением передач на автомобиле.

Вопрос лишь в том, как это сделать и что даёт возможность убедиться в неисправностях КПП, связанных непосредственно с синхронизаторами.

Для проверки работоспособности синхронизатора следует опираться на несколько характерных признаков, указывающих на возникновение проблем с этим узлом.

• Шум, появляющийся в процессе функционирования коробки передач. Нехарактерный шум и неприятный звук может быть обусловлен тем, что блокирующие кольца деформировались и искривились. Такое происходит достаточно часто, если обнаруживаются проблемы в КПП. Но также нельзя исключать, что причиной шума стал изношенный конус;
• Передачи выключаются самопроизвольно, и водитель не имеет к этому никакого отношения. Самопроизвольное выключение скорости на коробке говорит наверняка о том, что проблемы связаны с муфтой. Альтернативным вариантом считается износ ресурса шестерни. Она уже не справляется с возложенными на неё задачами, и нуждается в скорейшей замене;
• Передачи включаются с определённым усилием. Иногда приходится приложить достаточно большую силу, что нехарактерно для коробки передач, для включения другой скорости. Это прямой признак полного износа синхронизатора, который уже не годится для дальнейшей работы.

Важно учитывать, что ремонт такого узла как синхронизатор коробки является очень трудоёмким процессом. Зачастую проведение подобных ремонтно-восстановительных мероприятий совершенно себя не оправдывает. В редких случаях прибегают к ремонту. Объективно самым простым и финансово оправданным решением является замена узла. Требуется лишь демонтировать старый синхронизатор, предварительно убедившись, что все проблемы именно из-за него, а затем установить новый механизм.

Весь процесс замены выглядит следующим образом:

• Для начала снимается сама коробка передач с автомобиля. При этом её обязательно рекомендуется полностью очистить, удалить все загрязнения и подготовить к дальнейшим работам;
• Затем демонтируется кронштейн троса узла сцепления коробки. Тут сначала придётся открутить крепёжные гайки, на которых удерживается крышка, а затем снять уже саму крышку;
• Следующим этапом является снятие крепёжного болта от вилки у пятой передачи. Требуется включить её. Для этого муфта синхронизатора вместе с вилкой перемещаются вниз;
• Делается такая процедура последовательно и аккуратно. Тут важно, чтобы шлицы муфты оказались в зацеплении с шестернёй;
• Проделав такую процедуру, потребуется включить 3 или 4 передачу на коробке;
• Потом снимается крепёжная гайка, удерживающая первичный вал;
• Чтобы хоть немного сдвинуть гайку с мёртвой точки, потребуется внушительное усилие. Это обусловлено тем, что эта гайка изначально затягивается с большим моментом;
• Аналогичная процедура проделывается с крепёжной гайкой, которая удерживает уже вторичный вал;
• В результате остаётся только немного приподнять ведомую шестерню у 5 передач, прихватив при этом вилку вторичного вала и синхронизатор, и снять узел.

Все работы проводятся при пристальном контроле муфты. Нельзя допускать, чтобы в процессе замены эта сходила со ступицы.

Установка нового механизма осуществляется строго в обратной последовательности процедуры демонтажа. Если у вас возникли сложности или сомнения относительно самостоятельной замены синхронизатора, лучше не рисковать, и доверить работу специалистам. Мероприятие ответственное и достаточно сложное. Местами лучше пользоваться специальными инструментами. Ту же крепёжную гайку, затянутую с огромным моментом, раскрутить могут не все. Плюс её потребуется с таким же моментом затягивать заново. А здесь без динамометрического ключа хорошего качества и достаточной мощности не обойтись.

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.