В течение семи предыдущих лет фирма применяла на своих автомобилях коробку передач, весившую 68 кг. При разработке новой конструкции инженеры начали с коробки передач, весившей 30,4 кг и предназначавшейся для автомобиля весом 1815 кг, с двигателем, имевшим максимальный крутящий момент 23,5 кгм. В процессе экспериментальных работ вес коробки был увеличен до 34,5 кг, и она успешно применяется с тех пор на всех моделях автомобилей Кадиллак с двигателями, имеющими максимальный крутящий момент свыше 34,6 кгм.

Испытания на долговечность коробки передач производились при установке ее между несоразмерно мощным двигателем и гидравлическим тормозом.

Предыдущими опытами было установлено, что коробка передач будет работать в эксплуатационных условиях удовлетворительно, если в лабораторных условиях под полным крутящим моментом двигателя при 1500 об/мин шестерни первой передачи нормально проработают без повреждений 2,6 часа, шестерни второй передачи— 4,4 часа и шестерни постоянного зацепления — 7 час. Когда 30-килограммовая коробка передач испытывалась на первой передаче при нагрузке моментом 34,6 кгм и при 1500 об/мин на ведущем валу, всегда после кратковременной работы происходили поломки ведомой шестерни ведомого вала. Во всех случаях излом начинался с основания зуба у переднего конца шестерни и распространялся по диагонали зуба. Это свидетельствовало о том, что нагрузка не распределяется равномерно по длине зуба, а концентрируется у его переднего конца. Было предположено, что это неравномерное распределение нагрузки на зуб вызывается хотя бы частично недостаточной жесткостью картера. Когда легкий штампованный поддон нижней части картера коробки был заменен литым, у шестерен первой передачи заметно повысилась долговечность, однако поломки того же характера еще продолжались.

В первоначальном варианте конструкции шестерня первой передачи промежуточного вала имела ширину вдвое большую, чем сопряженная с ней шестерня ведомого вала, причем только половина ее ширины использовалась при включении первой передачи, а вторая половина работала только при включении заднего хода. Прорезка канавки посредине этой двойной шестерни снизила торсионную жесткость той части, которая работала на первой передаче, в результате чего передние концы зубьев получили возможность пружинить под нагрузкой. В то же время характер поверхности соприкасания зубьев был изменен путем притирки так, чтобы увеличить площадь отпечатка у переднего конца зубьев.

Эти два мероприятия увеличили срок службы шестерни первой передачи почти вдвое, т. е. значительно выше требуемой минимальной нормы — 2,6 часа при полном крутящем моменте.

Когда коробка передач испытывалась на второй передаче при действии крутящего момента 34,6 кгм, шестерня промежуточного вала этой передачи также во всех случаях имела преждевременные поломки. Угол спирали этой шестерни был велик, и излом всегда начинался у острого переднего конца косого зуба. Для устранения дефекта ширина шестерни была увеличена на 3,2 мм, а ширина сопряженной с ней шестерни ведомого вала оставлена без изменений, так что срезанная передняя часть зубьев первой шестерни, выступаюшая на 3,2 мм за край ведомой шестерни, стала нерабочей. Эта часть зубьев была далее скошена таким образом, чтобы ширина обеих шестерен у вершины зубьев стала одинаковой. В результате была достигнута удовлетворительная работа шестерен второй передачи.

Аналогичный дефект, наблюдавшийся у ведомой шестерни постоянного зацепления, также был устранен увеличением ширины шестерни на 3,2 мм с заднего конца с одновременным скашиванием (на конус) этого конца зубьев.

После внесения в конструкцию указанных изменений поломки стали появляться у ведущей шестерни постоянного зацепления. Здесь излом начинался у заднего торца шестерни, а так как зубья не имели острых углов, дефект не мог быть устранен увеличением ширины шестерни. Причиной поломок была признана чрезмерная деформация ведущего вала под нагрузкой. Жесткость вала была повышена путем увеличения его диаметра на участке перед шариковым подшипником с 35 до 39 мм.

—

На современных американских легковых автомобилях коробки передач используются почти исключительно для разгона и большую часть времени фактически не работают, поэтому весьма желательно, чтобы они по возможности были легки и дешевы в изготовлении, при этом чтобы срок их службы соответствовал сроку службы автомобиля в целом. Как правило, коробки передач легковых автомобилей выполняются трехступенчатыми, так как большое отношение мощности двигателя к весу американского легкового автомобиля и высокий коэффициент приспособляемости современных двигателе» позволяют такой коробке удовлетворительно работать на всем Диапазоне скоростей. Правда, четырехступенчатая коробка передач позволила бы иметь меньшее передаточное отношение главной передачи, что привело бы к уменьшению числа оборотов коленчатого вала двигателя на километр пути, снижению расхода топлива и уменьшению износа двигателя; кроме того, повысилась бы комфортабельность автомобиля, поскольку в связи с меньшей скоростью вращения коленчатого вала шум и вибрация были бы меньше. Однако, в этом случае неизбежно возросло бы число переключений передач (и выключений сцепления) на километ’р пути, а это практически исключает использование четырехступенчатых жоробок передач в этой области применения.

Требование бесшумности работы привело к тому, что в коробках для всех передач, иногда за исключением только передачи заднего хода, применяются косозубые шестерни. Теперь стало обычным управление коробками передач с помощью рычага, вынесенного на рулевую колонку. Все трехступенчатые коробки передач имеют две вилки переключения, а так как избирательное устройство, с помощью которого та или другая вилка связывается с рычагом переключения, размещается на рулевой колонке, то механизм управления состоит из двух систем тяг, идущих от рычага переключения к коробке передач. Ниже показаны детали установки подшипников, блокирующих устройств механизма управления,средств для восприятия осевых сил шестерен, синхронизирующих механизмов, систем смазки и т. д.

Коробка передач Уорнер для легковых автомобилей. На рис. 1 показана коробка передач для легковых автомобилей, выпускаемая фирмой Уорнер Гир объединения Борг-Уорнер, которая является стандартным оборудованием для большого числа легковых автомобилей массового производства. Коробка имеет три передачи переднего и одну заднего хода. Вторая « третья передачи включаются посредством синхронизатора. Изображение синхронизатора, а также описание его устройства и работы приведены в главе 6. Первая передача и задний ход включаются шестерней первой передачи ведомого вала, скользящей на спиральных шлицах. Таким образом, в коробке имеются две детали с осевым перемещением: скользящая муфта, включающая вторую и третью прямую передачу, и скользящая шестерня, которая включает первую передачу при перемещении вперед и задний ход при перемещении назад. Передвижение этих скользящих деталей осуществляется посредством вилок переключения, поворачивающихся вместе с валиками, проходящими через боковую стенку картера. На концах обоих валиков переключения, выходящих с наружной стороны стенки картера, укреплены рычаги, соединенные тягами с механизмом переключения, расположеннным на рулевой колонке. Для фиксации деталей механизма переключения в нейтральном положении и в положениях полного включения предусмотрены шариковые стопоры.

Рис. 1. Трехступенчатая коробка передач Уорнер для легковых автомобилей.

Имеется также блокирующее устройство, исключающее возможность одновременного включения двух передач.

Четыре шестерни промежуточного вала выполнены в виде блока, который вращается на неподвижной оси на игольчатых подшипниках. Ведущий и ведомый валы установлены на шариковых подшипниках, снабженных стопорными кольцами. Картер коробки передач литой, чугунный, с крышкой из листового материала. Все шестерни с косыми зубьями. Осевые силы ведущего и ведомого валов коробки передач воспринимаются шариковыми подшипниками. Осевая сила блока шестерен промежуточного вала воспринимается упорными шайбами.

Коробка передач легкового автомобиля Моррис. На рис. 2 показана типичная коробка для малолитражных легковых автомобилей, широко распространенных в Европе. Это — четырехступенчатая коробка автомобиля Моррис, снабженного двигателем с рабочим объемом 1,3 л, развивающим максимальный крутящий момент около 8,3 кгм. Особенность данной коробки состоит в том, что не только две высших, но и вторая передача включаются посредством синхронизатора. Помимо пары шестерен постоянного зацепления, шестерни второй и третьей передач также являются постоянно сцепленными, и только шестерни первой передачи ведомого вала и промежуточная шестерня заднего хода выполнены скользящими. Коробка имеет три ползуна вилок переключения: средний — для третьей и четвертой передач, правый (по ходу) для первой и второй передач и левый — для заднего хода. Блокирующее устройство состоит из шариков, помещенных между ползунами вилок переключения. Для предотвращения случайного включения заднего хода паз ступицы вилки заднего хода закрывается плунжером, нагруженным пружиной и снабженным, кроме того, шариковым фиксатором.

Рис. 2. Четырехступенчатая коробка передач малолитражного автомобиля Моррис.

Так как коробки передач на подобных малолитражных автомобилях используются более интенсивно, чем, например, на американских легковых автомобилях, они должны быть спроектированы с большими запасами прочности. Так, представленная на рис. 1 коробка Моррис 10 имеет межцентровое расстояние, соответствующее величине 31,9 У Т мм, где Т —максимальный крутящий момент двигателя в кгм.

Механизм переключения передач расположен в верхней части картера коробки. Крышка верхнего люка литая. Система смазки имеет две особенности: наливное отверстие находится в крышке картера. Для контроля уровня масла применяется стержневой указатель уровня.