Принцип устройства и работы коробки передач можно уяснить из схем, приведенных на рис. 164.

Рис. 164 - Схемы передачи крутящего момента через коробку передач:
а - нейтральное положение; б - первая передача; в - вторая передача; г - третья (прямая) передача; д - задний ход; 1 - шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 2 - промежуточный вал (блок шестерен); 3 - шестерня второй передачи промежуточного вала; 4 - шестерня первой передачи промежуточного вала; 5 - шестерня заднего хода; 6 - ось промежуточной шестерни заднего хода; 7 - промежуточная шестерня заднего хода; 8 - ведомый (вторичный) вал; 9 - каретка первой передачи и заднего хода; 10 - каретка второй и прямой передач; 11 - внутренний зубчатый венец каретки второй и прямой передач; 12 - зубчатый венец шестерни ведущего вала; 13 - шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 14 - ведущий (первичный) вал; 15 - подшипник ведомого вала.

Ведущий (или первичный) вал 14 имеет шестерню 13 с зубчатым венцом 12; ведущий вал через сцепление соединен с коленчатым валом двигателя.

Ведомый (или вторичный) вал 8 имеет общую геометрическую ось с ведущим валом, но вращается независимо от него, так как хвостовик ведомого вала свободно вращается в подшипнике 15, установленном в выточке ведущего вала; ведомый вал снабжен продольными вырезами (шлицами), на которые посажены скользящие шестерни, или каретки, 9 и 10, имеющие внутри выступы, соответствующие вырезам вала; благодаря шлицевому соединению каретки вращаются вместе с валом, но могут в то же время передвигаться вдоль его оси. На каретке 10, кроме наружных зубьев, имеется еще внутренний зубчатый венец 11; ведомый вал через карданную и главную передачи, дифференциал и приводные валы соединен с ведущими колесами автомобиля.

Промежуточный вал (или блок шестерен) 2 имеет шестерни 1, 3, 4 и 5.

Промежуточная шестерня заднего хода 7 посажена на короткую ось 6.

Валы и шестерни находятся в чугунном картере коробки передач; они изготовляются из легированной стали.

Опорами для валов (ведущего, ведомого, промежуточного) служат шариковые или роликовые подшипники, а для промежуточной шестерни заднего хода - обычно бронзовая втулка.

При запуске двигателя каретки 9 и 10 не находятся в зацеплении ни с зубчатым венцом 12 ведущего вала, ни с шестернями 3 и 4 промежуточного вала (рис. 164, а). Таким образом, когда двигатель работает, в коробке передач вращаются вхолостую ведущий вал 14 и промежуточный вал 2, так как его большая шестерня 1 находится в постоянном зацеплении с шестерней 13 ведущего вала, и промежуточная шестерня 7 заднего хода, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней 5 заднего хода. Ведомый вал 8 коробки передач, а следовательно, и ведущие колеса автомобиля не будут вращаться.

Чтобы привести автомобиль в движение, включают первую передачу с наибольшим передаточным числом; для этого нужно каретку 9 ведомого вала передвинуть вперед (по рисунку вправо) и ввести в зацепление с шестерней 4 промежуточного вала. Однако безударное включение двух шестерен, из которых одна 9 не вращается и связана с ведущими колесами автомобиля, а другая 4 вращается, невозможно. Попытка привести в зацепление такие шестерни неизбежно вызовет большую ударную нагрузку на зубья, могущую повлечь их поломку. Поэтому, перед включением шестерен необходимо при помощи сцепления разъединить ведущий вал с коленчатым валом двигателя, для того чтобы обе шестерни не вращались.

Включив первую передачу, ведущий вал через сцепление снова соединяют с коленчатым валом двигателя, вследствие чего автомобиль начинает двигаться. При этом крутящий момент передается через коробку передач так, как это показано на рис. 164, б.

Когда автомобиль тронется с места, надо дать ему небольшой разгон и включить вторую передачу с меньшим передаточным числом. Для этого нужно, выключив сцепление, вывести каретку 9 из зацепления с шестерней 4, а затем передвинуть каретку 10 назад (по рисунку влево) и ввести ее в зацепление с шестерней 3. Затем снова включить сцепление, в результате чего ведущий вал будет соединен с коленчатым валом двигателя. Схема передачи крутящего момента через коробку передач в этом случае показана на рис. 164, в.

Чтобы включить третью (прямую) передачу, необходимо, увеличив разгон автомобиля, выключить сцепление и переместить каретку 10 вперед (по рисунку вправо). Внутренний зубчатый венец 11 войдет в зацепление с зубчатым венцом 12 шестерни 13, и оба вала начнут вращаться как одно целое со скоростью коленчатого вала (рис. 164, г).

Позволяя изменять передаточное число между коленчатым валом двигателя и ведущими колесами, коробка передач дает возможность при включении второй и первой передач увеличивать крутящий момент на карданном валу, а следовательно, и тяговую силу на ведущих колесах за счет снижения скорости их вращения при неизменном числе оборотов коленчатого вала двигателя.

Чтобы получить задний ход, каретку 9 надо передвинуть назад (по рисунку влево) и ввести в зацепление с промежуточной шестерней 7, приводимой во вращение шестерней 5 заднего хода. Крутящий момент будет передаваться через коробку передач, как показано на рис. 164, д, причем направление вращения ведомого вала изменится на обратное, т.е. он будет вращаться теперь против хода часовой стрелки. Направление вращения ведомого вала изменяется потому, что при включении заднего хода крутящий момент от промежуточного вала передается ведомому валу не непосредственно, а через третью промежуточную шестерню 7.

Рассмотренная коробка передач имеет три передачи для движения вперед и одну для движения назад. Такие коробки передач называют трехступенчатыми; они применяются преимущественно на легковых автомобилях.

В грузовых автомобилях устанавливаются обычно четырехступенчатые или пятиступенчатые коробки передач, т.е. имеющие четыре или пять передач для движения вперед (и одну для движения назад). Четыре или пять передач вместо трех вводятся для более точного и выгодного подбора передачи в зависимости от нагрузки автомобиля и сопротивления дороги.

В четырехступенчатой коробке передач на ведомом валу имеются две скользящие каретки, одна из которых выполнена в виде двойной шестерни и служит для включения первой и второй передач, а другая - для включения третьей и четвертой передач. Третья каретка представляет собой передвижную двойную шестерню, она вращается на короткой оси и применяется для включения заднего хода.

Схема передачи крутящего момента от ведущего вала 4 ведомому валу 1 при включении первой передачи и заднего хода в четырехступенчатой коробке передач приведена на рис. 165.

Рис. 165 - Схемы передачи крутящего момента через четырехступенчатую коробку передач:
а - на первой передаче; б - при заднем ходе; 1 - ведомый вал; 2 - каретка заднего хода; 3 - шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 4 - ведущий вал; 5 - шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 6 - промежуточный вал; 7 - шестерня первой передачи и заднего хода; 8 - каретка первой и второй передач.

Первая передача (рис. 165, а): шестерни постоянного зацепления 3 и 5 - промежуточный вал 6 - шестерня 7 - шестерня первой передачи (большая) каретки 8.

Задний ход (рис. 165, б): шестерни постоянного зацепления 3 и 5 - промежуточный вал 6 - шестерня 7 - большая шестерня каретки 2 заднего хода - малая шестерня этой каретки - большая шестерня каретки 8.

На современных автомобилях (например, ЗИС-150) широко распространены коробки передач, у которых шестерни высших передач находятся в постоянном зацеплении (рис. 166).

Рис. 166 - Схема коробки передач с шестернями высших передач постоянного зацепления и муфтой легкого включения:
1 - ведущий вал; 2 - шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 3 - зубчатый венец шестерни постоянного зацепления; 4 - муфта; 5 - ступица муфты; 6 - зубчатый венец шестерни промежуточной передачи; 7 - шестерня промежуточной передачи; 8 - ведомый вал; 9 - шестерня промежуточной передачи; 10 - промежуточный вал; 11 - шестерня постоянного зацепления промежуточного вала.

Вращение ведущего вала 1 передается промежуточному валу 10 через шестерни постоянного зацепления 2 и 11. Шестерни 7 и 9 также находятся в постоянном зацеплении, причем шестерня 7 свободно вращается на ведомом валу 8.

Передачи включаются посредством зубчатой муфты 4, могущей передвигаться вдоль ступицы 5, укрепленной на шлицах ведомого вала. При включении прямой передачи зубья муфты 4 вводят в зацепление с зубчатым венцом 3 шестерни 2 и ведущий вал соединяется через ступицу 5 на прямую с ведомым валом 8; при включении другой передачи муфта 4 соединяет ступицу 5 ведомого вала с зубчатым венцом 6 шестерни 7.