Автоэкспертиза коробки передач или АКПП

Это продолжение и ответ на экспертную автозагадку Автоэкспертиза: коробка передач.

Если Вы любите инженерное дело, попробуйте сначала сами ответить на вопросы суда РФ  , а потом читайте эту статью дальше. А если вы уже попробовали свои силы в разгадывании причин поломки КПП, читайте далее полную экспертизу случая, где исследуется производственный или эксплуатационный дефект привел к повреждению коробки передач.

Краткие выводы экспертизы

1. Имеются ли недостатки, дефекты в коробке переключения передач в автомобиле FIAT Ducato,2012 года выпуск?

В предоставленной на исследование коробке переключения передач имеются следующие недостатки, дефекты: -повреждения зубьев паразитной шестерни, -повреждения зубчатого венца муфты включения первой и второй передачи.

2. Если недостатки, дефекты имеют место, то какова причина возникших недостатков, дефектов?

Причиной недостатков, дефектов деталей КПП является неполное зацепление (около1/4 длины зуба) зубчатой пары при включении передачи заднего хода.

3. Установленные недостатки, дефекты носят производственный характер (в чём конкретно они заключаются), или явились следствием неправильной эксплуатации?

Установленные недостатки являются следствием неправильной эксплуатации автомобиля, так как вызваны одновременным включением задней передачи и отпусканием педали сцепления.

4. Соответствуют ли детали КПП, материалы из которых они изготовлены нормам изготовления и условиям изготовления для данных деталей?

Общее состояние деталей КПП свидетельствует о хорошем качестве их изготовления, а отсутствие следов преждевременного износа говорит о том, что материалы, из которых они изготовлены, соответствуют нормам изготовления и условиям изготовления для данных деталей. Выявленные в ходе исследования повреждения деталей не связаны с качеством их производства или соответствия применяемых материалов нормам и условиям изготовления, а являются следствием неправильной эксплуатации транспортного средства.

Подробное исследование

В результате проведённого исследования установлено, что в предоставленной на исследование коробке перемены передач имеются следующие недостатки, дефекты:

-повреждения зубьев паразитной шестерни,

-повреждения зубьев зубчатого венца муфты включения первой и второй передачи.

Характер повреждения зубьев паразитной шестерни и зубьев зубчатого венца муфты включения первой и второй передачи, а также их взаимное расположение свидетельствуют о возможном контакте зубьев друг с другом:

Во время эксплуатации КПП контакт повреждённых зубьев происходит в момент включения задней передачи, когда паразитная шестерня и зубчатый венец входят в зацепление друг с другом.

Включение задней передачи осуществляется перемещением паразитной шестерни из положения нейтральной передачи по оси вращения (вверх), в результате чего паразитная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом муфты включения первой и второй передачи:

Кроме выявленных повреждений, на зубьях паразитной шестерни хорошо просматривается деформация поверхности, вызванная взаимодействием с зубом зубчатого венца муфты включения первой и второй передачи.Такая деформация называется контактным следом. Выявленный контактный след занимает около ¼ ширины зуба, что свидетельствует о неполном зацеплении зубчатой пары:

Во время проведения исследования экспертом было смоделировано неполное включение передачи, тем самым доказана возможность неполного зацепления зубчатой пары:

Исследование контактных следов оставленных на зубьях паразитной шестерни показало, что глубина деформации поверхности зубьев не одинакова. Она увеличивается при движении против часовой стрелки, от еле заметного следа на первом зубе, до максимального значения на пятом зубе. Разрушение шести остальных зубьев является результатом деформации:

Сама деформация поверхности зуба вызвана высокими контактными напряжениями.

Контактное напряжение – δ=F/А

F - суммарная нормальная сила.

А – номинальная площадь поверхности контакта.

Появление деформации на поверхности свидетельствует о том, что контактные напряжения превысили допустимое значение для данного материала. Причиной деформации является либо слишком большое значение суммарной силы действующей в зоне контакта, либо слишком маленькая площадь поверхности контакта.

Увеличение глубины деформации на каждом последующем зубе говорит об увеличении контактного напряжения в каждом последующем входящем в зацепление зубе. Следовательно, нагрузка на зубья шестерни росла не мгновенно, а постепенно, по мере проворота шестерни. Частичное разрушение зубьев вызвано контактными напряжениями превосходящими предел прочности материала. При этом на шестерни действуют допустимые нагрузки, об этом свидетельствует отсутствие деформаций на поверхности зубьев шестерни заднего хода первичного вала, которая находится в постоянном зацеплении с паразитной шестерней (в зацеплении находится вся ширина зуба):

Следовательно, высокие контактные напряжения не являются следствием высоких нагрузок, действующих на трансмиссию, а являются следствием малой площади контакта. Как указывалось выше, вследствие неполного зацепления, зубья работали только 1/ 4 частью своей ширины. Именно неполное, на ¼ ширины зуба, зацепление зубчатой пары паразитной шестерни с зубчатым венцом муфты включения первой и второй передачи привело к возникновению контактных напряжений, превосходящих допустимое значение для материала из которого изготовлены шестерни, что в итоге и вызвало повреждение зубьев.

Кроме версии неполного зацепления, экспертом, так же как возможная, рассматривалась версия одновременного включения двух передач. Данная версия могла не рассматриваться, так как при таком включении происходит заклинивание КПП, вследствие чего при попытке проворота первичного или вторичного вала нагрузка на зубчатые пары, находящиеся в зацеплении, растёт мгновенно, а не плавно, что вызывает моментальную поломку находящихся в зацеплении зубьев. При этом на паразитной шестерни не осталось бы контактных следов в виде деформации поверхности, а были бы только поломанные зубья. Однако, с целью проведения всестороннего исследования, экспертом изучалось возможность одновременного включения двух передач. Например, самопроизвольное или случайное включение задней передачи во время движения автомобиля на первой передаче. При этом паразитная шестерня и зубчатый венец находятся в непосредственной близости друг от друга.

Включение первой передачи осуществляется смещением (вниз) муфты первой и второй передачи. Для включения задней передачи необходимо попробовать сместить (вверх) паразитную шестерню до зацепления с зубчатым венцом:

Попытка включения двух передач, как при помощи механизма выбора передач, так и при помощи отвёртки, выступающей в качестве рычага, не увенчалась успехом. Механизм блокировки, совмещённый с механизмом выбора передач, не позволил включать более одной передачи одновременно. В ходе исследования экспертом были опробованы всевозможные варианты:

Таким образом, проведенным исследованием однозначно установлено, что причиной недостатков, дефектов деталей КПП является неполное зацепление (около1/4 ширины зуба) зубчатой пары при включении передачи заднего хода. В исследуемой КПП включение задней передачи осуществляется передвижением паразитной шестерни по своей оси из положения нейтральной передачи в положение включённой задней передачи, в результате чего паразитная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом муфты включения первой и второй передачи. Неполное зацепление зубчатой пары вызвано тем, что паразитная шестерня не переместилась полностью в положение включённой задней передачи, произошло недовключение задней передачи. В процессе исследования эксперт посредством механизма выбора передач многократно осуществлял включение задней передачи. При этом не было зафиксировано ни одного недовключения. Смоделированное недовключение задней передачи было осуществлено при помощи ручного перемещения вилки паразитной шестерни. Кроме того, в конструкции КПП применён механизм, удерживающий вилку паразитной шестерни, а следовательно, и саму шестерню в крайних положениях полностью выключенном и полностью включенном. Этот механизм состоит из подпружиненного плунжера, установленного в картере:

и специально спрофилированной поверхности, по которой перемещается плунжер:

Удерживающий механизм не только удерживает вилку в крайних положениях, но и создаёт ощущение щелчка на ручке переключения передач, по которому водитель понимает - полностью включена передача или нет. След на спрофилированной поверхности, оставленный плунжером, свидетельствует о перемещении паразитной шестерни в крайние положения, соответствующие полностью включённому и полностью выключенному состоянию. Таким образом, исследование не выявило неисправностей КПП, которые могли вызвать недовключение задней передачи или её самостоятельное включение. Такое недовключение могло быть следствием только одновременного включения задней передачи и отпускания педали сцепления. Отпускание педали сцепления и появление нагрузки в КПП в момент, когда паразитная шестерня перемещается и только начинает входить в зацепление, приведёт к остановке перемещения паразитной шестерни в недовключённом состоянии. Дальнейшее увеличение нагрузки при отпускании сцепления (например, в режиме «трогания» с места) приведёт к повреждению части зубьев, находящихся в зацеплении. Режиму отпускания сцепления соответствует также постепенное, а не резкое нарастание нагрузки, отразившееся на поверхности зубьев паразитной шестерни в виде контактного следа. Контактный след отпечатался только на одной стороне зуба, которая нагружается потоком мощности, передаваемым от двигателя к колёсам (режим ускорения при движении задним ходом, или трогания):

Таким образом, в результате проведённого исследования установлено, что неполное зацепление зубчатой пары вызвано одновременным включением задней передачи и отпусканием педали сцепления, что является следствием неправильной эксплуатации автомобиля. Именно неправильная эксплуатация явилась причиной повреждения деталей КПП, что никак не связано с качеством их производства, или соответствия применяемых материалов нормам и условиям изготовления. Общее состояние деталей КПП свидетельствует о хорошем качестве их изготовления, а отсутствие следов преждевременного износа говорит о том, что материалы, из которых они изготовлены, соответствуют нормам изготовления и условиям изготовления для данных деталей.