Принцип работы

Трансмиссия механического типа требуется для смены вращающего момента и его передачи от ДВС к колесам. Поступающий от двигателя крутящий момент с помощью педали сцепления поступает к первичному валу коробки. За счет этого он преобразуется связанными между собой парами шестерен (ступенями) и передается непосредственно на колеса автомобиля.

Все шестерные пары имеют свое передаточное число, отвечающее за количество оборотов и поступление крутящего момента от коленвала мотора на колеса. Увеличение крутящего момента передачей вызывает снижение оборотов коленчатого вала. При снижении – наоборот.
Перед тем, как сменить в механической КПП передачи, требуется выжимка педали сцепления, обеспечивающей прерывание потока мощности от ДВС. Начало движения авто всегда происходит с 1 ступени (кроме грузового автотранспорта), а последующее повышение передачи происходит постепенно, при последовательной смене ступеней КПП от низкой к высокой. Сам момент переключения определяется по скорости движения авто и показателям приборов: тахометра и спидометра.

Подберите самые выгодные условия по КАСКО

Введите номер авто — данные заполнятся автоматически

или нажмите «Рассчитать», если еще не получили его

Рассчитать

Клим Ирхин

Автор

Mafin Team

Подписывайтесь на Telegram-канал Mafin Media и не упускайте новых знаний и возможностей!

Подписаться

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

Функции КПП:

1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты. Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость.

История создания коробки передач

На заре автомобиле строения не было зубчатых коробок передач, перенос крутящего момента осуществлялся ременной передачей. Такую идею предложил и воплотил в жизнь Карл Бенц. При помощи нехитрых механизмов ремень перекидывался с одного шкива на другой, таким способом меняя скорость автомобиля.

Зубчатую передачу впервые придумал и оснастил автомобили зубчатыми коробками передач Вильгельм Майбах.

Еще в прошлом столетии жил великий изобретатель Луи Рено, он изобрел соосную коробку передач, цепной механизм передачи момента на колесо, ему же приписывается изобретение карданного вала.

Коробки тогда компоновались отдельно от двигателя через промежуточный вал и были сложными и трудноуправляемые. Но 1928 году Шарль Кетеринг (General Motors) изобрел синхронизатор. С того времени коробки передач получили новый импульс развития и стали легкими в управлении.

Современные коробки передач, можно сказать, совершенны, они удобные, бесшумные и долговечные. Автомобили с МКПП экономичнее по отношению к автомобилям с автоматической коробкой передач.

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

• выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
• при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
• при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

• отпустить педаль газа;
• левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
• рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
• аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Принцип работы и устройство трехвальной механической коробки

Принцип работы механической коробки передач основан на взаимодействии шестерней, погруженных в трансмиссионную смазку, заполняющую картер МКПП.

Конструктивно механическая коробка передач состоит из:

• ведущего и ведомого валов;
• промежуточного и дополнительного валов;
• корпуса;
• синхронизаторов;
• комплектов шестерней;
• механизма переключения передач, оснащенного замками и блокирующими элементами;
• рукоятки переключения передач.

Валы вращаются за счет расположенных внутри корпуса подшипников. Каждый вал оснащен определенным количеством шестерней, имеющих различное число зубчиков. Взаимодействие ведущего вала с двигателем происходит благодаря корзине сцепления. Ведомый вал соединен с карданным. Вращающий момент передается вторичному валу за счет промежуточного.

Промежуточный вал с неподвижно закрепленными шестернями вращается благодаря ведущей шестерне первичного вала. Ведомый вал оснащается шестеренками, которые свободно перемещаются по шлицам.

Чтобы сравнять угловые скорости шестерней и оборотов вторичного вала, между шестеренками располагают муфты синхронизатора, зафиксированные на валу и продольно перемещающиеся по шлицам. Все ступени современных механических коробок оснащены подобными деталями.

Механизм переключения скоростей в трехвальной коробке располагается на корпусе трансмиссии. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Чтобы не допустить одновременного выбора двух передач, механизм дополнен блокирующими элементами. Возможно дистанционное управление переключающим устройством, к примеру, с рулевого колеса.

При включении нейтральной скорости передача крутящего момента колесам не происходит, поскольку первичный вал и двигатель не соединены сцеплением. Изменение водителем положения рычага управления ведет к следующему: вилка, соответствующая его расположению, перемещает муфту синхронизатора, выравнивающую скорости оборотов вторичного вала и определенных шестерней. Происходит взаимодействие зубцов синхронизатора и шестеренок. Последние блокируются на вторичном валу, передавая колесам крутящий момент с нужным передаточным числом.

Движение задним ходом выполняется посредством включения соответствующей передачи. Направление движения изменяется за счет промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельной оси.

Несмотря на большие размеры и вес трехвальных механических коробок передач, они обладают большей эффективностью работы, поскольку напрямую передают крутящий момент от первичного вала вторичному. Благодаря принципу действия, такими трансмиссиями оснащаются автомобили с задним и полным приводом, а также грузовые транспортные средства.

Основные элементы агрегата

К основным элементам ручной коробки относятся:

• Сцепление. Данный механизм позволяет безопасно отсоединить первичный вал коробки от вращающегося коленчатого вала. Он крепится на маховик двигателя и состоит из двух дисков, находящихся в одном блоке (корзина сцепления). При нажатии на педаль сцепления эти диски разъединяются, и вращение вала коробки прекращается. Это позволяет переключить трансмиссию на нужную передачу. Когда педаль отпускается, крутящий момент, передающийся от коленвала на маховик, идет на кожух сцепления, затем на нажимной диск и поступает на ведомый диск. В ступицу ведомого диска при помощи шлицевого соединения вставлен ведущий вал коробки. Далее вращение передается на шестерни, которые выбираются водителем при помощи рычага переключения скоростей.

• Валы и шестерни. Эти элементы присутствуют в любой коробке передач. Их назначение – передавать крутящий момент от мотора на дифференциал, раздаточную коробку или на кардан, а также изменять скорость вращения ведущих колес. Набор шестерен обеспечивает надежное сцепление валов, благодаря чему мощностные усилия мотора передаются на ведущие колеса. Одна разновидность шестерен закрепляется на валах намертво (например, блок промежуточных шестерен, которые изготавливаются, как цельная деталь с промежуточным валом), другая  — подвижные (например, скользящие, которые устанавливаются на вторичный вал). Чтобы снизить шум во время работы коробки передач, шестерни изготавливаются с косыми зубьями.

• Синхронизаторы. Строение этих деталей обеспечивает выравнивание скорости вращения двух независимых валов. После того, как вращение первичного и вторичного валов синхронизировано, блокировочная муфта соединяется с шестерней передачи при помощи шлицевого соединения. Такой механизм исключает удары при включении скорости, а также преждевременный износ подсоединяемых шестерен.

На фото показан один из вариантов механической коробки в разрезе:

Виды механических КПП

Устройство МКПП бывает нескольких видов. В зависимости от количества встроенных валов различают:

• двухвальные (устанавливаются на легковые авто с передним приводом);
• трехвальные (применяются для заднеприводного и грузового транспорта).

По количеству ступеней (передач), КПП бывают 4, 5 и 6 ступенчатыми.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Виды коробок переключения передач

Рассматривая устройство и назначение КПП,невозможно было не упомянуть, что они бывают разных типов: механические, автоматические, роботизированные. Кроме того, существует ещё такая подгруппа устройств как вариаторы. Рассмотрим эти КПП более подробно. 

Механические КПП

“Механика” — это классика. Для работы с “механикой” нужны навыки, понимание, как выполнять выбор передаточных чисел, но при умении управлять в ручном режиме, водитель виртуозно может подстроиться под любые условия движения.
Главное при езде на механике научиться чувствовать, когда точно переключать передачи и как достигать нужную динамику.
Впрочем, умение работать с “механикой” – это не только безупречная езда, но ещё и продление службы эксплуатации самой КПП.
Один из неудобных моментов – требуется постоянно следить за тахометром. Но это важно. ДВС работает правильно, если параметры варьируются от 2,5 до 3,5 тысяч оборотов в минуту, если цифры другие, требуется переключить передачу.

Роботизированные вариаторы

Роботизированные (автоматизированные, полуавтоматические) КПП как агрегаты – это промежуточные вариант между “механикой” и “автоматом”.
Переключение может быть и ручным, и автоматическим, а вот управление устройством  осуществляется посредством переключателя, джойстика.

Полностью вручную (при любом режиме) нужно только нажимать рычаг переключателя. А вот дальше при выборе автоматического режима работа будет возложена на робота. В том числе, автоматически согласуются частота вращения звеньев и оборотов ДВС.

Как продлить срок службы механической коробки переключения передач

Учитывая принципы работы сцепления механической коробки передач, опытные водители рекомендуют соблюдать несложные правила, позволяющие увеличить ресурс трансмиссии:

• Поворачивать ключ следует не дольше 10 секунд за один раз. Если двигатель за это время не завелся, необходимо повернуть ключ в обратную сторону и повторить процесс запуска мотора спустя минуту.
• Запуск силового агрегата в холодную погоду требует прогрева автомобиля в течение нескольких минут с выжатой педалью сцепления. Таким образом снижается нагрузка на ДВС и коробку передач, так как моторное масло на морозе загустевает.
• Для уменьшения расхода горючего следует использовать при езде прямую передачу. В большинстве механических коробок ей соответствует четвертая скорость.
• Переключаться на заднюю передачу можно после того, как автомобиль полностью прекратил движение.
• При выжимании педали используются быстрые и резкие движения, при отпускании – аккуратные и плавные, без рывков.
• Если сцепление колес с дорожным полотном недостаточное (поверхность дороги покрыта льдом, водой и т. п.), не следует включать нейтральную передачу или выжимать сцепление.
• Во время выполнения поворотов выжимание сцепления противопоказано, даже если возникает необходимость в переключении передач.
• При свободном движении можно эффективно использовать торможение двигателем с постепенным снижением передач.

Отдельного внимания заслуживает трансмиссионное масло.

Проверять уровень смазки и менять ее следует регулярно, в соответствии с требованиями производителя авто. Такие действия позволят увеличить ресурс работы МКПП. В большинстве случаев менять трансмиссионное масло необходимо через каждые 50–60 тыс. км, поскольку за это время свойства смазки ухудшаются.

Коробка заполняется специальной трансмиссионной жидкостью. Ее марка и характеристики указываются в сервисной книжке и инструкции по эксплуатации автомобиля. Если использовать масло, не подходящее для механической коробки вашего авто, повышается риск быстрого износа или поломки КПП. Большая часть механических трансмиссий оснащается специальным щупом, позволяющим проверять уровень масла, а также сливной крышкой, благодаря которой не возникает сложностей с заменой смазки.

Преимущества и недостатки МКПП

ПреимуществаНедостатки

Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью	При неправильной эксплуатации повышенные нагрузки на ДВС

Устройство механической коробки передач

Конструкция механической коробки передач подразумевает наличие следующих компонентов:

1. Картера, содержащего в себе главные трансмиссионные детали.
2. Валов: первичный, вторичный, промежуточный и дополнительный (для заднего хода).
3. Синхронизатора. Он отвечает за отсутствие рывков и тихий ход элементов КПП при переключении ступеней.
4. Механизма для переключения передач, включающего замковый и блокировочный компоненты.
5. Рычага переключения (находится в салоне транспортного средства).

Детальнее разобраться со строением МКПП поможет представленная ниже схема: Цифра 1 указывает на место размещения вала первичного назначения, цифра 2 – на рычаг для смены передачи в КПП. Цифра 3 указывает на сам переключающий механизм. 4, 5 и 6 – на вал вторичного назначения, сливную пробку и промежуточный вал, соответственно. А цифра 7 обозначает картер.
Стоит учесть, что трансмиссия трехвального и двухвального типа кардинально отличаются между собой по строению и принципу работы.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В такой МКПП вращающий момент поступает от ДВС на первичный вал благодаря имеющейся муфте сцепления. Шестерни вала, размещенные в том же месте, что и синхронизаторы, постоянно оборачиваются вокруг оси. Крутящий момент от вторичного вала передается через основную передачу и дифференциал (отвечает за вращение колес с разной угловой скоростью) непосредственно к колесам авто. Ведомый вал имеет надежно закрепленную шестерню главной передачи. Механизм смены передачи размещен в корпусной части коробки и включает вилки и штоки, применяемые для изменения положения муфты синхронизаторов. Для включения заднего хода используется дополнительный вал со встроенной, промежуточной шестеренкой.

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Механическая коробка передач трехвального типа отличается от предыдущей наличием 3-х рабочих валов. Кроме ведущего и ведомого валов, здесь есть и промежуточный. Первичный функционирует в паре со сцеплением и отвечает за передачу крутящего момента к промежуточному валу через соответствующую шестерню. Из-за такой конструктивной особенности все 3 вала пребывают в постоянном зацеплении. Положение промежуточного вала по отношению к первичному – параллельное (необходимо для фиксации шестерен в одном положении). Специфика строения механической коробки подразумевает наличие на 1 оси двух валов: вторичного и первичного. Шестерни ведомого вала способны свободно крутиться, потому что не имеют жесткой фиксации. Механизм переключения здесь расположен на корпусной части КПП. Он оснащен рычагом управления, штоком и вилками.

Автоматические КПП

Подбор оптимального передаточного числа осуществляется не водителем, а автоматически — посредством модуля управления. Именно посредством электроники (модуля управления) легко контролировать скорость движения транспортного средства.
Наиболее популярны гидравлические “автоматы”. Крутящий момент у них передаётся с помощью турбин через рабочую жидкость.
Несмотря на то, что для машины с “автоматом” нужно больше топлива, чем с механикой и даже больше времени на разгон, всё чаще водители предпочитают именно “автоматы”. Ведь с ними гораздо удобней, чем с “механикой”.
Тем более, что современные АКПП адаптивны и могут беспрепятственно подстраиваться под абсолютно разные стили вождения. В том числе, спортивный.

Строение и принцип работы двухвальной механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач состоит в следующем. Валы соединяются друг с другом шестернями с различным количеством зубцов. Их задача заключается в том, чтобы адаптировать КПП к изменяющимся условиям движения автомобиля.

Проще говоря, МКПП изменяет режимы работы двигателя за счет изменения крутящего момента, передающегося ведущим колесам. При снижении оборотов уменьшается передающее усилие, при повышении оборотов оно увеличивается. Таким образом поддерживается необходимый режим работы двигателя в начале движения, при увеличении скорости и торможении.

Конструктивно двухвальная механическая коробка состоит из:

• ведущего и ведомого валов;
• шестерней валов;
• главной передачи;
• дифференциала;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач;
• корпуса-картера.

Большинство современных автомобилей с передним приводом оснащаются двухвальными механическими трансмиссиями. В таких КПП передача крутящего момента происходит от шестерней ведущего вала к шестерням ведомого. Первый соединен с двигателем за счет маховика, а от второго крутящий момент поступает к колесам. Оба вала функционируют параллельно.

В двухвальных КПП отсутствует промежуточный вал, которым оснащаются трехвальные трансмиссии. За счет этого она обладает меньшими размерами и весом, но большое число шестеренок в такой конструкции уменьшает КПД. Благодаря компактности коробки она может использоваться для оснащения тяжелых мотоциклов.

Вторичный вал расположен параллельно первичному. Свободно крутящиеся вокруг своей оси шестеренки находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

На вторичном валу располагается ведущая шестеренка главной передачи. В отличие от прочих, она надежно зафиксирована. Между шестернями расположены муфты синхронизаторов.

Установка трех вторичных валов позволяет уменьшить размеры трансмиссии, повысив при этом число передач. Каждый вал оснащается шестерней главной передачи, находящейся в постоянном взаимодействии с ведомой шестерней.

Схемы переключений

Есть довольно много разных схем переключения передач. Ниже некоторые из них.

Робот (РКПП)

Роботизированная коробка передач названа так потому, что представляет собой электронно управляемую МКПП, где комплекс механизмов и процессоров, которые условно можно назвать роботом, выполняет за водителя работу по переключению. Эти коробки появились лишь в конце XX века.

Первоначально РКПП имели одно сцепление, как и обычная «механика», были дешевле традиционного автомата, обеспечивали меньшую потерю мощности и ставились на машины попроще, например Ford Fusion, Peugeot 107, Opel Corsa и т. д. Переключения выполняли специальные механизмы — сервоприводы. Жесткие, рваные и медленные переключения вкупе с быстрым износом сцепления свели их популярность на нет и передали планку современным собратьям — роботам с двумя сцеплениями.

Большинство из них известно поименно: это Direct Shift Gearbox от VAG (Volkswagen Audi Group), Dual Clutch Transmission от Hyundai/Kia, PowerShift от Ford и т. д. Их главная особенность — наличие двух независимых сцеплений: пока одна передача ведет автомобиль, другая уже включена и ожидает своего соединения с мотором. Это существенно усложняет конструкцию узла, но позволяет избегать задержек и рывков при переключении. Более того, робот с двумя сцеплениями (а иногда даже и с одним) по способности экономить топливо легко потягается с традиционной механикой!

Плюсы и минусы механических КПП

У всех видов КПП есть преимущества и недостатки, идеальных агрегатов не существует.

Плюсы механической конструкции:

1. сравнительно низкая стоимость;
2. простое, понятное устройство;
3. небольшой вес КПП в сборе;
4. высокий КПД;
5. простое охлаждение;
6. хороший разгон;
7. возможность завести транспортное средство буксировкой, толчком;
8. экономия топлива;
9. высокая надежность;
10. длительный срок службы;
11. простое обслуживание.

Механика позволяет применять разные техники и стили вождения, незаменима при гололеде и на бездорожье.

К минусам можно отнести:

1. сравнительно длительное время для изменения скорости;
2. для плавного переключение требуется опыт;
3. ненадежность узла сцепления.

Читайте также:  Что такое ШРУС и в чем его секрет?

Из данных статистики можно сделать вывод, что механика более утомительная для водителя.

Гидромеханический автомат (AT/АКПП)

Еще лет 30 назад автомобиль с двумя педалями вместо трех был заветной мечтой многих горожан. Гидромеханический автомат подразумевает отсутствие жесткого сцепления между коробкой и двигателем. Появились такие коробки передач позже ручных собратьев: ближе к середине XX века своего первенца представила General Motors.

Гидромеханической трансмиссию называют потому, что переключение передач происходит за счет течения рабочей жидкости внутри механизма. За это отвечает гидротрансформатор — в просторечии «бублик».

Он соединен с двигателем и содержит два лопастных колеса. Благодаря движению через них масла лопастные колеса передают мощность двигателя в АКПП. Поскольку гидротрансформатор забирает часть мощности мотора для раскрутки лопастных колес, динамика и экономичность падают. Однако многие предпочтут потерять пару литров и секунд, но не утомляться ручными переключениями. Первым серийным авто с относительно надежной и долговечной АКПП считается Oldsmobile Series 60 — автомат как опция стал доступен для авто с 1940 модельного года.

Какие бывают неисправности

Зачастую, механическая трансмиссия ломается при грубом переключении водителем передач. При переводе передачи из одной в другую резкими движениями избежать поломки не удастся. Подобная практика использования КПП приведет к поломке механизма переключения и синхронизаторов.

Бесступенчатые трансмиссии (CVT)

Наиболее популярная бесступенчатая трансмиссия в автомобилестроении — вариатор, или CVT (Continuously Variable Transmission — в пер. с англ. «постоянно изменяющаяся передача»). В отличие от коробок, рассмотренных ранее, фиксированных передач у вариатора нет. Для транслирования мощности от мотора к колесам используется ремень (или цепь), который вращается между двумя шкивами, то есть колесами с выемками-желобами, предназначенными для «надевания» этого ремня. Один из шкивов приводится в движение мотором и потому называется ведущим, а другой — ведомым.

В зависимости от скорости диаметр шкивов меняется и передаточные числа меняются планомерно, без переключений, свойственных ступенчатым коробкам:

Первым серийным автомобилем с вариатором считается DAF 600, которому недавно исполнилось 60 лет.

#Авто#Автоликбез