Как работает механическая коробка передач
Перейти к содержимому

Как работает механическая коробка передач

  • автор:

Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

_png.jpg

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Depositphotos_17602855_original.jpg

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

Depositphotos_10074062_original.jpg

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

18.jpg

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Без-имени-2.png

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Без-имени-6 первая.jpg

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Depositphotos_65997287_original.jpg

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

Depositphotos_45310325_original.jpg

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Без-имени-5 вторая.jpg

Задний ход

Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.

На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.

Без-имени-7.jpg

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Без-имени-4.jpg

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Как работает коробка передач в автомобиле?

Простое объяснение — что такое коробка передач.

Простое объяснение, что такое коробка передач

Любой автомобиль состоит из тысячи запчастей и сопутствующих компонентов. Но некоторые части любого автомобиля контролируют именно те самые агрегаты, которые делают вашу машину именно движущимся транспортным средством, поэтому они играют более важную роль при сравнении таковых с другими автокомпонентами автомобиля. Например, к очень важным частям любой автомашины относится так называемая коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы передаваться и достичь конкретноо колес автомобиля, который не тронулся бы с места.

Да, мы с многими согласны, сам автовладелец не обязательно должен владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но что такое коробка передач и что она из себя представляет изнутри нам так кажется, обязан знать каждый из водителей. Об этом сегодня мы с вами и поговорим.

Смотрите также: Десять самых странных коробок передач

Бывают два основных типа коробок передач, которые используются и применяются в большинстве из автомобилей на мировом рынке машин, а именно — это ручная (т.е. механическая) КПП и автоматическая коробки (АКПП). Сегодня мы с вами остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя здесь сразу стоит отметить, что в последние годы набирают популярность и другие виды трансмиссий. К примеру такие, как коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника автоматически сама выжимает сцепление, а сами скорости переключает по-прежнему водитель. Также получили свое распространение и бесступенчатые автоматические коробки передач с так называемым вариатором, сокращенно- CVT. Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. А еще в последние годы на мировом авторынке стали появляться автомобили вообще без коробок передач. Как правило такие машины без трансмиссии используют у себя только электрический двигатель.

Прежде чем углубиться в описание принципа самой работы коробки передач, давайте с вами обозначим основные применяемые к ней термины:

Передача: -В данном понимании любая передача представляет в самой коробке определенный набор различных шестерёнок, которые работая синхронно совместно регулируют соотношения между скоростью двигателя и скоростью колес(а). Также этот термин используется и для описания каждой скорости коробки передач в отдельности. К примеру, в автоматической коробке передач электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями необходимо использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической же трансмиссии водитель сам самостоятельно выбирает необходимую ему скорость.

Передаточное отношение: -Это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.

Сцепление: -Это механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передач(и) коробки.

Коробка передач: -Это механизм передачи крутящего момента от двигателя непосредственно на колеса транспортного средства.

Рычаг переключения передач: -Это передаточный рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и для выбора нужной скорости.

Теперь давайте перейдем непосредственно к самому описанию действий, т.е. к тому, как работают две наиболее распространенные и известные многим коробки передач.

Механическая коробка передач

Несомненно, в мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной из всех существующих. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, доля всех новых проданных автотранспортных средств за 2014 год была оснащена автоматической трансмиссией. Но тем не мене, механическая коробка передач вопреки прогнозам статистики пока что по-прежнему используется всей мировой автпромышленностью. Как правило, эта механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и принципу работы. Именно с нее мы с вами друзья и начнем ознакомление.

По своей конструкции механическая коробка передач представляет из себя набор зубчатых шестеренок и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношений между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу и определяется общее передаточное число определенной передачи.

Водитель, выбирая нужную передачу на механической коробке передач, тем самым перемещает данный рычаг переключения скоростей в нужное ему положение. Рычаг управляет движением передач непосредственно вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад водитель выбирает нужный набор шестеренок для включения необходимой ему передачи. Как правило, при переключении рычага вверх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении же рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит уже на разных валах.

Чтобы включить нужную передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на саму коробку, поскольку двигатель в такой момент отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную водителю скорость, подключив тем самым нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и сами колеса.

Автоматическая коробка передач

В автоматической же коробке передач процесс работы намного сложнее, если сравнивать его с механикой. Одним из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой является следующее, что автоматическая трансмиссия не использует у себя муфты. Как правило, автоматическая коробка передач применяет и использует у себя гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки передач (от вала с набором шестерен).

Функция этих гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую объяснить в рамках этой статьи реально будет сложно. Для этого необходимо будет подключать к такому объяснению математику и другие естественные науки. Но основной смысл работы довольно-таки прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, то небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и через различные каналы на набор шестеренок. Когда же двигатель начинает работать быстрее, то этот крутящий момент начинает передаваться на валы напрямую.

Благодаря преобразованию крутящего момента шестерни в коробке передач могут делать свою работу и без участия водителя. Когда же коробка передач начинает выбирать необходимую скорость автоматически, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную? Отвечаем:

-В отличие от механики, где как правило конструкция коробки представляет из себя два параллельных вала, автоматическая коробка использует и применяет у себя планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от той же механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от набранной скорости.

Вместо ручного переключения скоростей в ней используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется конкретно электроникой. Данная коробка управляется специальным модулем в котором запрограммированны все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма электронная программа сама определяет какую передачу необходимо включить с помощью гидравлического автоматического управления.

Работа механической коробки передач

Механическая коробка передач (МКП) — это традиционное решение, которое используется на большинстве автомобилей в Европе и Азии. А в России МКП — это де-факто стандарт, на который опираются как отечественные автопроизводители, так и автошколы при обучении водителей. О том, что такое механическая коробка передач, как она устроена и работает, читайте в этой статье.

История механической коробки передач

Уже первые эксперименты с двигателями внутреннего сгорания в конце XIX века показали, что у них есть существенный недостаток: ДВС могут обеспечивать высокий крутящий момент только в достаточно узком диапазоне оборотов. Поэтому наиболее сложным для автомобилей того времени было стронуться с места и подняться в гору.

Первое решение этой проблемы в 1888 году предложил Карл Бенц: он установил на вал двигателя и на ведущую ось по два шкива разного диаметра, и «переключение» передач производилось простым перекидыванием ремня с одной пары шкивов на другую. Удивительно, но даже это простое решение намного улучшило характеристики автомобиля.

На самом деле коробка передач была изобретена задолго до Бенца — подобные механизмы столетиями использовались для изменения крутящего момента в станках, которые приводились в движение сначала водяными колесами, а затем паровыми двигателями.

Уже на рубеже XIX и XX веков были созданы двух- и трехвальные коробки передач с ручным управлением, которые за прошедшее столетие принципиально не изменились и сегодня используются на автомобилях.

Устройство МКП

Вне зависимости от типа, все механические коробки передач имеют одинаковое устройство. В современных коробках есть несколько основных элементов:

— Два или три параллельных вала;
— Блоки шестерен на валах;
— Синхронизаторы (муфты включения передач);
— Механизм переключения передач.

Все эти элементы расположены в герметичном корпусе (картере), где обеспечивается их постоянная смазка — для этого картер заполняется специальным трансмиссионным маслом. При понижении уровня масла детали КП быстро выходят из строя (так как испытывают значительное трение и механические нагрузки), могут потребоваться новые запчасти для коробки передач и проведение ремонтных работ.

Однако между двухвальной и трехвальной МКП существуют существенные отличия, о которых необходимо сказать особо.

Двухвальная коробка передач

Как понятно из названия, двухвальная коробка передач имеет два вала:

— Ведущий вал — соединен со сцеплением, вращается с той же скоростью, что коленчатый вал двигателя;
— Ведомый вал — расположен параллельно ведущему, при включении передач крутящий момент с него передается на редуктор ведущего моста.

На каждом валу имеется блок шестерен, причем шестерни ведущего вала составляют с ним единое целое (часто фрезеруется из одной заготовки). Шестерни ведомого вала свободно вращаются на нем, и при этом имеют постоянное зацепление с шестернями ведущего вала. На ведомом валу, между шестернями, расположены муфты включения передач (синхронизаторы), с помощью которых осуществляется блокировка шестерен на вал при включении передач.

Двухвальные МКП обладают достаточно высоким КПД и имеют простую конструкцию, что обеспечивает высокий срок службы и снижает затраты на ремонт и запчасти для коробки передач. Однако двухвальные коробки из-за ограниченного диапазона изменения крутящего момента находят применение только на легковых автомобилях — они устанавливаются преимущественно на переднеприводных машинах, а также на авто с задним расположением двигателя.

У двухвальной коробки есть и еще одна особенность: расположенные параллельно валы не могут вращаться как единое целое, поэтому передача крутящего момента от двигателя к редуктору на любых скоростях осуществляется только через пары шестерен. Невозможность реализации прямой передачи несколько снижает ресурс коробки, так даже на высших передачах шестерни всегда работают под нагрузкой.

Трехвальная коробка передач

Трехвальные МКП имеют более сложное устройство, однако они, по сравнению с двухвальными КП, обладают более широкими возможностями. Как нетрудно понять, эти коробки имеют три вала:

— Ведущий вал — соединен со сцеплением и передает крутящий момент от двигателя к остальным элементам коробки;
— Промежуточный вал — служит промежуточным звеном, через него осуществляется передача крутящего момента от ведущего вала к ведомому;
— Ведомый вал — с него снимается крутящий момент для передачи к редуктору ведущего моста (или мостов в случае многоосевых автомобилей).

Ведущий вал короткий и имеет всего одну жестко закрепленную шестерню, на промежуточном валу также жестко закреплен блок шестерен, а шестерни ведомого вала (он расположен на одной оси с ведущим, нередко эти валы имеют общий коренной подшипник) свободно вращаются и блокируются синхронизатором только при включении передач. Промежуточный вал всегда находится в зацеплении с ведущим, поэтому он постоянно вращается. Шестерни ведомого вала тоже всегда находятся в зацеплении с шестернями промежуточного вала, однако ведомый вал приходит во вращение только при включении передач.

При ремонте МКП, из-за ее сложной конструкции, необходима более широкая номенклатура запасных частей для коробок передач. Однако благодаря наличию промежуточного звена в этой коробке удается реализовать прямую передачу (обычно это 4-я передача), когда крутящий момент передается напрямую от ведущего вала ведомому, чем достигаются лучшие показатели экономичности при движении на больших скоростях.

Синхронизаторы

Важную роль в коробках передач играют синхронизаторы. Эти устройства, расположенные на ведомом валу между шестернями, обеспечивают плавную, безударную блокировку шестерни при включении передачи. Необходимость в синхронизаторах возникает из-за того, что все шестерни имеют разный диаметр, а, значит, вращаются с различной скоростью — либо быстрее, либо медленнее ведомого вала.

Синхронизаторы вращаются с валом как единое целое, но могут перемещаться по нему в продольном направлении. При переключении передачи синхронизатор входит в контакт с шестерней с помощью конической поверхности (за счет сил трения), доводит скорость ее вращения до необходимой (ускоряет или затормаживает), а затем входит с шестерней в зацепление с помощью зубчатого венца. Этот процесс возможен только при выжатой педали сцепления, в противном случае есть риск повреждения венцов шестерен и синхронизаторов, а также более серьезных поломок.

В итоге, синхронизатор, шестерня и вал начинают вращаться, как единое целое, включение передачи производится без ударов и возможных при этом деформаций компонентов коробки передач.

Работа механической коробки передач

Принцип работы механической коробки передач прост, и в общем случае сводится к блокировке той или иной шестерни на ведомом валу с помощью механизма переключения передач. Механизм переключения передач состоит из следующих частей:

Рычаг — с его помощью осуществляется ручное переключение передач;
Ползуны включения передач — штанги, которые передают усилие от рычага к вилкам переключения передач. В четырехступенчатой МКП три ползуна — по одному для включения 1-2 и 3-4 передач и один для включения заднего хода;
Вилки переключения передач — они постоянно зацеплены с синхронизаторами, с их помощью синхронизаторы перемещаются по ведомому валу и входят в зацепление с шестерней.

Также в МКП предусмотрен механизм защиты от одновременного включения двух передач — так называемый замок, который обеспечивает нейтральное положение неиспользуемых при включении передач ползунов.

Работа механической коробки передач сводится к следующему:

— В начальный момент рычаг находится в нейтральном положении, коробка не передает крутящий момент;
— При включении первой передачи соответствующий ползун приводит в движение синхронизатор, который, в свою очередь, блокирует на ведомом валу шестерню первой передачи. При отпускании педали сцепления ведущий, промежуточный и ведомый вал приходят во вращение, при этом коробка обеспечивает передачу на редуктор моста максимального крутящего момента. Автомобиль трогается с места, осуществляется разгон;
— При достижении определенной скорости производится переключение на 2, а затем на 3 передачу — процесс аналогичен описанному выше. При каждом переключении передач необходимо выжимать педаль сцепления, чтобы разъединять коробку и вал двигателя;
— При включении четвертой передачи ведомый вал входит в сцепление с ведущим — этим обеспечивается прямая передача (передаточное отношение 1:1), при которой двигатель работает в наиболее выгодном и экономичном режиме.

Многие МКП оборудованы повышающей передачей (обычно пятой), при которой передаточное отношение меньше единицы. В этом случае достигается не столько повышение скорости автомобиля, сколько оптимизация режима работы двигателя, снижение потребления топлива при больших оборотах. Такое решение усложняет конструкцию трансмиссии, и зачастую при ремонте необходимо приобретать дорогостоящие запчасти на механические коробки передач.

Напоследок нужно сказать, что термин «механическая коробка передач», который используется в нашей стране, некорректен — этот тип коробок правильнее называть «ручным». Неточность вкралась из-за англоязычной аббревиатуры MT, которая означает «manual transmission», то есть — «ручная трансмиссия». Буква «М» здесь была истолкована как «механическая», что не соответствует истине. Однако данный термин стал общепризнанным, и, услышав словосочетание «механическая коробка передач, мы понимаем, о каком механизме идет речь.

Принцип работы механической коробки передач [МКПП]

Принцип работы механической коробки передач на примере 2-х и 5-ти ступенчатой трансмиссии

У водителя автомобиля с механической коробкой, часто возникают вопросы:

  • Что происходит внутри коробки, когда двигается ручка переключения скоростей?
  • Когда путаешь передачи (скорости), то слышен ужасный скрежет, что это там так скрипит?
  • Что произойдет, если включить заднюю скорость, двигаясь на машине вперед?

В статье разберемся, как работает механическая коробка передач, параллельно ответив на все вопросы.

Для чего машине трансмиссияпоиск мкпп

Автомобилю коробка передач (трансмиссия) необходима из-за особенностей работы двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, каждый двигатель имеет предельную допустимую частоту оборотов – максимальное значение оборотов в минуту, превысив которое он просто взорвется. Во-вторых, двигатели имеют узкий диапазон оборотов, при которых крутящий момент и мощность находятся на максимуме. Например, двигатель может выдавать максимальную мощность при 5500 оборотах в минуту. Коробка передач изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами во время ускорения и замедления автомобиля. Переключая передачи, вы разгружаете работу двигателя, который не достигает предельно допустимой частоты оборотов.

Коробка связана с двигателем через муфту, поэтому входной вал коробки делает столько же оборотов, сколько и двигатель.

Пятиступенчатая МКПП применяет одно из пяти передаточных чисел к входному валу, чтобы произвести различное значение количества оборотов на выходном валу. Вот несколько типичных передаточных чисел:

ПЕРЕДАЧА

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО

КОЛИЧЕСТВО ОБОРОТОВ В МИНУТУ НА ВЫХОДНОМ ВАЛУ С ДВИГАТЕЛЕМ В 3000 ОБОРОТОВ

Сколько скоростей нужно МКПП для эффективной работы, читайте тут.

Основы конструкции трансмиссии на примере двухступенчатой МКПП

Чтобы понять основную идею стандартной КПП, на рисунке приведен пример двухступенчатой коробки в нейтральном положении.

Рисунок коробки передач в нейтральном положении

Рассмотрим каждую часть, изображенную на рисунке, чтобы разобраться в том, как они взаимодействуют.

  • Вал (ось) зеленого цвета идет от мотора машины через сцепление. Зеленая зубчатая передача и зеленая ось соединены в единое целое. Сцепление представляет собой устройство, соединяющее/рассоединяющее двигатель с коробкой. Когда выжимается педаль сцепления, двигатель машины с коробкой рассоединяются, так, двигатель может продолжать работу, даже если автомобиль никуда не движется. Когда вы убираете ногу с педали сцепления, мотор и зеленая ось напрямую связываются друг с другом. Зеленая ось и зубчатая передача вращаются с тем же значением количества оборотов в минуту, что и двигатель.
  • Красная ось и зубчатые передачи называются промежуточным валом. Они также связаны между собой образуя единое целое, поэтому все зубчатые передачи промежуточного вала и сам промежуточный вал вращаются как единое целое. Зеленый и красный оси связаны между собой через зацепляющие шестерни, поэтому, если вращается зеленый, то вращается и вал красного цвета. Так, вал промежуточного звена получает питание непосредственно от двигателя автомобиля при включенном сцеплении.
  • Желтый вал – шлицевой (вторичный, ведомый) вал, который подключен непосредственно к ведущему валу через дифференциал и к ведущим колесам автомобиля. Если вращаются колеса, с ними вращается желтый вал.
  • Синие зубчатые передачи (или ведомые шестерни) вращаются на желтом валу на подшипниках, поэтому не зависимы от него. Если двигатель выключен, но автомобиль движется по инерции, желтый может крутиться внутри шестерен синего цвета, но сами синие шестерни и промежуточный вал останутся неподвижными.
  • Маховик (муфта включения передач) связан в единое целое с желтым валом вращаясь вместе с ним. Роль маховика в подключении к одной из синих зубчатых передач, чтобы передавать их инерцию колесам машины. Чтобы присоединиться к синей шестерне, зубчики маховика, называемые «собачьими зубами», входят в специальные отверстия по бокам шестерни.

Включим первую скорость

включена первая скорость коробки передач

На рисунке ниже показано как маховик присоединяется к синей шестерне, расположенной справа, на первой скорости.

На иллюстрации ось зеленого цвета, подключенная к двигателю, вращает ось промежуточную, которая крутит шестерню синего цвета, расположенную справа. Эта шестерня через маховик передает свою энергию желтому валу вращая его. Тем временем, синяя шестерня, находящаяся слева, свободно вращается на подшипниках, никак не влияя на желтую ось.

Когда маховик находится между двумя синими шестернями (как показано на первом рисунке), трансмиссия пребывает в нейтральном положении, а обе шестерни свободно вращаются вокруг ведомой оси, при этом с разной скоростью.

Когда вы делаете ошибку при переключении скоростей и слышите ужасный скрежет, неприятный звук издают «собачьи зубы», которые напрасно пытаются найти отверстия, для присоединения к синей шестерне, так как она вращается быстрее, чем крутятся колеса машины и как следствие маховик не может захватить шестерню. В коробке, показанной выше, нет синхронизатора (о нем позже), поэтому при работе на такой коробке сцепление выжимается дважды. Двойное сцепление было распространено в старых автомобилях и все еще используется в некоторых гоночных авто, но в уже усовершенствованной форме. При двойном сцеплении выжимается педаль сцепления первый раз, чтобы отсоединить двигатель от коробки. Это уберет давление с собачьих зубцов, чтобы перевести маховик в нейтральное положение. Затем вы убираете ногу с педали сцепления и увеличиваете число оборотов двигателя до «правильной скорости». Понятие «правильная скорость» – это значение количества оборотов в минуту, при котором двигатель будет работать на следующей скорости. Идея состоит в том, чтобы скорость вращения синей шестеренки следующей передачи и маховика совпадали для облегчения вхождения собачьих зубцов в нужные отверстия (т.е. что бы не было того самого скрежета). Затем вы выжимаете педаль сцепления во второй раз попадая «собачьими зубами» в следующую передачу. При каждом переключении передач нужно выжать сцепление два раза, отсюда понятие «двойное сцепление». Малые линейные движения ручки переключения передач меняют скорость автомобиля. Ручка переключения движет стержень, который соединен с вилкой. Вилка двигает маховик по желтой оси, чтобы тот присоединил одну из двух передач.

Конструкция классической 5 ступенчатой МКПП

5 ступенчатая мкпп

В пятиступке механизм переключения скоростей немного сложнее. В ней стоят три вилки управляемые стержнями, которые, в свою очередь, управляются рычагом переключения скоростей. Если смотреть на смещение стержней сверху, то скорости идут в обратном порядке. Вот, что мы имеем в виду:

схема позиций рычага передач МКПП

Передвигая рычаг влево-вправо, вы привлекаете к процессу разные вилки (соответственно и разные маховики). Двигая рычаг вперед-назад, вы передвигаете один и тот же маховик, но только присоединяете его к шестеренкам разных передач.

промежуточная шестерня заднего хода

Задняя скорость включается маленькой промежуточной шестеренкой (на рисунке изображена фиолетовым цветом). Синяя шестеренка, изображенная на рисунке, постоянно движется в противоположном ко всем остальным синим шестеренкам, направлении. Вот ответ на вопрос — невозможно переключить трансмиссию автомобиля на заднюю скорость, когда автомобиль движется вперед.

Синхронизаторы для МКПП

 Источник: https://zap-online.ru/info/node/82/edit

Чтобы не использовать двойне сцепление, в МКПП ставят синхронизаторы. Цель синхронизатора заставить маховик вступить во фрикционный контакт с синей шестеренкой, до того, как собачьи зубцы присоединятся к шестеренке. Это позволяет маховику с синей шестерёнкой синхронизировать скорость вращения, до вовлечения в процесс собачьих зубцов.

Конус на синей шестеренке соответствует конусообразному углублению в маховике, так, трение между конусом шестерни и маховиком синхронизирует скорость вращения синей шестерни и маховика. Затем, внешняя часть маховика цепляется к нужной передаче собачьими зубцами.

Каждый производитель реализует синхронизацию своим способом, но мы описали главный принцип работы этого механизма.

О том, что лучше, автоматическая или механическая коробка, читайте здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *