Механическая коробка передач: устройство, виды, особенности
Автомобили с механической коробкой передач, которую сокращенно называют МКПП, до недавнего времени составляли абсолютное большинство среди других ТС с различными видами трансмиссий.
Более того, механическая (ручная) коробка и сегодня остается достаточно распространенным устройством для изменения и передачи крутящего момента двигателя. Далее мы поговорим о том, как устроена и работает «механика», как выглядит схема КПП данного типа, а также какие преимущества и недостатки имеет данное решение.
Схема механической коробки передач и особенности
Начнем с того, что механическим данный тип КПП называется по причине того, что подобный агрегат предполагает ручное переключение передач. Другими словами, на машинах с МКПП передачи переключает сам водитель.
Идем далее. Коробка «механика» является ступенчатой, то есть крутящий момент изменяется ступенями. Многие автолюбители знают, что фактически коробка передач имеет шестеренки и валы, однако не все понимают, как работает агрегат.
Итак, ступенью (она же передача) является пара шестерен (ведущая и ведомая шестерня), взаимодействующих между собой. Каждая такая ступень обеспечивает вращение с той или иной угловой скоростью, то есть имеет свое передаточное число.
Под передаточным числом следует понимать отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев на ведущей шестерне. При этом разные ступени коробки получают разные передаточные числа.
Обратите внимание
Самая низкая ступень (пониженная передача) имеет самое большое передаточное число, а наиболее высокая ступень (повышенная передача) имеет наименьшее передаточное число.
Становится понятно, что количество ступеней равно количеству передач на той или иной коробке (четырехступенчатая КПП, пятиступенчатая и т.д.
) Отметим, что на подавляющем большинстве авто сегодня устанавливается пятиступенчатая коробка передач, реже встречаются МКПП на 6 и более ступеней, а достаточно распространенные ранее 4-х ступенчатые механические коробки передач постепенно отошли на задний план.
Устройство механической коробки передач
Итак, хотя конструкций такой коробки с теми или иными особенностями может быть много, однако на начальном этапе можно выделить два основных типа:
- трехвальные КПП;
- двухвальные коробки;
На автомобили с задним приводом обычно устанавливается трехвальная механическая коробка передач, в то время как двухвальная КПП ставится на переднеприводные легковые авто. При этом устройство механических коробок передач как первого, так и второго типа может заметно отличаться.
Начнем с трехвальной механической коробки. Такая коробка состоит из:
- ведущего вала, который еще называется первичным;
- промежуточного вала КПП;
- ведомого вала (вторичного);
На валах установлены шестерни с синхронизаторами. Также в устройство КПП включен механизм переключения передач. Указанные составные элементы расположены в корпусе коробки передач, который еще называют картером КПП.
Задачей ведущего вала является создание соединения со сцеплением. На ведущем валу выполнены шлицы для ведомого диска сцепления. Что касается крутящего момента, указанный момент от ведущего вала передается через шестерню, которая находится с ним в жестком зацеплении.
Затрагивая работу промежуточного вала, этот вал располагается параллельно первичному валу КПП, на нем установлена группа шестерен, которая находится в жестком зацеплении. В свою очередь, ведомый вал установлен на одной оси с ведущим валом.
Такая установка реализована при помощи торцевого подшипника на ведущем валу. В этот подшипник входит ведомый вал. Группа шестерен (блок шестерен) на ведомом валу не имеет жесткого зацепления с самим валом и поэтому свободно вращается на нем.
При этом группа шестерен промежуточного вала, ведомого вала и шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.
Синхронизаторы (муфты синхронизаторов) установлены между шестернями ведомого вала. Их задачей является выравнивание угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала посредством силы трения.
Синхронизаторы находятся в жестком зацеплении с ведомым валом, а также имеют возможность перемещаться по валу в продольном направлении благодаря наличию шлицевого соединения.
Современные коробки передач имеют муфты синхронизаторов на всех передачах.
Если рассматривать механизм переключения передач на трехвальных КПП, зачастую этот механизм установлен на корпусе агрегата.
Конструкция включает в себя рычага управления, ползуны и вилки.
Корпус коробки (картер) изготовлен из алюминиевых или магниевых сплавов, необходим для установки валов с шестернями и механизмов, а также ряда других деталей. Еще в картере коробки передач находится трансмиссионное масло (масло коробки передач).
- Чтобы понять, как работает механическая (ручная) коробка передач трехвального типа, давайте в общих чертах рассмотрим принцип ее действия. Когда рычаг переключения передач находится в нейтральном положении, передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса автомобиля не происходит.
После того, как водитель произведет перемещение рычага, вилка переместит муфту синхронизатора той или иной передачи. Затем синхронизатор выровняет угловые скорости нужной шестерни и ведомого вала. Затем зубчатый венец муфты войдет в зацепление с аналогичным венцом шестерни, что обеспечит блокировку шестерни на ведомом валу.
Еще добавим, что задний ход автомобиля обеспечивает задняя передача КПП. В этом случае промежуточная шестерня заднего хода, установленная на отдельной оси, позволяет изменить направление вращения.
Двухвальная механическая коробка передач: устройство и принцип работы
Разобравшись с тем, из чего состоит коробка передач с тремя валами, перейдем к двухвальным коробкам. Данный тип КПП имеет в своем устройстве два вала: первичный и вторичный. Первичный вал является ведущим, вторичный ведомым. На валах закреплены шестерни и синхронизаторы. Также в картере коробки находится главная передача и дифференциал.
Ведущий вал отвечает за соединение со сцеплением, также на валу находится блок шестерен в жестком зацеплении с валом. Ведомый вал расположен параллельно ведущему, при этом шестерни ведомого вала в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала, а также свободно вращаются на самом валу.
Также на ведомом валу жестко закрепляется ведущая шестерня главной передачи, а между самими шестернями ведомого вала расположены муфты синхронизаторов.
Добавим, чтобы уменьшить размеры КПП, а также увеличить количество передач, в современных коробках нередко вместо одного ведомого вала может быть установлено 2 или даже 3 вала.
На каждом таком валу жестко закреплена шестерня главной передачи, при этом такая шестерня имеет жесткое зацепление с ведомой шестерней. Получается, конструкция фактически реализует 3 главных передачи.
Сама главная передача, а также дифференциал в устройстве КПП осуществляют передачу крутящего момента от вторичного вала на ведущие колеса.
Важно
При этом дифференциал также может обеспечить такое вращение колес, когда ведущие колеса вращаются с разными угловыми скоростями.
Что касается механизма переключения передач, на двухвальных КПП он вынесен отдельно, то есть за пределы корпуса. Коробка связана с механизмом переключения тросами или специальными тягами. Чаще встречается соединение при помощи тросов.
Сам механизм переключения 2-х вальной коробки имеет рычаг, который соединяется тросами с рычагом выбора и рычагом включения передачи. Указанные рычаги соединяются с центральным штоком переключения передач, который также имеет вилки.
- Если говорить о принципе работы двухвальной механической коробки передач, он похож на принцип трехвальной КПП. Отличия состоят в том, как работает механизм переключения передач. В двух словах, рычаг может осуществлять как продольные, так и поперечные движения относительно оси автомобиля. Во время поперечного движения происходит выбор передачи, так как усилие идет на трос выбора передач, который оказывает воздействие на рычаг выбора передач.
Далее рычаг движется продольно, а усилие идет уже на трос переключения передач.
Соответствующий рычаг горизонтально перемещает шток с вилками, вилка на штоке смещает синхронизатор, что и приводит к блокировке шестерни ведомого вала.
Напоследок отметим, что также механические коробки разных типов имеют дополнительные блокировочные устройства, которые препятствуют включению одновременно двух передач или же непредвиденному выключению передачи.
Устройство механической коробки передач
Потребность в наличии коробки передач (КПП) вызвана фактом: любой современный двигатель имеет относительно неширокий диапазон оборотов коленвала, в котором и крутящий момент, и мощность имеют свои максимальные значения при заданной величине расхода топлива. Помимо того, любой двигатель нельзя раскручивать беспредельно – для любого мотора существует некая «красная зона», то есть такая частота вращения коленвала, которую превышать просто недопустимо, иначе не избежать серьезных поломок.
Что это — коробка передач?
Коробкой передач принято называть механизм, главным предназначением которого является передача движения вращательного характера с коленвала двигателя на кардан или передние полуоси (в задне- или переднеприводных моделях соответственно), тем самым управляя этим автомобилем посредством изменения таких параметров, как скорость вращения и крутящий момент, а также направление движения (вперед или назад).
Естественно, никакая коробка не способна увеличить мощность мотора, но зато она способна изменять то, что есть, для наилучшего его согласования с реальными условиями эксплуатации, изменяя для этого передаточное число между своими входом и выходом так, чтобы обеспечивались наивыгоднейшие топливо-экономические и тягово-скоростные свойства. Кроме того, к «обязанностям» коробки передач относится реализация холостого режима работы мотора и способности автомашины передвигаться задним ходом.
Как правильно управлять МКПП
Необходимость применения коробок передач обусловлена различием угловых скоростей коленвала и ведущих колес, которое не позволяет осуществлять привод ведущих колес непосредственно от коленвала. Так, коленвал современного двигателя имеет, как правило, угловую скорость в диапазоне между 500 и 9000 об/мин, а угловая скорость ведущих колес может находиться в диапазоне между 0 и 1800 об/мин.
Из этого следует, что совместить одно с другим по этому параметру, не применяя коробку передач, никак не получится. Наконец, современные ДВС имеют довольно узкий диапазон, в котором они обладают выгодными характеристиками по крутящему моменту – от 3000 до 7000 об/мин, «привязать» который к реальным условиям эксплуатации никак не получается, если пытаться обойтись без устройств типа КПП.
Как обойти эти проблемы?
Проще всего — изменяя такие параметры, как частота вращения ведомой шестерни и крутящий момент на ее валу при помощи специально подобранных шестерен.
Теперь, начиная движение, выбор первой передачи будет означать, что мы выбрали пару шестерен с тем значением передаточного числа, которое соответствует включенной первой передаче.
Поскольку обычно передаточные числа уменьшаются с ростом номера передачи, то в данном случае будем иметь наибольшее значение передаточного числа, наименьшую частоту вращения ведущих колес, но зато максимально возможное значение крутящего момента.
В течение дальнейшего разгона одна за другой включаются следующие передачи, благодаря чему повышается частота вращения колес, но падает крутящий момент.
Даже это краткое описание показывает — коробка передач выполняет важные функции, без которых ни о какой езде не было бы никакого разговора.
Итак, коробка передач, по существу, является многоступенчатым редуктором, с помощью которого обеспечивается возможность преобразования вращательного движения коленвала в поступательное движение автомобиля.
Передаточное число – что за зверь?
Этим понятием обозначается отношение скоростей вращения двух взаимодействующих шестерен. Иначе говоря, отношение между количествами зубьев у ведущей и у ведомой шестерен – это и есть передаточное число.
Различные передачи, естественно, требуют разных передаточных чисел — максимальное передаточное число применяется на самой низкой передаче (1-й), а минимальное — на высшей. «Прямая» передача соответствует передаточному числу, равному 1.
При подборе передаточных чисел их стремятся выбрать такими, чтоб они не были целыми.
Можно привести такой пример: имеем две связанные друг с другом шестерни, на каждой из которых ставим маркером по отметке – друг против друга.
Если данная пара шестерен имеет передаточное число, равное, к примеру, двум, то это означает, что ровно через два оборота от начала вращения нанесенные на шестерни метки опять совпадут.
И каждые два оборота эта картина будет повторяться – совпадать будет одна и та же пара зубьев, то есть именно эта пара нагружена больше других, и по этой причине гораздо быстрее сломается или износится. По этой причине подбор передаточных чисел – довольно ответственная операция, а их значения выбираются дробными.
Устройство механической коробки
Схема трёхвальной коробки передач заднего привода автомобиля
Устройство механической коробки передач трехвального исполнения (об отличиях двухвального исполнения упомянем далее) предусматривает размещение в картере коробки трех валов — первичного, вторичного и промежуточного.
Первичный вал (или ведущий) благодаря механизму сцепления может сочленяться с маховиком и вращаться вместе с ним. Вторичный вал (или ведомый) имеет постоянное соединение с карданным валом.
Вращение первичного вала с помощью вала промежуточного может передаваться вторичному.
Совет
Расположены первичный и вторичный валы последовательно, а опорой вторичного вала является подшипник, запрессованный в хвостовик первичного вала. Таким образом, жесткой связи между собой два этих вала не имеют, а их вращение происходит независимо. Промежуточный вал смонтирован параллельно названным валам.
На всех валах установлены шестерни. Первичный вал несет на себе ведущую шестерню, вращающую промежуточный вал. Последний несет на себе блок шестерен, жестко с ним соединенный и часто выполняемый с ним как единое целое. Вторичный вал несет на себе ведомые шестерни – эти шестерни имеют возможность перемещения по шлицам вдоль вала.
На последнем валу располагаются также муфты, включающие те или иные передачи. В зависимости от числа муфт коробки передач бывают двухходовые, трёхходовые и т.д. Современная четырёхходовая коробка, например, может иметь 6 или 7 прямых передач плюс задний ход.
В ручной коробке переход от одной передачи к другой осуществляет водитель с помощью специального рычага, находящегося внутри салона автомашины. Дабы избежать включения двух передач одновременно (чревато поломкой коробки), в ней установлен специальный замок, а во избежание самопроизвольного выключения передач имеется специальный блокирующий механизм.
Принципы функционирования
Допустим, скорость вращения коленвала составляет 1000 об/мин, и благодаря механизму сцепления соответствующий крутящий момент получает первичный вал коробки передач. Если теперь включить первую передачу, то жесткозакрепленная на этом валу шестерня войдет в зацепление с другой шестерней, которая крупнее по размеру и имеет в четыре раза, например, больше зубьев.
Следовательно, вал, на котором установлена вторая шестерня, будет вращаться со скоростью в четыре раза меньше скорости коленвала, то есть 250 об/мин. Скорость вращения уменьшилась в четыре раза согласно соотношению зубьев шестерен, а крутящий момент в такое же число раз увеличится на второй шестерне.
Применение различных передаточных чисел пар шестерен позволяет получать от двигателя и передавать далее на ведущие колеса автомобиля разные крутящие моменты. Иначе говоря, вращение коленвала двигателя в 1000 об/мин можно преобразовать, при выборе соответствующих передач, во вращение ведущих колес автомобиля со скоростью, например, в 333 или 250 об/мин и т.д.
Задняя передача
Реализация возможности передвижения автомобиля задним ходом обеспечивается наличием в коробке передач соответствующего механизма, состоящего из дополнительного вала и установленной на нем шестерни заднего хода.
Если выбрать задний ход, то между вторичным и промежуточным валами будет дополнительно включена эта шестерня, благодаря которой вторичный вал коробки передач будет вращаться в противоположную, по сравнению с обычным направлением, сторону за счет нечетного количества сцепленных друг с другом шестерен.
Классификации современных ручных коробок
По числу передач
Все коробки условно делятся на виды в зависимости от количества реализуемых ими ступеней передач. Различают 4-, 5-, 6-, и даже 7-ступенчатые коробки. Увеличение числа передач зиждется на необходимости передавать крутящий момент в наиболее эффективных пределах.
Так, если двигатель имеет наибольшее значение крутящего момента на сравнительно невысоких оборотах, то разгонять его до более высоких оборотов нет смысла – развиваемая им мощность будет лишь падать при повышении частоты вращения.
В таких ситуациях гораздо более эффективным решением будет применение соответствующей коробки;
По числу валов
Коробки передач бывают 3- и 2-вальными в зависимости от того, сколько валов они содержат. 3-вальными коробками (описаны выше) оборудуются автомашины как с передним, так и с задним приводом, а 2-вальными коробками оборудуются, в основном, переднеприводные легковые автомобили.
2-вальная коробка, как следует из названия, содержит в себе лишь два вала, хотя в целом их расположение и назначение аналогичны 3-вальной коробке. Отличия заключаются в расположении валов относительно друг друга – оно параллельное в 2-вальной коробке.
Второе отличие состоит в схеме создания передач – в 3-вальной коробке одна передача реализуется двумя парами шестерен, а в 2-вальной – лишь одной парой. 2-вальные коробки не имеют прямой передачи, зато могут иметь не один, а сразу несколько ведомых валов.
Достоинства механических коробок:
- стоимость и масса «механики» относительно ниже, чем те же параметры у других типов коробок;
- КПД «механики» выше, нежели у коробок других типов;
- благодаря своей высокой надежности, «механика» имеет большой срок службы;
- механическая коробка предоставляет большой выбор стилей езды в различных условиях эксплуатации автомобиля, например, бездорожье, грязь, гололед;
- машину с «механикой» при необходимости можно буксировать куда угодно, не опасаясь неприятных последствий со стороны коробки;
- наличие именно ручной коробки обеспечивает возможность запуска автомобиля с «толкача» и допускает отсоединение трансмиссии от двигателя.
Недостатки механических коробок:
- в условиях длительной езды по городу или в пробках значительно больше утомляет водителя;нуждается в наличии у водителя определенных навыков управления автомобилем типа плавного перехода между передачами;
- сравнительно большое время смены передач, поскольку оно нуждается во временном отключении коробки от двигателя (выключении сцепления);
- относительно небольшой ресурс механизма сцепления.
Новые разработки в мире КПП
Нынешнее разнообразие коробок передач – это не застывший металлосборник, а впитывающий в себя все новое — мир коробок передач.
Тем не менее, обычные коробки, появившиеся одновременно с появлением автомобиля, имеют наименьшие темпы развития, а роботизированные – наивысшие, при этом последние перестают быть обычными модернизированными коробками, все далее уходя от них – сказывается полное управление электроникой и приводами, а их проектирование идет уже по своей особой технологии. То есть эти коробки, фактически, все больше удаляются от механики, их породившей.
Это видно и по результатам — лучшие коробки-роботы от Ferrari обеспечивают переключение передач за время не более 60 мс, а коробки передач типа DSG (Volkswagen) способны включать отдельные передачи за 8 мс! Благодаря этому Volkswagen Golf, например, оснащенный 7-ступенчатой коробкой этого типа, примерно на 20% экономичнее, нежели такой же автомобиль, но оборудованный традиционной «механикой».
В последние годы резко улучшились характеристики систем смазки – ныне выпускаемые коробки передач нередко оснащены системой смазки под давлением, а иногда – еще и совместного использования с двигателем.
Такое решение дает возможность резко увеличить ресурс работы коробки передач относительно привычной всем системы смазки за счёт присутствующего в картере двигателя масла, а также обеспечить необходимое охлаждение коробки передач благодаря постоянной циркуляции масла.
Обратите внимание
Сегодня существует уже довольно большое число механических коробок, но использующих для своей смазки масло ATF, то есть масло для коробок-автомат.
В заключение стоит сказать, что тенденцией нашего времени является и то, что устройство механической коробки передач все больше усложняется в погоне за динамикой, скоростью, экономичностью… Какой она будет в будущем, трудно сказать, наверное, никто и не скажет.
IT News
ДатаКатегория: Транспорт
Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения — так называемый вращательный момент — от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.
Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.
Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач.
Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам.
В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.
Ручное управление передачей
Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.
Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.
Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.
Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) — скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.
Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня'вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.
Работа акселератора
Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.
Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.
Автоматическая коробка передач
Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.
А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.
Как устроена и как работает МКПП – Авто Мото Спец
Коробка переключения передач – устройство, необходимое каждому автомобилю с двигателем внутреннего сгорания.
Необходимость этого механизма обусловлена тем, что у любого двигателя довольно узок диапазон оборотов, где крутящий момент и мощность достигают своего максимума.
И, кроме того, у каждого двигателя существует так называемая «красная зона» — предел частоты оборотов, который нельзя превышать во избежание поломок мотора.
Коробка переключения передач необходима каждому автомобилю с ДВС
Важно
Данная статья будет полностью посвящена тематике КПП, а именно – ее механической разновидности (МКПП).
Ведь и «бывалому» водителю, и автолюбителю-новичку необходимо знать устройство механической коробки передач и ее принцип работы.
Также в статье будут представлены графические схемы МКПП, рассмотрены ее основные неисправности и даны советы по правильной эксплуатации этого жизненно важного для автомобиля механизма.
Разновидности коробок передач
Помимо механической, существуют и другие виды КПП – вариаторная, роботизированная и автоматическая.
Вариаторная коробка передач является бесступенчатой. Самые важные детали вариатора – это раздвижные шкивы (их два) и ремень, который их соединяет. Соединительный ремень в разрезе имеет форму трапеции. Основной плюс вариатора – это постоянная работа мотора авто в оптимальном режиме.
Также есть и дополнительные преимущества, к которым относится динамичность разгона, плавность движения и экономичность. В сравнении с «автоматом» (АКПП, автоматической коробкой переключения передач), вариатор отличается весьма простой конструкцией.
Но если сравнивать его с механической коробкой, то вариатор все же уступает ей в плане динамики и экономичности.
Кроме того, вариаторную коробку передач практически невозможно совместить с мощным мотором, поскольку этого не позволит недолговечность ремня. Обслуживать и ремонтировать вариатор – достаточно дорогое удовольствие, проще и дешевле будет заменить КПП. И еще один минус – это необходимость дополнительных механизмов для движения задним ходом и трогания с места.
Роботизированная КПП почти ничем не отличается от механической – крутящий момент так же передается от мотора к трансмиссии при помощи классического «сухого» однодискового сцепления. Но все же имеется такой нюанс: в роботизированной коробке автоматизированы процессы переключения передач и вкл./выкл. сцепления.
Поэтому «робот» способен значительно упростить процесс управления транспортным средством – исчезает нужда переключать передачи вручную и, теряя драгоценное время, думать над тем, какую из передач включить в данный конкретный момент.
Совет
Также к плюсам коробки-«робота» можно добавить ее относительную дешевизну, экономичность и малый вес.
Схема роботизированной КПП
Однако существуют и недостатки. Роботизированная КПП работает не слишком плавно, а переключение передач происходит со значительной задержкой. Кроме того, при высокой скорости движения, «робот» может реагировать на переключения рывками и толчками. Ручной режим здесь не поможет, поскольку сцеплением «командует» все та же электроника.
Если сравнивать роботизированную коробку даже с простой АКПП, то четкость переключений «робота» значительно уступает «автомату». Следует также помнить, что при начале движения автомобиль с роботизированной коробкой делает небольшой откат. Исходя из всех перечисленных минусов, РКПП традиционно ставят на самые «бюджетные» модели авто.
Устройство механической коробки передач
Теперь перейдем к нашему «виновнику торжества», которому и посвящен данный материал – к механической коробке передач.
Как известно, МКПП – это механизм, передающий, преобразующий и меняющий направление крутящего момента от маховика двигателя.
В «механике» ступени переключаются соответственно механически – передвижениями рычага переключения передач. Крутящий момент сперва передается на вторичный вал, а затем на колесный привод.
Что же подразумевается под термином «ступенчатая передача»? Традиционно им определяется устойчивый коэффициент передачи (так называемое передаточное число) между взаимодействующими шестернями валов – ведущего и ведомого.
Этим «механик» отличается от, например, вариатора, где упомянутый коэффициент не привязан к передаточному числу и является плавающим. Другими словами, отношение количества зубьев шестерни ведомой к количеству зубьев шестерни ведущей и дает передаточное число. Эти числа отличаются на разных ступенях КПП.
Наибольшее передаточное число получается на низшей ступени, а наименьшее наоборот – на высшей.
В целом принцип работы механической КПП достаточно прост, а комплект ее деталей невелик
Устройство механической коробки передач можно назвать относительно несложным. В комплектацию МКПП входят:
- валы с шестернями (первичный, промежуточный и вторичный);
- дополнительный вал с шестернями движения задним ходом;
- картер;
- синхронизаторы;
- непосредственно механизм переключения передач, оснащенный устройствами для блокировки и замками;
- рычаг переключения.
В картере установлены подшипники, в которых вращаются валы КПП. Валы оборудованы наборами шестерен с различным количеством зубьев. Для бесшумности и плавности включения передач служат синхронизаторы – они уравнивают угловые скорости шестерен в процессе их вращения.
Работа механизма переключения передач заключается в смене передач – ею и управляет водитель при помощи рычага. Блокировочное устройство позволяет удерживать передачи от нежелательного самовыключения.
Замковое устройство предназначено для избегания включения одновременно двух передач.
Ступени и валы МКПП
Как уже говорилось выше, передаточное число определяется через соотношение числа зубьев шестерен, находящихся во взаимодействии. Например: первая передача = меньшая ступень = наибольшее передаточное число.
Все механические коробки передач делятся на виды по количеству ступеней. Различают четырех-, пяти- и шестиступенчатые МКПП.
В наши дни наиболее распространена «пятиступка» – 5-ступенчатая коробка – а вот 4-ступенчатую удастся встретить уже очень редко.
Обратите внимание
Помимо количества ступеней, МКПП делятся на виды также и по числу валов. Существуют трехвальные и двухвальные коробки. Трехвальными оснащаются машины с передним и задним приводом (в том числе и большегрузы), а двухвальные коробки передач чаще всего ставят преимущественно на легковые автомобили с передним приводом.
Валы и шестерни механической коробки передач
Устройство трехвальной кпп
В комплектацию трехвальной КПП входят:
- ведущий вал, также называемый первичным и его шестерня;
- вал промежуточный с блоком шестерен;
- вторичный вал (ведомый), также с блоком шестерен;
- корпус коробки передач, называемый картером;
- муфты синхронизаторов;
- непосредственно механизм переключения передач.
В трехвальных КПП, как видно из их названия, работают три вала – ведущий (первичный), промежуточный и ведомый (вторичный).
Ведущий вал обеспечивает передачу крутящего момента на промежуточный, с которым соединен при помощи шестерни. Вал промежуточный тоже оборудован блоком шестерней.
Вторичный (ведомый) вал вращается независимо от первичного, хотя и расположен на одной оси с ним и также имеет блок своих шестерен.
Корпус механической коробки передач изготавливается из легкого металла. Внутри корпуса крепится весь механизм КПП, туда же заливается смазка (чаще всего – трансмиссионное масло, хотя в старых моделях советского образца использовался нигрол).
Расположения рычага переключения может быть различным: иногда рычаг находится непосредственно в коробке, а иногда монтируется на кузове. Механизм, отвечающий за дистанционное переключение передач в просторечии зовется «кулиса».
Устройство двухвальной кпп
В комплектацию двухвальной КПП входят:
- ведущий (первичный) вал, оборудованный блоком шестерен;
- ведомый (вторичный) вал, тоже с блоком шестерен;
- механизм переключения передач;
- главная передача;
- муфты синхронизаторов;
- дифференциал;
- картер КПП.
Итак, этот вид МКПП имеет только два вала. В целом же расположение и предназначение деталей двухвальной коробки аналогично трехвальной.
Отличие состоит только в расположении валов (они стоят параллельно) и в принципе создания передачи – если в трехвальной она создается двумя парами шестрен, то в двухвальной работает одна пара.
У двухвальной МКПП отсутствует прямая передача. Также в двухвальных коробках может применяться не один, а сразу несколько ведомых валов.
Важно
Для передачи заднего хода и в двух-, и в трехвальных коробках применяется дополнительный вал и промежуточная шестерня. Чтобы удерживать передачу включенной (также для всех видов КПП), используются фиксаторы. Чтобы одновременно не включались две передачи – предусмотрено устройство блокировки.
Синхронизаторы в коробках передач служат для бесшумного включения передачи за счет выравнивания угловой скорости шестерни и вала. В обычную комплектацию синхронизатора входят два блокировочных кольца, муфта, сухари и проволочные кольца. При помощи синхронизатора можно поочередно включить две шестерни вторичного (ведомого) вала.
Упрощенная схема работы коробки передач
Основные поломки КПП и их причины
Вероятней всего, шум коробки связан с неисправностью синхронизатора. Также причиной может являться износ шестерен, шлицевых соединений и/или подшипников. В этом случае следует определить изношенные детали и заменить их.
Также возможен износ шестерен и/или синхронизаторов. Проверьте эти детали и, при необходимости, замените.
Метод устранения поломки все тот же – замена блокировочного устройства, шестеренок, синхронизаторов – в зависимости от того, с чем именно из них связана поломка.
Советы по эксплуатаци КПП
Чтобы КПП долгое время служила вам верой и правдой – обращайтесь с ней соответственно. Главный совет при использовании рычага переключения – будьте грамотны в этом процессе.
Также не забывайте время от времени менять масло в картере коробки.
Если соблюдать эти простые пункты – коробка передач способна прослужить столько же, сколько и сам автомобиль, не напоминая о себе никакими неисправностями.
Относитесь к КПП бережно, и она прослужит без поломок долгие годы
Основная часть поломок КПП связана именно с некорректным обращением с рычагом управления. Не дергайте рычаг быстрыми и резкими движениями – такая жесткая эксплуатация может в итоге повлечь за собой капитальный ремонт всей коробки, поскольку механизм переключения и синхронизаторы выйдут из строя очень быстро (собственно, это же касается и валов с шестернями).
Переводите рычаг плавно, делайте мини-паузы в нейтральной позиции – тогда будут срабатывать синхронизаторы, которые защитят от поломок шестерни.
Не забывайте периодически проверять уровень масла в картере! Доливайте его, если возникнет такая необходимость. Также в свое время потребуется полная замена масла – ее сроки указаны в инструкции по эксплуатации машины.
Видео — Принцип работы механической коробки передач МКПП
И, конечно – классический, всегда актуальный совет: прислушивайтесь к своей машине! Хороший водитель всегда чувствует своего железного друга и относится к нему бережно. При таком подходе вам не придется ремонтировать ни коробку передач, ни другие устройства вашего автомобиля.
Назначение, принцип работы и устройство коробки передач. Устройство механической коробки передач :
У большинства ДВС есть один большой недостаток. Это несовпадение скорости вращения маховика с скоростью вращения колес. Зачастую большинство силовых агрегатов вращается с оборотами до 6000, вращать колеса на таких оборотах просто недопустимо. Для тех, кто знает устройство автомобиля, коробка передач – механизм знакомый. Для тех, кто не знает, эта статья прояснит ситуацию.
Кроме этого, максимум крутящего момента в большинстве агрегатов возможен лишь в небольшом промежутке оборотов. Это где-то посередине минимального числа оборотов и максимального. Наибольшую мощность можно развить лишь на максимальных оборотах маховика.
К примеру, мотор ВАЗ-2106 выдает рабочие показатели в 800-5400 оборотов. Но максимальный уровень крутящего момента появляется на средних оборотах. Для того чтобы двигатель мог работать в оптимальных режимах при различных условиях, применяют системы трансмиссии. В автомобилях в качестве системы трансмиссии применяется МКПП. Давайте рассмотрим назначение и устройство коробки передач.
Как это работает?
Если кратко рассказать о принципах работы, то здесь несколько зубчатых шестерен в корпусе коробки могут входить и выходить из зацепления по воле водителя. При этом образуются передачи с различными передаточными отношениями.
Механическая коробка всегда используется и работает вместе с системой сцепления. Это отключение ДВС и трансмиссии. Отключать мотор нужно в момент переключения передач. Устройство механической коробки передач не предусматривает возможности, когда в момент смены передачи через систему трансмиссии проходит большой крутящий момент.
Валы и зубчатые колеса
Традиционные механические КПП – это определенный набор валов, которые смонтированы в корпусе или же картере. Эти валы посредством подшипников вращаются вокруг своих осей. Шестерни установлены непосредственно на валах. Устройство коробки передач может быть разным, в зависимости от количества валов. Так, различают двухвальную систему и трехвальную.
Трехвальные системы
Эти коробки переключения передач применяются в составе трансмиссий авто, оснащенных задним приводом. Здесь можно выделить наличие устройств для синхронизации, а также специальные колеса, которые жестко на обычных передачах. Еще здесь же есть реверсивная шестерня для движения задним ходом.
Устройство коробки передач подразумевает наличие специальных валов. Это первичный, вторичный валы, а также специальный вал между ними.
Итак, главный, или первичный, вал через систему сцепления работает напрямую с мотором. Ведомый вал работает в паре с карданом. А вот промежуточный предназначен для того, чтобы передать энергию вращения с ведущего вала на ведомый.
Особенности конструкции трансмиссии
В большинстве конструкций коробок и первичный вал, и вторичный смонтированы друг за другом. При этом ведомый имеет опору на базе подшипника, который, в свою очередь, смонтирован в хвостовой части ведущего вала. Устройство механической коробки передач не предусматривает какой-либо жесткой связи между этими валами. Они могут свободно работать вне зависимости друг от друга.
Что касается промежуточного вала, то он располагается в большинстве конструкций между ведущим и ведомым. Все эти валы оснащены блоком зубчатых колес. Для того чтобы снизить шумы и вибрации при работе этой системы, зубцы на колесах сделаны косыми.
На ведущем валу установлено всего одно зубчатое колесо. Оно смонтировано жестко. Оно отвечает за передачу крутящего момента промежуточному валу.
Совет
Вторичный, или ведомый, вал оснащен блоком шестеренок, которые могут свободно вращаться, однако по продольной оси они перемещаться не способны.
Для того чтобы включить передачу, они при помощи блокировочного устройства могут блокироваться. В этом состоянии они смогут получить энергию вращения от вала.
Против каждого колеса первичного и вторичного валов располагаются шестеренки, которые жестко смонтированы на промежуточном валу. Они находятся в зацеплении с другими шестернями постоянно.
Ведущий вал оснащен лишь одним зубчатым колесом, момент с первичного вала на промежуточный передается всегда.
Включение той или иной передачи идет благодаря подключению определенной шестерни, установленной на ведомом валике.
Как переключаются передачи?
Устройство коробки передач – это не только набор валов и зубчатых колес. Это еще и специальные муфты. Они не похожи на зубчатые колеса и имеют другую конструкцию. Они прочно крепятся каждая к своему валу и находятся во вращении вместе с ним. Они могут двигаться по продольной оси.
Со стороны шестеренок ведомого вала, которые направлены к муфтам, установлены специальные венцы или вилки. Другие венцы расположены непосредственно на муфтах.
Когда водитель двигает рычаг и хочет выбрать другую передачу, то через специальный привод при помощи ползунов срабатывают вилки, которые двигают муфты продольно.
Специальная замковая система не позволяет при этом включить несколько передач сразу. Это вполне возможно, если бы рычаг включал два ползуна.
Замковый механизм фиксирует ползуны в нейтральной позиции в тот момент, когда движется третий ползун. Так исключается работа двух передач одновременно.
Затем муфта направляется к нужной шестеренке. Венцы их встречаются. Муфта все это время вращается вместе со своим валом. Она соединяется с шестерней, тем самым блокируя ее. Затем они начинают вращаться вместе, и КПП передает вращение на колесный привод.
Синхронизаторы
Устройство коробки передач включает в себя также специальные устройства. При том принципе работы, который описан выше, КПП будет работать с шумами, вибрациями и ударами. Также водитель должен будет сам угадывать, когда муфта и шестеренка будут работать на одних и тех же оборотах. А иначе нужная передача просто не включится.
Современные коробки не используют обычные и самые простые муфты. В таких моделях применяют так называемые синхронизаторы. Они призваны уравнять скорость вращения зубчатого колеса и муфты. Также они не позволяют муфте блокировать колесо.
Устройство и принцип работы коробки передач двухвального типа
Здесь есть все те же, уже знакомые, ведомый и ведущий вал, а вот промежуточный отсутствует. Эти коробки устанавливают на переднеприводные авто. Валы вращаются в параллельных осях, а смонтированы они друг за другом.
Момент вращения отдается с одного из зубчатых колес на фиксированную на ведомом валу при помощи синхронизатора ведомую шестеренку.
Здесь отсутствует возможность прямой передачи, а принцип работы такой же, как и в трехвальной системе.
Преимущества
Среди преимуществ можно выделить компактные размеры и высокий коэффициент полезного действия. Это получается благодаря меньшему количеству зубчатых колес. В качестве недостатка можно выделить невозможность использования прямой передачи. И еще такая коробка может применяться лишь с легковыми авто в силу сложностей с большими передаточными числами.
Устройство коробки передач ВАЗ
В автомобилях ВАЗ применяются пятиступенчатые механические КПП. Зачастую конструкция представляет собой двухвальную систему. Эта система также снабжена дифференциалом. На первичном валу установлены ведущие зубчатые колеса с 1 по 4 передачи, а 5-я шестерная – съемная. Они соединяются c ведомыми шестеренками.
Конструкция системы переключения состоит из рычага, шаровой опоры, системы тяг, механизма для подбора необходимой передачи.
В целом, большинство моделей оснащаются именно такой коробкой. Она представляет собой модернизированную версию 4-ступенчатой модели, а детали оттуда максимально унифицированы.
От механики к автомату
Когда устройство и работа коробки передач более-менее понятны, можно рассмотреть работу автоматической коробки. Это гораздо интересней. Многие новички уверены, что автомат – это непосредственно коробка и гидротрансформатор.
Гидротрансформатор- это отдельная система. Состоит он из двух машин с лопастями. Это центробежный насос, а также турбины. Между этих двух машин расположен реактор. Это специальное направляющее устройство.
Колесо насоса жестко скреплено с коленвалом ДВС. Турбинное колесо находится в жестком соединении с валом КПП.
Обратите внимание
В зависимости от того, в каком режиме работает двигатель, реактор может как вращаться, так и быть блокированным обгонной муфтой.
Устройство автоматической коробки передач немного сложней. Энергия расходуется на перекачку масла. Здесь съедаются приличное ее количество. Кроме того, много полезной энергии съедается и работой насоса, который создает давление в масло-каналах. В этих коробка КПД ниже, чем в механике.
Энергия вращения передается при помощи масляных потоков. Они отбрасываются на турбину насосом. Между насосом и турбиной есть зазоры, а лопасти имеют специальную геометрию, которая улучшает циркуляцию жидкости. Так как здесь нет жесткой связи с мотором и КПП, то можно останавливать мотор даже с включенной передачей.
Планетарные передачи
Если вращать одни элементы, но при этом фиксировать другие, тогда можно менять передаточные числа. Планетарные системы получают вращение от вала гидротрансформатора.
Устройство автоматической коробки передач отличается от стандартной “механики” тем, что любую передачу можно включить, и при этом не будет разрыва потоков мощности. Если одна передача выключается, другая тут же включается. При этом водитель не чувствует рывков. Но это не про спортивные коробки.
Механическая коробка перемены передач
Механическая коробка передач (МКПП) пока остается самым распространенным устройством преобразования скорости движения через ступенчатый редуктор, изменяющим крутящий момент двигателя внутреннего сгорания. Свое название коробка получила от механического способа переключения передач, а не автоматического.
МКПП относится к ступенчатым агрегатом, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.
Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.
В зависимости от числа ступеней различают следующие конструкции:
- четырехступенчатая коробка передач;
- пятиступенчатая коробка передач;
- шестиступенчатая коробка передач;
- и выше.
Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.
Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов:
- трехвальная коробка передач;
- двухвальная коробка передач.
Трехвальная коробка передач чаще всего устанавливается на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая КПП применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.
Устройство трехвальной механической коробки передач
Трехвальная КПП имеет следующее устройство:
- ведущий (первичный) вал;
- шестерня ведущего вала;
- промежуточный вал;
- блок шестерен промежуточного вала;
- ведомый (вторичный) вал;
- блок шестерен ведомого вала;
- муфты синхронизаторов;
- механизм переключения передач;
- картер (корпус) коробки передач.
– Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.
– Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении. – Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим.
Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал.
– Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.
Между шестернями ведомого вала располагаются муфты синхронизаторов (обиходное название синхронизаторы). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.
Муфты имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На торцах муфты имеют зубчатые венцы, которые могут входить в соединение с соответствующими зубчатыми венцами шестерен ведомого вала.
На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.
– Механизм переключения трехвальной коробки обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками.
Для предотвращения одновременного включения двух передач, механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.
– Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.
Принцип работы трехвальной механической коробки передач
При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора.
Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчатый венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу.
Важно
Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.
Устройство двухвальной механической коробки передач
Двухвальная коробка передач имеет следующее устройство:
- ведущий (первичный) вал;
- блок шестерен ведущего вала;
- ведомый (вторичный) вал;
- блок шестерен ведомого вала;
- муфты синхронизаторов;
- главная передача;
- дифференциал;
- механизм переключения передач;
- картер коробки передач.
Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен. Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен.
Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи.
Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.
С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций КПП вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала.
На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней – по сути три главных передачи.
Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.
Механизм переключения передач двухвальной коробки имеет следующее устройство:
- рычаг управления;
- трос выбора передач;
- рычаг выбора передач;
- трос включения передач;
- рычаг включения передач;
- центральный шток переключения передач с вилками;
- блокирующее устройство.
Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага
Принцип работы двухвальной механической коробки передач
Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.
Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.
При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.
