Каждый автолюбитель видел или даже управлял автомобилем с МКПП, ведь обучение в большинстве автошкол проходит, как правило, на «механике». Но не каждый знает историю происхождения этого агрегата, принцип его работы, преимущества и недостатки. Именно об этом мы и поговорим в данной статье.
Автоледи и механическая коробка передач - понятия несовместимые. Поверьте, управлять автомобилем, красить губы, разговаривать по телефону и переключать передачи - реально сложно.
Для начала давайте разберемся какая расшифровка у абревиатуры МКПП и что это вообще значит. МКПП расшифровывается как механическая коробка переключения передач и означает это то, что переключение передач осуществляется механическим путем, то есть вручную.
Если попытаться провести краткое описание механической коробки, то можно сказать, что она представляет собой блок со множеством шестерен внутри, который вплотную прилегает к двигателю и передает его энергию на колеса. Взаимодествие с МКПП происходит с помощью рычага переключения передач и педали сцепления.
Появлению механической коробки передач мы обязаны женщине. Да-да, вы не ослышались и этой женщиной была никто иная, как супруга Карла Бенца Берта Бенц. Именно она, после завершения своего знаменитого «турне» на автомобиле «Motorwagen», высказала мужу свое недовольство по поводу того, что тяги двигателя не хватало, чтобы преодолеть даже небольшой пригорок. Это произошло 5 августа 1888 года. Не отважившись спорить с женщиной, Карл Бенц в 1893 году выпускает автомобиль «Benz Velo», на котором крутящий момент от двигателя к колесам передавала 2-ступенчатая планетарная механическая коробка передач.
Берта Бенц - супруга Карла Бенца, первый автомобиль Бенца «Motorwagen» и знаменитое турне из Мангейма в Пфорцгейм и обратно, которое совершила Берта Бенц в 1888 году.
Дальше ручная трансмиссия или МТ (механическая трансмиссия) эволюционировала только за счет увеличения количества передач и процесс этот был довольно быстрым. Первые двухступенчатые коробки с задней передачей ставились еще на самые первые серийные автомобили марки Ford уже в самом начале 20 века. Трехступенчатые коробки также не заставили себя долго ждать и появились уже в 1910 году. Они применялись на европейских автомобилях, а в последствии и на американских. Трехступенчатые МКПП имели большое распространение вплоть до начала 1960-х годов.
Далее в свет выходят четырехступенчатые коробки, которые, кстати, появились очень давно, но в силу того, что первые образцы были без синхронизаторов, они не пользовались популярностью. Когда же в 1960-х годах 4-ступенчатая коробка передач обзавелась синхронизаторами, тогда она и получила свое широкое применение. В США «четырехступки» еще долго использовались только на спортивных автомобилях, а в Европе сразу стали устанавливаться практически везде.
Первая 5-ступенчатая коробка появилась тоже в 1960-х, но массовое применение она получила только через 20 лет. В таких коробках было четыре основных передних передачи, а пятая, повышающая была встроена в саму коробку. До этого повышающая передача (она же «овердрайв») представляла из себя отдельный агрегат.
В 1990-х появляются шестиступенчатые МКПП. Они тоже имели четыре основные скорости, но повышающих у них уже было две. Еще через 10 лет появляется 7-ступенчатая «коробка», которая обладает пятью базовыми и двумя повышающими передачами.
Механические семиступенчатые коробки передач устанавливались на спортивные автомобили Porsche 911 и Chevrolet Corvette Stingray, с целью более эффективного использования крутящего момента мощного двигателя.
На этом развитие МКПП пока что закончилось - конструкторская мысль ушла в развитие автоматических коробок передач. На данный момент потомками «механики» являются роботизированные коробки передач. Они имеют такое же устройство и технические характеристики, что и МТ, но переключают скорости и управляют сцеплением самостоятельно.
Механическая коробка передач представляет из себя набор валов с шестернями. Все эти детали располагаются в одном корпусе. «Механика» бывает трехвальной и двухвальной.
Первый вариант устанавливается на автомобилях с классической компоновкой - переднемоторная заднеприводная. Это наши горячо любимые «копейки» и «шестерки». В такие МКПП входят первичный, вторичный и промежуточный валы.
Рисунок механической коробки передач, на котором видно, что конструкция «механики» довольно проста - набор шестерен, ведущий и ведомый валы, муфты переключения.
Первичный вал (он же ведущий) обеспечивает соединение коробки с маховиком двигателя через сцепление. Вторичный (ведомый) соединяется с карданным валом, а промежуточный служит для передачи вращения от первичного вала ко вторичному.
На первичном валу находится ведущая шестерня, которая приводит в движение промежуточный вал, а на нем, в свою очередь, расположен свой блок шестерен. Они жестко соединены с валом и, зачастую, являются с ним одним целым. На вторичном валу располагается набор ведомых шестерен, которые находятся в шлицах вала и перемещаются по ним. Также они могут вращаться в ступицах.
Трехвальные МКПП имеют большие габариты и вес, нежели двухвальные, но в них может быть реализована прямая передача крутящего момента от первичного вала сразу на выходной. Также трехвальные МКПП обладают возможностью достижения больших передаточных чисел и более широким силовым диапазоном, нежели их двухвальный конкурент.
Трехвальные «коробки» в данный момент устанавливаются на все автомобили с классической компоновкой, а также на грузовики и внедорожники.
На этой простой схеме указаны основные узлы трехвальной механической коробки передач.
На большинстве современных переднеприводных автомобилях устанавливаются двухвальные МКПП. В них крутящий момент передается от шестерен первичного вала на шестерни вторичного вала. Первичный вал, также как и у трехвальных МКПП, соединяется с двигателем, а вторичный передает крутящий момент на колеса. Располагаются валы параллельно друг другу.
Из-за отсутствия промежуточного вала такие коробки более компакты и имеют меньший вес, но из-за большого количества дополнительных шестерен КПД у этого типа МКПП ниже. Преимущество двухвальных МКПП заключается в возможности компоновочного объединения двигателя и трансмиссии в единый силовой агрегат относительно небольшого размера. Такие характеристики позволяют использовать этот тип МКПП в автомобилях с задним мотором и передним приводом, а также на тяжелых мотоциклах.
У МКПП между шестернями вторичного вала располагаются муфты включения передач. В зависимости от числа муфт коробки делятся на несколько типов – двухходовые, трехходовые, четырехходовые и так далее. Например, трехходовые МКПП имеют три муфты включения, каждая из которых может блокировать по две шестерни на каждом валу. Отсюда следует, что у трехходовой МКПП может быть 4 или 5 передач переднего хода. Четырехходовые могут иметь уже 6, 7 или 8 передач. Идем дальше.
На шестернях вторичного вала имеются зубчатые венцы. Они соединяются с задними торцами ведущего вала, а ответные венцы находятся на муфтах включения. Когда вы переключаете скорости, передвигая рычаг переключения передач, то за счет специального привода через ползуны приходят в движение вилки переключения передач, которые и перемещают вышеуказанные муфты. В МКПП есть специальный блокирующий механизм, который не допускает включения нескольких передач сразу.
Когда включающая муфта подходит к необходимой шестерни, их венцы соединяются и муфта блокирует шестерню передачи. Тогда они начинают совместное вращение, и таким образом крутящий момент направляется к колесам.
Анимированная схема переключения 4-ступенчатой коробки передач. Первый шток включает первую и вторую передачи, второй шток - третью и четвертую, а третий шток для задней передачи.
Чтобы переключения передач проходили без ударов и толчков, в МКПП предусмотрены синхронизаторы. Они выравнивают скорости вращения шестерни и муфты и не дают муфте произвести свою работу, пока указанные скорости не сравняются.
Классический способ переключения передач в МКПП осуществляется с помощью специального рычага. Он располагается прямо на крышке коробки, либо соединяется с ней через удлинитель. Он-то и воздействует на вилки переключения передач, а управление самим рычагом осуществляете вы сами.
При такой схеме управления скорости включаются наиболее четко. Также эта схема отличается долгим сроком эксплуатации, но она обладает и недостатками. Классическая схема управления МКПП сильно зависит от компоновки автомобиля. Во многих случаях рычаг может быть вынесен вперед либо назад относительно водителя, создавая неудобные условия для переключения. Вдобавок, из-за того, что рычаг имеет непосредственный контакт с коробкой, на него передается вибрация от двигателя.
Вторая схема управления МКПП – когда рычаг располагается на расстоянии от коробки и соединяется с ней с помощью тяг. Такое решение позволяет устанавливать рычаг в удобном для водителя месте вне зависимости от компоновки автомобиля. Вдобавок, при такой схеме на рычаг не передается вибрация. Но у таких коробок есть свои особенности. Во-первых, тяги со временем разбалтываются, вследствие чего их необходимо регулировать или даже менять, а во-вторых наблюдается пониженная четкость переключения передач.
Рычаг переключения передач и педаль сцепления - обязательные атрибуты для управления механической коробкой. Если с педалью сцепления еще как-то можно смириться, то рычаг переключения доставляет трудности в управлении автомобилем, особенно у новичков и женщин.
Две вышеуказанные схемы являются основными. Но существуют также и другие. Например, переключение с помощью пневматических или электромеханических приводов. Такие схемы используются в основном на грузовиках, автобусах и сельскохозяйственной технике, поэтому мы не будем их подробно рассматривать. Также существует секвентальное управление «механикой». В нем скорости переключаются последовательно с помощью рычага-качалки, джойстика или «лепестков». Секвентальное переключение применяется в основном на спортивных автомобилях и мотоциклах. На таких МКПП, как правило, сцепление автоматизировано.
И напоследок, давайте рассмотрим, в чем плюсы и минусы механических коробок передач. Начнем с приятного.
Стоимость МКПП ниже, чем у любых других коробок. Также дешевле их ремонт и стоимость обслуживания, да и требуются они реже, чем на автоматических коробках. Вдобавок механическая коробка передач имеет более долгий срок службы и при эксплуатации ее труднее сломать. В среднем в зависимости от модели механическая коробка «ходит» 200-300 тысяч километров, что в некоторых случаях сопоставимо со срок службы автомобиля. Особенности же автоматических коробок передач в том, что они имеют кучу всяких правил, которые осознанно или неосознанно автомобилисты часто нарушают, сокращая тем самым срок службы коробки.
Механическая коробка передач увеличивает динамические качества автомобиля, поскольку имеет более высокий КПД и технические характеристики, которые благоприятно влияют на разгон автомобиля. К тому же, учитывая сколько весит МКПП (25-30 кг), по сравнению с «автоматами», вес которых как минимум 50 кг, также ведет к снижению общей массы автомобиля.
К плюсам можно отнести также и большой набор техник вождения на «механике». Водитель вправе сам определять, как ему ехать. Особенно это актуально во время езды по бездорожью или по скользкой дороге.
Хороша МКПП и в «сломанных» ситуациях. Если у вас «механика», то вы сможете завести автомобиль «с толкача», а также буксировать его на любое расстояние и на любой скорости без ущерба для коробки, чего категорически нельзя делать на «автомате».
Такие особенности, как отсутствие необходимости в отдельной системе охлаждения и низкий расход топлива, также характеризуют «механику», как более выйгрышный вариант.
Пожалуй, единственным недостатком механической коробки передач является сам факт взаимодействия с ней - водителю постоянно нужно переключать скорости, синхронно манипулировать педалями газа и тормоза и следить за оборотами двигателя. Особенно это мешает в пробках и создает неудобства для начинающих водителей и для представительниц прекрасного пола.
Кто-то привыкает к этой необходимости, а кто-то так и не может смириться, но как бы то ни было механические коробки передач постепенно отживают свой век и по мнению экспертов скоро наступит время, когда новые автомобили вообще не будут комплектоваться механической трансмиссией. Технический прогресс неумолим и чем быстрее будут совершенстоваться автоматические коробки передач, тем быстрее люди будут отказываться от механических, но фанаты, для которых ощущение полного контроля над автомобилем ценее, чем комфорт, будут всегда.
На видео продемонстрировано как сделать механическую коробку передач своими руками… из 116 деталей Lego. Минус этой коробки в том, что вы не сможете на ней ездить, плюс - ей не нужно трансмиссионное масло.
Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач .
Содержание:
Автоматическая коробка переключения передач — это важный конструктивный элемент трансмиссии транспортного средства, служащая для изменения крутящего момента, направления, а также скорости движения т.с. и для длительного разъединения двигателя от трансмиссии. Различают бесступенчатые (Вариатор), ступенчатые (Гидроавтомат) и комбинированные коробки передач (Роботизированные ) .
Не секрет, что трансмиссия оказывает основное влияние на динамику автомобиля. Производители постоянно испытывают и внедряют новейшие технологии в наши автомобили. Тем не менее большинство автомобилистов предпочитают эксплуатировать автомобили с механической коробкой передач, так как считают, что головной боли последняя приносит гораздо меньше. Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.
Что лучше МКПП или АКПП
Как правило, наш отечественный автолюбитель к автоматическим коробкам передач относится с определенными предубеждениями. Видимо причиной тому наше хроническое нежелание перекладывать на чужие плечи свою проблему и попытка самостоятельного ее устранения. К примеру, американцы, а ведь именно они придумали АКПП, этим не страдают. В Америке весьма не популярны механические коробки переключения передач и только 5% американских автолюбителей из ста пользуются механикой. Популярность АКПП и в Европе растет из года в год огромными темпами. Конечно же поклонники автомата есть и среди наших соотечественников, вот только правильно эксплуатировать их получается далеко не у всех. По утверждению автомехаников, именно несвоевременное тех. обслуживание и неправильная эксплуатация, зачастую служит первопричиной всех неисправностей автоматической коробки передач.
Для того, чтобы понять принцип работы автоматической коробки передач - мы условно распределим ее на три части: гидравлическая, электронная и механическая. Как можно догадаться, механическая часть отвечает непосредственно за переключение передач. Гидравлическая передает крутящий момент и создает воздействие на механическую. Электронная - это мозг, который отвечает за переключение режимов (селектор) и обратную связь с системами автомобиля.
Как известно сердцем машины является двигатель, в случае с коробкой передач это так же уместно. Трансмиссия должна преобразовывать мощность и крутящий момент двигателя таким образом, чтобы обеспечить для движения транспортного средства необходимые условия. Большую часть этой тяжелой работы выполняет гидротрансформатор (он же "бублик") и планетарные передачи.
Гидротрансформатор в зависимости от частоты вращения колес и нагрузки изменяет крутящий момент автоматически и выполняет функции сцепления (как в механической коробке). В свою очередь состоит из пары лопастных машин - центростремительной турбины и центробежного насоса, а также между ними расположен направляющий аппарат-реактор.
Турбина с насосом максимально сближены, а их колеса имеют форму, которая обеспечивает непрерывный круг циркуляции рабочих жидкостей. Именно благодаря этому у гидротрансформатора минимальны габаритные размеры и минимальны потери энергии при перетекании жидкостей от насоса к турбине. Коленвал двигателя связан с насосным колесом, а вал коробки передач с турбиной. В виду этого в гидротрансформаторе нет жесткой связи между ведомыми и ведущими элементами, потоки рабочих жидкостей осуществляют передачу энергии от двигателя к трансмиссии, которая с лопаток насоса отбрасывается на лопасти турбины.
Как работает АКПП видео:
Гидромуфта и гидротрансформатор
Собственно говоря, гидромуфта работает по такой же схеме, не трансформируя его величину она передает крутящий момент. Реактор введен в конструкцию гидротрансформатора для того чтобы изменять момент. В принципе это такое же колесо с лопатками только жестко посаженное на корпус и до определенного времени не вращающееся. На пути по которому возвращается масло из турбины в насос расположен реактор. Особый профиль имеют лопатки реактора, сужаются постепенно межлопаточные каналы. Благодаря этому скорость рабочих жидкостей текущих по каналам направляющего аппарата, понемногу увеличивается, а выбрасываемая в сторону вращения насосного колеса из реактора жидкость подгоняет и подталкивает его.
1. Гидротрансформатор
— сходен со сцеплением в мех.коробке, но управления непосредственно водителем не требует.
2. Планетарный ряд
— сходен с блоком шестерен в мех.коробке и изменяет придаточное отношение в автомате при переключении передач.
3. Тормозная лента, задний фрикцион, передний фрикцион
— они служат для непосредственного переключения передач.
4. Устройство управления
— это целый узел состоящий из шестеренчатого насоса, клапанной коробки и маслосборника. Клапанная плита (гидроблок) — это система каналов с клапанами (соленоидами) и плунжерами, выполняющими функции контроля и управления, также преобразует нагрузку двигателя, степень нажатия на акселератор и скорость движения в гидравлические сигналы. На основании таких сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически меняются передаточные числа.
Гидротрансформатор Планетарный ряд
Есть также несколько различий в устройстве и компоновке автоматических трансмиссий заднеприводных и переднеприводных автомобилей. У переднеприводных автомобилей АКПП более компактна и внутри корпуса имеет отделение главной передачи т. е. дифференциал. В остальном функции и принципы действия всех АКПП одинаковы. Для обеспечения движения и выполнения всех функций АКПП оснащена такими узлами, как: гидротрансформатор, узел управления и контроля, коробка передач и механизм выбора режима движения.
Заднеприводный автомобиль Переднеприводный автомобиль
Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.
Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.
Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.
Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.
Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.
Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.
Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.
Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.
Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.
Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.
Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».
Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».
Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».
С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.
Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.
Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.
Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.
С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.
Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.
Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.
В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.
Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.
На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.
В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.
На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.
С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.
Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.
В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.
Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).
Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.
Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.
Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.
В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.
До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.
Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.
Механическая коробка передач (МКПП ) – является устройством для передачи, преобразования и изменения направления крутящего момента от маховика двигателя. В данном переключение ступеней производится направленными механическими движениями рычага переключения передач.
В МКПП осуществляется ступенчатая передача крутящего момента на вторичный вал и, далее на привод колес. Ступенчатая передача подразумевает под собой определенный коэффициент передачи (передаточное число ) в паре взаимодействующих шестерен ведущего и ведомого валов, в отличие, например от , у которого плавающий коэффициент передачи. Определяется передаточное число соотношением количества зубьев взаимодействующих шестерен. Самое большое передаточное число у меньшей ступени, соответствующей «первой» передаче.
По количеству ступеней механические коробки переключения передач делятся на четырех ступенчатые, пяти и шести ступенчатые. 4-х ступенчатая коробка на данный момент большая редкость, а вот пяти ступка является наиболее распространённой.
По количеству валов, МКПП подразделяются на трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач может применяться в автомобилях с передним и задним приводом, в то время как двухвальная более подходит для легковых авто с передним приводом. Для большегрузных автомобилей так же применяется коробка трехвальная.
В коробках этого типа применяется три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.
Ведущий вал
выходит из корпуса коробки, для соединения своими шлицами с диском и применяется для передачи крутящего момента на вал промежуточный.
Промежуточный вал располагается параллельно ведущему и соединен с ним при помощи шестерни, которая жестко установлена на ведущем валу. На промежуточном валу так же находится блок шестерен.
Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим, но при этом вращается независимо от него. На ведомом валу располагается блок шестерен, которые не имеют жесткой сцепки с самим валом. Между шестернями располагаются муфты синхронизаторов, которые жестко сидят на валу, но могут двигаться вдоль вала. На конце муфты синхронизатора расположены зубчатые венцы, которые в процессе работы «входят» во «внутрь» шестерни ведомого вала, таким образом, получается жесткое соединение вала и ведомой шестерни заданной передачи. В нейтральном же положении все шестерни ведущего, промежуточного и ведомого вала вращаются в холостом ходу, ведомый вал стоит на месте, поскольку венец синхронизатора не соединен с внутренним венцом шестерни. Работа синхронизатора будет описана ниже.
Вилки переключения находятся в корпусе механической коробки передач , шарнирно связаны с рычагом переключения передач и предназначены для перемещения муфт синхронизаторов вдоль ведущего и ведомого вала.
Корпус МКПП выполнен из легкого металла, предназначен для крепления внутри всего механизма переключения и заливки смазывающего вещества, обычно это трансмиссионное масло. В старых советских версиях коробок передач применялся нигрол.
Рычаг переключения передачи может находиться непосредственно в коробке передач, или смонтированным на кузове автомобиля. В этом случае применяется дистанционное управление с помощью тросов или рычагов на шарнирах. Механизм дистанционного переключения передач в народе именуется «кулиса».
Рассмотрим принцип работы трехвальной МКПП. Крутящий момент от диска сцепления передается на первичный вал, который, как говорилось выше, передает вращение на промежуточный вал, шестерни промежуточного вращают шестерни ведомого, но сам ведомый вал не вращается. Водитель поворачивает рычаг включения передачи, например первой скорости, передвигая его влево. В этот момент выбирается нужная для включения вилка, далее происходит продольное движение рычага. Под его действием вилка начинает двигаться вдоль ведомого вала, приводя в действие синхронизатор. Синхронизатор совмещает угловую скорость вала и шестерни, после этого в действие приводится зубчатый венец, который входит в шестерню, жестко связывая ведомый вал и шестерню. Именно этот щелчок вхождения венца и фиксации ощущает на рычаге водитель. После этой процедуры крутящий момент передается на хвостовик коробки передач, далее через на задний мост автомобиля (для заднеприводных моделей).
Варьировать передаточное число можно применяя меньшее количество зубьев на ведущей шестерни и большее на ведомой, со ступенчатым изменением количества зубьев в сторону уменьшения, для ведомой. Но наступит тот момент, когда число оборотов автомобиля приблизится к числу оборотов ведомого вала, тогда передача крутящего момента посредством шестерен теряет смысл. Именно поэтому в трехвальных коробках применяется прямая передача, то есть ведущий вал напрямую, через синхронизатор коробки передач соединен с ведомым валом, коэффициент передачи равен единице. У двухвальных МКПП прямая передача отсутствует .
Для передачи «задний ход» вводится дополнительная шестерня, которая располагается на отдельном валу и включается между промежуточным валом и ведомым, тем самым обеспечивая реверсное вращение ведомого вала. В МКПП применяются косозубые шестерни , благодаря чему происходит «мягкое» включение передач.
В двухвальной коробке есть только два вала – ведущий и ведомый.
Предназначение всех элементов такое же, как и у трехвальной. Различие состоит в параллельном расположении валов, и передача создается одной парой шестерен (у трехвальной работают две пары). У двухвальной механической коробки передач нет прямой передачи. Шестерня главной передачи жестко крепится на ведомом валу, между остальными шестернями находятся синхронизаторы.
Как правило, у двухвальных коробок передач совмещены в одном корпусе непосредственно узел переключения передач, валы, блоки шестерен, синхронизаторы и . Для уменьшения продольного размера в двухвальных коробках могут применяться несколько ведомых валов. В этом случае все вторичные валы (попеременно) своей шестерней главной передачи, вращают ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие дифференциал.
Для передачи «задний ход» , так же как и в трехвальной коробке применяется дополнительный вал с промежуточной шестерней. Принцип действия тот же.
Для удерживания включенной передачи в МКПП (для всех видов) применяются фиксаторы , а для исключения включения сразу двух передач устройство блокировки .
Существенно отличается и механизм включения передачи в двухвальной коробке. Если в трехвальной переключение происходит выбором вилки рычагом переключения, то в двухвальной применяется шток переключения и рычаги выбора передачи. Сам процесс выглядит следующим образом – при повороте рычага переключения передачи в салоне авто, в действие приводится рычаг выбора передачи, далее следует продольное движение и привод в действие штока, который и толкает нужную вилку для блокировки шестерни на ведомом валу при помощи зубчатого венца муфты синхронизатора.
Схема устройства синхронизатора: 1 - ступица; 2 - муфта; 3 - блокировочные кольца; 4 - сухари; 5 - проволочные кольца.
Как говорилось выше, синхронизатор КПП предназначен для бесшумного включения передачи путем выравнивания угловой скорости вала и шестерни. В устройство синхронизатора входит:
Ступица жестко крепится на ведомом валу. На ступице имеются пазы для сухарей и наружные зубья. На зубьях ступицы крепится муфта при помощи сухарей, которые находятся в канавках. Сухари прижимаются кольцами или подпружиненными шариками. Блокировочные кольца находятся по краям муфты и имеют снаружи зубья. На конической поверхности блокировочных колец наносятся продольные канавки или резьба для увеличения силы трения.
Работает синхронизатор так
: включая передачу вилка, перемещает муфту в направлении нужной шестерни. Вместе с муфтой в сторону шестерни движется и блокировочное кольцо, благодаря усилию сухарей. Из-за разности угловых скоростей шестерни и вала на конической поверхности возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора. Зубья муфты и блокировочного кольца станут друг против друга, значит дальнейшее движение муфты, прекратится. После наступает момент выравнивания скоростей, а затем муфта свободно проходит через блокировочное кольцо и входит в соединение с внутренними зубцами включаемой шестерни, блокируя ее вместе с ведомым валом. Все - передача включена! Синхронизатор
может включить поочередно две шестерни ведомого вала.
Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.
Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).
На данный момент существует четыре основных типа коробки:
Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.
Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.
«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.
Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:
Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».
Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).
Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:
Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.
Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.
Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.
Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.
Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.
Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.
1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.
2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.
3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:
Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.
4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.
При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.
В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.
Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.
И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.
