Виды механических коробок передач автомобилей

PsihNaMashine › Блог › Коробка передач. Виды КПП и принцип действия.

Говоря сухим техническим языком, коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции (накатом).

А теперь с точки зрения новичка давайте разберемся — зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле, и для чего нужно переключать передачи? Переключение передач — необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента ДВС. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.

Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, то есть в том, как меняется в зависимости от числа оборотов мощность и крутящий момент. У электродвигателя крутящий момент при небольших оборотах довольно велик. По мере раскручивания момент падает. Для транспортной машины такая характеристика наиболее благоприятна: при трогании с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент. А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, то есть он отлично приспособлен к дорожным условиям работы. У двигателя внутреннего сгорания все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется. График показывает (рис.А), что если сопротивление движению увеличилось, и обороты двигателя начинают падать, то у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента; у автомобильного же двигателя момент сначала немного растет, а потом уменьшается — двигатель глохнет. Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости, экономичности и другим качествам пока превосходит электромотор. Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач, которая изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящий момент на них. На рисунке Б показано, как с помощью ступенчатой коробки передач тяговая характеристика ДВС пытается приблизиться к идеальной гиперболе.

А что такое передаточное отношение? Немного углубимся в механику. В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шестерен, одна из которых является ведущей, а другая ведомой, их относительные размеры определяют скорость вращения и крутящий момент. Отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей и называется передаточным числом. Если ведущая шестерня меньше ведомой, то скорость вращения ведомой будет меньше, а крутящий момент – больше, и наоборот. То есть, выигрывая в силе, теряем в скорости, и, напротив — выигрывая в скорости, теряем в силе. Если в передаче участвует несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается умножением передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче.
Для получения различного по величине крутящего момента, необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом. Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную, то ведомая шестерня изменит направление вращения на обратное (получим передачу заднего хода).
Таким образом, любая коробка передач, будь то «механика», «автомат» или вариатор, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения путем изменения передаточного отношения.
В любой коробке передач выделяют высшие и низшие ступени (передачи).
При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью — необходим высокий крутящий момент, который достигается при средне — высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать высокую скорость. Для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач (обычно с первой по третью), имеющие наибольшее передаточное отношение; при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
Для равномерного движения на высокой скорости необходимо обеспечить большую частоту вращения колёс, поддерживая обороты двигателя в оптимальном диапазоне. Для этого служат высшие передачи (от четвертой и выше), имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими. При этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако на высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, необходимого для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и заглохнет.
Передача с передаточным отношением, равным 1, называется прямой (как правило, четвертая). Если передаточное число меньше единицы, такая передача называется ускоряющей (от пятой и выше). Ускоряющая передача включается при движении автомобиля в хороших дорожных условиях, когда не требуется большой силы тяги на ведущих колесах. Давая возможность двигателю работать с пониженными оборотами, ускоряющая передача способствует уменьшению износа двигателя и экономии топлива
С понятием передаточного числа связано выражение «длинная коробка» и «короткая коробка». Речь идёт о разнице в передаточных числах разных передач – в «длинной» коробке она больше. Рассмотрим два автомобиля, одинаковых во всём, кроме коробок передач. Водитель авто с «короткой» коробкой, поддерживая высокие обороты мотора, разгонится быстрее и быстро наберёт максимальную скорость. Водитель на машине с «длинной» коробкой разгоняться будет дольше, но до более высокой скорости. Таким образом, выбор коробки зависит от темперамента водителя. С «короткой» коробкой автомобиль более динамичен, но чаще приходится переключаться. С «длинной» – не такой резвый, но диапазон скоростей на одной передаче больше, то есть, можно добраться до высшей передачи и кататься на ней со скоростью от пятидесяти до ста с лишним, изменяя её только газом и тормозом. Любители агрессивного «спортивного» стиля предпочтут «короткую» коробку, люди спокойные – длинную.

Современные автомобили могут оснащаться одним из четырех видов КПП – механической, автоматической, роботизированной или вариаторной.
Механическая коробка передач с ручным переключением состоит из набора шестерен. Изменение передаточного числа осуществляется путем введения их в зацепление в различных сочетаниях. К плюсам данной коробки следует отнести высокий КПД, простоту, низкую цену, высокую динамику и наименьший расход топлива по сравнению с остальными коробками. Из недостатков следует отметить неудобство управления, особенно при движении в городе.

Автоматическая КПП – планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.
К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт. АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП. В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие откатывания при трогании с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.
К недостаткам АКПП обычно относят более низкий КПД, более высокую цену, а также стоимость ремонта и обслуживания, повышенный расход топлива, ухудшение динамических качеств автомобиля, задержки в переключении передач. Однако с каждым годом эксплуатационные свойства автоматических коробок улучшаются, а число поклонников АКПП уверенно растет.

Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапециедальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.

Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов трогания и заднего хода, высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт.
Роботизированная коробка – это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.

Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.
Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое — четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена. Когда электроника «чувствует», что надо переключаться на другую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Это позволяет избавиться от рывков при переключениях и обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к колёсам, что недостижимо для обычной механической коробки с одним сцеплением. Режим переключения – как ручной, так и автоматический. Технически это довольно сложный вид коробки (а значит, и недешевый), но по динамике и экономии топлива он превосходит даже простую механику.

Как и на любой риторический вопрос, на него нет однозначного ответа. Какой вид КПП выбрать – дело личное, зависящее от приоритетов конкретного человека. Определитесь, что для вас важнее (цена, динамика, комфорт)- и тогда выбор КПП не составит для вас никакого труда!

Виды коробок передач

Одним из ключевых агрегатов любого автомобиля является коробка переключения передач (КПП). Выбор типа КПП зависит от многих факторов. Различные виды коробок передач имеют как свои достоинства, таки и недостатки. На автомобилях используют четыре основных вида КПП. Это механика, классический автомат, роботизированная коробка или робот, а также вариатор.

Основное предназначение любой автомобильной коробки переключения передач является изменение крутящего момента, передаваемого от двигателя к колесам, изменение скорости движения и изменение направления движения (вперед/назад). Некоторые типы коробок предусматривают также отключение двигателя от колес, в других КПП эту роль выполняет дополнительный узел, называемый «сцепление».

Механические КПП

Механические КПП предназначены для ручного переключения передач. По принципу действия это многоступенчатый цилиндрический редуктор. В новых легковых автомобилях чаще всего используют 5 и 6 ступенчатую коробку, а в автоклассике применялись 4-ступенчатые.

Ступенчатая система переключения передач подразумевает конкретный коэффициент передачи для каждой пары шестеренок. Вычисляется передаточное число как соотношение количества зубьев на ведущей и ведомой шестеренке. Для первой передачи это соотношение самое большое. Это означает, что ведущая шестеренка самая маленькая, а ведомая – самая большая.

Механические коробки бывают двух вальные и трех вальные. Трех вальные используются, как правило, на более мощных легковых автомобилях, грузовиках и спецтехнике. Двух вальные часто устанавливают на автомобили с передним приводом.

Многим автомобилистам знаком особый звук, который издает автомобиль при движении на задней передаче. Его не спутаешь ни с чем и он похож практически у всех автомобилей. Происходит это потому, что зубья на передних и задней передаче разные. На задней передаче используются шестеренки с прямыми зубьями. Это дает возможность передавать больший крутящий момент, но расплачиваться приходится повышенным шумом. На передних передачах используются косозубые шестеренки – они работают более тихо, так как сцепление зубьев происходит постепенно, однако их КПД меньше.

Коробка автомат

Автоматическая коробка, в ее классическом понимании, имеет большую популярность среди автолюбителей. Её бесспорное преимущество является в том, что водителю не требуется отвлекаться на переключение передач. Для начала движения не нужно иметь особых навыков – просто поставил «D» и отпустил тормоз. А еще, в салоне на одну педаль меньше. За такой комфорт приходиться расплачиваться более высоким, по сравнению с механикой коробкой, расходом топлива.

Рабочим элементом в АКПП является три набора шестеренок планетарной передачи. Название «планетарная передача» означает, что меньшие шестеренки вращаются вокруг большей центральной шестерни. Первый набор шестеренок называется «главной передачей». Он согласует скорость двигателя и скорость езды. Другие два набора называются «входным редуктором» и «обратным редуктором». Далее следует набор муфт и рычагов, блокирующих различные части автоматической коробки, что дает возможность изменять скорость движения автомобиля или включать реверс.

Переключение передач происходит благодаря компьютеру, который включает нужные гидравлические клапаны, что приводит в движение соответствующие муфты планетарных шестеренок.

Автоматическая КПП позволяет двигателю работать в наиболее эффективном диапазоне мощности. Благодаря различным датчикам, компьютер определяет, когда необходимо включить ту или иную передачу или остановить автомобиль. Так что водителю не стоит беспокоиться об оптимальном режиме работы двигателя, а можно сосредоточиться исключительно на вождении.

Раз компьютер выбирает оптимальный режим работы мотора, и на его работу не влияет настроение или навыки водителя, то возникает закономерный вопрос: почему тогда расход топлива увеличивается? Ответ на этот вопрос кроется в гидротрансформаторе – устройстве, которое передает мощность от двигателя на автоматическую трансмиссию. В автоматической коробке передач он играет роль сцепления. Большое преимущество такой системы в плавности передачи усилия. Однако КПД гидротрансформатора значительно ниже, чем у зубчатых передач, что и вызывает дополнительный расход топлива.

Читайте также: Коробка передач АМТ — что это такое?

Роботизированная КПП

Трансмиссии с роботизированным переключение передач, или «роботы», как их иногда называют, объединяют два предыдущих вида коробок. По своей сути, это механическая коробка переключения передач с двумя валами и сцеплением, которыми управляет компьютер. Таким образом, КПД такой коробки выше, двигатель всегда работает в оптимальном режиме, что позволяет получать максимум комфорта от езды.

Недостатком такой коробки может являться то, что к ней нужно привыкнуть. При классическом ручном переключении передач водитель сам может сглаживать плавность хода автомобиля благодаря плавному выжиманию сцепления, и добавлению оборотов. При езде с роботизированной коробкой в момент включения передачи может ощущаться небольшой рывок. Чтоб его компенсировать, производители придумали РКПП с двумя сцеплениями. Его суть такова: в момент переключения передач, компьютер одновременно готов подключить передачу на одну больше и на одну меньше. Благодаря этому переключение происходит практически мгновенно без рывков.

Вариатор

Вариатор — это бесступенчатая коробка переключения передач. Такая трансмиссия достаточно простая. Крутящий момент изменяется плавно, что обеспечивает абсолютную плавность хода. КПД такой коробки довольно высокий, так как отсутствуют дополнительные механизмы и шестерни.

Вариатор состоит из двух шкивов, способных менять свой размер, и соединенных специальным ремнем, что позволяет подбирать наилучшее соотношение передаточных чисел.

Недостатком вариатора является его ограниченная применяемость, связанная с невозможностью использовать на достаточно мощных двигателях. Так что основная сфера применения такой системы переключения передач – городские малолитражные автомобили и скутеры.

Читайте также: Подробно о том, что такое вариаторная коробка передач .

Типы механических коробок передач

Современные автомобили оснащаются разными видами коробок передач – механическими, автоматическими, роботизированными и бесступенчатыми. Все типы механических и автоматических устройств имеют свои плюсы и минусы. Любители современных решений выбирают робот или автомат, а почитатели классики предпочитают покупать автомобили с механической КПП. Рассмотрим основные разновидности таких трансмиссий и их преимущества.

Механическая коробка: классификация

История этого вида трансмиссии насчитывает уже более сотни лет, за все время существования он претерпел массу изменений, позволивших довести его до совершенства и убрать недочеты. Проще говоря, механическая КПП – наиболее простая и удобная в использовании конструкция из всевозможных вариантов. Это правило распространено на коробки с количеством ступеней, не превышающим 5. Ввиду стремления производителей к экономичности, изготавливаются обычно 6-ступенчатые виды агрегатов, но это не влияет на КПД.

Секвентальная МКПП: основные особенности

Точнее говоря, это устройство относится по принципу действия к механическим моделям. Идея появилась из спортивных машин. Конструкция функционирует на базе традиционной КПП, которая имеет электронное управление приводом.

Основная особенность этой коробки автомобилей заключается в том, что соблюдаются базовые последовательности передач, гарантирующие удобство вождения на большие и малые расстояния.

Преимущества:

• Достижение оптимальной скорости через возможность быстрого переключения передач.
• Выработка последовательных действий без вреда для двигателя на больших оборотах.
• Возможность управления посредством подрулевых лепестков, позволяющих перемещаться на высоких скоростях.

В таких видах коробок автомобилей используются прямозубые шестерни, но не применяются синхронизаторы включения. Скорость их вращения выравнивается с помощью датчика скорости на компьютере. Наблюдается значительное сокращение времени включения нужной скорости (до 80%). Это делает процесс вождения удобным для новичков и профессиональных пользователей.

Роботизированные системы

Основное отличие от предыдущего вида – наличие электромеханического привода для включения шестерен. В основе схемы традиционно лежит механическая КПП, каждый вал оснащается в данном случае диском сцепления.

Особенность конструкции – возможность вычисления передачи, оптимальной для включения, благодаря применению данных о режиме, в котором работает трансмиссия.

Устройства имеют отношение к механической КПП. Но, тем не менее, являются средним звеном между автоматом и механикой по стоимости и функциональности.

Классификация по структуре

По структуре коробки передач автомобилей делятся на следующие виды: двухвальная и трехвальная. Обе имеют свои достоинства и особенности.

Двухвальная коробка: устройство и принцип работы

Ведущий вал таких коробок гарантирует объединение со сцеплением. Ведомый вал имеет параллельное расположение, в нем находится блок шестерен. Если нужно, дифференциал способствует обеспечению разной угловой скорости.

Механизм

Связь может обеспечиваться посредством специальных тросов и тяг. Самый простой вариант – тросы. Он наиболее распространенный и удобный для опытных водителей и новичков.

Механизм работы этого устройства схож с принципом трехвальной коробки, основное различие заключается в особенностях переключения передач. Разделение рычага, когда передача включена, проводится в продольном и поперечном направлениях. Выбор передач происходит посредством функционирования всех элементов и их взаимодействия.

Трехвальная МКПП

В составе КПП автомобилей присутствуют ведущий вал и ведомый, оба содержат в структуре синхронизаторы с шестернями, механизмом переключения. Ведущий вал обеспечивает соединение механизмов с системой сцепления. Параллельно ему имеется промежуточный вал, включающий шестерни в блоке.

Механизм, ответственный за переключение, находится на корпусе. В его конструкции имеется рычаг управления, ползуны, оснащенные вилками. Чтобы не возникла работа обеих передач одновременно, предусматривается дистанционное управление.

Принцип работы

Такой вид коробок не предполагает передачу момента крутки к передним колесам. Следствие передвижения рычага управления – перемещение муфты. В результате, благодаря муфте, обеспечивается синхронизация скоростей.

Заключение

Таким образом, механическая КПП автомобилей имеет обширную классификацию и разные типы. Каждый из вариантов обладает своими достоинствами, облегчая водителю процесс управления и гарантируя безопасность в дороге. Выбрав подходящий вид коробки, можно обеспечить себе комфортное движение по городам и далеко за их пределами.

Устройство и принцип работы механической коробки передач

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от “ручного” (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

1. Принцип работы механической коробки передач
2. Виды механических КПП
3. Устройство механической коробки передач
4. Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
5. Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
6. Немного о синхронизаторе МКПП
7. Преимущества и недостатки МКПП
8. Заключение

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором – повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев – тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная – максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики – там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Устройство механической коробки передач

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Немного о синхронизаторе МКПП

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

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

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Заключение

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более “драйверскими” ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Виды и типы коробок переключения передач

Каждый уважающий себя водитель должен понимать принцип работы коробки передач автомобиля. КПП считается одной из самых важных составляющей частей трансмиссии транспортного средства. Главная ее задача – изменение скорости крутящего момента и его передача от вала двигателя к колесам, прерывание связи между силовым агрегатом и всей трансмиссией. Существует несколько типов КПП, которые определяют вид трансмиссии автомобиля.

• Что такое коробка передач, роль, значение, принцип работы
• Классификация видов КПП
• Характеристика механической КПП
• Особенности двухвальной и трехвальной МКПП
• Роботизированная коробка передач
• Конструкционные особенности и работа автоматической коробки
• Типтроник
• Особенности работы вариатора

Что такое коробка передач, роль, значение, принцип работы

После сцепления, основным узлом транспортного средства является коробка передач. В большинстве автомобилей она наделена зубчатыми шестеренками, а число передач варьируется около 4–6, без учета заднего хода. Процесс переключения передач происходит за счет сцепления шестерен между собой в определенном порядке, возможно при помощи синхронизаторов или блокировкой шестеренок вала. Синхронизаторы служат для выравнивания скорости вращения и фиксации валом работы одной из ведомых.

Преимущественная функция КПП – достижения оптимального показателя крутящего момента между двигателем и колесами. Основными ее составляющими являются:

1. Картер. Включает в свою конструкцию все основные детали и узлы КПП. Установлен на картере сцепления, который контактирует с двигателем транспортного средства. Полость картера на 50% заполнена трансмиссионным, или в редких случаях моторным, маслом. Поскольку все шестерни подвергаются сильным нагрузкам и трениям, большое количество смазывающего материала помогает снять нагрузку с деталей и предотвратить их быстрый износ.
2. Синхронизаторы AVTOKPP.KZ. Предназначены для плавного соединения шестерней, безударного переключения передач за счет уравнивания угловых скоростей движения шестеренок.
3. Механизм переключения. Имеет рычаг в салоне автомобиля, который непосредственно служит управлением начала работы всей системы. Имеет замковый и блокировочный механизмы. Первый не позволяет включаться двум передачам одновременно, а второй, в свою очередь, препятствует произвольному выключению передачи.
4. Валы. Первичный или ведущий, вторичный или ведомый и промежуточный. Выполняют вращение в подшипниках картера; имеют различное количество зубчатых шестерен. В зависимости от типа КПП может быть разное количество валов, которые предполагают разные конструкции для передачи крутящего момента.

Классификация видов КПП

Опытные автомобилисты привыкли классифицировать коробки переключения передач по нескольким признакам. К ним можно отнести:

• Вариант передачи оттока мощности (механические КПП, планетарные, с соосными валами, вариатор, гидромеханические);
• Количество валов (двухвальные, трехвальные, многовальные с различным числом зацеплений);
• По способу управления (автоматические, роботизированная, ручное включение).

Самая распространенная классификация разделяет КПП по принципу действия:

1. Механические КПП. Прославились высоким КПД при минимальном весе. Считается, что механическая коробка обеспечивает лучший динамичный разгон транспортного средства при относительно экономичном расходе топлива.
2. Автоматические. Отличаются простотой в эксплуатации. Тем не менее отмечается, что во многих случаях увеличивают расход топлива автомобиля и неспешно переключают передачи.
3. Роботизированные КПП. Являются симбиозом механики и автомата. Если простым языком, то роботизированная коробка очень схожа с механической КПП, но с электронным управлением работы сцепления. Отзывы говорят, что подобный вариант значительно уступает автоматической коробке.
4. Вариаторы или бесступенчатые КПП. Относительно новый тип коробки передач, отличается непосредственным отсутствием передач. Передаточное число в вариаторе меняется плавно, без динамичных ступеней. На сегодняшний день вариаторы только приобретают широкое распространение, поскольку особенности конструкции бесступенчатых КПП не совершенны. Во многих случаях ремень передачи не способен выдержать мощность двигателей современных автомобилей, что быстро выводит систему из строя.

Характеристика механической КПП

Устройством МКПП предусмотрено ручное управление переключением передач, за счет перемещений рычага. Происходит ступенчатая передача крутящего момента. Механическая коробка подразумевает наличие передаточного числа. Показатель у пары определяется пропорцией количества зубьев действующих элементов трансмиссии.

Механические коробки разделяют по количеству ступеней. Самое большое распространение имеет пяти ступенчатая МКПП.

Отдельно механику разделяют по количеству внутренних валов: двухвальная и трехвальная МКПП. Первая больше предназначена для легковых переднеприводных транспортных средств, а последняя чаще используется для большого тяжелого транспорта и может быть применима для автомобилей с любым типом привода.

Особенности двухвальной и трехвальной МКПП

В случае трехвальной МКПП диск сцепления способствует передаче крутящего момента на первичный вал. После этого вращение переходит к промежуточному валу, который запускает элементы ведомого вала.

После того как была включена определенная передача, выбирается необходимая вилка и начинается продольное движение рычага. Вилка перемещается относительно вала и запускает синхронизатор. Зубчатый венец работает после того, как синхронизатор сравняет угловую скорость. Венец соединяет ведомый вал и необходимую шестеренку, и момент вращения направляется на хвостовик КПП и через кардан к заднему мосту.

Обычно в трехвальных КПП применяется прямая передача – благодаря синхронизаторам два вала связаны напрямую. В таком случае коэффициент передачи равен 1. Если применять разное количество зубьев на шестернях, то передаточное число можно варьировать. Тем не менее система передачи потеряет смысл, когда обороты мотора сравняются с оборотами вала. В МКПП используются косозубые шестеренки. Благодаря такой конструкции удается достичь плавного включения необходимой передачи.

В МКПП используются косозубые шестеренки. Благодаря такой конструкции удается достичь плавного включения необходимой передачи.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная КПП по принципу действия схожа с механической, но с небольшим усовершенствованием в виде актуаторов для переключения передач. Схожесть с АКПП проявляется только в том, что сцепление расположено в корпусе коробки (на МКПП находится на маховике).

В роботизированной КПП один ведущий вал имеет внутреннюю полость, за счет которой крепится второй вал. Оба вала имеют отдельное сцепление и определенный набор взаимодействующих, при необходимости. Управление сцеплением и синхронизаторами происходит за счет работы сервоприводов. Сервоприводы или актуаторы бывают нескольких типов: электрические или гидравлические.

Управление всем механизмом работы и взаимодействием с другими системами автомобиля берет на себя микропроцессорный блок управления (МБУ). К нему подключаются датчики двигателя, а сам МБУ подсоединен к бортовому компьютеру.

Второе сцепление в РКПП необходимо для уменьшения времени между переключением передач.

Конструкционные особенности и работа автоматической коробки

Автоматическая коробка передач позволяет снизить нагрузку с водителя во время езды и исключает необходимость постоянного пользования рычагом. АКПП делятся на два подвида: на основе работы гидротрансформатора и на основе электроники. Структурно они практически не различимы. Выделяют АКПП для переднего и заднего привода. В первом случае коробка передач более компактна и наделена дифференциалом.

Состоит автоматическая коробка передач из:

1. Гидротрансформатора. Играет роль сцепления, аналогично механической коробке, но не требует непосредственного управления. Установлен в промежуточном кожухе, подвергается высоким нагрузкам, поэтому обильно смазан трансмиссионной жидкостью. Помимо стандартной роли, гидротрансформатор сглаживает вибрацию силового узла и контролирует давление в системе управления.
2. Тормозная лента и фрикционы. Служат для непосредственного переключения передач.
3. Устройство контроля. Состоит из поддона, шестеренчатого насоса и клапанной коробки.
4. Планетарный ряд. Если в МКПП чаще используются валы, параллельно расположенные относительно друг друга, то в АКПП используется принцип планетарных передач. Несколько механизмов обеспечивают передачу крутящего момента при помощи фрикционных элементов и других механизмов. Для фиксации элементов планетарной системы используется тормозная лента.

Мнение о том, что можно завести автомобиль с АКПП без использования стартера при помощи разгона – ошибочно. Насос работает исключительно от силового узла, а принудительное вращение карданного вала не обеспечит работу КПП.

Типтроник

Первопроходцами автомобильной промышленности в области Tiptronic стала компания Porshe. В 1990 производитель представил КПП схожую с механикой, но с возможностью электронного контроля. Интеллектуальная коробка предполагает как автоматическое переключение передач, так и ручное.

При автоматическом контроле оборотов, типтроник ведет себя как АКПП с системой DSP. Переход в ручной режим позволит самостоятельно понижать или повышать передачу. Тем не менее блок управления может самостоятельно перейти в автоматический режим при необходимости.

В современных системах предусмотрен режим «спорт», который позволяет значительно увеличить тягу и оценить мощность машины, оставляя частоту оборотов выше. Однако типтроник даже в ручном режиме оставляет задержку переключения передачи на уровне от 0,1 до 0,7 секунды.

Особенности работы вариатора

Вариатор – бесступенчатая КПП, которая позволяет плавно менять показатель передаточного числа. Производятся двух типов: клиноременной и торовый. Первый вариатор имеет стандартные комплектующие АКПП, клиновидный ремень и несколько раздвижных шкивов.

Шкивы подконтрольны блоку управления; они сжимают диски относительно оборотов. Отдельным подвидом являются цепные вариаторы, они, в отличие от вариаторов CVT, оказывают тянущее усилие. Рабочие диски в таком случае сжимают клиновидные звенья цепочки.

Торовый вариатор имеет два клиновидных элемента. Диски делятся по принципу МКПП – на ведущий и ведомый. Переключение передач происходит за счет движения ролика между дисками. Прямая передача практически не применяется в вариаторах подобного типа.

Главным недостатком вариатора является быстрая изнашиваемость ремней и невозможность эксплуатации с мощными двигателями. Даже при бережном и аккуратном отношении ремни придется менять каждые 150 тысяч км.

Понять устройство и принцип работы различных типов коробок переключения передач лучше наглядно. Если в жизни такой возможности нет, то можно просмотреть несколько обучающих роликов, например:

Основные виды МКПП, их особенности

Описание основных видов «механики»: их особенности и отличия, принцип функционирования, плюсы и минусы. Видео про виды коробок передач.

Существует четыре главных вида коробок переключения передач: механическая, автоматическая, роботизированная и вариаторная. Но многим ли известны разновидности механической КПП? О том, какие же они бывают, далее в обзоре.

Трёхвальная МКПП

Классическая механическая коробка переключения передач обладает несколькими валами с находящимися на них зубчатыми колёсами, и всё это помещено в корпус, также известный, как картер. Трёхвальная КПП, например, содержит следующие валы:

• первичный, также именуемый ведущим, получающий движение от мотора;
• вторичный, он же – ведомый, напрямую соединённый с карданным валом;
• промежуточный, связывающий первые два.

Вторичный вал находится сразу за ведущим, а между ними стоит подшипник. Однако между собой эти валы жёстко не сопряжены, а их вращения независимы.

Что касается промежуточного вала, то он располагается под первыми двумя, причём параллельно им, и нередко с боковым смещением. В движение эту деталь приводит ведущая зубчатка с первичного вала. Традиционно промежуточные зубчатки имеют жёсткую привязку к одноимённому валу и нередко образуют с ним одно изделие.

Ну а ведомые зубчатки, оседлавшие вторичный вал, могут быть либо скользящими – способными кататься по его продольным бороздам, либо с постоянным зацеплением, вращающимися на одном месте и соединяющимися с валом передвигающейся блокирующей муфтой.

Кстати, для того, чтобы устройство работало потише, зубья шестерён зачастую выполняют косыми. Хотя МКПП с тремя валами весьма тяжёлая и громоздкая, зато она позволяет напрямую передавать энергию от первичного вала ко вторичному, связав их передвижной муфтой.

Двухвальная коробка передач

У неё всего лишь два вала: первичный и вторичный, находящиеся параллельно друг к другу и взаимодействующие при участии зубчаток, которые могут быть как скользящими, так и постоянного зацепления, включаемые передвижными муфтами. В коробке данного вида валы напрямую не соединяются.

Зато она проста и компактна. Её КПД при вождении на самой высокой передаче не слишком велик, но на промежуточных этот показатель выше из-за относительно небольшого количества элементов, задействованных в работе коробки.

Основное же достоинство подобных МКПП заключается в способности скомпоновать несколько ходовых агрегатов автомобиля в одну силовую установку.

Сколько валов лучше

Сегодня большинство легковых машин оборудованы двухвальными МКПП, особенно это касается переднеприводных. Однако, у грузовиков и внедорожников чаще всего встречаются коробки с тремя валами.

Большинство таких устройств обладают не менее, чем шестью скоростями переднего хода, как, например, у VW 0A5. Подобные коробки имеют не очень большую длину, что позволяет им прекрасно располагаться в заставленном подкапотном пространстве транспортных средств с передним и полным приводом, при этом характеризующихся поперечным размещением мотора.

Цепная КПП

Передавать мощность с ведущего или промежуточного вала на вторичный могут не только зубчатые колёса, но и зубчатые цепи. Именно цепной конструкцией особенно широко снабжались премиальные машины, пока ей на смену не пришла МКПП с малошумными косозубыми колёсами.

В коробке цепного типа одна из звёздочек составляет единое изделие с первичным валом, а сопряжённая с ней цепью другая, традиционно находящаяся на вторичном валу, могла быть привязана к своему месту посредством фиксирующей муфты.

Планетарная коробка передач

Автомобильные многоступенчатые МКПП такого типа вряд ли можно найти. К тому же, процесс их изготовления довольно сложен.

Впрочем, известна двухступенчатая планетарная КПП машины Ford T, которая обладает двумя степенями свободы, таким же количеством передних скоростей и одной задней.

Малоступенчатые устройства подобного типа на заре автопрома собирали не только Ford и не только для автомобилей, но и для тракторов прежде всего. Современные же КПП планетарного типа снабжаются гидроприводом и к механическим уже не относятся.

Секвентальная МКПП

Sequence в переводе с латинского означает «последовательность». Так и в МКПП секвентального типа ступени переключаются по очереди. Для этого используются качалки, джойстики или некие лепестки у руля.

Такие системы, как правило, обладают автоматизированным управлением сцеплением, часто устанавливаются на мотоциклах, а также встречаются в некоторых спорткарах.

Так, у большей части мотоциклов российского производства для смены скоростей служит сопряжённая с копирным валом педаль-качалка. Нисходящее воздействие на её переднюю часть приводит к понижению скорости на один уровень, приложение усилия к задней или приподнятие передней – повышению на столько же. А «нейтралка» занимает место между 1-й и 2-й ступенями.

Количество ходов на КПП

Это значение определяется количеством включающих муфт или установленных вместо них скользящих зубчатых колёс. Например, у трёхходовой коробки передач с зубчатками постоянного зацепления имеется 3 муфты, каждая из которых способна управлять двумя шестернями, соответствующими определённым ступеням. А значит, у такой КПП может быть 4-5 передних ступеней, и в придачу 1 задняя.

Коробка с 4 ходами может подключить для езды вперёд 6-7 скоростей и одну – для движения назад, а при отсутствии задней передачи все 8 ступеней будут доступны для переднего хода. Последняя схема реализуется преимущественно в сельскохозяйственной технике, где для езды назад применяется особый редуктор.

Наличие синхронизации в МКПП

Для того, чтобы процесс включения передачи проходил для МКПП более мягко, применяют специальные устройства, называемые синхронизаторами. Они не позволяют включающей муфте запустить определённую передачу, пока окружные скорости этой муфты и нужной шестерни не выровняются. Такие приспособления могут быть установлены на любом из валов коробки, и даже на нескольких.

У большей части современных легковых машин синхронизаторами оборудованы по крайней мере передние передачи, а нередко – и задние. Однако тяжёлые грузовики и тракторы, с количеством передач, достигающим порой двадцати, снабдить такими устройствами затруднительно. Это сулит значительным увеличением размеров, стоимости и веса коробки, а также существенным снижением срока её эксплуатации, поскольку синхронизатор является одной из наиболее подверженных износу деталей МКПП.

Кроме того, МКПП без синхронизаторов порой устанавливают на современных спортивных машинах и мотоциклах, исходя из следующих двух аргументов:

• несинхронизированные передачи можно быстрее переключать, чем синхронизированные;
• подобные коробки более устойчивы к значительным нагрузкам в процессе гонок.

Кстати, в такого рода транспорте, как правило, задействован кулачковый механизм включения скоростей, то есть зубчатые колёса закрепляются на валу не такой же зубчатой, а кулачковой муфтой. В какой-то мере облегчает работу водителя и секвентальный метод выбора ступеней.

Ступени в коробке

Исходя из числа ступеней, можно выделить несколько разновидностей МКПП:

• двухступенчатые: первые машины, запущенные в серийное производство, иногда снабжались КПП с 2 передними скоростями и 1-2 задними, как это было у Ford T;
• трёхступенчатые: в конце 50-х – начале 60-х годов прошлого века большая часть машин оснащалась тремя ступенями, а на советских дорогах даже выставлялись знаки, требовавшие от автомобилиста, подъезжающего к пересечению с железной дорогой, переходить с 3 на 2, а затем и на 1 передачу;
• четырёхступенчатые: в США они долгий период считались спортивным элементом, а в Европе с начала шестидесятых ими стали оснащать большую часть машин;
• пятиступенчатые: МКПП с 4 основными передними скоростями и дополнительной 5, повышающей, появились в 60-е годы прошлого века, а в 80-е получили широкое распространение;
• шестиступенчатые: в девяностые появились МКПП с шестью скоростями, среди них могли оказаться одна-две повышающие;
• семи- и более ступенчатые: такие МКПП вошли в обиход уже в нашем веке.

Полуавтоматизированные трансмиссии с электронным переключением скоростей просто по направлениям вверх-вниз, как на Bugatti Veyron, предлагают для использования практически неограниченное количество ступеней, предоставляя автомобилисту возможность комфортного управления ими. И всё же, популярные современные легковые машины в основном довольствуются 5-6.

Отличия по способу управления

Обычно выбор нужной ступени в МКПП производится с помощью рычага. Правда, порой для включения задней передачи необходимо ещё разблокировать специальный предохранитель. Ну, а местонахождение самого переключающего рычага и сопутствующих ему механизмов может зависеть от комплектации машины и модных веяний.

Основные способы управления «механикой» следующие:

• с помощью рычага, размещённого на картере МКПП, сверху или сбоку;
• дистанционное – с установкой ручки переключения на полу, у руля или приборной панели и сопряжением её с КПП посредством расположенных вне картера соединяющих приспособлений;
• гидравлическое или электронное, применяемое главным образом в случае, когда КПП расположена далеко от водителя.

Остаётся добавить, что у большинства МКПП, установленных на современных авто, переключатель передач находится прямо на полу, на центральной консоли или внизу приборной панели.

Заключение

Автомобили с механической КПП, ранее господствовавшие в Европе, повсеместно используются на постсоветском пространстве и доминируют в не очень богатых странах. Простота конструкции, устойчивость к неблагоприятным факторам и долгий срок эксплуатации такой трансмиссии обеспечивают её популярность у автолюбителей и производителей. Приверженцами «механики» остаются суровые внедорожники типа УАЗа или Нивы. И не только они.

Видео про виды коробок передач:

Описание основных видов «механики»: их особенности и отличия, принцип функционирования, плюсы и минусы. Видео про виды коробок передач.