Коробки передач современных автомобилей

Одной из ключевых систем любого автомобиля является трансмиссия – совокупность конструкционных элементов, узлов, деталей, соединяющих двигатель с ведущими колесами. Основным ее предназначением является передача крутящего момента от силового агрегата к колесам, изменение тягового усилия, скорости, направления движения транспортного средства (вперед или назад). Одними из самых важных элементов трансмиссии являются коробка передач и сцепление, которые различаются по принципу действия, особенностям конструкции и использования.

Классификация.

Упрощенно классификация выполняется по одному единственному признаку – способу передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Если использовать данный фактор, то коробка переключения передач (сокращенно КПП, английское название Gear Box) может быть:

1. механической, «ручкой», механикой (МКПП, МТ (Manual Transmission);
2. автоматической – АКПП (Automatic Transmission);
3. полуавтоматической, роботизированной РКПП MTA (Manual Transmission Automatically Shifted);
4. вариатором (CVT, Continuously Variable Transmission).

Такая группировка упрощенная, но наиболее доступная для понимания. Если брать во внимание конструкционные особенности, то все гораздо сложнее.

Способ взаимодействия валов.

Начнем с того, что КПП отличаются по способу взаимодействия деталей между собой, существует несколько видов:

Специфика КПП.

Как приводятся валы в действие понятно. Теперь стоит рассмотреть другие важные параметры, такие как количество валов, способ переключения для «ручки».

Количество валов.

Следует запомнить, что существует две основные схемы работы МКПП, основанные на включении выбранной пары шестерен, от этого зависит величина крутящего момента:

1. двухвальная, имеет одну ступень зацепления оси, ведущим (первичным) и ведомым (вторичным) валом, такая схема используется для переднемоторных, переднеприводных автомобилей, а также заднемоторных, заднеприводных;
2. трехвальная, обладает двумя ступенями зацепления оси, помимо ведущего и ведомого вала (они располагаются параллельно друг другу) есть третий, промежуточный (размещается параллельно первым двум), используется для переднемоторных моделей (задне – или полноприводных).

Многовальные по своей конструкции, принципу действия полная аналогия двухвальных, только вторичных валов может быть несколько, встречаются МКПП, оборудованные тремя, четырьмя валами, у них нет промежуточного вала, количество передач не меньше шести, отличаются компактными размерами, переменным числом зацеплений, последовательным редуцированием.

Еще один редкий тип безвальная механика, встречается очень редко. Трехвальные коробки могут быть соосными (вторичный и первичный вал с прямой передачей, схема характерна для заднеприводных моделей) и несоосными (без прямой передачи, оборудованные раздаточной коробкой, что характерно полноприводным моделям).

Способ переключения ступеней и число ходов

По числу ходов, общему количеству муфт КПП делятся на двух-, трех-, четырех-, пятиходовые.

Существует несколько основных способов переключения. Начнем с самого малораспространенного, на основе подвижных шестерен кареток. Практически не встречается из-за сложной схемы. Переключение возможно только при неподвижных валах.

Вторая схема кулачковая. Используются кулачковые торцевые муфты, шестерни постоянного зацепления. Встречается очень редко у спортивных автомобилей, гоночных болидов, потому что требует высоких профессиональных навыков от водителя, некоторые сильно греются, подвержены повышенному износу, предназначена для эксплуатации на высоких скоростях. Специфика переключения может быть секвентальной и поисковой.

Третья схема наиболее распространенная. Это МКПП, имеющие постоянное сцепление шестерен. Переключение производится при помощи зубчатых муфт. Выше представлены схемы двухвальной и трехвальной трансмиссии. Отметим одну существенную деталь. КПП может быть с синхронизаторами и без синхронизаторов. Синхронизаторы это специальный узел, предназначенный для выравнивания угловых скоростей шестерен, что позволяет предотвратить их деформацию и разрушение.

Такая схема используется на большинстве современных МКПП. Но встречается еще схема без синхронизаторов. Тут необходимы специальные навыки пользования. Прием называется двойной выжим. Чтобы включить повышенную нажимается сцепление, рычаг переводится в нейтральное положение. Затем сцепление отпускается. Потом сцепление снова нажимается, рычаг переводится на высшую передачу. Чтобы переключиться на пониженную требовалось выжать сцепление, переключить рычаг в нейтральное положение, отпустить сцепление, нажать на педаль акселератора, нажать сцепление, переключить рычаг, отжать сцепление. Большинство современных КП такую схему уже не используют, только раздатки (раздаточных коробках).

Четвертая схема – фрикционное переключение ступеней. Такая схема свойственна автоматам (гидромеханическим схемам, где есть гидротрансформаторы или гидромуфты). Хотя есть исключения. Для полноты картины отметим схему, при которой переключение выполняется при помощи муфт, центробежных или инерционных.

Способы включения.

Необходимую передачу можно включать несколькими способами. Основной – ручной, такую схему может иметь любая КПП, включая механическую, роботизированную, автоматическую. То есть водитель сам все делает. Причем варианта два.

Первый – переключение производится при помощи физического усилия, прилагаемого к рычагу при помощи механического или гидравлического привода. Второй – использование сервопривода, он может быть различным, отличается источником (преобразователем) энергии, выделяют гидравлические (наиболее широко распространенные), электрические, механические, вакуумные, комбинированные, так работают полуавтоматы.

Второй способ включения – автоматический, такие коробки без педали сцепления. Все решает автоматика.

Последнее на чем стоит акцентировать внимание – количество передач, включая заднюю. Данный параметр актуален для всех КПП, кроме вариаторов.

Рассмотрим более подробно четыре типа КПП, обозначенных выше.

Механическая коробка передач.

История.

МКПП – самая древняя из всех коробок, появилась первой благодаря женщине. Шел 1888 год. Берта Бенц после того, как проехалась, используя автомобиль Motorwagen, по Германии, рассказала своему мужу Карлу Бенцу все, что о нем, о его изобретении думает. Супруг исправился быстро, уже через пять лет (1893 год) появилась модель Benz Velo с двухступенчатой планетарной механической коробкой передач.

Далее эволюция пошла своим путем. 1910 год – появилась механика с тремя ступенями, такая схема использовалась до 60-х годов. Четырехступенчатые КПП пришли чуть позже, но без синхронизаторов использовать их было трудно. 60-х годы – появились первые синхронизаторы. Тогда же изобрели пятиступенчатый вариант, с повышающим «овердрайвом», но массово они стали устанавливаться лишь к 80-м годам. 90-е годы – представлены шестиступенчатые узлы, имеющие два повышающих овердрайва. 2000-е годы – разработаны семиступенчатые МКПП, оборудованные пятью основными, двумя повышающими передачами.

Принцип работы.

Схема работы достаточно простая. Есть три основных элемента – силовой агрегат, МКПП, сцепление (промежуточное звено между двумя первыми). Если нажать педаль сцепления, то связь между двигателем и трансмиссией прервется. Тогда включается нужная передача, педаль сцепления отпускается, связь между ними восстанавливается. Сцепление выжимается также при движении с места, а также «торможении двигателем». Используется механический зубчатый (через шестерни) способ взаимодействия (планетарные МКПП на легковых автомобилях сейчас редкость) крутящего момента, двух-, трехвальная схема, реже многовальная.

Первая передача это когда со стороны двигателя вращается самая маленькая шестерня, а со стороны колес самая большая. При таких условиях крутящий момент наибольший, а скорость наименьшая. Если наоборот, то это будет наивысшая передача, когда крутящий момент наименьший, а скорость наибольшая.

Переключение производится механически при помощи рычага МКПП. Он может располагаться:

• на крышке КП (сверху или сбоку), сейчас эта схема используется редко, свойственна внедорожникам;
• дистанционно (на рулевой колонке, центральной консоли или центральном тоннеле), рычаг с коробкой связан системой тяг (они называются кулисы), валиков или тросов Боудена.

Дистанционное переключение может реализоваться по другим схемам, без муфт, через гидравлический или электромеханический привод.

Достоинства и недостатки.

Преимущества следующие. Это самое простое по конструкции решение, а значит самое дешевое, надежное. Остальное все зависит от квалификации водителя. Если водительский стаж маленький, то выбрать нужную передачу сложно. Поэтому появляются минусы – низкая динамика, большой расход топлива. Если стаж большой, то эти минусы исчезают, появляются плюсы, правильно, вовремя выполненное переключение снижает расход топлива, значительно повышает динамику движения. Недостатков два. МКПП необходимо уметь использовать правильно. У новичков постоянные проблемы со сцеплением, им нужно пользоваться плавно, не каждому дано, особенно при движении с места, в горку. О расходе топлива, динамике уже упомянули. Еще один недостаток. При интенсивном транспортном потоке, городских пробках «ручка» доставляет наибольшее количество проблем, потому что постоянно приходится работать рычагом, педалями сцепления и акселератора.

Секвентальная коробка.

Отдельно выделим секвентальные коробки, устанавливаются, как правило, на спортивные автомобили. У них переключение последовательное (+ высшая, – низшая), в ручном режиме. Принцип работы как у механики, но педали сцепления нет, а переключение выполняется как у робота при помощи гидравлических сервоприводов. Она имеет свой электронный блок управления как у автомата. Причем схема переключения кулачковая. Отнести ее к какой-то из четырех обозначенных выше категорий нельзя, своего рода комбинированный гибрид.

Автоматическая коробка.

История.

Если «механика» появилась в Германии к концу позапрошлого века, то чтобы найти истоки АКПП нам нужно перенестись за океан в Канаду, провинцию Саскачеван, город Реджайну начала XX века. 1921 год, именно тогда канадский инженер Альфред Хорнер Манро разработал, а затем запатентовал первую автоматическую коробку передач (1923 год Канада, 1924 год Великобритания и 1927 год США). Минусом было то, что схема предполагала использование сжатого воздуха. Правильный путь, направление не то. Но мысль была верной. Хотя если быть уж совсем точным, то схему работы в 1903 году придумал именно немец Феттингер. 1932 год, два бразильских инженера Хосе Брас Арарипи, Фернандо Лехли Лемос использовали уже гидравлическую схему, продали идею американской General Motors. 1940 год, для серийных моделей Oldsmobile, а позже Cadillac, стал устанавливаться первый полноценный автомат Hydra-Matic, который имел гидромуфту, над нею трудились еще с 20-х годов инженеры Chrysler. Первые коробки были двухступенчатыми, после войны разработали трехступенчатые. 1948 год, появились первые модели, оборудованные гидротрансформатором вместо гидромуфты, назывались они Dynaflow, были разработаны инженерами Buick. Четырехступенчатые, пятиступенчатые автоматы стали широко использоваться в 80-е годы, когда удалось справиться с множеством проблем. Затем пришла электроника, ее назначили ответственной за все. Причем за трансмиссию может отвечать либо ECU (блок управления двигателем), либо блок управления коробкой передач (TCU), либо блок управления трансмиссией (TCM), все зависит от автопроизводителя. Алгоритмы постоянно совершенствуются, сейчас у ведущих компаний АКПП по динамике, расходу топлива уже не уступают МКПП, иногда даже превосходят. Хотя то, как работает механика, напрямую зависит от квалификации шофера.

Шестиступенчатые коробки разработала ZF Friedrichshafen, модель ZF 6HP26, в 2002 году, впервые ее поставили на семерочку БМВ (BMW E65). Mercedes-Benz своим лучшим друзьям ответил спустя год – в 2003 году, тогда появилась семиступенчатая 7G-Tronic. Японцы решили не отставать от немцев. 2007 год, Toyota впервые поставила восьмиступенчатый автомат. Это был Lexus LS 460. 2014 год, американцы напомнили о себе. Jeep Cherokee получил девятиступенчатую АКПП. И продолжение будет.

Принцип работы.

Схему работы «автомата» уже рассмотрели выше. Только сразу отметим, что под АКПП следует понимать коробку, оборудованную гидротрансформатором или гидромуфтой. Они дополняются механической передачей, как правило, планетарной (планетарный редуктор), очень редко используется зубчатая или другие варианты, а также сцеплением фрикционного типа. Гидротрансформатор играет роль сцепления, то есть разъединяет, соединяет двигатель и трансмиссию. Планетарный редуктор отвечает за изменение крутящего момента, передаточного числа. Всем управляет электронная система, состоящая из:

• ЭБУ (электронный блок управления);
• датчиков (частоты вращения (один на входе, другой на выходе), температуры рабочей жидкости (используется трансмиссионное масло), положения основных элементов (рычага селектора, педали акселератора));
• распределительного модуля (гидроблока);
• рычага селектора.

За циркуляцию жидкости отвечает насос. Для переключения применяются электромагнитные клапаны (соленоиды). Чтобы коробка не грелась, используются системы охлаждения. У некоторых даже есть свой радиатор охлаждения. Конструкционно схемы отличаются у разных производителей, не будем вдаваться в подробности. Тема для отдельной статьи. Отметим только, что есть один подвид гидротрансформаторных АКПП, они имеют возможность ручного переключения. Например, Tiptronic у Audi, Steptronic у BMW, Geartronic у Volvo.

Основные режимы.

Селектор КПП (рычаг выбора диапазонов) позволяет выбирать режим движения. Они у всех АКПП отличаются, все зависит от производителя, но есть те, которые должны быть обязательно:

• P (он же паркинг, Parcking), используется для обеспечения устойчивого положения автомобиля при стоянке;
• R (задняя, Reverse);
• N (нейтралка, Neutral);
• D (драйв, езда, движение Drive, у ряда моделей A (Automate), для движения вперед).

Остальные режимы могут быть, а могут не быть. Тут все от модели зависит. Отметим основные:

• L, B, l, 1L, 1 – все это используется для обозначения первой передачи (важно, B на некоторых коробках обозначает блокировку дифференциала);
• ограничивающие передачи, то есть при включении которых автомат не будет переключаться выше обозначенной (2 или 2L, не выше второй, 3D или 3, не выше третьей, 4D или 4, не выше четвертой).

У некоторых коробок есть специальные кнопки:

• OD (режим овердрайва Over Drive, отключает повышенную);
• M (ручной режим, Manual, при его включении КПП начинает работать как секвентальная, рычаг переключается между + (вверх) – (вниз));
• S (спортивный режим Sport);
• W(Winter), *, Snow – зимний режим, злоупотреблять им не стоит;
• E (экономичный режим, Economic);
• KickDown (переключает коробку резко на одну-две передачи ниже, увеличивая мощность, необходимую для резкого ускорения).

Это, конечно, не полный обзор, АКПП бывают разные, могут иметь другие кнопки, положения.

Достоинства и недостатки.

Главный плюс автоматической трансмиссии – простота при использовании, она не требует наличия специальных навыков. Начинающему водителю сцепление «механики» доставляет жуткие проблемы, пока сформируются навыки. Электроника сама выбирает режим. Силовой агрегат, ходовая, сама коробка надежно защищены «от дурака».

Минусов тоже хватает. Отметим сложность конструкции, меньшую надежность по сравнению с механикой, большой вес, необходимость охлаждения, дорогостоящий ремонт, более высокую стоимость. Остальные недостатки или достоинства зависят от конкретной модели.

Не верьте мифам. Миф первый – у АКПП больше расход топлива. Новичок на автомобиле, оборудованном МКПП, легко опровергает этот довод. Некоторые современные автоматы, с их вылизанными алгоритмами, уже способны соперничать практически на равных с механикой в руках водителей профессионалов.

Миф второй. Динамика автоматических коробок ниже, чем механических. Отчасти верно. Но зачем, например, из бюджетного автомобиля делать гоночный болид? А для спортивных автомобилей есть свои коробки. Например, на Эмки БМВ устанавливается секвентальная SMG, у нее скорость переключения 0,08 секунды, никакой водитель МКПП так быстро переключить не сможет физически.

Роботизированная коробка.

Определение.

Третий вид КПП – роботизированные или просто роботы. По своим конструкционным особенностям это механическая коробка передач, только со сцеплением, которое выжимается не водителем через педаль, а при помощи сервопривода под управлением электроники. Принцип работы тот же. Шофер переключает передачу рычагом (это может делать автоматика, как в обычных АКПП), сцепление разрывает связь между трансмиссией и двигателем, затем включается повышенная или пониженная передача с небольшой задержкой, это важно, затем восстанавливается связь. То есть, по сути это коробка, в которой гидротрансформатор или гидромуфта заменены сервоприводом со сцеплением.

Робот всегда перестраховывается с целью выравнивания угловых скоростей, переключение происходит с задержкой. Конструкторы придумали одну оригинальную схему. Вместо одного блока сцепления установили два, один отвечает за четные передачи, второй за нечетные. Это, так называемые, роботизированные коробки с двойным сцеплением, но об этом ниже.

Если говорить об истории появления РКПП, то изобрели их инженеры таких автопроизводителей как REO и General Motors в 1934 году.

Конструкционные особенности.

Важным отличием роботов является наличие привода, позволяющего без участия шофера переключать передачи. Этот узел может быть нескольких типов:

1. электрическим, принцип работы основан на использовании сервомеханизмов (электромотора и механической передачи), это электромеханический привод, например, Allshift (японский Mitsubishi), Dualogic (итальянский Fiat), MultiMode (японская Toyota), SensoDrive (французский Citroen), 2-Tronic (французский Peugeot);
2. гидравлическим, приводится в действие при помощи гидроцилиндров, которыми управляют электромагнитные клапаны, такой привод еще называют электрогидравлическим, например, ISR (итальянская Lamborghini), Quickshift (французский Renault), R-Tronic (германский Audi), Selespeed (итальянская Alfa Romeo);
3. комбинированным, в этом случае электрический привод дополняется гидромеханическим блоком с электродвигателем, предназначенным для перемещения в приводе сцепления главного цилиндра, например, Durashift EST (американский Ford), Easytronic (немецкий Opel).

Управление РКПП осуществляется при помощи электронной системы, состоящей из датчиков (определяют частоту вращения на выходе и входе, положение рычага, температуру и давление масла, ряд других), исполнительного механизма, ЭБУ (электронного блока управления).

Модели с электрическим приводом медлительные, но менее энергозатратные, с гидравлическим более быстрые, но затратные, устанавливаются, как правило, на спортивные автомобили.

Роботизированные коробки с двойным сцеплением.

Основной проблемой роботов является необходимость прерывания связи между двигателем и трансмиссией как в механике. Инженеры долго думали как справиться с этим досадным нюансом. Решили. Если отпадет потребность в разъединении двигателя и ведущих колес при переключении передач, то проблемы не будет. Так появилось два сцепления, которые позволяют переключаться без разрыва потока мощности. Такие коробки называют преселективными. То есть по своей сути две коробки стали одной. Их принцип работы основан на использовании двойного трансмиссионного вала (два входных вала, один отвечает за нечетные передачи плюс задняя, другой за четные), двух фрикционных муфт, которые сжимаются при помощи гидроцилиндров под управлением электрогидравлического модуля, а разжимаются при помощи пружин. Пакеты фрикционов могут иметь расположение:

• концентрическое (муфты находятся в одной плоскости, прямо перпендикулярно валу (внешняя, передающая больший крутящий момент, отвечает за нечетные передачи, внутренняя за четные), схема отличается компактностью, предназначена для трансмиссий переднеприводных моделей);
• параллельное (муфты располагаются параллельно друг за другом, такая схема применяется в трансмиссии заднеприводных автомобилей).

Также отметим, что есть два основных вида РКПП с двойным сцеплением:

• с сухим картером, «сухое», более эффективно, так как нет потери мощности;
• с мокрым картером, «мокрое» (сцепление находится в масляной ванне, имеется система смазки и масляный насос), основной плюс – лучшее охлаждение.

Принцип работы сухого (мокрого) сцепления у разных автопроизводителей немного отличается, как и конструкционная схема, не будем вдаваться в технические нюансы.

Теперь об истории. Изобрел коробку с двойным сцеплением француз Адольф Кегресс, инженер, который долгое время работал в России, был личным водителем императора Николая II, в 1939 году для компании Citroen. Его схему стали использовать Porsche и Audi в 80-х годах прошлого века на своих спортивных болидах. Первая серийная РКПП с двойным сцеплением – DSG, германской Volkswagen (производства BorgWarner), первые модификации были очень сырыми, ломались часто. В 2005 году спустя два года появился Powershift на американских моделях Ford и шведских Volvo (разработка Getrag). А затем каждый себя уважающий производитель стал ставить такой тип трансмиссии на свои автомобили. Отметим некоторые коробки:

• производитель Getrag, включая DCT M Drivelogic (германская BMW), Speedshift DCT (немецкий Mercedes-Benz), Twin Clutch SST (японская Mitsubishi);
• производитель BorgWarner, как отмечалось выше, это DSG (Direkt-Schalt-Getriebe, германской Volkswagen) и S-Tronic (ставится на модели немецкой Audi);
• производитель Fiat Powertrain Technologies, TCT, устанавливается на автомобили итальянской Alfa Romeo.

В настоящее время схема отработана практически полностью, от детских болезней практически избавились, поэтому даже для моделей Porsche стали использовать двухступенчатые роботы PDK от ZF Friedrichshafen.

Достоинства и недостатки.

Преимущества РКПП очевидны. Это очень экономичная трансмиссия. Динамика на уровне МКПП. Стоит дешевле чем АКПП, меньше весит, дешевле в ремонте. Минусы тоже есть. Отметим главный. Когда отключается двигатель от трансмиссии при переключении выдерживается определенная пауза. На низких скоростях это не ощутимо, а вот если на спидометре больше сотни, то начинаются толчки и рывки. Неприятно, по крайней мере. Роботы с двойным сцеплением от этой напасти избавлены, но очень сложные конструкционно, дорогие сами по себе, в ремонте, имеют больший вес, а ряд моделей еще борются с подростковыми проблемами роста.

Вариаторные коробки.

Определение и история.

Вариаторная КПП относится к автоматическим коробкам, но существенно отличается по принципу действия. Она бесступенчатая, с передаточным числом, которое наряду с крутящим моментом меняется постоянно в зависимости от оборотов двигателя, скорости автомобиля и самое главное плавно, без толчков, рывков. Как результат – очень эффективно используется мощность мотора, нагрузки оптимально сочетаются с оборотами коленчатого вала, что позволяет экономить топливо. Кто изобрел вариатор, тут история расходится. Некоторые утверждают, что это был Леонардо Да Винчи в 1490 году. Милтон Ривз изобрел вариатор в 1879 году, стал устанавливать на оборудование для обработки древесины в 1896 году. 1886 год, первый патент в Европе оформлен Daimler Benz, это был клиноременной вариатор. 1936 год, в США был выдан патент на тороидную вариаторную КПП. 1958 год, первый серийный автомобиль получил вариатор, назывался Variomatic. Он стал устанавливаться компанией DAF. Изобретатель Хуб Ван Доорн, а модель называлась DAF 600. Патент унаследовала Volvo, уже в 1975 году на рынке появился первый легковой автомобиль с вариатором Volvo 340. А затем Ford в 1984 году на его основе сделал свой вариатор Transmatic. Сейчас вариаторные КПП устанавливают многие производители. Отметим Autotronic (немецкая Mercedes-Benz, один из самых компактных вариаторов в мире), Ecotronic и Durashift CVT (американская Ford), Lineartronic (японская Subaru, один из лидеров среди автопроизводителей, которая разрабатывает и продает вариаторы другим, начиналось все с самой первой массовой коробки Justy), MultiDrive (японская Toyota), Multimatic (японская Honda), Multitronic (германская Audi), Xtronic и Hyper (японский Nissan).

Принцип работы.

Любой вариатор состоит из нескольких основных элементов:

1. сцепления, обеспечивающего непрерывную передачу крутящего момента, разъединение трансмиссии и двигателя;
2. вариаторной передачи;
3. механизма, необходимого для движения задним ходом (в большинстве моделей этопланетарный редуктор).

Сцепление существенно отличается между собой и может быть:

1. автоматическим центробежным (Transmatic);
2. электромагнитным с ЭБУ (электронным блоком управления, Hyper);
3. многодисковым с «мокрым» картером и ЭБУ (Multimatic, Multitronic).

Многие производители используют классическую схему АКПП. То есть сцепление заменяется гидротрансформатором, например, такая схема использована на MultiDrive, Autotronic, Lineartronic, Ecotronic, Xtronic и еще отдельно отметим Extroid от Nissan, об этом ниже. И еще. Как и в автоматах, в некоторых вариаторах реализована возможность ручного переключения. Хотя это больше маркетинговый ход, «виртуальные передачи». Например, такая функция называется Sportronic у японской Mitsubishi, Autostick у американского Chrysler.

Это еще не все. Сам вариатор отличается по конструкции. Наибольшее распространение получили:

• клиноременная (клиноцепная, на английском языке Variable-diameter pulley (VDP), дословно шкив с переменным диаметром);
• тороидная (очень редко используется, один из самых известных таких вариаторов как раз Extroid).

Но есть другие схемы, например, на основе переменной магнитной передачи и ряд других. Остановимся на двух наиболее распространенных.

Клиноременный (клиноцепной) вариатор.

Работа этой CVT основана на использовании двух раздвижных шкивов (дисков конической формы) и ремня трапецеидальной (клиновидной) формы, который их соединяет (ремней может быть несколько). Принцип работы прост. Когда шкивы сдвигаются навстречу друг другу, ремень выталкивает (отсюда аналогия с клином), в результате чего увеличивается радиус, а значит, передаточное число становится больше. Когда шкивы расходятся, радиус становится меньше, передаточное число уменьшается. Если шкивы находятся в промежуточном положении, то это прямая передача.

Первые вариаторы были с резиновыми ремнями, отличались очень быстрым износом. Сейчас ремень металлический, состоит из соединенных между собой полос стали трапецеидальной формы, фасонных частей в форме бабочки. Вот это и есть клиноременные вариаторы. На некоторых моделях вместо ремня цепь, например, Lineartronic или Multitronic. Такие вариаторы называются клиноцепными. Состоит металлическая цепь из пластин, которые между собой соединены осями.

Тороидный вариатор.

Тороидная схема применяется очень редко, был Extroid от Nissan, устанавливался на Nissan Gloria и Nissan Skyline GT-8. Для полноты картины расскажем. Принцип работы основан на использовании двух соосных валов, которые имеют сферическую, тороидную поверхность. Между валами зажаты ролики, которые могут менять свое положение, в результате чего изменяется передаточное число. Например, в Extroid обоймы с роликами передвигает вверх-вниз специальный гидравлический механизм.

Достоинства и недостатки.

Основным преимуществом CVT является обеспечение оптимальной работы двигателя, максимальная комфортность при эксплуатации, плавность движения. Это очень экономичные КПП, с хорошей динамикой. Клиноременные и клиноцепные вариаторы несложные по конструкции.

К минусам относятся высокая стоимость, дорогостоящее ТО и ремонт. Вариаторы нельзя устанавливать в паре с мощными силовыми агрегатами. Реверсивное движение без использования планетарного редуктора или другого механизма невозможно. Такие коробки сильно греются, требуют особого трансмиссионного масла через каждые 50-60 тысяч пробега. Ремень может проходить до 100 тысяч.

Что выбрать?

Выбор трансмиссии должен основываться на целом ряде факторов. Прежде всего – опыт водителя. Если опыта нет, то все преимущества МКПП сводятся к нулю. Лучше все доверить автоматике.

Второй фактор – динамика эксплуатации транспортного средства. Если водитель считает что 150 км/ч и выше это нормальная крейсерская скорость для автомобиля, то выбор стоит остановить на механике или секвентальной коробке.

Третий фактор – тип транспортного средства и условия эксплуатации. В городе для автомобилей класса А, В, С, D более предпочтительны автоматы. Для внедорожников и кроссоверов, автомобилей с полным приводом, которые буксируют грузы, эксплуатируются на бездорожье, оптимальный выбор – механика.

Четвертый фактор – цена КПП, стоимость ремонта. Самые дешевые и простые МКПП, за ними РКПП, АКПП, РКПП с двойным сцеплением и вариаторы.

Пятый фактор – экономичность. Наиболее экономичны вариаторы, МКПП надо уметь пользоваться, у АКПП с гидротрансформатором все зависит от конструкции и программного обеспечения.

Основные тенденции таковы. Лучшая коробка передач в плане комфортности, несомненно, вариатор, но дорогой по стоимости, в обслуживании, с низким ресурсом узлов, деталей, на мощные двигатели не поставишь. Над ними еще работать и работать. Механика простая, дешевая, но для опытных водителей, она уходит в прошлое. Встретить ее можно лишь на автомобилях бюджетных марок, спортивных версиях моделей ведущих производителей. АКПП с гидротрансформатором будут следующими на выход, пока самый ходовой вариант, распространенный – тяжелые, дорогие, не эффективные, хотя блокировка спасает положение, но конструкционные возможности этой схемы практически исчерпаны. Роботы с одним сцеплением это тупиковая ветвь, им нужна плавная динамика, невысокие скорости, ровные дороги. Хотя сочетают в себе преимущества автомата и механики. Роботы с двойным сцеплением наиболее перспективное направление на сегодняшний день. Но нужно подождать еще немного. Во-первых, чтобы исправили все ошибки роста, а во-вторых, чтобы они широко стали устанавливаться на бюджетные модели. Пока что это удел премиальных брендов. Современные бюджетники стали получать этот тип коробки только несколько лет назад.

Трансмиссия: классификация, устройство и все существующие виды

Трансмиссия – это механизм, который передает мощность от силового агрегата к колесам машины, заставляя последние вращаться. Также данная система отвечает за изменение направленности крутящего момента и его величины. В частности, от нее зависит сможет ли автомобиль маневрировать, быстро останавливаться перед препятствием либо двигаться задним ходом. В состав механизма входят главная передача, КПП, дифференциал и сцепление. Данная конструкция находится под днищем транспортного средства. Она начинается от коробки переключения передач и заканчивается в области задних колес.

Требования к трансмиссии

Главные требования, которыми должна соответствовать трансмиссия:

• безопасность и надежность;
• высокий коэффициент полезного действия;
• легкое рулевое управление;
• низкий уровень шума;
• минимальный вес элементов;
• максимальный показатель мощности.

Механизм с высоким КПД и уровнем надежности напрямую влияет на безопасность автовладельца и пассажиров во время движения. Управление трансмиссией должно осуществляться легко, чтобы не отвлекать автомобилиста от дороги. Габариты и вес системы отражаются на стоимости автомобиля, поэтому инженеры стараются делать ее меньше и легче. Также трансмиссия должна издавать минимальное количество шума, что особенно актуально для личного авто.

Объявлены все цены и комплектации 7-местного кроссовера JAC S7 для российского рынка

Компания Citroen озвучила характеристики, комплектации и рублевые цены на новый Berlingo

Сколы и царапины на бампере — машину на штрафстоянку. Власти ужесточают требования к автомобилям

Классификация

Эксперты выделяют пять видов трансмиссии:

• механическая;
• гидромеханическая;
• гидростатическая;
• гидравлическая;
• электромеханическая.

Самой распространенной трансмиссией является механическая. Все остальные из-за особенности конструкции используются реже. Механическая трансмиссия состоит из шестеренчатых или фрикционных элементов. Они обеспечивают легкость конструкции, простоту обслуживания, высокий КПД и надежность эксплуатации. Также механическая конструкция довольно компактна. Среди недостатков такой системы можно выделить неплавное переключение передаточного числа, из-за чего вырабатываемая двигателем мощность не всегда используется эффективно. Также «механика» не всегда комфортна при передвижении в городском цикле. Как правило, МКПП устанавливается на бюджетные автомобили или базовые комплектации, внедорожники и спорткары. В случае со спортивными машинами «механика» дополняется электронным переключателем передач. Однако это ведет к удорожанию транспортного средства.

Гидромеханическая КПП состоит из механизма, который передает тяговый момент, и специального преобразователя. Такая трансмиссия применяется в железнодорожной технике, тракторах, а также в танкостроении в качестве вспомогательного регулятора при поворотах. Применение данной системы значительно уменьшает коэффициент полезного действия силового агрегата, но увеличивает эксплуатационный срок поршневого моторчика. Габариты и вес гидромеханичекой трансмиссии значительно больше, нежели чем у механической, из-за необходимости установки специального охлаждения и дополнительного питания.

Для передачи мощности мотора в гидростатической трансмиссии используются аксиально-плунжерные механизмы. Благодаря этому, элементы коробки размещаются друг от друга на достаточно далеком расстоянии и получается много степеней свободы. Гидростатическая трансмиссия устанавливается в некоторых теплоходах, катках, применяемых при строительстве дорог, и металлорежущих станках. КПП очень капризна к качеству технических жидкостей и требует постоянного контроля со стороны инженеров.

Гидравлическая трансмиссия встречается редко. Дело в том, что в такой системе переключение передач осуществляется специальными гидравлическими машинами, а не механикой. Главный плюс системы – стабильность работы при высоких крутящих моментах. А недостатком трансмиссии является необходимость перед работой устанавливать отдельную гидромуфту для каждой передачи. Используется такая система преимущественно железнодорожной технике.

В электромеханической трансмиссии основным элементом выступает тяговый электромотор. Также в ее состав входят электросистема контроля, генератор электротока и провода, соединяющие все составные части системы. Распространенности данная трансмиссия не получила по причине больших габаритных размеров и массы, а также высокой стоимости. Сегодня такую систему используют в тяжелой технике, на армейских автомобилях, троллейбусах, морских судах.

Устройство

Во время сгорания горючего в силовом агрегате вырабатывается большое количество свободной энергии, которая должна быть передана ведущим колесам транспортного средства. Самая простая трансмиссия состоит из четырех деталей: сцепление, КПП, ведущий мост и дифференциал. Первый элемент находится между мотором и коробкой передач. Сцепление обеспечивает плавность хода во время старта или переключения передач. Существует два варианта механизма – сухой и мокрый. В первом случае диски работают при помощи трения, во втором они функционируют в жидкости. В ряде автомобилей устанавливается гидравлическое либо электромагнитное сцепление, но такие вариации не особо распространены. Сам механизм базируется на двух дисках, один из которых ведущий, а второй – ведомый. В обычном состоянии они сжаты, но при нажатии соответствующей педали отсоединяются.

Коробка переключения передач отвечает за скорость вращения колес, езду задним ходом и отсоединяет мотор и трансмиссию на длительное время. КПП бывает ступенчатой и бесступенчатой. К первой относятся «механика» и робот, ко второй – вариатор. Самой надежной КПП считается механическая, но для ее управления требуются соответствующие навыки. Пока что МКПП является самой распространенной, но ее постепенно вытесняет «автомат».

Мост – это опора, на которой крепится рама транспортного средства. Он может быть ведущим и ведомым. Первый получает от коробки крутящий момент и приводит колеса в движение. Ведомый мост выступает в роли простой опоры. Также он может быть передним и задним, а грузовых машин есть еще и средний.

Дифференциал – это конструкция, которая разделяет механическую энергию силового агрегата на два потока и направляет ее к колесам. Данный элемент не допускает проскальзывания покрышек на неровной дорожной поверхности. Дифференциал незаменим при поездках в гололед, зимой или по некачественным дорогам.

Виды трансмиссии по типу КПП

Все автомобилисты знают основные типы трансмиссии: механическая, автоматическая, роботизированная и вариаторная. Также некоторые автомобили комплектуется гидростатической, гидравлической или электромеханической КПП. Вид трансмиссии зависит от самого транспортного средства, его комплектации и стоимости.

Механическая

Как правило, этой КПП комплектуются стартовые комплектации большинства автомобилей. Ее также предпочитают любители спортивных машин, поскольку она позволяет почувствовать все передачи и разогнать транспортное средство до высоких оборотов. Вся суть МКПП сводится к тому, чтобы вручную управлять коробкой, параллельно выжимая педаль сцепления. С недавнего времени те, кто учатся на права, если в последствии хотят управлять «механикой», должны учиться именно на машинах с МКПП. Соответствующая отметка в последствии ставится в водительском удостоверении. Без нее садиться за руль автомобиля с МКПП нельзя.

Конструктивно МКПП состоит из зубчатых шестерней и фрикционных элементов, с помощью которых передается крутящий момент на силовой агрегат. Количество передач варьируется от четырех до шести. Чаще всего на современные автомобили устанавливается 5-скоростная «механика». Напомним, что МКПП появилась самой первой среди всех трансмиссий и она до сих пор остается актуальной. Ее основными плюсами являются:

• высокий коэффициент полезного действия;
• ее легко ремонтировать (в старых моделях ВАЗа это можно сделать саморучно);
• пониженный расход горючего и технической жидкости;
• дешевое обслуживание;
• автомобили с МКПП можно запускать «с толкача»;
• при буксировке ТС трансмиссия не ломается.

При всех своих плюсах механическая трансмиссия также имеет и ряд недостатков, а именно:

• смена скорости происходит с рывками;
• ей сложно управлять начинающим автомобилистам;
• неудобство при передвижении в плотном городском траффике;
• усталость водителя от постоянного «дергания палкой» и выжима педали сцепления.

Роботизированная

РКПП – это та же механическая трансмиссия, но с автоматическим переключением передач. В конструкции этой КПП присутствуют валы, корзина и диск сцепления, при этом педаль сцепления отсутствует. Передачи сменяются за счет встроенных в коробку серво- и электроприводов. Преимущества РКПП:

• не нужно постоянно переключать рычаг;
• такая трансмиссия дешевле АКПП;
• РКПП экономит топливо;
• можно ехать накатом и буксировать ТС.

Среди недостатков робота можно выделить:

• опоздание при переключении передач;
• толчки во время езды;
• высокая склонность к поломкам;
• возможен откат при старте с места.

Гидромеханическая

Так называется классическая коробка-«автомат». Ее основная «фишка» — самостоятельное переключение передач, без участия водителя. Автомобилисту требуется только нажимать на педаль газа и переводить рычаг в нужный режим. Вместо сцепления у АКПП используется гидротрансформатор. Этот механизм передает давление трансмиссионной жидкости из одной крыльчатки в другую. Тем самым обеспечивается плавное переключение передач. Автоматическую КПП, как правило, предпочитают начинающие автолюбители, так как она характеризуется следующими преимуществами:

• простота управления;
• машина не откатывается назад при начале движения;
• нет толчков и рывков;
• долгий срок службы конструкции;
• водителю не нужно самостоятельно переключать передачи;
• безопасность и комфорт.

Вариаторная

В этой КПП крутящий момент передается при помощи ремня. Придаточное отношение регулируется по мере изменения диаметра шкива. Эта коробка достаточно плавно переключает передачи, без рывков и толчков, может использоваться на малолитражках и тратит минимальное количество горючего. Недостатками данной трансмиссии являются медленный разгон автомобиля, невозможность буксировки прицепа, несовместимость с мощными ДВС.

Гидростатическая

Конструкция этой КПП позволяет передавать мощность силового агрегата к рабочим устройствам, которые находятся на дальних расстояниях. Как правило, такая трансмиссия применяется на дорожно-строительных машинах, всевозможных станках и других видах техники. Главное требование гидростатической КПП – повышенное качество технической жидкости.

Гидравлическая

Здесь за каждую передачу отвечает гидромуфта. Благодаря этому автомобилю передается наибольшая величина крутящего момента, без каких-либо рывков и толчков. Такую КПП, как правило, используют на железнодорожной технике.

Электромеханическая

Эта трансмиссия работает в паре с электромотором и, соответственно, используется в современных электрокарах. Она состоит из генератора тока, системы управления и электропривода для соединения рабочих узлов. Единственный минус этой КПП – ее сложно и дорого обслуживать.

Зависимость трансмиссии от типа привода

Конструкция трансмиссии отличается от типа привода, которым оснащено ТС. Сегодня существуют следующие вариации:

• передний;
• задний;
• полный.

В переднеприводных машинах применяется классическая цепочка. Вращение от силового агрегата передается только на передний мост через коробку переключения передач. В авто с системой 4WD обязательно присутствует межосевой дифференциал. Крутящий момент передается одновременно на передний и задний мосты, а раздаточная коробка распределяет вращение на полуоси. В заднеприводной коробке присутствуют все те же элементы, что и в переднеприводной. Разница только в ведущей оси. Также крутящий элемент в таких автомобилях передается с помощью карданного вала.

Что такое трансмиссия

Трансмиссия является одной из автомобильных систем, имеющих в своём составе различные узлы и детали. Их основная задача — передавать усилие от мотора на ведущий мост. Однако это лишь поверхностное представление о трансмиссии современного автомобиля, на самом деле она требует более подробного изучения.

Внимание. Система трансмиссии не только передаёт крутящий момент (КМ) от двигателя к колёсам машины, но и влияет на направление вращения и частоту, контролирует распределение усилия между осями.

Типы трансмиссий

На сегодняшний день в автомобильной промышленности нашли применение 4 типа трансмиссий.

Механическая коробка передач

Самой известной и старейшей является МКПП или механическая коробка передач. В этой трансмиссии вращение передаётся посредством работы шестерёнок, управление над которыми водитель осуществляет вручную.

Сильные стороны МКПП — довольно высокий КПД, хорошая экономия горючего, простота конструкции и надёжность, недорогое обслуживание. Что касается недостатков, то это низкий комфорт управления — современному автолюбителю не по душе каждый раз «дёргать» за ручку. Сегодня это неудобно, учитывая степень загруженности городских дорог и большое количество светофоров.

Несмотря на техническую архаичность, МКПП пока остаётся лидером среди остальных типов трансмиссий, устанавливаемых на автомобили в наши дни. Эксперты объясняют такой расклад низким бюджетом производства механических коробок передач.

Принцип работы «механики» осуществляется в паре со сцеплением. Узел позволяет временно разъединять силовой агрегат от трансмиссии, что даёт возможность быстро переключать передачи без ущерба для коробки и двигателя. Регулируется сцепление водителем из салона, путём нажатия ногой на педаль.

МКПП состоит из шестерёнок и осей валов. Сегодня большей частью применяются шестерни с косым зубом. Они менее шумные и прочные, отличаются максимальным сроком службы. Отдельного внимания заслуживают синхронизаторы, позволяющие обходиться без двойного выжима.

Роботизированная трансмиссия

«Робот» или роботизированная трансмиссия отличается от «механики» способом управления — здесь контролирует электроника, а не водитель. Хотя «робот» способен работать и в режиме полуавтоматическом, когда автомобилист сам переключает ступени, используя селектор или рулевые лепестки.

Плюсом роботизированной коробки можно смело назвать комфортность управления — нет необходимости каждый раз тянуть за рычаг. Что касается минуса, то основным является задержка при переключении, наблюдаемая многими владельцами автомобиля. Известны и другие недостатки — отсутствие плавности хода и резкие рывки.

Интересно. Озабоченные большим количеством недостатков роботизированной коробки передач, современные инженеры придумали эффективный выход из ситуации. В наши дни «робот» синхронизируют с 2 сцеплениями, что позволяет быстрее переключать ступени. Такой вариант называется селективной КПП.

Автоматическая коробка передач

«Автомат» или автоматизированная коробка передач — по популярности на втором месте после МКПП. Является сложной трансмиссией, состоящей из множества элементов, включая датчики. АКПП работает не со сцеплением, а с гидротрансформатором.

Принцип работы «автомата» схож с «роботом» тем, что переключение ступеней возможно как вручную, так и без помощи водителя. Однако АКПП не имеет характерного недостатка роботизированной коробки передач — резких рывков при переключении скоростей.

Недостатком АКПП по праву названа дороговизна. Её однозначно нельзя назвать и экономичной для автовладельца — расходует много масла. Это наряду с тем, что ремонт «автомата» обходится в большую сумму.

Различают 2 типа АКПП: с гидравликой и электроникой.

1. Гидроавтомат считается самой простой коробкой, работающей в паре с турбинами рабочей жидкости.
2. Электронная АКПП — модернизированный вариант гидроавтомата, позволяющий выбирать режимы Sport, Econom и Winter.

Бесступенчатая трансмиссия

Вариатор — это коробка, не имеющая ступеней переключения. Она так и называется — бесступенчатая КПП. Передача КМ в такой трансмиссии осуществляется цепью или ремнём, а передаточное соотношение регулируется шкивом.

Основные достоинства вариатора: увеличение ресурса автомотора, плавность хода и полное отсутствие рывков при передвижении. Что касается недостатков, то это медленный разгон и дорогое обслуживание.

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Трансмиссию иначе можно назвать совокупностью определённых механизмов и агрегатов. Помимо КПП, в их число входят: сцепление, главная передача, дифференциал и кардан.

Диск сцепления

Путём воздействия на сцепление при остановке машины водителю не приходится глушить двигатель — включается нейтральная скорость, и коробка отсоединяется от мотора. В процессе езды сцепление вновь совмещает вращающийся двигатель и коробку.

Основная задача сцепления — соединять и отсоединять КПП с двигателем, делая это как можно плавнее. Размещается узел между силовой установкой и коробкой передач.

В трансмиссии автомобиля сцепление играет роль проводника. Именно оно передаёт усиление с объекта на объект. Управляет механизмом водитель, сидящий за рулём машины. Посредством педали он воздействует на привод, соответственно, осуществляется передача усилия.

Различают 3 типа привода, хотя в автомобилестроении чаще применяются лишь два: механический и гидравлический. Электрогидравлический привод такое распространение не получил.

Сцепление состоит из ряда функциональных элементов:

• дисков, тесно взаимосвязанных между собою;
• маховика, соединённого с корзиной — относится к самым прочным элементам, выдерживающим большие нагрузки;
• вилки выключения, разжимающей диски при нажатии педали;
• первичного вала коробки, на который передаётся КМ.

Принято различать «сухое» и «мокрое» сцепление.

1. Первый тип осуществляет передачу усилия напрямую между диском мотора и КПП, благодаря силам трения. Он часто устанавливается на внедорожники, оснащённые полным приводом.
2. «Мокрое» сцепление — использует гидротрансформаторное масло. Жидкость находится между обоими дисками. Такой вариант более надёжен, но стоит дороже обычного сцепления.

Главная передача

Это устройство предназначается для передачи КМ непосредственно к ведущему мосту. Состоит узел из полуоси, ведомой и ведущей шестерней, полуосевых шестерней и шестерней-сателлитов.

Основная задача главной передачи — увеличивать КМ силового агрегата и уменьшать частоту вращения ведущих колёс. На переднеприводных автомобилях этот узел расположен в КПП рядом с дифференциалом, а на заднеприводных — в картере моста.

Принято различать одинарную передачу и двойную, часто встречающуюся на грузовиках с увеличенным передаточным числом.

Дифференциал

Предназначен для передачи, изменения и распределения КМ. Один из конструктивных элементов трансмиссии. В зависимости от привода автомобиля располагается:

• в картере — задний привод;
• в КПП — передний привод;
• в раздатке — полный привод.

Конструктивная особенность дифференциала заключается в наличии планетарного редуктора. А в зависимости от зубчатой передачи, принято различать:

• конический дифференциал, используемый в качестве межколёсного;
• цилиндрический, который ставится между осями автомобилей с полным приводом;
• червячный — универсальный вариант, используемый и между колёсами, и между осями.

Дифференциал состоит из:

• корпуса или чашки, воспринимающей КМ от главной передачи;
• ведомой шестерни, жёстко зафиксированной на корпусе;
• осей с вращающимися сателлитами;
• шестерёнок.

Карданная передача

Кардан состоит из валов, промежуточной опоры, шарниров и шлицов, муфты.

1. Задний вал кардана наделён 2 шарнирами, позволяющими плавно передавать КМ от КПП к главной передаче при езде автомобиля по кочкам.
2. Шарниры с крестовинами дают возможность передачи КМ под углом.
3. Шлицы предназначены гасить колебания автомобильного кузова.

Кардан — это один из важнейших узлов. Если передача бывает неправильно отрегулирована, возникают сложности в работе трансмиссии: неприятный шум, вибрационные колебания и другие неисправности.

Назначение трансмиссии автомобиля

Тем самым, назначение трансмиссии — связывать двигатель с ведущим мостом автомобиля, передавать КМ и перераспределять его между колёсами, а также изменять и направлять вращение.

Внимание. Благодаря работе трансмиссии мощность ДВС трансформируется в полезный вращательный момент. Автомобиль легко стартует с места, и едет дальше с определённо заданной скоростью.

Основные симптомы неисправности трансмиссии:

• западание или заедание педали муфты;
• появление шума в области сцепления;
• наличие рывков при старте;
• пробуксовка автомобиля;
• утечка трансмиссионной жидкости.

Чтобы трансмиссия максимально эффективно выполняла свои функции, рекомендуется регулярно её обслуживать, своевременно выявлять и устранять неисправности.

http://autoforeach.ru/korobki-peredach-sovremennyih-avtomobiley.html
https://naavtotrasse.ru/encziklopediya/transmissiya-klassifikacziya.html

Что такое трансмиссия