Механическая коробка передач для чайников: принцип работы, устройство и виды

01 октября 2016 Категория: Устройство автомобиля

Любой водитель, в том числе новичок, должен научиться разбираться в коробках переключения передач, а также понимать, что это такое, как работает и что выполняет.

Помимо вполне очевидной необходимости умения ею владеть, понимание принципа работы коробки, зная ее преимущества и недостатки, как обслуживать – это позволит вам в будущем избежать серьезных поломок, в том числе выхода из строя КПП автомобиля. Более того правильная эксплуатация коробки передач поможет не только избежать весьма дорогостоящего ремонта, но и увеличить срок службы двигателя автомобиля, а также по максимуму использовать его возможности.

В этой статье мы постараемся объяснить принцип работы механической коробки передач для чайников, сильно не углубляясь в конструкцию и избегая сложной автомобильной терминологии. Но для начала давайте разберемся с тем, что такое коробка переключения передач и для чего она, собственно, нужна. Также вкратце рассмотрим основные виды автомобильных трансмиссий.

Что такое коробка передач и за что отвечает?

Коробка передач, ее еще называют трансмиссией, хотя это не совсем правильно, представляет собой механизм, позволяющий изменять передаточное число системы привода с целью адаптации параметров двигателя к меняющимся потребностям во время вождения. Другими словами, коробка передач позволяет эффективно использовать энергию (мощность или крутящий момент), создаваемый двигателем в процессе сгорания топливно-воздушной смеси.

Это неотъемлемая часть автомобиля, без которого разгон был бы чрезвычайно долгим, подъем в гору невероятно трудным, а максимальная скорость сильно ограничена. Более того, без коробки передач движение автомобиля задним ходом стало бы невозможным.

Основные типы коробок передач

В настоящее время наиболее часто используемыми в автомобильной промышленности коробками передач являются:

• Механические коробки передач;
• Ступенчатые автоматические коробки передач;
• Ступенчатые полуавтоматические коробки;
• Бесступенчатые коробки передач.

На сегодняшний день существует множество подвидов каждой из трансмиссий. Поэтому любую из них можно также разделять по типу управления, количеству передач или другим параметрам. Ниже речь пойдет именно о механической трансмиссии.

Что такое механическая коробка передач и из чего состоит?

Механическая или ручная коробка передач – это та трансмиссия, в которой за изменение передаточных чисел, в упрощении «передач», отвечает водитель. В таких системах подходящая передача выбирается водителем с помощью рычага коробки передач и предварительного нажатия на педаль сцепления.

Механическая коробка передач состоит из совокупности валов с шестернями разного диаметра и количества зубьев, которые передают вращение от двигателя к колесам, а также механизма их перемещения. Именно этот элемент конструкции связан с рычагом, который использует водитель во время переключения передач.

Также в современных конструкциях используют синхронизаторы. Этот элемент является частью блокирующей муфты, который служит для выравнивания угловых скоростей муфты и зубчатого колеса. Синхронизаторы могут устанавливать как на определенные передачи МКПП, так и на все сразу. Они позволяют производить включения скоростей очень плавно и без каких-либо ударов.

Кроме того, в состав коробки входят и другие элементы, а именно:

• Подшипники, которые крепятся к валам.
• Различные уплотнения, предотвращающие утечку масла из корпуса коробки.

Механическая коробка передач: принцип работы для чайников

Существует множество разновидностей автомобильных МКПП, которые можно разделять по количеству передач, например 4, 5 или 6 ступенчатые коробки. По устройству такие коробки также бывают разными. Обычно МКПП легковых автомобилей разделяют на два основных типа:

1. Двухвальные;
2. Трехвальные.

Конструкция двухвальной МКПП более простая, в ней имеется два вала:

1. Ведущий вал, который передает вращение от двигателя к коробке переключения передач.
2. Ведомый, с которого вращение передается колесам.

На каждом из валов есть свой комплект шестерен, взаимодействующий друг с другом.

В случае если автомобиль оборудован более сложной трехвальной трансмиссией, то конструкция его будет совершенно другой. В современной коробке данного типа располагается три вала:

1. Первичный вал, на котором находится только одна шестерня, получает крутящий момент от двигателя через муфту сцепления и передает его на промежуточный через зубчатую передачу.
2. Промежуточный вал, шестерни которого жестко зафиксированы. Их количество чаще всего соответствует числу возможных скоростей (передаточных чисел) механической коробки передач.
3. Выходной вал. На нем имеется такое же количество зубчатых колес (свободно вращающихся на подшипниках), как и на промежуточном. Причем все они находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.

Зубчатое колесо промежуточного вала начинает передавать крутящий момент только после того, как одна из шестерней, которая свободно крутится на выходном валу, не заблокируется специальным блокирующим механизмом. Это происходит в момент, когда водитель включает одну из передач.

Стоит отметить, что это далеко не единственная конструкция коробки данного типа. Встречаются механические коробки передач, принцип работы и структура которых совершенно другая. К примеру, существуют трансмиссии, в которых переключения передач происходит с помощью передвижных шестерней-кареток. Такая система часто встречается на тракторах.

Зачем нужны разные шестерни в МКПП?

Дело в том, что шестерни разных размеров обладают разным количеством зубьев. Изначально ведущий вал в любой механической коробке передач вращается со скоростью, указанной на тахометре. Но вот ведомый вал будет вращаться с совершенно другой скоростью. В зависимости от выбранной передачи (по факту, выбранной шестерни) ведомый вал может совершать обороты как быстрее двигателя, так и медленнее.

Ради эксперимента попробуйте вдавить «газ в пол» на первой и, скажем, на третьей передаче. В первом случае (на большинстве автомобилей) вы получите скорость не более 60-80 км/ч, а вот на третьей – гораздо выше. Правда, вам следует избегать подобных экспериментов, чтобы не перегреть двигатель.

Тогда почему бы не ездить все время, например, на пятой передаче, раз она позволяет достичь высокой скорости? Давайте попробуем разобраться в этом на примере бегуна. Да, непосредственно к автомобилю это мало относится, однако наша задача рассказать так, чтобы был понятен принцип работы механической коробки передач для чайников.

Представьте себе крутой склон, на вершину которого нужно добраться, и бегуна, собирающегося это сделать. С разбега взбежать на склон он не сможет, так как ему не хватит сил. Но зато он может, сбавив скорость, медленно взобраться на вершину, после чего продолжить бег. С автомобилем, который едет в гору, все будет точно также. Именно поэтому при заезде на склон водитель, управляя машиной, чтобы облегчить работу мотора должен пользоваться более низкой передачей. Объясняется это тем, что у более низкой передачи более высокий крутящий момент (сила, с которой вращается коленчатый вал).

А вот при движении по автостраде, где крутящий момент не настолько важен, чем скорость вращения колес, уже можно переходить на высокие передачи. Сам ведущий вал МКПП не сможет вращаться со скоростью, позволяющей достичь высоких скоростных показателей автомобиля. Поэтому водителю придется перейти на более маленькую шестерню, то есть повышенную передачу, которая обеспечит более высокую скорость вращения ведомого вала, тем самым пожертвовав крутящим моментом.

По этой же причине очень сложно, а в некоторых случаях практически невозможно сдвинуть полуторатонный автомобиль с места, скажем, на пятой передаче. Слишком маленькая мощность, передающаяся на колеса, не позволит тронуться с места.

Зато двигателю этой мощности хватит, чтобы ускориться, если автомобиль уже будет двигаться с какой-то скоростью, то есть когда ведомый вал уже вращается. Если машина идет по шоссе, то нужно лишь слегка прибавить газа, чтобы мотор ускорил вращение и увеличил скорость автомобиля.

Получается, что водитель, исходя из дорожных условий и желаемой скорости движения, последовательно переключает при помощи рычага пары шестерен на валах с разным количеством зубьев, которые соответствуют заданным передаточным числам. Более подробно читайте об этом ниже.

Полезное видео, механическая коробка передач для чайников (принцип работы, конструкция, разновидности), обязательно смотрим:

Передаточное число механической коробки передач

В свою очередь передаточное число – это отношение скорости вращения ведущего колеса к скорости вращения ведомого колеса. Если сказать более правильно, то это отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой. Шестерня в коробке передач – это не что иное, как реализация определенного передаточного числа, то есть определенной конфигурации расположения взаимодействующих зубчатых колес, а именно ведущего и ведомого.

Таким образом, включая какую-либо скорость в коробке передач, мы запускаем определенное передаточное число зубчатых колес. Например, когда обе шестерни (ведущая и ведомая) имеют одинаковый диаметр и равное количество зубьев, тогда мы имеем дело с передаточным отношением 1:1. То есть, на один оборот ведущей шестерни приходится одно вращение ведомой шестеренки.

Когда ведущее колесо по размерам меньше ведомого, другими словами скорость вращения ведущей шестерни выше, чем ведомой, то мы получаем передаточное отношение, которое обеспечивает мощный крутящий момент и большую движущую силу, но в то же время это препятствует достижению высоких скоростей. В механической коробке передач максимальную тягу обеспечивает именно первая передача.

С другой стороны, когда ведущее колесо больше, чем ведомое, точнее скорость вращения первого ниже, чем второго, тогда получается передаточное число, при котором значение крутящего момента будет относительно низким, но скорость вращения ведомой шестерни сможет обеспечить высокие обороты. Наиболее высокую скорость в механической коробке осуществляет именно пятая или шестая передача, если речь идет о шестиступенчатой МКПП.

Таким образом, переключая скорости в механической коробке передач на более высокие (изменяя передаточные числа), мы увеличиваем максимальную скорость транспортного средства за счет крутящего момента, то есть движущей силы, передаваемой на ведущие колеса автомобиля. В случае переключения на пониженную скорость, мы меняем передаточные числа в коробке на те, которые за счет снижения максимальной скорости обеспечивают больший крутящий момент на ведущих колесах.

Универсального совета, на какой скорости нужно включать определенную передачу, естественно не существует. Ведь у каждой марки и модели автомобиля определенный двигатель и тип коробки передач, в которой размеры шестерен на каждой передаче могут существенно отличаться. В данном случае следует полагаться на свои ощущения. Вы должны чувствовать, когда динамика автомобиля падает, и переключать передачу в соответствии с выбранным скоростным режимом.

На этом все! Сегодня мы разобрали принцип работы механической коробки передач для чайников. Надеемся, наша статья оказалась вам полезной и понятной. Свое мнение можно оставить в комментариях.

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:

https://auto-pos.ru/80-printsip-raboty-mekhanicheskoj-korobki-peredach-dlya-chajnikov.html
https://pricurivatel.ru/vidy-i-tipy-korobok-pereklyucheniya-peredach