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:

Механическая коробка передач (МКПП) и ее предназначение

Большинство водителей не по наслышке знает, что такое механическая коробка передач. Очень часто можно услышать сокращенное название МКПП или простонародное – механика. Эта коробка представляет собой сложный механизм, преобразующий механическую энергию в движение. Благодаря ей автомобиль может изменять скорость и направление своего движения, а также крутящие моменты и силу.

Виды и типы механической коробки

Существует своя классификация МКПП. Рассмотрим все подробнее. По способу зацепления коробки можно разделить на:

• зубчатые цилиндрические передачи. Обладают такими плюсами, как надежная работа, долгий срок службы. В свою очередь, они могут быть шевронными, косо- и прямозубчатыми. Прямозубые просты в изготовлении, но доставляют немалый шум при работе. Все это приводит к быстрому износу. Косозубчатые отличаются особой плавностью при переключении, незначительным шумом и высокими рабочими характеристиками. Шевронные передачи особенно плавны в работе;
• конические передачи. У них пересекаются оси входного и выходного вала, что позволяет изменять направление кинетической энергии;
• червячные. Обладают низким КПД, но высоким передаточным числом;
• волновые. Являются износостойкими с высоким числом передачи;
• цепные;
• винтовые.

По трению механическая коробка переключения передач бывает: ременная и фрикционная.

Назначение МКПП

Механическая КПП предназначена для изменения крутящего момента. Своим названием она обязана механическому способу переключения скоростей (передач). Эта коробка по классификации относится к ступенчатым, так как изменения происходят по ступеням. А ступенью, в свою очередь, обозначается пара шестерней. Каждая такая пара имеет свое передаточное число.

Для механической коробки передач характерно следующее количество ступеней:

• 4-ступенчатая МКПП
• 5-ступенчатая МКПП
• 6-ступенчатая МКПП
• выше.

Широкое распространение получила 5-ступенчатая КПП, которая установлена почти на все ВАЗы, даже на тюнингованных ВАЗ 2109 также стоит механика. Каждая механическая КПП имеет свою конструкцию. Наиболее широко распространены двух- и трехвальная КПП. Последняя чаще всего используется в заднеприводных машинах, а первая – на переднеприводных коробках. Каждая из них имеет существенные отличия.

Устройство и принцип действия трехвальной МКПП

В своем составе такая МКПП имеет следующие составляющие. Это ведущий вал и его шестерня, промежуточный вал и его шестерни, ведомы вал и его шестерни, синхронизатор коробки передач, механизм для реализации переключения и корпус.

Эта коробка передач работает следующим образом. При нейтральном положении рычага передача крутящего момента не происходит. Как только рычаг начинают перемещать, то начинает двигаться и муфта синхронизатора. Синхронизатор КПП позволяет синхронизировать скорости ведомого вала и его шестерни. Как только достигается нужное значение, то зубцы муфты и шестерни сцепляются и замирают.

Начинается передача крутящего момента на двигатель, а затем от него на ведущие колеса авто. При этом передаточное число равно заданному числу. Такая коробка может также реализовывать задний ход. Это достигается путем использования промежуточного вала и его шестерни, движение которых происходит в обратную сторону. Эта шестерня имеет отдельную ось.

Устройство и принцип действия двухвальной МКПП

Данная коробка передач имеет следующую конструкцию. Она состоит из таких элементов, как ведущий вал и шестерня, ведомый вал и шестерня, муфта синхронизатора, дифференциал и главная передача, а также корпуса и механизма для реализации переключения.

Принцип работы механической коробки передач несложен и во многих чертах похож на работу трехвальной коробки передач. Отличительной же чертой является работа механизма по реализации переключения передач. Рычаг при такой коробке может двигаться вдоль и поперек. Когда рычаг начинает двигаться поперек, то усилие переходит на трос. А он передает действие на трос по выбору нужной передачи. Происходит поворот вокруг оси и выбор заданной передачи.

Если затем происходит движение рычага вдоль, то усилие переходит на трос передач и далее на рычаг передач. Этот рычаг перемещает шток по горизонтали, и соответствующая вилка перемещает нужную муфту синхронизатора. Муфта, в свою очередь, блокирует движение шестерней. Таким образом, происходит передача крутящего момента через двигатель на ведущие колеса автомобиля.

Плюсы авто с МКПП

Автомобиль, оснащенный МКПП, имеет свои плюсы:

• происходит экономный расход топлива;
• машина быстрее набирает скорость в начале движения;
• такая КПП понравится любителям спортивной езды;
• позволяет осуществлять торможение на передаче.

Однако стоит учитывать, что механика сложнее в управлении и требует определенных навыков. При плавной работе со сцеплением, автомобиль будет также ехать. Требует наибольших умений трогание с места. Здесь нужно умело использовать сцепление и газ. Но владельцы серьезных тюнингованных шестерок не парятся по этому поводу.

А вот наглядное видео, как работает механическая коробка передач:

От салфетки до раллийной трассы – как построить гоночную машину

На гонке зрители обычно видят итог огромной работы, который подводит пилот автомобиля вместе со штурманом. Но до того как оказаться на кольце или гравийке, машина проживает целую жизнь – от рождения в виде эскизов на салфетках и компьютерного моделирования до тестовых испытаний гоночной трассой.

О том, как все происходит от и до, как попадают в эту профессию, каково работать с Алексеем Лукасом Люкьянюком и что такое постройка собственного раллийного автомобиля с нуля – Matador.tech рассказал инженер-конструктор петербургской компании Spectrum Suspension. Фирма разрабатывает и производит амортизаторы для гоночной техники в частности и широкого спектра особых транспортных средств – от квадроциклов и снегодоходов до здоровенных джипов и багги. Сергей Трухин, как и многие питерцы, — фанат ралли, сам строил себе гоночный автомобиль, поэтому в «Спектрум» он проектирует шасси раллийных автомобилей.

Инженер-конструктор Сергей Трухин (слева) с гонщиком Максимом Белюковым на тестовых заездах

Как все начиналось

Мое увлечение ралли и всем сопутствующим началось еще в универе. А там познакомился с техкомиссией, а дальше и с гонщиками. Стал ездить на гонки, смотреть, снимать фото и видео. Чуть позже выступал в роли штурмана, а дальше вписался в долгострой своей машины, на которой отрабатывал свои идеи и наталкивался на ограничения регламента. А так как финансы не позволяли сделать все в короткие сроки, то пока строил – меняли правила. И все это превращалось в финансовую дыру. Много усилий и мало удовольствия. От той постройки одно важное осталось – опыт.

Затем работал с коллегами, создав свое тюнинговое ателье, специализирующееся на Mitsubishi, в большей степени на доработках. Но хотелось создавать, развиваться, быть кем-то большим, чем просто программист/электронщик. И в Spectrum Suspension пошло развитие, так как я вижу возможность не только приблизиться к мировому уровню, а даже поконкурировать с ними.

Я стал понимать, что такое машина на дороге, что значит комфорт, а что – спортивная собранность. В руках побывало большое количество устройств шведского, голландского производства. Прочитал много книг и патентов по устройству спортивных амортизаторов и тем самым добился значительных улучшений на нашем производстве. Иногда доходит до того, что просто зазоры в сотые миллиметра играют роль. И я стал акцентировать на таких мелочах.

Тайны ремесла

Как это происходит? Сначала эскизы на салфетках, далее компьютерная модель, затем симуляция с расчетом усилий и сопротивлений. Потом чертежи превращаются в специальную программу для станка ЧПУ, который делает новые детали. Так недавно из-под моего «пера» родился клапан управления жесткостью для больших джипов. А благодаря слаженной команде вместе мы его быстро протестировали, убрали «детские болячки» и запустили в серию.

Я занимаюсь расчетом, компьютерным моделированием и геометрией раллийного автомобиля. Делаю так, чтобы машина не просто перемещалась в пространстве, а делала это на мировом уровне. И из-за этого приходится изучать иностранный опыт, учебники, литературу. Были попытки обратится к иностранным инженерам, но их помощь заканчивается как раз на том уровне, когда я начинаю задавать важные вопросы. Никто не хочет раскрывать тайн.

Пример расчета геометрии подвески автомобиля для кольцевых гонок

От амортизаторов – к гоночной машине с нуля

Компания, в которой трудится Сергей, имеет опыт в настройке подвесок многих машин и сейчас строит автомобиль класса «Прото». Машины этого класса по своим характеристикам очень схожи с классом R5, который является в своем роде предварительной ступенью перед машинами WRC. FIA сделала свод правил, по которым можно построить нечто похожее на R5, но своими силами.

Минусы такой машины – нет возможности участвовать в Чемпионате мира. Но если пройти ряд сертификаций и получить омологацию некоторых узлов, можно ехать в национальных чемпионатах, что мы и планируем сделать. Плюсы – в первую очередь, цена. Ford M Sport или Skoda стоят от 250 тысяч евро. Машина класса Proto в три раза дешевле.

Эволюция автомобиля

Все так сложилось, что не создать этот прототип было невозможно. Все равно он бы появился. Тут и мое увлечение ралли, и собственный гоночный автомобиль, и необходимость проводить большее количество тестов амортизаторов. Мы собрали достаточно данных для постройки. Это были чертежи нашей заготовки – «Лады», трехмерные сканы узлов «Субару» и дополнительных деталей: радиаторов, бачков, печек и т.д. И я стал постепенно создавать глобальную 3D-модель нашего проекта. Начиная со скелета, который определяет, как будет шевелиться подвеска, и заканчивая дизайном внешнего вида.

По подвеске очень серьезно помогала английская и американская литература, а также пара знакомых, работающих в Aston Martin. Иногда помогали советами ребята, занимающимися таким же проектом в Польше.

Мы сразу планировали, что проект не единичный, и нам надо отработать повторяемость и быстрое изготовление серии. Так что первой машиной стал мул, на котором мы откатали первые наши «предположения» о том, как должен вести себя раллийный автомобиль на гравии. А второй – это уже предсерийная машина, на которой собраны уже подрамники нашего изготовления и оригинальная геометрия подвески. Если другими словами, то первая машина была с подрамниками Subaru Impreza STI, а вторая – с нашими. Также на машинах используются моторы марки Subaru. Трансмиссия на муле была просто стандартная с Subaru Legacy, а для спорта заказана секвентальная КП из Чехии.

На тестах

Машина в первой итерации была с заимствованием каких-то геометрических параметров Subaru. Но как только мы приступили к испытаниям, то поняли, что генетика «Субару» чувствуется, даже несмотря на другой вид машины. А нам нужна была машина, двигающаяся как R5. А это крены, клевки, перенос веса и ходы подвески. В общем, другой баланс машины. И вот вторая «Эволюция», созданная в компьютере в то время, как первая была на сборке, теперь реализована вживую. На ней с Лукьянюком отстраивали нюансы.

Как проходит работа с гонщиками?

Работать с Лукасом очень легко. Во-первых, тесты – это сжатые сроки. Много не порассуждаешь, да и Леша – занятой человек, приезжает прямо к подготовленной машине. Спорить? Нее. В чем с ним приятно – он не просто бизнес-драйвер. Он сам крутил гайки, а также изучал литературу о гоночных машинах. Он тоже отлично понимает кинематику, и когда на тестах что-то не нравится, он говорит прямо, что именно. И это классно! Это экономит кучу сил и времени. Можно настраивать шасси четко в нужном направлении.

На тестах с Алексеем Лукьянюком

Эмоции от дела жизни

Кайф, конечно, от результата. От того, что он не просто показатель в графиках или какой-то объект, а то, что это быстрая машина, которая может двигаться на пределе возможностей. Класс ощущать, когда на трамплине приземляешься как будто в пух. То есть вроде должен быть удар о землю, а его не происходит. Когда двигаешься по очень плохой гравийной дороге, а не замечаешь ни ям, ни камней. Кайф от того, что результат работы кому-то нужен.

А снижает мотивацию отсутствие обратной связи. Вроде можешь бессонную неделю провести в расчетах и в обнимку с динамометрическим стендом, стремясь достичь поставленной заказчиком характеристики амортизаторов. А после гонки может не прийти никакого отзыва. Или сухое «Окей, вроде едет».

Что сложное? Да все не просто дается. Особенно когда подходишь к грани исследований. И если обращаться за советами, то лишь к людям, которые разбираются в этом и, так сказать, в теме. К примеру, при проектировании шасси современного раллийного автомобиля у меня остаются открытые вопросы, но как только я нахожу инженера (к примеру, в команде, выступающей в ERC) и начинаю задавать такого типа вопросы, ответом может быть лишь тишина. Уже никто не хочет делиться секретами. Это с одной стороны угнетает, а с другой понимаешь, что, кажется, дошел до уровня, в котором конкуренция.

https://pricurivatel.ru/vidy-i-tipy-korobok-pereklyucheniya-peredach
https://avto-all.com/avtolyubitelyam-na-zametku/mehanicheskaya-korobka-peredach-mkpp-i-ee-prednaznachenie
https://matador.tech/articles/ot-salfetki-do-rallijnoj-trassy-kak-postroit-gonocnuu-masinu