Не стоит говорить о том, что современный автомобиль является сложным устройством, в котором находится много различных элементов, узлов и деталей. Из-за того что повышаются требования к безопасности, экономичности и комфорту, современные автопроизводители постоянно ищут способы усовершенствовать технические решения, модернизировать определенные узлы автомобиля. Не исключение в этом плане и механическая коробка передач, где важным звеном является ее переключение и которая работает на максимальных возможностях.
Коробка - это самый значимый элемент автомобиля и самый традиционный. Без него невозможно никакое движение и работа автомобиля. Принцип работы КПП - обеспечивать функции передачи крутящего момента от силового агрегата, то есть мотора, к колесам через карданный вал или напрямую (зависит от привода).
Модернизация МКПП заключается в том, что если раньше они преимущественно выпускались кулачкового типа, то в наше время они больше похожи по своим характеристикам со спортивными вариантами коробок. Такая коробка механика отличаются от КПП старых версий тем, что нет больше возможности перескакивания скоростей при изменении той или иной передачи. Это же в свою очередь, рассматривается, как отличное решение, повышающее не только комфорт управления, но и безопасность.
Устройство
Любая механическая коробка состоит из отдельных элементов, каждый из которых очень важен. Ниже приведены они в виде списка.
- Картер является самым важным элементом МКПП. Практически все основные элементы и детали различного типа находятся здесь. Сам картер КПП соединен с картером сцепления, а тот сидит, как известно, на двигателе. При постоянной работе коробки картер испытывает невероятные нагрузки. По этой причине его смазка маслом должна осуществляться постоянно и в нужном количестве. Специальное трансмиссионное масло предназначено для этих целей. Хотя в некоторых моделях коробок можно заливать и моторное;
- Валы с шестернями (первичный, вторичный, промежуточный, дополнительный). Валы осуществляют свой принцип действия, вращаясь в подшипниках, находящихся в картере. Кроме того, они имеют шестерни, на которых расположено разное количество зубьев;
- Синхронизаторы, необходимые для плавной работы. Когда водитель переключает передачи на МКПП, именно синхронизаторы в ответе за плавную и бесшумную работу;
- Специальный элемент, отвечающий за переключение скоростей с замковым и блокировочным устройствами. Служит, понятно, для того чтобы смены в коробке проходили под управлением водителя, меняющего рычаг из салона. Примечательно, что замковое устройство, которым снабжено это устройство, ограничивает одновременное включение двух передач одновременно во время работы. Что касается блокировочного замка, то он не пускает передачам включаться самопроизвольно;
- Рычаг, меняющий положения скоростей и тоже отвечающий за переключение в процессе работы.
Передаточное число и с чем его едят
Если попытаться объяснить работу МКПП другими словами, то это будет выглядеть примерно так. Допустим, представим перед собой визуально две шестерни с разными количествами зубьев. К примеру, коробка, где шестерни 20 против 40. Что это означает? А то, что при 2-х оборотах шестерни с 20-ю зубьями, вторая шестерня сделает всего-то один оборот. И таким образом, передаточное число или ПЧ в данном случае равно 2-м.
Получается, что если у 4-х шестерен, размещенных в коробке, различное количество зубьев: 20х40х20х40, а первичный вал будет вращаться со скоростью 2000 об/мин, то проводим простые арифметические действия, чтобы стал ясен принцип работы. Первая шестерня на 20 зубьев работает со скоростью 2000 об/мин, вторая с 40 зуб - в два раза медленее, последующая 3-я будет вращаться со скоростью 1000 об/мин, так как закреплена на одном и том же валу со 2-ой, а 4-я шестеренка уже получит вращение самое минимальное - 500 об/мин.
Механическая коробка передач, по сути, осуществляет внутри себя принцип изменения передаточного числа. Если заходит 2000 об/мин, то выйдет 500.
Нейтральная передача и холостой ход
Конечно же, только этим не ограничивается схема работы передаточных чисел. Тут еще надо учесть много нюансов, среди которых, можно выделить вывод из зацепа последних двух шестерен из примера. В случае вывода зацепа, уже вторичный вал вращаться, ясно что, не будет. В это же время прекращается передача крутящего момента и на колеса автомобиля. По другому такая ситуация в коробке передач называется нейтральной передачей - холостым ходом двигателя.
Что касается заднего положения, то здесь на лицо обратное вращение вторичного вала. В действие такое вращение приводится 4-м валом, наделенным шестерней заднего хода.
Если такое объяснение работы МКПП сложно для понимания, можно сравнить передаточные числа и их функции с работой велосипеда. На нем имеются звездочки, которые тоже имеют различное количество зубьев. Так, если включается в работу звездочка с наибольшим количеством зубьев, крутить педали становится легко, но скорость падает. И наоборот, переключаясь на звездочку с меньшим количеством передач, повышается скорость, но затрудняется вращение.
Как правильно ездить на МКПП
В заключение приведем несколько советов, которые помогут сделать так, чтобы коробка передач типа механика и ее работа доставляла только удовольствие.
- Рекомендуется учиться вождению на автомобиле, где стоит такая коробка передач, на ровной поверхности. Это позволит лучше слышать работу мотора, тем самым, грамотнее переключать передачи;
- Надо запомнить, что педаль сцепления всегда находится в левой части от водителя, а с правой - педаль акселерата. В середине тормоз;
- Задействуя педаль сцепления, надо знать о том, что в этот момент правильнее всего переключать нужную передачу. Сцепление нужно выжимать до упора, чтобы не было никакого скрежета;
- Сиденье водителя рекомендуется отрегулировать так, чтобы выжимание сцепления не представляло никаких затруднений;
- Выжимая сцепление, не спешите опускать педаль. Именно в таком положении лучше всего почувствовать разницу между педалями;
Коробка передач типа механика на автомобиле - это шанс в полной мере управлять своим автомобилем. В отличие от АКПП механическая коробка дает больше возможностей выжимать из двигателя автомобиля.
Каждый автолюбитель видел или даже управлял автомобилем с МКПП, ведь обучение в большинстве автошкол проходит, как правило, на «механике». Но не каждый знает историю происхождения этого агрегата, принцип его работы, преимущества и недостатки. Именно об этом мы и поговорим в данной статье.
Автоледи и механическая коробка передач - понятия несовместимые. Поверьте, управлять автомобилем, красить губы, разговаривать по телефону и переключать передачи - реально сложно.
Для начала давайте разберемся какая расшифровка у абревиатуры МКПП и что это вообще значит. МКПП расшифровывается как механическая коробка переключения передач и означает это то, что переключение передач осуществляется механическим путем, то есть вручную.
Если попытаться провести краткое описание механической коробки, то можно сказать, что она представляет собой блок со множеством шестерен внутри, который вплотную прилегает к двигателю и передает его энергию на колеса. Взаимодествие с МКПП происходит с помощью рычага переключения передач и педали сцепления.
Появлению механической коробки передач мы обязаны женщине. Да-да, вы не ослышались и этой женщиной была никто иная, как супруга Карла Бенца Берта Бенц. Именно она, после завершения своего знаменитого «турне» на автомобиле «Motorwagen», высказала мужу свое недовольство по поводу того, что тяги двигателя не хватало, чтобы преодолеть даже небольшой пригорок. Это произошло 5 августа 1888 года. Не отважившись спорить с женщиной, Карл Бенц в 1893 году выпускает автомобиль «Benz Velo», на котором крутящий момент от двигателя к колесам передавала 2-ступенчатая планетарная механическая коробка передач.
Берта Бенц - супруга Карла Бенца, первый автомобиль Бенца «Motorwagen» и знаменитое турне из Мангейма в Пфорцгейм и обратно, которое совершила Берта Бенц в 1888 году.
Дальше ручная трансмиссия или МТ (механическая трансмиссия) эволюционировала только за счет увеличения количества передач и процесс этот был довольно быстрым. Первые двухступенчатые коробки с задней передачей ставились еще на самые первые серийные автомобили марки Ford уже в самом начале 20 века. Трехступенчатые коробки также не заставили себя долго ждать и появились уже в 1910 году. Они применялись на европейских автомобилях, а в последствии и на американских. Трехступенчатые МКПП имели большое распространение вплоть до начала 1960-х годов.
Далее в свет выходят четырехступенчатые коробки, которые, кстати, появились очень давно, но в силу того, что первые образцы были без синхронизаторов, они не пользовались популярностью. Когда же в 1960-х годах 4-ступенчатая коробка передач обзавелась синхронизаторами, тогда она и получила свое широкое применение. В США «четырехступки» еще долго использовались только на спортивных автомобилях, а в Европе сразу стали устанавливаться практически везде.
Первая 5-ступенчатая коробка появилась тоже в 1960-х, но массовое применение она получила только через 20 лет. В таких коробках было четыре основных передних передачи, а пятая, повышающая была встроена в саму коробку. До этого повышающая передача (она же «овердрайв») представляла из себя отдельный агрегат.
В 1990-х появляются шестиступенчатые МКПП. Они тоже имели четыре основные скорости, но повышающих у них уже было две. Еще через 10 лет появляется 7-ступенчатая «коробка», которая обладает пятью базовыми и двумя повышающими передачами.
Механические семиступенчатые коробки передач устанавливались на спортивные автомобили Porsche 911 и Chevrolet Corvette Stingray, с целью более эффективного использования крутящего момента мощного двигателя.
На этом развитие МКПП пока что закончилось - конструкторская мысль ушла в развитие автоматических коробок передач. На данный момент потомками «механики» являются роботизированные коробки передач. Они имеют такое же устройство и технические характеристики, что и МТ, но переключают скорости и управляют сцеплением самостоятельно.
Устройство
Механическая коробка передач представляет из себя набор валов с шестернями. Все эти детали располагаются в одном корпусе. «Механика» бывает трехвальной и двухвальной.
Первый вариант устанавливается на автомобилях с классической компоновкой - переднемоторная заднеприводная. Это наши горячо любимые «копейки» и «шестерки». В такие МКПП входят первичный, вторичный и промежуточный валы.
Рисунок механической коробки передач, на котором видно, что конструкция «механики» довольно проста - набор шестерен, ведущий и ведомый валы, муфты переключения.
Первичный вал (он же ведущий) обеспечивает соединение коробки с маховиком двигателя через сцепление. Вторичный (ведомый) соединяется с карданным валом, а промежуточный служит для передачи вращения от первичного вала ко вторичному.
На первичном валу находится ведущая шестерня, которая приводит в движение промежуточный вал, а на нем, в свою очередь, расположен свой блок шестерен. Они жестко соединены с валом и, зачастую, являются с ним одним целым. На вторичном валу располагается набор ведомых шестерен, которые находятся в шлицах вала и перемещаются по ним. Также они могут вращаться в ступицах.
Трехвальные МКПП имеют большие габариты и вес, нежели двухвальные, но в них может быть реализована прямая передача крутящего момента от первичного вала сразу на выходной. Также трехвальные МКПП обладают возможностью достижения больших передаточных чисел и более широким силовым диапазоном, нежели их двухвальный конкурент.
Трехвальные «коробки» в данный момент устанавливаются на все автомобили с классической компоновкой, а также на грузовики и внедорожники.
На этой простой схеме указаны основные узлы трехвальной механической коробки передач.
На большинстве современных переднеприводных автомобилях устанавливаются двухвальные МКПП. В них крутящий момент передается от шестерен первичного вала на шестерни вторичного вала. Первичный вал, также как и у трехвальных МКПП, соединяется с двигателем, а вторичный передает крутящий момент на колеса. Располагаются валы параллельно друг другу.
Из-за отсутствия промежуточного вала такие коробки более компакты и имеют меньший вес, но из-за большого количества дополнительных шестерен КПД у этого типа МКПП ниже. Преимущество двухвальных МКПП заключается в возможности компоновочного объединения двигателя и трансмиссии в единый силовой агрегат относительно небольшого размера. Такие характеристики позволяют использовать этот тип МКПП в автомобилях с задним мотором и передним приводом, а также на тяжелых мотоциклах.
Принцип переключения передач
У МКПП между шестернями вторичного вала располагаются муфты включения передач. В зависимости от числа муфт коробки делятся на несколько типов – двухходовые, трехходовые, четырехходовые и так далее. Например, трехходовые МКПП имеют три муфты включения, каждая из которых может блокировать по две шестерни на каждом валу. Отсюда следует, что у трехходовой МКПП может быть 4 или 5 передач переднего хода. Четырехходовые могут иметь уже 6, 7 или 8 передач. Идем дальше.
На шестернях вторичного вала имеются зубчатые венцы. Они соединяются с задними торцами ведущего вала, а ответные венцы находятся на муфтах включения. Когда вы переключаете скорости, передвигая рычаг переключения передач, то за счет специального привода через ползуны приходят в движение вилки переключения передач, которые и перемещают вышеуказанные муфты. В МКПП есть специальный блокирующий механизм, который не допускает включения нескольких передач сразу.
Когда включающая муфта подходит к необходимой шестерни, их венцы соединяются и муфта блокирует шестерню передачи. Тогда они начинают совместное вращение, и таким образом крутящий момент направляется к колесам.
Анимированная схема переключения 4-ступенчатой коробки передач. Первый шток включает первую и вторую передачи, второй шток - третью и четвертую, а третий шток для задней передачи.
Чтобы переключения передач проходили без ударов и толчков, в МКПП предусмотрены синхронизаторы. Они выравнивают скорости вращения шестерни и муфты и не дают муфте произвести свою работу, пока указанные скорости не сравняются.
Управление «механикой»
Классический способ переключения передач в МКПП осуществляется с помощью специального рычага. Он располагается прямо на крышке коробки, либо соединяется с ней через удлинитель. Он-то и воздействует на вилки переключения передач, а управление самим рычагом осуществляете вы сами.
При такой схеме управления скорости включаются наиболее четко. Также эта схема отличается долгим сроком эксплуатации, но она обладает и недостатками. Классическая схема управления МКПП сильно зависит от компоновки автомобиля. Во многих случаях рычаг может быть вынесен вперед либо назад относительно водителя, создавая неудобные условия для переключения. Вдобавок, из-за того, что рычаг имеет непосредственный контакт с коробкой, на него передается вибрация от двигателя.
Вторая схема управления МКПП – когда рычаг располагается на расстоянии от коробки и соединяется с ней с помощью тяг. Такое решение позволяет устанавливать рычаг в удобном для водителя месте вне зависимости от компоновки автомобиля. Вдобавок, при такой схеме на рычаг не передается вибрация. Но у таких коробок есть свои особенности. Во-первых, тяги со временем разбалтываются, вследствие чего их необходимо регулировать или даже менять, а во-вторых наблюдается пониженная четкость переключения передач.
Рычаг переключения передач и педаль сцепления - обязательные атрибуты для управления механической коробкой. Если с педалью сцепления еще как-то можно смириться, то рычаг переключения доставляет трудности в управлении автомобилем, особенно у новичков и женщин.
Две вышеуказанные схемы являются основными. Но существуют также и другие. Например, переключение с помощью пневматических или электромеханических приводов. Такие схемы используются в основном на грузовиках, автобусах и сельскохозяйственной технике, поэтому мы не будем их подробно рассматривать. Также существует секвентальное управление «механикой». В нем скорости переключаются последовательно с помощью рычага-качалки, джойстика или «лепестков». Секвентальное переключение применяется в основном на спортивных автомобилях и мотоциклах. На таких МКПП, как правило, сцепление автоматизировано.
Преимущества и недостатки
И напоследок, давайте рассмотрим, в чем плюсы и минусы механических коробок передач. Начнем с приятного.
Стоимость МКПП ниже, чем у любых других коробок. Также дешевле их ремонт и стоимость обслуживания, да и требуются они реже, чем на автоматических коробках. Вдобавок механическая коробка передач имеет более долгий срок службы и при эксплуатации ее труднее сломать. В среднем в зависимости от модели механическая коробка «ходит» 200-300 тысяч километров, что в некоторых случаях сопоставимо со срок службы автомобиля. Особенности же автоматических коробок передач в том, что они имеют кучу всяких правил, которые осознанно или неосознанно автомобилисты часто нарушают, сокращая тем самым срок службы коробки.
Механическая коробка передач увеличивает динамические качества автомобиля, поскольку имеет более высокий КПД и технические характеристики, которые благоприятно влияют на разгон автомобиля. К тому же, учитывая сколько весит МКПП (25-30 кг), по сравнению с «автоматами», вес которых как минимум 50 кг, также ведет к снижению общей массы автомобиля.
К плюсам можно отнести также и большой набор техник вождения на «механике». Водитель вправе сам определять, как ему ехать. Особенно это актуально во время езды по бездорожью или по скользкой дороге.
Хороша МКПП и в «сломанных» ситуациях. Если у вас «механика», то вы сможете завести автомобиль «с толкача», а также буксировать его на любое расстояние и на любой скорости без ущерба для коробки, чего категорически нельзя делать на «автомате».
Такие особенности, как отсутствие необходимости в отдельной системе охлаждения и низкий расход топлива, также характеризуют «механику», как более выйгрышный вариант.
Пожалуй, единственным недостатком механической коробки передач является сам факт взаимодействия с ней - водителю постоянно нужно переключать скорости, синхронно манипулировать педалями газа и тормоза и следить за оборотами двигателя. Особенно это мешает в пробках и создает неудобства для начинающих водителей и для представительниц прекрасного пола.
Кто-то привыкает к этой необходимости, а кто-то так и не может смириться, но как бы то ни было механические коробки передач постепенно отживают свой век и по мнению экспертов скоро наступит время, когда новые автомобили вообще не будут комплектоваться механической трансмиссией. Технический прогресс неумолим и чем быстрее будут совершенстоваться автоматические коробки передач, тем быстрее люди будут отказываться от механических, но фанаты, для которых ощущение полного контроля над автомобилем ценее, чем комфорт, будут всегда.
На видео продемонстрировано как сделать механическую коробку передач своими руками… из 116 деталей Lego. Минус этой коробки в том, что вы не сможете на ней ездить, плюс - ей не нужно трансмиссионное масло.
Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения - так называемый вращательный момент - от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.
Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.
Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.
Ручное управление передачей
Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.
Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.
Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.
Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) - скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.
Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня"вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.
Работа акселератора
Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.
Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.
Автоматическая коробка передач
Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.
А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.
› Механическая коробка передач. Принцип работы, уход и эксплуатация.Механическая коробка передач
Механическая коробка передач (МКПП) представляет собой набор шестерен, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения.
Преимущества:
Наименьшая по сравнению с другими типами КПП стоимость и масса;
Высокие КПД, топливная экономичность и динамика разгона;
Простота и отработанность конструкции, а следовательно - высокая надежность;
Не требуют дорогостоящих расходных материалов, просты в обслуживании;
Благодаря жесткой связи двигателя с ведущими колесами, водитель может более эффективно использовать автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью;
МКПП допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии, поэтому такой автомобиль легко пускается «с толкача» и может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
Недостатки:
Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках, необходимость навыка для правильного выбора передачи и плавного переключения передач без рывков;
Ступенчатое изменение передаточного отношения;
Малый ресурс сцепления.
Ступенчатые механические коробки передач выполняются по двум схемам: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных и заднемоторных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы этих коробок передач имеют различия, поэтому они рассмотрены отдельно.
Трехвальная коробка передач
Как следует из названия, такая коробка имеет три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.
Ведущий вал соединяется со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Далее крутящий момент передается через шестерню, находящуюся на валу в жестком зацеплении, на промежуточный вал.
Промежуточный вал расположен параллельно ведущему валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.
Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Такое расположение осуществляется за счет подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и свободно вращается на нем. Между шестернями ведомого вала располагаются муфты синхронизаторов. Муфты имеют жесткое зацепление с ведомым валом, но могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На торцах муфты имеют зубчатые венцы, которые могут входить в соединение с соответствующими зубчатыми венцами шестерен ведомого вала. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах (кроме заднего хода).
Шестерня ведущего вала, блок шестерен промежуточного и ведомого вала находятся в постоянном зацеплении. При нейтральном положении рычага переключения крутящий момент от двигателя на ведомый вал не передается, а его шестерни свободно вращаются. При перемещении рычага КПП, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора, который обеспечивает выравнивание (синхронизацию) угловых скоростей шестерни ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. После этого, зубчатый венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Ведомый вал передает крутящий момент от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом. При соединении синхронизатором первичного и вторичного валов (минуя шестерни) образуется прямая передача. Передаточное число прямой передачи равно единице. На прямой передаче шестерни вращаются вхолостую и не изнашиваются, коробка работает с максимальным КПД. Движение задним ходом обеспечивается за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси. Шестерни трехвальной коробки передач обычно (кроме первой передачи и передачи заднего хода) делают косозубыми. Такие шестерни обладают повышенной прочностью, более долговечны и бесшумнее в работе, чем прямозубые.
Посмотреть анимированное изображение.
Двухвальная коробка передач
Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен, а не одна шестерня, как в трехвальной коробке. Промежуточный вал отсутствует. Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.
Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Однако прямой передачи в двухвальной коробке нет. Каждая передача, кроме заднего хода, создается одной парой шестерен, а не двумя, как в трехвальной коробке. Это повышает КПД двухвальной коробки, но не позволяет добиться большого передаточного числа. Поэтому и применяется она только в легковых автомобилях.
Как работает синхронизатор
Синхронизатор служит для бесшумного переключения передач путем выравнивания угловых скоростей включаемых элементов. Он состоит из ступицы 1, муфты 2, двух блокировочных колец 3, трех сухарей 4, двух проволочных колец 5. Ступица устанавливается на шлицах вторичного вала и жестко фиксируется. На ступице нарезаны наружные зубья и пазы под сухари. Муфта расположена на зубьях ступицы и в среднем положении удерживается сухарями, выступы которых входят во внутреннюю кольцевую канавку муфты. Сухари прижимаются к муфте упругими кольцами (как вариант, вместо колец могут использоваться подпружиненные шарики). Бронзовые блокировочные кольца имеют наружные зубья со скосами и впадины под сухари; ширина впадин несколько больше ширины сухарей. Кольцо может провернуться относительно ступицы на величину разницы ширины паза кольца и ширины сухаря. Для увеличения сил трения на конической поверхности кольца нарезана резьба и выполнены продольные канавки.
Работает синхронизатор следующим образом. При включении передачи вилка переключения перемещает муфту в направлении шестерни включаемой передачи. При перемещении муфты усилие через сухари передается на одно из блокировочных колец, которое вместе с муфтой перемещается относительно ступицы в сторону включаемой шестерни до соприкосновения с ее конической поверхностью. Вследствие разности угловых скоростей включаемой шестерни и ведомого вала на конических поверхностях возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора его в сухари. При этом зубья блокировочного кольца станут напротив зубьев муфты и дальнейшее перемещение муфты становится невозможным. После выравнивания угловых скоростей шестерни и синхронизатора сила, сместившая блокировочное кольцо, исчезает; под действием усилия водителя оно вернется в первоначальное положение, чему способствуют скосы на зубьях муфты и кольца. После этого муфта свободно проходит между зубьями блокировочного кольца и соединяется с зубьями малого венца включаемой шестерни. При этом гребни сухарей выходят из кольцевой проточки муфты, а сухари утапливаются, преодолевая упругую силу кольцевых пружин. Шестерня жестко соединяется со вторичным валом, передача включается. Весь процесс занимает время порядка милисекунд. С помощью одного синхронизатора можно поочередно включать две передачи в коробке.
Механизм переключения
Конструкция механизма переключения передач зависит от конструкции автомобиля. В заднеприводных рычаг располагается непосредственно на корпусе коробки передач. В этом случае весь механизм переключения расположен внутри корпуса коробки и рычаг напрямую воздействует на него. Плюсы такой схемы – простота, более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток - такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях. В этом случае применяется иная схема механизма переключения: рычаг располагается дистанционно (напольно, на рулевой колонке или на панели приборов) и связан с коробкой передач при помощи расположенных вне ее корпуса тросов либо тяг (называемых обычно «кулисой»). Плюсы такого решения - удобное расположение рычага КПП, отсутствие его вибрации и практически полная свобода в компоновке автомобиля. Однако, дистанционный привод менее долговечен и со временем допускает разбалтывание, что требует его регулировки или замены. Кроме того, чёткость переключения передач с таким механизмом переключения хуже, чем при непосредственном расположении рычага на корпусе КПП.
Несмотря на различия в конструкции привода включения передач, механизм включения в большинстве коробок передач имеет одинаковое устройство. Он состоит из подвижных штоков 1, расположенных в крышке коробки передач, и закрепленных на каждом штоке вилок 2. Вилки своими концами входят в пазы муфт синхронизаторов, а вилка включения заднего хода - в кольцевую проточку шестерни заднего хода. Также в любой коробке передач предусмотрены устройства, предохраняющие от неполного включения, самовыключения передачи и одновременного включения двух передач.
КПП с непосредственным приводом включения передач
При расположении рычага переключения 3 непосредственно на корпусе коробки передач его нижний конец входит в пазы головок подвижных штоков. Поперечное перемещение рычага, находящегося в нейтральном положении, приводит к выбору необходимого штока (передачи), а продольное - вызывает смещение штока, закрепленной на нем вилки и включение требуемой передачи.
Для удержания штока в нейтральном или включенном положении в нем выполнены гнезда, к которым поджимается пружиной шарик фиксатора. Штоки имеют по три гнезда под шарик фиксатора: среднее служит для удержания штока в нейтральном положении, а крайние - для фиксации одной из включенной передач. Шток вилки включения заднего хода имеет два гнезда: одно для фиксации штока в нейтральном положении, другое - во включенном положении передачи заднего хода.
Чтобы исключить одновременное включение двух передач, в приводе имеется замковое устройство. Один из вариантов его конструкции - три блокировочных сухаря 4. Два крайних сухаря установлены в отверстия задней стенки картера, а средний - в отверстии среднего штока. У штоков имеются гнезда для сухарей. При перемещении одного из крайних штоков он выдавливает из своего гнезда сухарь, который, перемещаясь, входит в гнездо среднего штока и одновременно сдвигает два других сухаря, блокируя и второй крайний шток. При перемещении среднего штока, он прижимает два крайних сухаря в гнезда крайних штоков. Тем самым неподвижные штоки оказываются в запертом положении.
КПП с дистанционным приводом включения передач
Если рычаг коробки передач располагается дистанционно, то, как уже упоминалось, он соединяется с коробкой с помощью тросов или тяг 1, которые через шток выбора передач 2 воздействуют на механизм выбора передач 3. На конце штока выбора передач крепится двуплечий рычаг 4, который при перемещении штока поворачивает трехплечий рычаг 5 механизма выбора передач. Трехплечий рычаг перемещает шток выбранной передачи с закрепленной на нем вилкой. Одно плечо трехплечего рычага служит для включения передач переднего хода, другое для включения заднего хода, а на третье плечо действует рычаг штока выбора передач. Блокировочные скобы 6 предназначены для предотвращения одновременного включения двух передач. Механизм включения передач состоит из штоков, вилок и шариковых фиксаторов.
Уход и эксплуатация
При эксплуатации коробки передач необходимо следить за уровнем масла в картере и доливать его в случае необходимости. Полная замена масла производится в сроки, указанные в инструкции по эксплуатации автомобиля. При грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в картере коробки, она не напоминает о себе практически до конца срока службы автомобиля. Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, то когда-нибудь обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями. Передачи надо переключать спокойным плавным движением, с небольшой паузой в нейтрали для того, чтобы сработали синхронизаторы.
Основные неисправности коробки передач:
Подтекание масла может быть следствием повреждения уплотнительных прокладок, сальников и ослабления крепления крышек картера;
Шум при работе коробки передач может возникнуть из-за неисправного синхронизатора, износа подшипников, шестерен и шлицевых соединений;
Затрудненное включение передач может происходить из-за поломок деталей механизма переключения, износа синхронизаторов или шестерен;
Самовыключение передач случается из-за неисправности блокировочного устройства, а также при сильном износе шестерен или синхронизаторов.
Трансмиссионные масла
В механических КПП и ведущих мостах заднеприводных автомобилей применяются трансмиссионные масла (в переднеприводных, как правило, используется моторное масло). Трансмиссионные масла работают в гораздо более легких условиях, чем моторные. Основное требование к ним - способность создавать прочную масляную пленку, выдерживающую большие нагрузки в зоне контакта деталей. Аналогично моторным маслам, трансмиссионные классифицируются по уровню эксплуатационных свойств API и классу вязкости SAE.
Согласно классификации API трансмиссионные масла делятся на пять классов: GL-1, GL-2, GL-3, GL-4, GL-5. Первые три класса применяются в тракторах, сельскохозяйственных машинах и грузовых автомобилях. Масла класса GL-4 предназначены для для механических коробок передач, раздаточных коробок и главных передач с цилиндрическими шестернями, GL-5 – для гипоидных передач. Бытует заблуждение, что масла класса GL-5 выше качеством, чем GL-4. Это не так! У них разные области применения. Масла для гипоидных передач содержат специальные противоизносные и противозадирные присадки, которые разрушительно действуют на цветные металлы. Поэтому если залить такое масло в коробку передач, оно неизбежно выведет из строя ее синхронизаторы.
Вязкость по SAE определяет температурный диапазон использования масла. Маркировка трансмиссионных масел аналогична маркировке моторных масел. Классификация содержит четыре зимних класса и пять летних. На практике сезоные масла применяют очень редко: срок их службы довольно велик, и проводить два раза в год замену не выходившего свой ресурс продукта экономически невыгодно. Поэтому в подавляющем большинстве случаев используются всесезонные масла. Самые распространенные для умеренного климата масла с верхним индексом вязкости 90. При выборе масла по низкотемпературному индексу ориентируются на следующие рекомендации: 75W-90 для суровых зим, 80W-90 для умеренных температур и 85W-90 для теплых зим.
Трансмиссионные масла выпускают на минеральной или синтетической основе.
Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП
Изобретая велосипед
Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.
Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.
Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.
От велосипеда к автомобилю
К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.
Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.
А теперь – к самой коробке передач
Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.
В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.
Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.
Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.
Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.
Включаем передачу
Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача
Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.
Синхронизаторы
Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.
Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.
Прямая и повышающая передачи
Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.
Двухвальные коробки передач
Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.
Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.
Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.
Вместо заключения
Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.