Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним из чего состоит механическая коробка передач - как работает.

Механическая «коробка» состоит из :

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Схема работы: 1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения; 3 - механизм переключения; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер.
Картер содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом .

Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает их от самопроизвольного выключения.

Требования к коробке передач

• Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
• высокий КПД
• легкость управления
• безударное переключение и бесшумность работы
• невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
• надежное удержание передач во включенном положении
• простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
• удобство обслуживания и ремонта

Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать число ступеней и их передаточные числа. При увеличении числа ступеней обеспечивается лучший режим работы двигателя с точки зрения динамичности и экономии топлива. Но усложняется конструкция, возрастают габаритные размеры, масса трансмиссии.

Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие - зубчатыми муфтами.

Как работают шестерни?

Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.

а) Передаточное отношение одной пары шестерен
Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») - 20, у четвертой («Г») - 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее - 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит - 2000 об/мин, а выходит - 500 об/мин. На промежуточном валу в это время - 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже - двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала в другую сторону , обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 - первичный вал; 2 - шестерня первичного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - шестерня и вал передачи заднего хода; 5 - вторичный вал.

Передаточные числа

Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:

Передачи	ВАЗ 2105	ВАЗ 2109
I	3,67	3,636
II	2,10	1,95
III	1,36	1,357
IV	1,00	0,941
V	0,82	0,784
R(Задний ход)	3,53	3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой . Как правило, это - четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.

Первая и передача заднего хода - самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) - они самые скоростные и экономичные.

Какие бывают неисправности?

Обычно они появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением - это приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.

Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в «коробке», она не сломается до конца срока службы.

Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.

В автомобиле тысячи запчастей и компонентов. Но , поэтому они играют более важную роль по сравнению с другими агрегатами автомобиля. К примеру, к очень важным частям любой машины относится коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы достичь колес и ваш автомобиль не тронулся бы с места.

Да, мы не должны владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но, что такое коробка передач обязан знать каждый водитель. Об этом сегодня и поговорим.

Есть два основных типа коробок передач, которые используются в большинстве автомобилей на мировом авторынке - ручная КПП и автоматическая. Сегодня мы остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя стоит отметить, что в последние годы набирают популярность другие виды трансмиссий. К примеру, коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника сама автоматически выжимает сцепление, но скорости переключает водитель. Также получили распространение бесступенчатые автоматические коробки вариатор (CVT). Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. Также в последние годы на рынке стали появляться автомобили без коробок. Как правило, автомашины без трансмиссии используют только электрический двигатель.

Прежде чем углубиться в описание принципа работы коробки передач, давайте обозначим основные термины:

Передача: В данном понимании передача представляет в коробке набор определенных шестерёнок, которые работая синхронно вместе, регулируют соотношение между скоростью двигателя и скоростью колеса. Также этот термин используется для описания каждой скорости коробки передач. К примеру, в автоматической коробки электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической трансмиссии водитель самостоятельно выбирает необходимую скорость.

Передаточное отношение: это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего.

Сцепление: Механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передачи (коробки).

Коробка передач: Механизм передачи крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.

Рычаг переключения передач: Рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и выбора нужной скорости.

Теперь перейдем непосредственно к описанию, как работают две наиболее распространенные коробки передач.

Механическая коробка передач

Несомненно, во всем мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, львиная доля всех проданных новых транспортных средств в 2014 года, были оснащены автоматической трансмиссией. Но тем не мене, . Как правило, механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и по своему принципу работы. Именно с нее мы и начнем.

По своей основной конструкции механическая коробка представляет собой набор зубчатых шестерен и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношения между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу определяет общее передаточное число определенной передачи.

Водитель выбирает нужную передачу , перемещая . Рычаг управляет движением передач вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад, выбирается нужный набор шестеренок для включения необходимой передачи. Как правило, при переключении рычага верх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит на разных валах.

Чтобы включить передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления, в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на коробку, поскольку двигатель отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную скорость, подключив нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления, и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и колеса.

Автоматическая коробка передач

Одно из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой, это то, что автоматическая трансмиссия не использует муфты. Как правило, автоматическая коробка использует гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки (от вала с набором шестерен).

Функция гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую в рамках этой статьи объяснить реально сложно. Для этого необходимо подключить математику и другие естественные науки. Но основной смысл прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и различные каналы на набор шестеренок. Когда двигатель работает быстро, то крутящий момент передается на валы напрямую.

Благодаря преобразованию крутящего момента, шестерни в коробки могут свободно делать свою работу без участия водителя. Но как коробка автоматически выбирает необходимую скорость, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную?

В отличие от механики где, как правило, конструкция коробки представляет два параллельных вала, использует планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от скорости.

Вместо ручного переключения скоростей используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется электроникой. Коробка управляется специальным модулем, в который запрограммированы все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма, электронная программа определяет какую передачу включить с помощью гидравлического автоматического управления.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"

"ТРАНСМИССИЯ"

«КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ»

Трансмиссия автомобиля (силовая передача )

обеспечивает передачу усилий (крутящего момента) от двигателя на ведущие колёса, а также преобразование (трансформацию) этих усилий в зависимости от условий движения.
К трансмиссии относятся все узлы и механизмы автомобиля, связывающие двигатель с ведущими колёсами.
Следует различать трансмиссии автомобилей с приводом на заднюю ось (а/м классической компоновки), с приводом на передние колёса и полноприводных автомобилей. Так же, будет различаться трансмиссия полноприводного автомобиля, сконструированного для эксплуатации в условиях бездорожья (внедорожник), от трансмиссии полноприводного автомобиля, созданного для дорог с твёрдым покрытием.
Колёсные формулы автомобилей с приводом на задние или передние колёса, пишутся – 4х2 (т.е., четыре колеса, два из которых – ведущие).
Колёсная формула автомобиля с приводом на переднюю и заднюю ось, пишется – 4х4 (т.е., четыре колеса – все колёса ведущие).
К механизмам трансмиссии относятся: сцепление , коробка передач (в том числеи коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы), карданная передача, главная передача, дифференциал , приводы ведущих колёс и некоторые другие механизмы.
Главная передача, коробка передач и раздаточная коробка (при её наличии) обеспечивают суммарное передаточное число трансмиссии автомобиля.

Коробка передач

служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов), передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним ходом.
Коробки передач, по характеру изменения , классифицируются на ступенчатые и бесступенчатые .

По способу управления переключением передач различают коробки:

С ручным управлением;

С полуавтоматическим управлением;

С автоматическим управлением.

По конструкции агрегатной части различают коробки:

Вальные с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления;

Вариаторные;

Комбинированные.

Вальные шестерёнчатые ступенчатые коробки передач с ручным управлением.

На автомобилях с ручным управлением трансмиссией применяются вальные ступенчатые коробки передач с зубчатыми передачами. Зубчатые передачи КП характеризуются фиксированными передаточными числами, обеспечивающими на всех режимах работы нужное соответствие между рабочими характеристиками двигателя и трансмиссии.

К основным элементам «ручных» коробок передач и элементам их управления относятся:

агрегат коробки передач с набором валов и зубчатых передач постоянного зацепления;

механизм переключения передач.

Конструкции коробок передач могут различаться в зависимости от компоновочной схемы автомобиля.
Широкое применение имеют двухвальные и трёхвальные коробки с косозубыми шестернями постоянного зацепления.
В единый блок с КП могут входить главная передача и дифференциал, а у автомобилей с приводом на обе оси, ещё и раздаточный узел (раздаточная коробка). С единым блоком также может компоноваться коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы (например, на лебёдку).
Коробки передач грузовых автомобилей дополнительно оборудуются мультипликатором (делителем) и/или демультипликатором*

*Делителем (мультипликатором) называется повышающий редуктор трансмиссии.
Демультипликатором называют понижающий редуктор трансмиссии.
Многовальные КП с делителями и демультипликаторами широко используют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности для увеличения числа передач с целью улучшения тягово-экономических свойств. Делитель устанавливают перед КП; обычно он имеет две передачи – прямую и повышающую. Демультипликатор размещают за КП; обычно он имеет две или три передачи. При применении указанных устройств число передач КП увеличивается и может достигать значения 24 или выше.

Устройство ручной трёхвальной коробки передач показано на рисунке 1.

Рис. 1. Трёхвальная ступенчатая коробка передач с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и ручным управлением.

1 – сальник первичного вала; 2 – задний опорный подшипник первичного вала; 3 – картер сцепления (фрагмент); 4 – кольцо установочное; 5 – передний подшипник вторичного вала; 6 – упорная шайба пружины синхронизатора четвёртой передачи; 8 – сапун; 9 – скользящая муфта синхронизатора; 10 – ступица синхронизатора; 11 – стопорное кольцо блокирующего кольца синхронизатора; 12 – блокирующее кольцо синхронизатора; 14 – ведомая шестерня третьей передачи; 15 – ведомая шестерня второй передачи; 16 – вторичный (ведомый) вал; 17 – ведомая шестерня первой передачи; 18 – втулка шестерни первой передачи; 19 – промежуточный подшипник вторичного вала; 20 – стопорная пластина; 21 – ведомая шестерня заднего хода; 22 – рычаг переключения передач; 23 – упорная подушка рычага переключения передач; 24 – упругая подушка рычага переключения передач; 25 – дистанционная втулка; 26 – запорная втулка; 27 – ведущая шестерня привода спидометра; 28 – сальник ведомого вала; 29 – фланец; 30 – гайка; 31 – уплотнитель центрирующего кольца; 32 – стопорное кольцо; 33 – центрирующее кольцо; 34 – задний подшипник ведомого вала; 35 – грязеотражатель; 36 – ведомая шестерня привода спидометра; 37 – задняя крышка КП; 38 – привод спидометра; 39 – вилка включения передачи заднего хода; 40 – ведущая шестерня заднего хода; 41 – промежуточная шестерня заднего хода; 42 – ось промежуточной шестерни заднего хода; 43 – задний подшипник промежуточного вала; 44 – ведущая шестерня первой передачи; 45 – муфта синхронизатора первой и второй передачи; 46 – корпус коробки передач; 47 – ведущая шестерня второй передачи; 48 – ведущая шестерня третьей передачи; 49 – пробка заливного и контрольного отверстия; 50 – крышка картера коробки передач; 51 – промежуточный вал; 52 – шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 53 – передний подшипник промежуточного вала; 54 – болт; 55 – зажимная шайба подшипника; 56 – шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 57 – пружинная шайба; 58 – стопорное кольцо; 59 – передняя крышка коробки передач; 60 – первичный (ведущий) вал.

Для обеспечения плавного и бесшумного переключения передач коробки оснащаются синхронизаторами .
Синхронизаторы (позиция 9 и 45 на рисунке 1) , при включении передачи уравнивают (синхронизируют) частоту вращения соединяемых элементов (валов и шестерён).
Состав синхронизатора показан на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство синхронизатора.

1 – ступица; 2 – скользящая муфта; 3 – блокирующее кольцо; 4 – пружина; 5 – стопорное кольцо; 6 – шестерня передачи с косозубым венцом постоянного зацепления; а – дополнительный прямозубый венец шестерни передачи; б – внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Работа простой зубчатой передачи

Изменение соотношения между числами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колёс автомобиля и изменение вследствие этого тягового усилия на колёсах производится посредством зубчатых колёс (шестерён), из набора которых и состоит коробка передач.
При вращении малой ведущей шестерни находящаяся с ней в зацеплении большая ведомая шестерня (рис. 3) будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз её число зубьев больше числа зубьев ведущей шестерни.
Отношение числа зубьев (равно как, диаметра или скорости вращения) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру или скорости вращения) ведущей шестерни, называется передаточным числом (D 2/ D 1 = n , где n – передаточное число пары шестерён, D2 и D1 – диаметр ведомой и ведущей шестерни, соответственно).
Чем больше передаточное число пары шестерён, тем значительнее изменяются число оборотов и крутящий момент, получаемые на валу ведомой шестерни по отношению к ведущей шестерне.

Рис. 3. Простая зубчатая пара.

На изменении передаточных чисел путём введения в зацепление шестерён с различным диаметром основано действие коробки передач, раздаточной коробки и коробки отбора мощности.
Задний ход автомобиля осуществляется способом введения в зацепление между ведущей и ведомой шестернями, так называемой промежуточной шестерни , в результате чего вал ведомой шестерни будет вращаться в противоположную сторону (см. рис. 4 В).

При работе передачи некоторая часть передаваемой мощности теряется на преодоление сил трения в самих шестернях, в опорах их валов и на взбалтывание масла. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия (кпд) передачи , который представляет собой отношение мощности полученной на валу ведомой шестерни, к мощности на ведущей шестерне.
Для цилиндрической зубчатой передачи кпд составляет примерно 0,98, а для конической пары шестерён примерно 0,97. Общий кпд нескольких зубчатых передач будет равен произведению кпд отдельных пар шестерён.

Работу зубчатых передач поясняет рисунок 4.

Рисунок 4. Схемы зубчатых передач.

Дополнительная информация.
Шестерёнчатые передачи широко применяются в различных приводах, включая приводы валов. Типичным примером такого привода может служить шестерёнчатый привод распределительного вала двигателя, где коленчатый вал и шестерня КВ являются ведущими, а распределительный вал и его шестерня – ведомыми.

Рисунок 5. Шестерёнчатый привод валов двигателя

Работа ручной шестерёнчатой трёхвальной четырёхступенчатой коробки передач

Трёхвальная коробка передач (см. рис. 1), имеет первичный (60), вторичный (16) и промежуточный (51) валы, а также ось (42) промежуточной шестерни (41) передачи заднего хода. Валы опираются на подшипники качения (2, 19, 34, 43 и 53), установленные в корпусе (46) коробки. Передний носок первичного вала (60) опирается на подшипник, запрессованный в выточку фланца коленчатого вала двигателя. Передний носок вторичного вала (16) лежит в игольчатом подшипнике (5), установленном в торцевой выточке шестерни (56) ведущего вала (60). Шестерня (56) ведущего вала (60) располагается на его заднем конце и изготовлена с валом, как одно целое.

На вторичном (ведомом) валу установлены косозубые шестерни первой (17), второй (15) и третьей (14) передачи и синхронизаторы (9 и 45) в сборе. Все шестерни передач переднего хода имеют дополнительный прямозубый зубчатый венец для соединения с синхронизатором. Шестерни установлены на валу свободно (т.е., не закреплены и могут вращаться независимо от вала). Синхронизаторы (9 и 45), в отличие от шестерён первой, второй и третьей передач, подвижно закреплены на шлицах вторичного вала посредством ступиц (10) и поэтому могут вращаться с валом только совместно, а также могут передвигаться по шлицам ступицы в осевом направлении. Синхронизаторы управляются водителем посредством рычага переключения передач (22) через штоки и вилки механизма переключения (на рисунке 1 показана только вилка (39) включения заднего хода).
Промежуточный вал (51) имеет четыре косозубые шестерни (44, 47, 48 и 52), выполненные совместно с валом (как одно целое). Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями вторичного вала (16), образуя пары зацепления (44 – 17, 47 – 15, 48 – 14, и 52 – 56).
При работающем двигателе, включённом сцеплении и нейтральном положении синхронизаторов (т.е., муфты синхронизаторов не заблокированы ни с одной из шестерён), что соответствует нейтральной передаче в коробке передач, ведущий вал (60) через шестерню (56), находящуюся в постоянном зацеплении с шестернёй (52) промежуточного вала (51), вращает этот вал вместе с его шестернями 44, 47 и 48 и, входящие с ними в постоянное зацепление шестерни 17, 15 и 14 ведомого вала (16). Так как шестерни 14, 15 и 17 сидят на валу свободно и не могут передавать вращение, вторичный вал (16) остаётся неподвижным. Крутящий момент на ведущие колёса не передаётся.
При включении любой из передач (например, первой передачи), скользящая муфта синхронизатора (в рассматриваемом случае – 45) посредством механизма переключения передач вводится в зацепление с дополнительным зубчатым венцом шестерни первой передачи (17) и, тем самым, блокирует шестерню (17) на валу (16). Передача крутящего момента осуществляется по «цепи»: первичный вал (60) и его шестерня (56) – шестерня постоянного зацепления (52) промежуточного вала (51) – шестерня (44) промежуточного вала (51) – шестерня (17) первой передачи вторичного вала (16) – вторичный вал (16) – далее на трансмиссию.
При включении второй или третьей передачи в КП вращение на вторичный вал будет передаваться через заблокированные синхронизатором шестерни, соответственно, второй или третьей передачи.
При включении четвёртой передачи, первичный вал (60) и вторичный вал (16) блокируются синхронизатором (9) «на прямую» через шестерню (56) первичного вала (60).

Работа синхронизатора.

Синхронизатор (см. рис. 2) состоит из ступицы (1), скользящей муфты (2), блокировочного кольца (3) и пружины (4).
Ступица шлицами посадочного отверстия установлена на шлицах вторичного (ведомого) вала коробки передач (вал на рисунке не показан).
Скользящая муфта шлицами посадочного отверстия сидит на внешних шлицах ступицы и может перемещаться по ним в осевом направлении посредством рычага переключения передач через штоки и вилки механизма переключения. Внутренняя, рабочая поверхность скользящей муфты (б) гладкая и имеет конусность (сужение конуса – внутрь муфты).
Блокировочное кольцо, как правило, латунное (бронзовое), совместно с пружиной закреплено посредством стопорного кольца (5) на дополнительном прямозубом венце (а) шестерни передачи (6). Зубья внутренней части кольца находятся в предзацеплении с краем прямозубого дополнительного венца шестерни. Внешняя поверхность блокировочного кольца имеет конусность (сужение в сторону скользящей муфты). На поверхность кольца нанесена маслосгонная «резьба» (накатка) и имеются поперечные маслоотводящие канавки. Накатка и канавки способствуют снятию и отводу с рабочей поверхности скользящей муфты излишек масла. Шестерня свободно сидит на ведомом валу КП (вал на рисунке не показан).
При включении передачи скользящая муфта надвигается на шестерню (6), сжимая пружину (4) и воздействуя на наружную конусную поверхность блокировочного кольца (3) своей рабочей поверхностью, также имеющей конусность. При «затягивании» конусных рабочих поверхностей блокировочного кольца, закреплённого на шестерне передачи и скользящей муфты, закреплённой на шлицах вторичного вала через ступицу (1), за счёт возрастающих сил трения происходит «притормаживание» вращающихся деталей и, уравнивание угловых скоростей их вращения. Когда угловые скорости сравняются, зубья внутреннего венца скользящей муфты войдут в зацепление с зубьями дополнительного венца шестерни передачи. Передача будет включена.

Устройство и работа ручной шестерёнчатой двухвальной пятиступенчатой коробки передач

Устройство двухвальной пятиступенчатой коробки схематически показано на рисунке 6.

На первичном валу (10) КП размещается комплект шестерён 1, 2, 4, 5 и 8 из которых шестерни 5 и 8 являются свободными, а шестерни 1, 2 и 4 изготовлены совместно с валом. Совместно с валом изготовлена и шестерня заднего хода (находится между шестернями 2 и 3).
На вторичном валу (15) размещаются шестерни передач 14, 16, 17, 18, 19 и ведущая шестерня главной передачи (13). Шестерни 13, 14 и 16 выполнены вместе с валом, шестерни 17, 18 и 19 свободные.
Передача крутящего момента от КВ двигателя через сцепление передаётся на первичный вал (10) коробки и, через его шестерни (1, 2, 4, 5 и 8) на шестерни (14, 16, 17, 18 и 19) вторичного вала (15). При включении передачи свободные шестерни первичного/вторичного вала через детали синхронизатора (3, 7 и 20) блокируются с самим валом и, крутящий момент с двигателя поступает на вторичный (ведомый) вал и далее через шестерни 12 и 13 главной передачи на дифференциал и привод ведущих колёс (11).

Рисунок 6. Схема двухвальной коробки передач.

1 – шестерня пятой передачи первичного вала; 2 – шестерня первой передачи первичного вала; 3 – муфта синхронизатора включения первой, второй передачи и передачи заднего хода; 4 – шестерня второй передачи первичного вала; 5 – шестерня третьей передачи первичного вала; 6 – корпус КП; 7 - муфта синхронизатора включения третьей и четвёртой передачи; 8 – шестерня четвёртой передачи первичного вала; 9 – картер сцепления; 10 – первичный (ведущий) вал; 11 – шарнир привода передних колёс; 12 – ведомая шестерня главной передачи; 13 – ведущая шестерня главной передачи; 14 – шестерня четвёртой передачи вторичного вала; 15 – вторичный (ведомый) вал; 16 – шестерня третьей передачи вторичного вала; 17 – шестерня второй передачи вторичного вала; 18 - шестерня первой передачи вторичного вала; 19 – шестерня пятой передачи вторичного вала; 20 – муфта синхронизатора включения пятой передачи.

На рисунке 7 схематично показаны направления потока мощности при включении соответствующей передачи.

Рисунок 7. Направление потока мощности в двухвальной коробке при включении передач переднего и заднего хода.

Направление потока мощности показано стрелками. Муфты синхронизаторов и шестерни, находящиеся под нагрузкой подкрашены розовым цветом.

Сдвоенные шестерёнчатые вальные коробки передач с двумя сцеплениями и автоматическим управлением.

Механическая шестерёнчатая коробка передач, сконструированная по принципу «две в одной», концептуально объединяет в агрегатном узле две полностью синхронизированные между собой, коробки передач, каждая из которых образует, так называемый «делительный механизм». Каждый из двух делительных механизмов имеет свой первичный и вторичный вал с набором шестерён. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на первичные валы каждого делительного механизма передаётся через двухдисковое или сдвоенное многодисковое (пакетное) сцепление. При этом за привод первичного вала каждого из двух делительных механизмов отвечает свой (один из двух) пакет фрикционов.

Принципиальная схема коробки передач показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Принципиальная схема КП с двухдисковым сцеплением.

1, 3, 5, 7 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 1;
2, 4, 6 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 2;
ГП – шестерни главной передачи;
Д – дифференциал.

Работа сдвоенной коробки передач.

От КВ двигателя крутящий момент через сцепление 1 поступает на первичный вал 1 и шестерни передач с ним связанные, а через сцепление 2 на первичный вал 2 и его шестерни.
Конструкция КП позволяет одновременно включать две передачи, но так как одномоментно только одно из двух сцеплений может быть в состоянии «включено» и, в связи с этим, лишь один делительный механизм находится в состоянии силового замыкания – одна из этих передач будет неактивной. Данная особенность конструкции КП и сцепления позволяет переключать передачи в коробке без разрыва потока мощности.
Делительный механизм 1 отвечает за включение нечётных передач переднего хода (1, 3, 5 и 7).
Делительный механизм 2 отвечает за включение чётных передач переднего хода (2,4 и 6) и передачи заднего хода (R).

Включение передач осуществляется автоматически через блок управления КПП, посредством соленоидов (электрических клапанов) или гидроклапанов, классическим для механических коробок механизмом переключения и синхронизации.
Передача крутящего момента с любого из двух вторичных валов осуществляется на ведомую шестерню главной передачи (ГП) и далее через дифференциал (Д) на валы ведущих колёс.

Рисунок 9. Устройство многовальной КП с пакетным сдвоенным сцеплением.

Для наглядности все валы КП изображены на одной плоскости.
СЦ 1 и СЦ 2 – сцепление 1 и 2; R – шестерня заднего хода.

Для лучшего понимания устройства на рисунке 9 показана конструкция вальной шестиступенчатой коробки передач с пакетным сдвоенным сцеплением.
Особенностью устройства КП является сборная конструкция из первичных валов.

Первичный вал 2 имеет осевую полость, в которой размещается и свободно вращается первичный вал 1. В первичном вале 1 выполнен осевой канал, в котором размещается вал привода шестерёнчатого масляного насоса. Каждый первичный вал имеет шлицевой «носок», посредством которого вал соединяется со сцеплением. На первичном вале 1, помимо шестерён, выполнен зубчатый ротор (маркерный диск) для датчика частоты вращения вала.

Сборная конструкция первичных валов КП показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Первичный вал коробки передач .

Устройство и работа механизма переключения передач .

По способу воздействия рычагом на исполнительные механизмы переключения передач различают три основных типа привода управления ручными коробками.

Прямой (непосредственный);

1. Тросовый.

Прямой привод управления
обеспечивает непосредственное воздействие рычага переключения передач на детали переключения – штоки и вилки, а через них на муфты переключения.
Пример такого типа привода показан на рисунке 11 применительно к раздаточной коробке.
К основным деталям привода относятся: рычаг управления коробкой – 13; штоки переключения – 2 и 10; вилки переключения – 1 и 14; муфты переключения – 24 и 54.
От самопроизвольного выключения передачу удерживает механизм фиксации, имеющий в своём составе подпружиненный шарик – 16, помещённый во втулку – 17.
При включённой передачи пружина вдавливает шарик в специальное углубление, выполненное в штоке, тем самым не позволяя штоку произвольно перемещаться в ползунах вследствие воздействия на него сил, возникающих при работе механизма (толчки, вибрации и т.п.).
Применительно к рисунку 11 можно видеть, что в каждом штоке имеется два углубления (условно – 1 и 2) под шарик фиксатора. Положение шарика фиксатора в углублении 1 соответствует состоянию - «нейтраль» (передача выключена). Положение шарика фиксатора в углублении 2 соответствует состоянию – «передача включена».
Устройство привода тягового и тросового типа можно посмотреть здесь.

Раздаточная коробка

служит для распределения (раздачи) усилия на ведущие мосты автомобиля.
Коробка передач и раздаточная коробка могут конструктивно объединяться в одном корпусе.

Раздаточная коробка автомобилей повышенной проходимости

имеет устройство сходное с коробкой передач и, как правило, две передачи – высшую (прямую) и понижающую, что удваивает общее число передач в трансмиссии и позволяет более точно и правильно подбирать передаточные числа в соответствии с условиями движения. Передачи синхронизированы.
В раздаточную коробку помещают механизм для включения/выключения одного из мостов и главную передачу с межосевым дифференциалом, если предусматривается постоянный (неотключаемый) привод на все колёса, а также механизм блокировки межосевого дифференциала.
Раздаточная коробка легкового автомобиля повышенной проходимости с понижающей передачей и возможностью блокировки межосевого дифференциала, показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Устройство раздаточной коробки полноприводного автомобиля повышенной проходимости.

1 – вилка муфты блокировки дифференциала; 2 – шток вилки блокировки дифференциала; 3 – защитный чехол штока; 4 – стопорная шайба; 5 – втулка оси рычага; 6 – ось рычага; 7 - рычаг; 8 – стопорный болт вилки; 9 – выключатель контрольной лампы блокировки дифференциала; 10 – шток вилки переключения передачи; 11 – соединительный рычаг; 12 – кронштейн рычага управления раздаточной коробкой; 13 – рычаг управления раздаточной коробкой; 14 – вилка муфты переключения передач; 15 – дистанционная втулка; 16 – пружина и шарик фиксатора; 17 – втулка пружины фиксатора; 18 – фланец ведущего вала; 19 – передняя крышка корпуса; 20 – сальник ведущего вала; 21 – упорное кольцо подшипника; 22 – передний подшипник ведущего вала; 23 – шестерня высшей передачи; 24 – муфта синхронизатора передачи; 25 – картер (корпус) раздаточной коробки; 26 – шестерня низшей передачи; 27 – задний подшипник ведущего вала; 28 – установочное кольцо подшипника; 29 – ведущий вал; 30 – втулка; 31 – ступица синхронизатора; 32 – задняя крышка корпуса; 33 – задний подшипник промежуточного вала; 34 – промежуточный вал; 35 – подшипник вала привода заднего моста; 36 – задний подшипник корпуса дифференциала; 37 – фланец; 38 – сальник вала; 39 – корпус дифференциала (задняя часть); 40 – опорная шайба шестерни; 41 – шестерня вала привода заднего моста; 42 – ось сателлитов; 43 – стопорное кольцо оси сателлитов; 44 – пружинная шайба; 45 – кронштейн подвески; 46 – упорная шайба сателлита; 47 – картер дифференциала; 48 – сателлит; 49 – ведомая шестерня дифференциала; 50 – корпус дифференциала (передняя часть); 51 – стопорное кольцо; 52 – пружинная шайба; 53 – передний подшипник корпуса дифференциала; 54 – муфта синхронизатора дифференциала; 55 - установочное кольцо переднего подшипника дифференциала; 56 – маслоотражатель; 57 – сальник вала; 58 – подшипник вала привода переднего моста; 59 – вал привода переднего моста; 60 – фланец; 61 – пробка сливного отверстия; 62 – ведомая шестерня привода спидометра; 63 – передний подшипник промежуточного вала; 64 – ведущая шестерня привода спидометра; 65 – пробка заливного отверстия.

Раздаточные коробки автомобилей с полным приводом

для дорог общего назначения (с твёрдым или грунтовым покрытием) имеют менее сложную конструкцию.
В коробках, как правило, отсутствует понижающая передача и все те механизмы, которые отвечают за её включение. Устройство раздаточной коробки с цепным приводом показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Бесступенчатая дифференциальная раздаточная коробка с цепным приводом.

Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ "Русская Техническая Школа".

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с , разобравшись с мифами и слухами о , мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

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.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

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.

Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?

Двигатели внутреннего сгорания, как бензиновые, так и дизельные, имеют достаточно узкий рабочий диапазон. Механическая коробка передач необходима для обеспечения оптимального режима работы силового агрегата.

Изменения передаточного соотношения осуществляется вручную, обычно переводом рычага из одного положения в другое. Для обеспечения переключений производится разрыв потока мощности при помощи механического сцепления.

Экскурс в историю

На первых автомобилях не было привычного для нас редуктора с зубчатыми передачами, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю необходимо было перекинуть кольцо с одной пары шкивов на другую. Зубчатые колеса в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции были механические коробки.

Передача крутящего момента от нее на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи. Соосная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.

На первых порах в автомобилестроении преобладала разнесенная компоновка агрегатов, при которой редуктор располагался отдельно от силового агрегата. Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как было на модели BMW 501.

Механические коробки первых выпусков были очень сложными, управление ими требовало значительных усилий и хороших навыков. В 1928 году американский инженер Шарль Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая удачная коробка, снабженная таким механизмом, была установлена на автомобиле «Корвет». На европейском континенте лидером в разработке трансмиссий стала компания ZF.

Прочно закрепившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры -механическая коробка переключения передач. Ранее в названии под первой буквой П понималось слово перемены, однако со временем оно было заменено на более подходящее по смыслу. Сокращенное наименование механической коробки в технических описаниях часто фигурирует с числом, обозначающим количество ступеней.

Современная МКПП имеет достаточно совершенное устройство, обеспечивающее, помимо переключения передач в движении, выполнение ряда функций:

• обеспечение перемещения автомобиля задним ходом;
• разобщение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля во время кратковременных остановок;
• наличие нейтрального положения коробки позволяет выполнять пуск двигателя.

Автомобили, оснащенные такого рода трансмиссиями, при прочих равных показателях экономичнее машин с автоматической трансмиссией.

Принцип работы МКПП

Начало движения машины, медленная езда по плохой дороге вызывает большое сопротивление. Автомобилю с механической коробкой передач в таком режиме требуется максимально большой крутящий момент.

КПП при этом выполняет функции понижающего редуктора и даже при больших оборотах транспортное средство двигается с относительно небольшой скоростью. После прекращения разгона водитель переключает режим, и частота вращения коленвала вновь возвращается в оптимальный диапазон.

Равномерное перемещение по плоскости требует меньших усилий, которые и обеспечиваются повышенными передачами.

Принцип работы механической коробки передач состоит в создании соединений между ведущим (входным) валом и ведомым (выходным) через сочетания шестеренок с разным количеством зубьев. Это позволяет подстраивать трансмиссию под изменяющиеся условия движения транспортного средства.

Для чайников, как принято называть неспециалистов, принцип работы механической коробки передач можно объяснить буквально в нескольких словах. Устройство обеспечивает нормальную работу двигателя за счет изменения числа оборотов, увеличивая или уменьшая усилие на ведущих колесах. Это позволяет удерживать наилучший режим работы силового агрегата при трогании с места, разгоне и снижении скорости.

Такой принцип работы МКПП сохраняется у всех машин: и с полным, и с задним, и с передним приводом. Устройство трансмиссии в каждом из случаев имеет свои особенности, но при этом основные элементы конструкции и их назначение сохраняются. Перемена передаточного числа происходит за счет введения в действие определенной комбинации из шестеренок с разным количеством зубьев.

Данные соотношения для каждого двигателя подбираются индивидуально в ходе расчетно-конструкторских работ и натурных испытаний. При этом учитывается множество факторов и, в первую очередь, параметры двигателя. Физический принцип работы МКПП при этом остается неизменным, водитель управляет изменением режима вручную путем переведения рычага из одного положения в другое.

Видео — механическая коробка передач, принцип работы:

Наглядное представление о принципе работы МКПП можно получить после просмотра видео ролика. Схематическое анимированное изображение как нельзя лучше демонстрирует взаимодействие деталей между собой. Такие материалы обеспечивают понимание происходящих процессов, особенно при переключении режимов работы.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые. При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей.

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.

Как переключать скорости на механической коробке передач

Эксплуатация автомобилей с МКП и управление ими имеет целый ряд особенностей, которые необходимо знать водителю. Возникает закономерный вопрос: как пользоваться механической коробкой передач? Обучение этому начинается во , начиная от показа инструктором до наработки автоматического навыка в переключении передач.

Как переключать скорости на механической коробке передач обычно указано на схеме, нанесенной на наружную поверхность рукоятки рычага. В целом процесс выглядит следующим образом:

• водитель выжимает сцепление левой ногой;
• рукой переводит рычаг из одного положения в другое;
• плавно отпускает педаль сцепления и плавно нажимает на акселератор.

Переключения передач у механической коробки осуществляется в соответствии со схемой, которая указывается в технической документации к автомобилю. Опытные водители рекомендуют придерживаться приведенных ниже правил, которые позволят увеличить ресурс агрегата:

• использование прямой передачи (обычно четвертой) позволит значительно уменьшить потребление топлива;
• переключение скоростей на механической коробке передач следует выполнять строго в соответствии с разработанной производителем инструкцией;
• включение задней передачи производить только после полной остановки автомобиля;
• педаль сцепления выжимается быстро и до упора ее в пол, отпускать же следует плавно без рывка;
• на обледенелой или мокрой дороге движение накатом недопустимо;
• при прохождении поворотов не рекомендуется производить переключений передач;
• эффективным на свободной дороге является приемом торможения двигателем путем последовательного понижения передачи до минимальной;
• периодический контроль уровня масла в коробке и своевременная замена в процессе технического обслуживания обеспечит увеличение ее ресурса.

Видео — советы как переключать скорости на механической коробке передач:

Освоение приемов управления автомобилем требует постоянной практики. Действия инструктора показаны в мельчайших подробностях, наблюдение за ними позволит сформировать правильные мышечные реакции у начинающего водителя.

Масло для механической коробки передач

Техническое обслуживание агрегатов трансмиссии производится в соответствии с сервисной книжкой. В большинстве коробок МКПП замена эксплуатационной жидкости осуществляется через каждые 50-60 тысяч км пробега. За этот период в ней накапливаются продукты износа и теряются смазывающие свойства.

При ТО следует лить для механической коробки передач, указанное в руководстве по эксплуатации. Особенно это касается машин иностранного производства, применение несоответствующего масла может привести к износу и даже поломке агрегата.

Для ответа на вопрос какое масло в МКПП следует ознакомиться с записями в сервисной книжке, где делаются отметке о марке технической жидкости.