Механизм переключения передач. Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно Механическая коробка передач сокращенно

Механизм управления, с помощью которого осуществляются включение и выключение передач, находится обычно в крышке коробки передач и приводится в действие качающимся рычагом.

Рассмотрим устройство механизма управления (переключения) пятиступенчатой коробкой передач. Рычаг переключения передач свободно качается в сферическом гнезде крышки коробки передач, опираясь на него шаровым утолщением и удерживаясь в нем пружиной и фиксатором (штифтом).

Рис. Механизм переключения передач:
1 - ползун; 2 - верхняя крышка картера коробки передач; 3 - вилка переключения 1 передачи и ЗХ; 4 - вилка переключения II и III передач; 5 - вилка переключения IV и V передач; 6 - шарик замкового устройства; 7 - корпус фиксатора; 8 - пружина фиксатора; 9 - штифт замкового устройства; 10 - шарик фиксатора; 11 - вентиляционный колпачок; 12 - пружина предохранительного устройства; 13 - шток; 14 - толкатель

Нижний конец рычага входит в паз одной из трех вилок, каждая из которых перемещает каретку синхронизатора или шестерню I передачи и заднего хода. Для уменьшения хода рычага переключения передач при включении I передачи или передачи заднего хода имеется промежуточный рычаг, установленный на оси.

Фиксация включенного или выключенного положения в коробке передач обеспечивается с помощью фиксаторов, состоящих из шариков 10 и пружин 8, размещенных вертикально в приливах верхней крышки 2 картера коробки передач. Шарики входят в верхние углубления ползунов. На каждом ползуне 1 имеется по три углубления: одно (среднее) — для нейтрального положения и два - для соответствующих передач. Расстояния между углублениями выбраны такими, чтобы обеспечить зацепление соответствующих зубчатых венцов на всю длину зубьев.

Для предотвращения случайного включения одновременно двух передач служит замковое устройство, состоящее из штифта 9 и двух шариков 6. Для шариков на ползунах имеются боковые углубления, а штифт установлен в горизонтальном отверстии среднего ползуна. Сумма диаметров всех шариков и длины штифта равна расстоянию между крайними ползунами, суммированному с величиной одного углубления на ползуне. Вследствие этого при перемещении одного из ползунов два других запираются шариками в нейтральном положении. Для включения I передачи или передачи заднего хода необходимо приложить дополнительное усилие, чтобы рычагом переключения передач сжать до упора пружину предохранительного устройства и тем самым предотвратить возможность случайного включения передачи заднего хода при движении вперед.

Привод переключения передач в коробках передач ТС устанавливается как рычажный непосредственно на крышке коробки передач, так и дистанционный (например, у автомобиля КамАЗ).

Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.

Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число .

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы (другое название - муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

Принцип работы трехвальной МКПП

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.

Ведущий вал , также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

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.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней - по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

Автомобили сейчас шагнули далеко вперед, буквально каждый год мы слышим о нововведениях, которые призваны улучшить ездовые характеристики. Коробки передач в этом не исключение, если на заре была только одна трансмиссия – механическая, то сейчас их насчитывается как минимум четыре. Многие мои читатели просят меня сделать обзорную статью, про их виды, а также «бегло» рассказать об их различиях. Ну что обзорная статья, читайте, будет интересно, кстати, в конце как обычно видео версия …


Как обычно начнем с определения.

Трансмиссия или «коробка передач» (англ. G ear B ox) — это узел который предназначается для передачи крутящего момента двигателя к колесам, при помощи специальных механизмов внутри, а также от внешних факторов (поведение водителя) – может повышать или понижать момент.

Сейчас существуют не только механические коробки передач, но и полностью автоматические, где участие человека сведено к минимуму. Можно долго спорить какие лучше или хуже (этим занимались здесь), но современные водители голосуют за автоматы, в России их число растет с каждым годом, причем почти в геометрической прогрессии.

Как я уже писал выше, сейчас существуют 4 общепринятых типа трансмиссий:

  • Механическая (сокращенно МКПП или «механика»)
  • Автоматическая гидротрансформаторная (АКПП или классический «автомат»)
  • Автоматическая вариаторная (Вариатор)
  • Автоматическая роботизированная («Робот» или РКПП)

Если быть до конца честным то сейчас есть разновидности так называемых гибридных трансмиссий, но это тема другой статьи, потому как там, зачастую применяются электродвигатели (статья будет, но немного позже).

А сейчас давайте все же поговорим о наших видах коробок передач, начнем с «механики».

Механическая коробка передач

Была создана практически вместе с первыми автомобилями, ее возраст более 100 лет. Однако при появлении у нее было всего 3 передачи – две вперед и одна назад. С эволюцией моторов появилась необходимость в 3 передачах вперед и одну назад. И лишь только в 70 – 80 годы были введены 4 передачи вперед, кстати они достаточно долго продержались ибо до появления «пятиступок» прошло почти 30 лет.

Сейчас кстати эволюция дошла до 6 «передних» передач (или как их называют скоростей) и одну назад. Как говорят многие конструкторы, что это почти ПИК эволюции механики. ДА и представьте мешалку на 8 «скоростей» водители будут путаться.

Для кого же эта трансмиссия?

У нее достаточно много поклонников, ведь здесь вы полностью контролируете передачу момента на колеса автомобиля, и пока сами не переключитесь, ни какая электроника за вас ничего не сделает. Нужно отметить что многие спортивные машины, будь то это «дрифт» или гонки на пересеченной местности выбирают именно механику, мастерство доходит до таких высот что можно пускать машины в контролируемый занос, например выдавая повышенный крутящий момент на колеса. Полезной она будет и на бездорожье, ведь автоматы при пробуксовки колес могут нагреться и даже выйти из строя, а вот на механике можно буксовать сколько угодно. При определенном мастерстве, переключения передач происходят быстрее — что однозначно положительно сказывается на динамике разгона, так механика почти на секунду быстрее, чем такая же машина с автоматом.

Устройство – механика делится на два вида – это варианты с «двумя» валами и «тремя». Некоторые автомобили в основном используют два вала (ведущий и ведомый), другие три (ведущий ведомый и промежуточный), например — на ВАЗОВСКОЙ классике там их именно три. Наличие двух или трех не говорит, о каких-то «сверхспособностях» машины, скорее все тут все дело в приводе и компоновки самой коробки. Устройство у переднего привода разительно отличается от заднего, вот вам и различия коробок передач.

Что еще хочется сказать – если ездите на МКПП, то вы скорее всего уже привыкли к трем педалям, ведь тут добавляется еще один узел – сцепление. Он нужен для плавного переключения передач, хотя многие «новоиспеченные водители» очень долго и нудно учатся им управлять, особенно большую проблему доставляют горки.

Плюсы механики :

  • Невысокая стоимость
  • Небольшой вес
  • Использует мало масла
  • Возможно, ехать накатом. Без боязни буксировать автомобиль
  • Можно запустить машину с толкача, ничего страшного не произойдет
  • Передача большего КПД от двигателя
  • Легче запуск зимой

Минусы механики :

  • Сложность управления, особенно для новичков
  • Можно легко спалить сцепление, опять же новичками
  • Добавляется дополнительный узел, такой как сцепление
  • Быстрее изнашивается диск «Ферадо» в строении сцепления

Как ни крути, но механика «пока» лидер по числу продаж именно у нас в России, сказывается наш суровый климат — ведь на ней не страшно буксовать, а также запуск легче с утра в мороз (хотя тут еще нужно поспорить), да и стоимость примерно на 40 – 50 000 рублей ниже, что также большой плюс.

Робот или роботизированная коробка (РКПП)

«НО постой» — скажите вы мне – «А почему сейчас идет робот, ведь есть еще – такие виды как , почему ты так перескочил?». Вопрос что говорится – «не в бровь, а в глаз». Перескочил потому что роботы это продолжение механики, как бы банально это не звучало. Такие коробки взяли все плюсы от МКПП и от АКПП, но и минусов у них предостаточно.

Если сказать простыми словами, то получилось такое строение : — на обычную механическую коробку, приделали специальные серво или электронные приводы, которые взяли на себя функции сцепления, то есть они переключают передачи, поэтому третья педаль отсутствует – есть только газ и тормоз как на вариаторе или автомате. Но здесь есть и диск сцепления, и даже корзина, те же самые валы (ведущий и ведомый), вот только руководит всем этим электроника, которая по сути и является «ахиллесовой пятой».

Не создали еще совершенные механизмы переключений именно у роботов, все эти коробки медлительны – задумчивы, переключения происходят медленно, а также очень ненадежны из-за многих электронных узлов.

Плюсы робота :

  • Облегчает переключение, не нужно думать о сцеплении
  • Экономит топливо, как и механика
  • Можно ехать накатом
  • Можно не боясь буксировать
  • Немного масла в строении (сравнимо с механикой)

Минусы робота :

  • Задумчива
  • Переключения происходят с толчками
  • Наблюдает небольшой откат на старте назад, на горке это опасно, ведь сзади может стоять другой автомобиль

Многие считают, что за такими видами РКПП будущее, вполне возможно, ведь электроника развивается, и ставится более компактной и совершенной. Наибольшие успехи сейчас добились компании Volkswagen, FORD и BMW.

Классический «автомат» или гидротрансформатор

Это также «древняя» трансмиссия появилась примерно около 100 лет назад, только вот первое применения нашла на кораблях, где «связывала» ведущий винт и вал. После этого виды этих АКПП перекочевали уже на автомобили.

Сейчас применяются очень широко, также как и механические виды, сначала были на 3, позже на 4, а сейчас существуют уже и на 8 передач. Прогресс не стоит на месте.

В этой коробке практически вообще нет сцепления в понимании механики, . Здесь передачей крутящего момента занимается гидротрансформатор. Если утрировать то это специальная «турбина» — которая передает давления масло от одной крыльчатки на другую. У них нет жесткого сцепления между собой, а только давления масла. Одна «крыльчатка» подсоединена к двигателю и получает от него крутящий момент, другая подсоединена к валам, а после уже к колесам.

Этот вид коробки передач использует большое количество масла в своем строении (оно специально разработано для автоматов этого класса), обычно, если посчитать в литрах это от 8 до 12.

Автоматы по своему строению могут различаться на адаптивные и регулируемые водителем.

Адаптивные – автоматически подстраиваются под манеру вождения, например если вы всегда «жарите в пол», то переключения будут способствовать быстрому набору скорости, но экономии не будет. Если ездите аккуратно, с невысокими оборотами, а также с невысокой скоростью, то переключения будут способствовать размеренной езде, а также экономии топлива. Адаптация происходит на уровне ЭБУ, где накапливаются данные, и первые «режимы поведения» могут уже проявиться через первые 100 километров.

Регулируемые – это виды автоматов, которые полностью подчиняются действию водителя. У них как правило есть несколько режимов – СПОРТ, ЭКОНОМ, КЛАССИЧЕСКИЙ (ГОРОД) и ЗИМНИЙ. У некоторых производителей их может быть до 7 – 8. То есть вы сами выбираете нужную для себя «кнопку».

Плюсы автомата :

  • Удобство вождения (особенно для новичков), нет педали сцепления.
  • Прочность и неприхотливость. Современные виды автоматов, достаточно прочны, я бы сказал при должном обслуживании он проходит у вас весь срок эксплуатации автомобиля
  • Бережет мотор, в спокойной езде (городской режим или эконом), не рвет его.
  • Плавность работы, сейчас практически все автоматы лишены сильных рывков и толчков при переключении, что дает плавность и комфорт движения.
  • Трогаться в горки одно удовольствие, машина с АКПП не покатится назад, для новоиспеченных водителей это просто спасение.

Минусы АКПП :

  • Большое количество масла в трансмиссии, зимой долгий прогрев, а также более сложный запуск
  • Нежелательно буксовать, иначе масло может «закипеть», что может привести к поломке
  • Сложный и дорогой ремонт
  • Низкий КПД, потому как нет жесткой связи с двигателем
  • Больший расход топлива
  • Потеря в разгонной динамике
  • Нежелательно буксировать, нужно вызывать эвакуатор

Не смотря на минусы этой трансмиссии, популярность ее стремительно растет, это и понятно ведь сейчас очень жесткое движение в городах, а сцепление это лишнее потеря концентрации. Если подвести итог по технической надежности этого вида коробки передач, то при должном обслуживании – смене масла, может прослужить не менее 300 – 400 000 километров, а возможно и более.

Вариатор (вариаторная коробка передач)

Самый последний вид автоматических «коробок». Однако этот тип как я считаю, сильно конкурирует с обычными «гидротрансформаторами». В салоне вы также не найдете педали сцепления, а только газ и тормоз.

НА просторах интернета, вы наверное, слышали про бесступенчатые трансмиссии, которые очень эффективно передают крутящий момент от двигателя к колесам, так вот это она. У нее вообще нет переключений в понимании остальных коробок передач.

Здесь идет также два вала — на которых есть шестерни с изменяющимся диаметром, между ними натянут специальный ремень. Когда автомобиль трогается — то на одном валу (ведущим), шестерня большого диаметра, а вот на ведомом наоборот малого, автомобилю нужно разогнаться, с таким подбором шестерен это делается идеально.

После того как скорость набрана, ведущая шестерня начинает убавляться, снижать свой диаметр, а вот ведомая наоборот начинает расти, таким образом при небольших оборотах двигателя, передается нужный крутящий момент колесам. Нужно заметить, что у вариатора больший КПД чем у автомата, потому как есть жесткая связь.

Как видите тут не ступеней, а только плавный переход ремня «по радиусам», поэтому вы не чувствуете никаких рывков и толчков, только «четкий» и плавный разгон и такое же плавное замедление, если скинуть педаль.

Разновидностей вариаторов использующихся сейчас на машинах всего три:

  • Ременной или CVT, самый распространенный (используют в 90% случаев)
  • Клиномерный
  • Торовый

Последние два редко используются в автоиндустрии, применение скорее всего в спец.техники.

Если говорить про динамику и разгон, то вариаторная коробка выдает прекрасные показатели, которые иногда превосходят обычную механику, и тем более автомат и робот.

Плюсы вариатора :

  • Удобство использования
  • Больший рабочий КПД
  • Динамичный разгон
  • Экономия топлива
  • Нет толчков и рывков – вообще
  • Легко можно тронуться в горку
    • (10 голосов, средний: 4,80 из 5)

    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?

    Механическая коробка передач (МКПП) представляет собой механизм из множества шестерен, входящих в зацепление в разных сочетаниях, которые образуют определенное количество ступеней или передач с разными передаточными числами. С увеличением количества передач, автомобиль лучше приспосабливается к условиям движения.

    В механической КПП передачи переключаются благодаря передвижениям рычага, при этом крутящий момент должен передаваться на вторичный вал, после чего на колесный привод. Принцип работы МКПП является довольно простым, а в ее комплект входит сравнительно небольшой список деталей, а именно:

    • валы и шестерни (вторичный, промежуточный, первичный);
    • картер;
    • вал, имеющий шестерни для осуществления заднего хода;
    • синхронизатор;
    • устройство для переключения передач, имеющее устройства и механизмы для блокировки;
    • рычаг для переключения.

    В картере МКПП устанавливаются подшипники, внутри которых вращаются валы. Такие валы оснащены набором шестерен, имеющих разное количество зубьев. Благодаря синхронизаторам осуществляется плавное и бесшумное включение передач, которые в процессе вращения шестерен, уравнивают их скорость. Суть работы механизма переключения передач состоит в замене передач, которой управляет, непосредственно, водитель, благодаря рычагу. С помощью блокировочного устройства, передача удерживается от внезапного самовыключения. Для того, чтобы избежать одновременного включения 2-ух передач, существует замковое устройство.

    Плюсы и минусы механической КПП

    К очевидным преимуществам МКПП можно отнести, сравнительно с остальными трансмиссиями, небольшую массу и стоимость, высокие показатели КПД, отличную динамику разгона и экономичность в расходе топлива. Конструкция КП является довольно простой и отработанной, что обеспечивает высокую надежность. В таком виде трансмиссии не требуются дорогие материалы, которые являются простыми в обслуживании. Жесткая связь колес и двигателя, благодаря механической КП, позволяет водителю эффективно управлять машиной при гололеде, бездорожью и грязи. Автомобиль с установленной МКПП можно буксировать на любой скорости, а в случае необходимости, заводить с "толкача", что является недопустимым при наличии автоматической КПП.

    К небольшому списку недостатков относится утомление водителя при переключении скоростей, что особенно проявляется в городе, а также небольшой ресурс сцепления и ступенчатого изменения передаточного отношения.

    Виды КПП и их описание

    Механические КПП бывают 2-ух видов: 2-ух и 3-ех вальные. На машины с задним приводом в основном устанавливается 3-ех вальная КП. А вот 2-ух вальная КП широко применяется на автомобилях с задним мотором и на переднеприводных авто. Существуют также синхронизированные и несинхронизированные КП.

    Трехвальная КПП

    В 3-ех вальной КП имеется, соответственно, 3 вала: ведомый, промежуточный и ведущий. Вал, который является ведущим, должен быть соединенным со сцеплением. На нем находятся шпицы, предназначенные для ведомого диска сцепления. Благодаря шестерне, которая находится на валу в зацеплении, крутящий момент передается на промежуточный вал. В свою очередь промежуточный вал находится параллельно с ведущим валом.

    Блок шестерен расположен на валу и находится с ним в жестком зацеплении. На одной оси с ведущим, расположен ведомый вал. Они не имеют жесткой связи и независимо вращаются. Муфты синхронизаторов находятся между шестернями ведомого вала. На современных МКПП все передачи имеют синхронизаторы, исключением является передача заднего хода.

    Двухвальная КПП

    Сегодня широко распространяются и 2-ух вальные КП. В которых ведомый и ведущий валы располагаются параллельно. Из шестерни первичного вала крутящий момент передается на нужную шестерню вторичного вала, которая является зафиксированной синхронизатором. Из-за этого прямая передача считается технически невозможной. Все остальные процессы являются аналогичными 3-ех вальной КПП. Главным плюсом таких КПП считается возможность компоновочного объединения трансмиссии и двигателя в силовой компактный агрегат.

    Также 2-ух вальные КПП имеют чуть лучшее КПД, чему способствует небольшое количество деталей, задействованных в передаче крутящего момента. Основным недостатком считается то, что в такой КП нету прямой передачи и она пригодной является только в сравнительно легких транспортных средствах. Соответственно, их устанавливают на тяжелые мотоциклы, переднеприводные автомобили, а также машины с заднемоторной компоновкой. В таких КП может быть больше 4-ех передач для переднего хода.

    Несинхронизированная МКПП

    В машинах с несинхронизированной МКП водитель полностью осуществляет переключение передач. Во время включения передач, как известно, скорость шестерен является различной, а муфта сцепления при этом не может просто на одну из них перейти. Для решения такой проблемы служит "двойной выжим", который означает переключения между высшими и низшими передачами с применением педали сцепления, которая выжимается перед самым выключением передачи. Существует много спортивных мотоциклов и автомобилей с несинхронизированными КПП, на которых переключение происходит без выжима сцепления, но для этого необходимым является большой опыт езды.Такие КПП устанавливаются на гоночные агрегаты из-за хорошей живучести при больших нагрузках, которые характерные для гоночного спорта, а также благодаря тому, что опытный водитель может быстрее переключать передачи. А вот на тракторах и грузовиках с большим количеством передач, такие КП не устанавливаются, так как это технически невозможно.

    Синхронизированная МКПП

    В синхронизированных МКП активация передач является частично автоматизированной. Благодаря специальным устройствам, так называемым синхронизаторам, муфта не может переходить с шестерни на другую шестерню, до того времени пока их скорость не станет равной. Большинство легковых автомобилей имеют все синхронизированные передачи переднего хода. Если вспомнить старые автомобили, то синхронизированными были только высшие передачи. Почти у всех отечественных автомобилей не является синхронизированной передача заднего хода.

    Эксплуатация МКПП

    Во время эксплуатации МКПП нужно постоянно следить за уровнем масла, которое находится в картере, а в случае необходимости его доливать. Благодаря инструкции по эксплуатации, можно определить когда необходимо производить полную замену масла. Если периодически менять масло и грамотно обходится с рычагом переключения, то механическая трансмиссия прослужит без поломок до конца службы авто. Чтобы продлить жизнь трансмиссии, лучше осуществлять переключения передач плавными движениями, и делать небольшую паузу в нейтральном режиме, чтобы синхронизаторы успели сработать.

    К главным неисправностям в МКПП можно отнести:

    • из-за подтекания масла могут повреждаться уплотнительные прокладки и сальники;
    • неисправный синхронизатор, изношенные шестерни и подшипники могут быть причиной шума при работе трансмиссии;
    • при поломке механизмов переключения, износе шестерен и синхронизаторов могут затруднятся включения передач;
    • из-за сильно изношенных синхронизаторов и шестерен, вполне возможным может быть самовыключение передач.