Как работает механическая коробка передач?

Как работает механическая коробка передач?

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

1. Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
2. Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
3. Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

• корпус с масляным картером;
• три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
• устройства синхронизации;
• рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения. На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Как работает коробка передач в автомобиле?

Простое объяснение — что такое коробка передач.

Любой автомобиль состоит из тысячи запчастей и сопутствующих компонентов. Но некоторые части любого автомобиля контролируют именно те самые агрегаты, которые делают вашу машину именно движущимся транспортным средством, поэтому они играют более важную роль при сравнении таковых с другими автокомпонентами автомобиля. Например, к очень важным частям любой автомашины относится так называемая коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы передаваться и достичь конкретноо колес автомобиля, который не тронулся бы с места.

Да, мы с многими согласны, сам автовладелец не обязательно должен владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но что такое коробка передач и что она из себя представляет изнутри нам так кажется, обязан знать каждый из водителей. Об этом сегодня мы с вами и поговорим.

Смотрите также: Десять самых странных коробок передач

Бывают два основных типа коробок передач, которые используются и применяются в большинстве из автомобилей на мировом рынке машин, а именно — это ручная (т.е. механическая) КПП и автоматическая коробки (АКПП). Сегодня мы с вами остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя здесь сразу стоит отметить, что в последние годы набирают популярность и другие виды трансмиссий. К примеру такие, как коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника автоматически сама выжимает сцепление, а сами скорости переключает по-прежнему водитель. Также получили свое распространение и бесступенчатые автоматические коробки передач с так называемым вариатором, сокращенно- CVT. Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. А еще в последние годы на мировом авторынке стали появляться автомобили вообще без коробок передач. Как правило такие машины без трансмиссии используют у себя только электрический двигатель.

Прежде чем углубиться в описание принципа самой работы коробки передач, давайте с вами обозначим основные применяемые к ней термины:

Передача: -В данном понимании любая передача представляет в самой коробке определенный набор различных шестерёнок, которые работая синхронно совместно регулируют соотношения между скоростью двигателя и скоростью колес(а). Также этот термин используется и для описания каждой скорости коробки передач в отдельности. К примеру, в автоматической коробке передач электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями необходимо использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической же трансмиссии водитель сам самостоятельно выбирает необходимую ему скорость.

Передаточное отношение: -Это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.

Сцепление: -Это механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передач(и) коробки.

Коробка передач: -Это механизм передачи крутящего момента от двигателя непосредственно на колеса транспортного средства.

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

Теперь давайте перейдем непосредственно к самому описанию действий, т.е. к тому, как работают две наиболее распространенные и известные многим коробки передач.

Механическая коробка передач

Несомненно, в мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной из всех существующих. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, доля всех новых проданных автотранспортных средств за 2014 год была оснащена автоматической трансмиссией. Но тем не мене, механическая коробка передач вопреки прогнозам статистики пока что по-прежнему используется всей мировой автпромышленностью. Как правило, эта механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и принципу работы. Именно с нее мы с вами друзья и начнем ознакомление.

По своей конструкции механическая коробка передач представляет из себя набор зубчатых шестеренок и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношений между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу и определяется общее передаточное число определенной передачи.

Водитель, выбирая нужную передачу на механической коробке передач, тем самым перемещает данный рычаг переключения скоростей в нужное ему положение. Рычаг управляет движением передач непосредственно вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад водитель выбирает нужный набор шестеренок для включения необходимой ему передачи. Как правило, при переключении рычага вверх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении же рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит уже на разных валах.

Чтобы включить нужную передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на саму коробку, поскольку двигатель в такой момент отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную водителю скорость, подключив тем самым 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 сами колеса.

Автоматическая коробка передач

В автоматической же коробке передач процесс работы намного сложнее, если сравнивать его с механикой. Одним из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой является следующее, что автоматическая трансмиссия не использует у себя муфты. Как правило, автоматическая коробка передач применяет и использует у себя гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки передач (от вала с набором шестерен).

Функция этих гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую объяснить в рамках этой статьи реально будет сложно. Для этого необходимо будет подключать к такому объяснению математику и другие естественные науки. Но основной смысл работы довольно-таки прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, то небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и через различные каналы на набор шестеренок. Когда же двигатель начинает работать быстрее, то этот крутящий момент начинает передаваться на валы напрямую.

Благодаря преобразованию крутящего момента шестерни в коробке передач могут делать свою работу и без участия водителя. Когда же коробка передач начинает выбирать необходимую скорость автоматически, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную? Отвечаем:

-В отличие от механики, где как правило конструкция коробки представляет из себя два параллельных вала, автоматическая коробка использует и применяет у себя планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от той же механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от набранной скорости.

Вместо ручного переключения скоростей в ней используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется конкретно электроникой. Данная коробка управляется специальным модулем в котором запрограммированны все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма электронная программа сама определяет какую передачу необходимо включить с помощью гидравлического автоматического управления.

Что такое коробка передач автомобиля – просто о сложном

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня поговорим о коробке передач автомобиля, её устройстве и назначение. Рассмотрим типы КПП и принципы работы. Это пригодится знать при выборе автомобиля и его правильной эксплуатации.

Сегодняшняя лекция предназначена в первую очередь для начинающих автолюбителей и будущих автовладельцев. Чтобы они не путали, где «вариатор», а где «робот», чем они отличаются между собой, хотя там и там две педали и положение «D».

Что такое коробка переключения передач (КПП) и её устройство

Это устройство, позволяющее автомобилю двигаться с различными скоростями и задним ходом. Через нее происходит передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. В зависимости от режимов движения машины, этот момент может передаваться по-разному. Это достигается за счет набора зубчатых шестеренок различного диаметра, которые находятся внутри коробки.

Она имеет три вала – ведущий, ведомый и промежуточный. Первый соединен через механизм сцепления с двигателем автомобиля. Второй – с колесами. Есть устройство, которое переключает между собой шестеренки, тем самым, изменяя передачу крутящего момента от ДВС на оси машины. В механической коробке – это рычаг, который двигает человек. В автоматической КПП этим занимается компьютер. Количество валов может отличаться в зависимости от типа коробки передач.

Сцепление – это устройство, которое прерывает связь КПП с маховиком мотора. Когда двигатель работает, то первичный или ведущий вал крутится с частотой вращения коленчатого вала ДВС. В этот момент включить передачу, соединить необходимые шестерни между собой внутри коробки, не представляется возможным. Это будет сопровождаться металлическим хрустом и поломкой зубьев звездочек

Чтобы остановить первичный вал и плавно ввести в зацепление шестерни КПП, между ним и мотором устанавливается сцепление. Это набор дисков, одни из которых жестко соединены со вторичным валом. Когда нажимается педаль сцепления, диск сцепления отходит от ведущего диска. Передача вращения от коленчатого вала к ведущему валу останавливается. В этот момент можно «безболезненно» включить передачу. Педаль отпускается, диск сцепления плотно прижимается к ведущему и передача крутящего момента возобновляется.

Механизм сцепления существует только в механических КПП и роботизированных коробках передач. Вариатор и «автомат» обходятся без него. Там принцип переключения другой и нет необходимости в его использовании.

Какие бывают коробки передач

КПП можно разделить на два вида – механическая и автоматическая

В первом случае все переключения передач осуществляет водитель. Он выжимаем сцепление, прерывая связь двигателя и коробки, двигает рычаг, включая первую и последующие скорости. Весь это процесс контролирует человек.

Минусы:

1. Переключает скорости только водитель;
2. Нужно уметь пользоваться педалью сцепления, иначе даже с места тронуться не получиться.

Плюсы:

1. Надежная как автомат «Калашникова»;
2. Не прихотливая. Масло в коробке можно менять раз в 100 тысяч километров;
3. Можно буксировать автомобиль на тросе, буксовать на ней в снег и грязь, тягать на сцепке другие машины и прицепы.

Во втором случае все манипуляции с коробкой передач автомобиля осуществляет автоматика и компьютер. Человеку нужно лишь перевести селектор КПП в нужное положение, и нажать педаль газа. Машина сама поедет и задумываться, когда нужно переключать передачи, как правильно «выжимать» сцепление – не нужно, за вас все сделает АКПП. Поэтому она называется «Автоматическая», то есть все действия происходят автоматически.

Автоматические КПП

Что такое роботизированная коробка передач на автомобиле («Робот»)

Это механическая КПП, только процессом переключения передач и нажатием на педаль сцепления занимается исполнительный механизм. Он контролируется автоматикой, компьютером.

Принцип включения передач основан на физическом перемещении вилки и соединении зубчатых шестерней между собой, так же как на «механике». При этом водитель сам не двигает рычаг коробки передач и не выживаем сцепление ногой. За него это делает автоматика. Человеку достаточно включить нужный ему режим КПП и нажать педаль акселератора (газа) чтобы авто начало движение.

Роботизированную коробку передач на автомобиле можно легко спутать с другими типами автоматических КПП. Также есть только две педали – газ и тормоз, на селекторе переключения есть те же режимы – драйв «D», задняя скорость «R», нейтральная «N», паркинг «P». Но устройство её отличается.

По типу сцепления эти АКПП разделяют: с одним сцепление и двумя. Например DSG – это «робот» с двумя сцеплениями. На Лада Веста устанавливалась роботизированная КПП с один сцеплением. По эксплуатационным характеристикам лучшими считаются с двумя сцеплениями. Они характеризуются плавностью включения передач, экономичностью и динамикой. С одним сцепление – все наоборот: дерганее при переходе с одной скорости на другую, задержки при переключении, большой расход топлива и низкая динамика. Вспоминаем автомобили концерна ВАЗ, оснащенные «роботом».

Что такое гидромеханическая коробка передач на автомобиле «Автомат»

Её еще в народе называют «классический гидротрансформатор». В этой коробке передач нет механизма сцепление. Его роль выполняет гидротрансформатор или гидромуфта.

Его отличие от механики и робота в том, что не происходит непосредственного включения передач, ведомые и ведущие шестерни не входят в зацепление друг с другом. В АКПП они постоянно соединены вместе. Передаточные числа регулируются планетарными передачами и набором фрикционных дисков.

Устройство подобной коробки передач автомобиля гораздо сложнее, чем механической. Чем сложнее конструкция, тем менее надежная эксплуатация. Она требует более щепетильного обслуживания, в противном случае её ресурс уменьшиться.

Минусы:

1. Увеличенный расход топлива в сравнении с механикой или роботом;
2. Вялый разгон, отсутствие динамических характеристик автомобиля с автоматической коробкой передач;
3. Более частая замена масла и обслуживание коробки;
4. Запрещено буксировать машину с АКПП на большие расстояния;
5. Не рекомендуется буксовать по грязи или снегу, также нельзя тащить другую машину на буксире.

Что такое вариаторная коробка передач на автомобиле «Вариатор»

Это отдельный класс АКПП. Он кардинально отличается от всех остальных:

1. Он не имеет механизма сцепления;
2. Не имеет фиксированных передач, их называют виртуальными. То есть, нет определенного набора шестеренок, которые отвечают за передачу крутящего момента.

Из минусов:

1. Менее надежная КПП;
2. Увеличенный расход топлива;
3. Отсутствие динамики у автомобиля.

Вывод

Перед покупкой автомобиля с определенной коробкой передач, нужно определиться, в каких условиях машина будет эксплуатироваться, что вы хотите от него. Если авто покупается для города с его пробками, то лучше посмотреть в сторону автоматических коробок. В этом случае нет разницы, какой тип: робот, вариатор или классический «автомат».

Если нужна надежность и неприхотливость, то выбираем машину с механической КПП. В этом случае вы платите комфортом. Вам придется самому управлять процессом выбора передачи, уметь пользоваться педалью сцепления.

Нужна быстрая и экономичная КПП – выбираем автомобиль с роботизированной коробкой переключения передач. Этим требованиям отвечает «робот» с двумя сцеплениями. Они менее надежные чем «автомат» или «механика», но по скорости переключения скоростей может соревноваться с механической. Ярким представителем этого семейства является DSG. Ранние поколения этих коробок прославились своей ненадежностью, частой заменой сцепления и мехатроника. В последних ревизиях большинство проблем были устранены, об этом поговорим в следующей статье.

Роботы с одним сцепление не сильно подойдут для городского режима эксплуатации авто. Скорость переключения маленькая, частая задумчивость, дерганее и низкая топливная эффективность. Владельцы Весты и Xray прекрасно знают о чем я говорю.

Для города хорошо подойдет вариаторная коробка передач. Так как у неё нет фиксированных пар шестеренок, процесс переключения скоростей происходит плавно. Да, динамики у автомобиля нет, но для городской езды это не требуется. Если вовремя обслуживать вариатор, то он будет долго «ходить» и приносить удовольствие владельцу.

Отдельного внимания достойна классическая АКПП с гидротрансформатором. Она надежная, если правильно эксплуатировать и обслуживать, мягкая в плане переключения скоростей. Но стоимость ремонта и содержания в разы выше. Да и автомобиль с ней стоит на порядок больше. Именно поэтому, многие владельцы покупают автомобили с классическим автоматом.

Источник https://autochainik.ru/mekhanicheskaya-korobka-peredach.html

Источник https://1gai.ru/publ/514516-kak-rabotaet-korobka-peredach-v-avtomobile.html

Источник https://avtoyoutube.ru/chto-takoe-korobka-peredach-avtomobilya.php