Как работает механическая коробка передач (МКПП)

Что такое трансмиссия и как она работает — фото, видео

Когда каждый человек еще в детстве начинает интересоваться автомобилями, он изучает не только марки и моделей машин, но и устройство автомобиля. Одним из главных агрегатов автомобиля является трансмиссия, которая состоит из множества более мелких узлов и агрегатов. В данной статье мы расскажем всем интересующимся молодым автомобилистам, что такое трансмиссия в автомобиле.

Определение понятия «трансмиссия»

Согласно научным изданиям машиностроения, трансмиссия – это совокупность механизмов и сборочных единиц, которые соединяют двигатель с ведущими колесами, в данном случае, автомобильного транспорта, а также совокупность системы, которая обеспечивает работу трансмиссии.

Трансмиссия является совокупностью агрегатов и узлов, которые передают крутящий момент от мотора к ведущим колесам, при этом могут изменяться тяговые усилия, скорость и направление движения. Автомобильная трансмиссия включает в себя механизмы, которые в науке относят к составу силового агрегата – это коробка передач и сцепление.

Назначение и схемы трансмиссий

Назначение. Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. При этом передаваемый крутящий момент изменяется по величине и распределяется в определенном соотношении между ведущими колесами.

Крутящий момент на ведущих колесах автомобиля зависит от передаточного числа трансмиссии, которое равно отношению угловой скорости коленчатого вала двигателя к угловой скорости ведущих колес. Передаточное число трансмиссии выбирается в зависимости от назначения автомобиля, параметров его двигателя и требуемых динамических качеств.

В транс­миссию входят:

• сцепление,
• коробка передач,
• карданная передача,
• главная передача, устанавливаямая в картере ведущего моста,
• дифференциал
• полуоси.

Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями — межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Трансмиссии по способу передачи крутящего момента разделяют на механические, гидравлические, электрические и комбинированные (гидромеханические, электромеханические). На отечественных автомобилях наиболее распространены механические трансмиссии, в которых передаточные механизмы состоят из жестких недеформируемых элементов (металлических валов и шестерен). На автобусах Ликинского и Львовского заводов, а также на большегрузных автомобилях БелАЗ применяют гидромеханические трансмиссии с автоматизированным переключением передач. Часть большегрузных автомобилей БелАЗ имеют электромеханическую трансмиссию с моторколесами.

Схема трансмиссии автомобиля. Она определяется его общей компоновкой: размещением двигателя, числом и расположением ведущих мостов, видом трансмиссии.

Схемы трансмиссий:
а — автомобиля 4X2, б — переднеприводного автомобиля 4X2, в — автомобиля 4X4, г — автомобиля 6X4

Автомобили с механической трансмиссией и колесной формулой 4X2 имеют чаще всего переднее расположение двигателя, задние ведущие колеса и центральное размещение агрегатов трансмиссии (автомобили ЗИЛ-130, МАЗ-5335, ГАЗ-24 и др.). Здесь двигатель 1, сцепление 2 и коробка передач 3 (рис. а) объединены в один блок и образуют силовой агрегат. Крутящий момент от коробки передач 3 передается карданной передачей 4 на ведущий задний мост 5.

Существенные отличия имеет трансмиссия переднеприводного автомобиля ВАЗ-2108 с колесной формулой 4X2 (рис. 6). Особенностью этой схемы является выполнение ведущим переднего моста с управляемыми колесами. Это потребовало объединения в единый силовой агрегат двигателя 1, сцепления 2, коробки передач 3, механизмов ведущего моста 5 (главную передачу и дифференциал), карданных шарниров 6 равных угловых скоростей, соединенных с передними управляемыми колесами.

На (рис. в) представлена схема трансмиссии автомобиля с передним и задним ведущими мостами (автомобиль УАЗ-469). Отличительной особенностью этой схемы является применение в трансмиссии раздаточной коробки 7, которая через промежуточные 9 карданные валы передает крутящий момент переднему 8 и заднему 5 ведущим мостам. В раздаточной коробке имеется устройство для включения и выключения переднего моста и дополнительная понижающая передача, позволяющая значительно увеличить крутящий момент на колесах автомобиля в необходимых случаях.

Схема механической трансмиссии трехосных грузовых автомобилей КамАЗ представлена на (рис. г). На этих автомобилях средний 10 и задний 5 мосты являются ведущими. Крутящий момент к ним передается одним карданным валом 4, а в главной передаче среднего моста предусмотрен межосевой дифференциал и проходной вал, передающий крутящий момент на карданный вал 11 привода заднего моста. В других схемах трансмиссий трехосных автомобилей передача крутящего момента к ведущим мостам может производиться раздельно карданными валами от раздаточной коробки (автомобиль Урал-375).

Схемы гидромеханических трансмиссий предусматривают объединение в едином блоке двигателя и гидромеханической коробки передач, крутящий момент от которой передается ведущим колесам через карданный вал и механизмы заднего моста как в обычной механической трансмиссии.

На автомобилях (БелАЗ) с электромеханической трансмиссией дизельный двигатель приводит во вращение генератор постоянного тока, энергия от которого передается по проводам в электродвигатели колес. Колесный электродвигатель монтируют в ободе колеса совместно с понижающим механическим редуктором. Такая конструкция называется электромотор-колесом.

Особенности популярных трансмиссий 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro

• Системы полного привода 4Matic (установлены на многочисленные легковые модели Mercedes-Benz) с постоянным полным приводом включают межколесный и межосевой дифференциалы свободного типа, позволяющих разделить крутящий момент ДВС на две оси. Каждая из осей благодаря свободным дифференциалам может беспрепятственно вращаться с различной скоростью. Кроме того, у 4Matic предусмотрен контроль за движением посредством системы курсовой устойчивости (предусмотрен контроль тягового усилия, антиблокировочная система тормозов и антипробуксовочный механизм).
• Полноприводные трансмиссии xDrive (разработка BMW) отличаются наличием фрикционной многодисковой муфты. Она выполняет роль дифференциала. Также одна из главных особенностей решения состоит в том, что системой обеспечена возможность перераспределения межосевого крутящего момента в максимально широком диапазоне (0 до 100%).
• Система Quattro (Audi). Отличительная особенность – МТ и ДВС расположены продольно. У большинства трансмиссий Quattro присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.
• 4 Motion (популярный МТ Volkswagen). Особенность схемы — крутящий момент ДВС распределяется по осям в зависимости от ситуации на дороге.

У большинства трансмиссий Quattro и 4Motion присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.

Классификация трансмиссий

Рассмотрим классификацию трансмиссий.

По методам передачи и преобразованию момента трансмиссии подразделяются на электромеханические, механические и гидромеханические.

Механическая трансмиссия

Трансмиссии механического типа (обычные и планетарные) в КПП содержат только фрикционные и шестеренчатые устройства. Преимущества их заключаются в коэффициенте полезного действия, небольшой массе и компактности, простоте в эксплуатации и на­деж­нос­ти в работе. Недостаток трансмиссии такого типа – ступенчатость изменения передаточных чисел, понижающая использование мощности силового агрегата. Длительное время на пе­рек­лю­че­ние рычагом передач усложняет управление автомобилем. Именно поэтому спор­тив­ные автомобили, оснащенные механической трансмиссией, снабжают электронными переключателями передач (кнопками на рулевом колесе, подрулевыми лепестками) и КПП со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Использование трансмиссий механического типа свойственно советскому трак­то­ро­стро­е­нию.

Гидромеханическая трансмиссия

Трансмиссии гидромеханического типа оснащены гидромеханической КПП, которая состоит из механического редуктора и гидродинамического преобразователя момента. Преимущества таких трансмиссий заключаются в возможности автоматизации смены пе­ре­да­чи и облегчении управления, автоматическом изменении крутящего момента на основе внешних сопротивлений, фильтрации крутильных колебаний и уменьшении пиковых наг­ру­зок, действующих на агрегаты трансмиссии, и увеличении за счет этого долговечности и надежности трансмиссии поршневого мотора.

Главный недостаток таких трансмиссий – достаточно низкий коэффициент полезного действия из-за недостаточно большого КПД гидротрансформатора. Если КПД гид­ро­пе­ре­да­чи не меньше 0.8, диапазон изменения крутящего момента не выше трех, что заставляет иметь механический редуктор на 3-5 передач, включая передачу заднего хода. Необходимо располагать специальной системой охлаждения, а также подпитки гидроагрегата, что увеличивает габаритные размеры моторно-трансмиссионного отдела. Без фрикционов или специальных автологов пуск двигателя с буксира и торможением двигателем не обес­пе­чи­ва­ет­ся.

Трансмиссии гидромеханического типа активно применяются в западном трак­то­ро­стро­е­нии – «Леопард-2» (ФРГ), М1 «Абрамс» (США). В трансмиссиях перечисленных танков в основном приводе, кроме гидромеханических передач, также применяются в до­пол­ни­тель­ном приводе гидростатические передачи для выполнения поворота. Гид­ро­ме­ха­ни­чес­кой передачей оснащен дизель-поезд под названием Д1 венгерского производства, ра­бо­та­ю­щий на постсоветском пространстве ЖД-техники.

Гидравлическая трансмиссия

Трансмиссией гидравлического типа в транспортной технике является такая транс­мис­сия, в которой переключения осуществляются не механическим методом, а гид­рав­ли­чес­ки­ми аппаратами, т.к. чисто гидравлические трансмиссии встречаются довольно редко. Трансмиссия такого типа оборудована КПП с вторичным и первичным валами, а также, как и в обычной КПП, несколькими парами зубчатых колес, но включение необходимой пары в рабочий процесс выполняет не фрикционная или кулачковая муфта, а гидромуфта или же гидротрансформатор, который заполняется для включения передачи.

Главное достоинство трансмиссии такого типа – включение передач совершенно безударное и полное отсутствие механических муфт, стабильно работающих в процессе передачи больших крутящих мо­мен­тов (к примеру, на тепловозах), главный минус – необходимость монтажа отдельной гидромуфты для каждой передачи. Из-за своих особенностей гидропередача применяется в основном на железнодорожной технике. Из отечественных разновидностей техники гид­ро­пе­ре­да­чей оснащены, к примеру, дизель-поезд ДР1, маневровые тепловозы ТГМ6 и ТГМ4.

Гидростатическая трансмиссия

В трансмиссии гидростатического типа для передачи мощности применяется ак­си­аль­но-плунжерные гидромашины. Преимущества данной трансмиссии – небольшая масса и габариты машин, отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, благодаря чему удается разносить их на достаточно значительные расстояния и придавать гораздо большее число степеней свободы. Главный минус гидрообъемной передачи – высокие требования к чистоте жидкости, участвующей в рабочем процессе, а также повышенное давление в гидролинии.

Гидростатическая передача применяется на дорожно-строительных машинах (в основном в катках, так как там необходимо обеспечивать достаточно большое передаточное число, а также очень часто приводить вальцы с торца, затруднено построение механической передачи), как вспомогательная – в авиационной технике, металлорежущих станках, теп­ло­во­зах.

Электромеханическая трансмиссия

Трансмиссии электромеханического типа состоят из тягового электромотора (или нескольких), электрического генератора, электрической системы контроля, а также со­е­ди­ни­тель­ных кабелей. Главным достоинством трансмиссий электромеханического типа яв­ля­ет­ся обеспечение более широкого диапазона автоматического изменения силы тяги и крутящего момента, а также отсутствие кинематической жесткой связи между механизмами электротрансмиссии, что дает возможность создать разные компоновочные схемы.

Главными минусами, которые препятствуют распространению трансмиссий элект­ри­чес­ко­го типа, являются большая масса, габариты и цена (особенно если применяются электромашины постоянного тока), меньший КПД (по сравнению с механической). Но с развитием электротехнической промышленности, широким распространением ин­дук­тор­но­го, вентильного, синхронного, асинхронного и других разновидностей электропривода открывается все больше новых возможностей для электромеханических трансмиссий.

Данные трансмиссии широко используются в тепловозах, тракторах, карьерных самосвалах, морских судах, военной технике, самоходных механизмах, немецких военных машинах «Мышонок» и «Фердинанд», а также автобусах, которые с трансмиссией этой разновидности более правильно называются теплоэлектробусы, к примеру, ЗИС-154.

На современных автомобилях, по большей части, используется трансмиссия ме­ха­ни­чес­ко­го типа. Трансмиссия механического типа, в которой изменение крутящего момента происходит в автоматическом режиме, называется автоматической трансмиссией.

Наиболее частые поломки трансмиссии

• Сильный шум при включении сцепления – «симптом» износа пружин (вилки, демпфера) или возникновение зазора в шлицевом соединении. Чаще всего решение проблемы – замена ведомого диска или пружин, но иногда достаточно просто основательней закрепить пружину вилки.
• Увеличение шума при выключении сцепления – сигнал о износе, повреждении подшипников вала КПП. Как правило, проблема решается заменой подшипника.
• «Смазанное» включение передач. Возникает как ответная реакция на износ многих деталей. Важна детальная диагностика и замена одной или нескольких деталей – пружин фиксаторов, шариков, «сухарей», шестерни, муфты, рычага выбора передач, блокирующих колец синхронизаторов.
• Из коробки передачи течёт масло. Чаще всего проблема – в износе сальников или уплотнительных прокладок, и они нуждаются в замене. Но проблема может быть и в ослаблении крепления картера или его крышек. В этом случае требуется регулировка крепежа (гаек).
• КПП издаёт гул, шум. Такое нередко бывает при недостатке уровня масла в коробке. И здесь важно понять причину утечки масла, устранить ее, а затем восстановить уровень масла до требуемых норм. Кроме того, проблема может быть связана с износом синхронизаторов, подшипников, шестерен. В этом случае требуется их замена.
• При подъёме транспортного средства в гору начинается пробуксовка. Переключение на пониженную передачу начинается раньше времени. Здесь, как и в предыдущем случае, причина чаще всего – падение уровня масла. Но нельзя исключать и одновременный износ манжет поршня и дисков муфты. Это может быть прямым стимулом к их замене.
• Cтук на холостом ходу ДВС. Это свидетельство окончания времени эксплуатации дисков фрикционных муфт. Решить проблему можно только их заменой.

Интерактивное обучение! На базе LCMS ELECTUDE доступен специальный обучающий курс-тренинг и тестовая система проверки знаний «Трансмиссия автомобиля».

29 учебных модулей – это отличные возможности для того, чтобы изучить устройство, принцип работы разных трансмиссий. Огромное внимание уделяется устройству и сервисному обслуживанию.

Зависимость трансмиссии от типа привода

Конструкция трансмиссии отличается от типа привода, которым оснащено ТС. Сегодня существуют следующие вариации:

передний;
задний;
полный.

В переднеприводных машинах применяется классическая цепочка. Вращение от силового агрегата передается только на передний мост через коробку переключения передач. В авто с системой 4WD обязательно присутствует межосевой дифференциал. Крутящий момент передается одновременно на передний и задний мосты, а раздаточная коробка распределяет вращение на полуоси. В заднеприводной коробке присутствуют все те же элементы, что и в переднеприводной. Разница только в ведущей оси. Также крутящий элемент в таких автомобилях передается с помощью карданного вала.

АГРЕГАТЫ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ

Независимо от типа трансмиссии, этот механизм состоит из нескольких узлов, которые обеспечивают эффективность и высокий КПД устройства. Вот из каких агрегатов состоит коробка передач.

ДИСК СЦЕПЛЕНИЯ

Этот элемент обеспечивает жесткую сцепку маховика двигателя с ведущим валом главной передачи. Однако при необходимости данный механизм также разъединяет мотор и коробку. Механическая трансмиссия оснащается корзиной сцепления, похожее устройство имеет и робот.

В автоматических модификациях эту функцию выполняет гидротрансформатор. Единственное отличие – диск сцепления может обеспечить прочную связь мотора и механизма трансмиссии даже при заглушенном моторе. Это позволяет использовать передачу в качестве противооткатного механизма в дополнение к слабому ручнику. Сцепление позволяет запустить двигатель с толкача, чего нельзя сделать на автомате.

Механизм сцепления состоит из таких элементов:

• Фрикционные диски;
• Корзина (или корпус, в котором расположены все элементы механизма);
• Вилка (перемещает нажимной диск, когда водитель нажимает на педаль сцепления);
• Ведущий или первичный вал.

Среди разновидностей сцепления бывают:

• Сухие. В таких модификациях используется сила трения, благодаря чему фрикционные поверхности дисков не позволяют им проскальзывать во время передачи крутящего момента;
• Мокрые. Более дорогая модификация, в которой используется гидротрансформаторное масло, продлевающее срок службы механизма, а также делающее его более надежным.

ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА

Основная задача главной передачи – принимать усилия, поступающие от мотора и передавать их на подсоединенные узлы, а именно на ведущий мост. Главная передача увеличивает КМ (крутящий момент) и вместе с тем уменьшает обороты ведущих колес авто.

Машины с передним приводом оснащаются данным механизмом возле дифференциала КПП. Модели с задним приводом имеют этот механизм в картере заднего моста. В устройство ГП входит полуось, ведущая и ведомая шестерни, полуосевые шестерни, а также шестерни-сателлиты.

ДИФФЕРЕНЦИАЛ

Передает крутящий момент, изменяет его и распределяет на несоосные механизмы. Форма и принцип работы дифференциала отличаются в зависимости от привода машины:

• Заднеприводная модель. Дифференциал устанавливается в картере моста;
• Переднеприводная модель. Механизм установлен в коробке передач;
• Полноприводная модель. Дифференциал находится в раздаточной коробке.

В конструкцию дифференциала входит планетарный редуктор. Существует три модификации планетарной передачи:

• Коническая – используется в межколесном дифференциале;
• Цилиндрическая – применяется в межосном дифференциале полноприводного авто;
• Червячная – считается универсальной модификацией, которую можно использовать, как в межколесном, так и межосном дифференциалах.

В устройство дифференциала входят осевые шестерни, закрепленные в корпусе. Они связываются между собой планетарной передачей, которая состоит из шестерен-сателлитов.

КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА

Карданная передача – это вал, состоящий из двух или больше частей, которые соединены между собой при помощи шарнирного механизма. Она используется в разных частях автомобиля. Основное применение – в заднеприводном транспорте. Коробка передач в таких автомобилях часто находится ниже, чем редуктор заднего моста. Чтобы ни механизм коробки, ни редуктора не испытывал дополнительную нагрузку, вал, расположенный между ними должен разделяться на секции, соединение которых обеспечивало бы плавное вращение при деформации узла.

Если кардан неисправен, то в процессе передачи крутящего момента ощущаются сильные шумы и вибрации. Когда водитель заметил такой эффект, ему следует уделить внимание ремонту, чтобы из-за повышенных вибраций не вышли из строя механизмы трансмиссии.

Чтобы трансмиссия прослужила максимально эффективно и долго без ремонтов, каждую коробку необходимо обслуживать. Производитель устанавливает свой срок планового ТО, о чем автовладелец информируется в технической документации. Чаще всего этот период находится в районе 60 тысяч километров пробега авто. В техническое обслуживание входит замена масла и фильтра, а также сброс ошибок, если такие имеются в электронном блоке управления.

Устройство механической трансмиссии

Механическая трансмиссия — автомобильная трансмиссия, предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к колесам, в которой выбор передачи осуществляется водителем в ручном режиме. Функции механической трансмиссии осуществляются за счет механических устройств, поэтому она и получила такое название.

Принцип работы механической трансмиссии следующий: крутящий момент от силового агрегата через сцепление передается на первичный вал КПП. Сцепление обеспечивает разъединение мотора и трансмиссии для переключения передач без выключения оборотов двигателя. В механической трансмиссии сцепление выжимается водителем путем нажатия на педаль в салоне автомобиля. В момент, когда сцепление выжато, водителем осуществляется выбор передачи и вручную переключается рычаг КПП.

В механической трансмиссии оси валов расположены параллельно, на них расположены шестерни. Пары взаимодействующих шестерен образуют ступени, каждая из них имеет определенное передаточное число, определяемое отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. Количество зубьев зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Первая передача имеет самое большое передаточное число и, соответственно, входная шестерня имеет минимальный размер, а выходная — максимальный.

Передаточное число определяет скорость вращения и крутящий момент, передаваемый от коленчатого вала двигателя. Если передача увеличивает крутящий момент, то она является понижающей, если уменьшает — повышающей. У понижающей передачи скорость вращения шестерен снижается, у повышающей — повышается.

Существуют две основных разновидности механической трансмиссии: двухвальные и трехвальные КПП. У двухвальных крутящий момент передается непосредственно от ведущего вала к ведомому, у трехвальных между ними расположен промежуточный вал, повышающий общий КПД механической трансмиссии и позволяющий реализовать прямую передачу. Также механическая трансмиссия классифицируется по количеству ступеней: 4, 5, 6 и даже 7 на самых продвинутых автомобилях. Наибольшее распространение сейчас имеют 5- и 6-скоростные МКПП.

Механическая трансмиссия довольна проста, надежна и недорога в реализации. Однако ее основной недостаток — усложнение процесса управления автомобилем. Водитель должен полностью контролировать процесс переключения передач, что является достаточно утомительным занятием, особенно в режиме городской езды. Ошибки в переключении грозят перегрузкой двигателя или повреждением сцепления. Поэтому автопроизводители предлагают альтернативный варианты, в которых переключение передач осуществляется без участия водителя.

Устройство автоматической трансмиссии

Автоматическая трансмиссия обеспечивает переключение передач в автоматическом режиме. Это означает, что человеку, управляющему автомобилем, не нужно выжимать сцепление и переключать рычаг КПП. Коробка-автомат была разработана еще в начале XX века, основные принципы ее работы сохранились с того времени.

Классическим вариантом автоматической трансмиссии является гидротрансформаторная КПП, состоящая из следующих узлов:

• гидротрансформатора;
• планетарного механизма.

Последний включает в себя следующие детали

• гидравлический или электронный блок управления АКПП;
• фрикционную муфту;
• обгонную муфту;
• ленточный тормоз;
• масляный насос.

Гидротрансформатор обеспечивает передачу крутящего момента от силового агрегата и по своей сути заменяет сцепление. Передача крутящего момента осуществляется за счет накопления и использования кинетической энергии жидкости, находящейся внутри корпуса гидротрансформатора. Также он обеспечивает гашение толчков, возникающих при переключении передач, из-за отсутствия жесткой кинематической связи между своими элементами.

Планетарный механизм обеспечивает выбор скорости и передачу крутящего момента от гидротрансформатора к приводам колес. В планетарном механизме осуществляется блокировка одних шестерней и разблокировка других, что определяет выбор передаточного числа. Управление коробкой осуществляет гидравлический или электронный блок управления, собирающий сведения от различных датчиков и определяющий необходимый режим работы.

Классическая автоматизированная трансмиссия имеет множество достоинств: она обеспечивает комфортность управления автомобилем, имеет большой ресурс, зачастую превосходящий механическую трансмиссию, предотвращает банальные ошибки водителя при переключении передач. Разумеется, имеются и минусы: автомат достаточно дорог, поэтому им редко оснащаются автомобили эконом-класса. Также трансмиссия подобного типа увеличивает вес авто, снижает динамику и максимальную скорость, повышает расход топлива и требует тщательного ухода. В случае поломки ремонт автоматической трансмиссии обойдется владельцу авто в немаленькую сумму.

Устройство трансмиссии типа вариатор

Вариатор, или CVT (Continuously Variable Transmission), это разновидность бесступенчатой автомобильной трансмиссии. Вариатор способен плавно изменять коэффициент передачи во всем диапазоне скоростей и тяговых усилий, поэтому в процессе работы такой трансмиссии не наблюдается характерных толчков при переключении передач, свойственных другим видам трансмиссии.

На современных автомобилях самым распространенным видом является вариатор, основанный на работе клиноременной передачи. В нем передаточное число передается от ведущего шкива, соединенного с мотором, к ведомому, связанного с приводами колес. Между собой валы соединяются ремнем.

Принцип работы вариатора основан на изменении диаметра ведомого и ведущего шкивов при уменьшении или увеличении частоты оборотов двигателя. При трогании автомобиля, когда необходимо максимальное тяговое усилие, диаметр ведущего шкива минимален, ведомого максимален, что повышает коэффициент передачи. С набором скорости и увеличением оборотов силового агрегата диаметр ведущего шкива возрастает, а ведомого — падает, что уменьшает коэффициент передачи. Таким образом регулируется тяговое усилие, передаваемое на приводы колес. Как и на любых современных автомобилях, за регуляцию диаметра шкивов отвечает электроника, получающая команды из электронного блока управления.

Второй вариант бесступенчатой трансмиссии — тороидальный вариатор, встречающийся гораздо реже клиноременной схемы. При таком варианте передача крутящего момента регулируется роликами тороидальной формы, зажатыми между валами. Изменение передаточного числа осуществляется за счет увеличения или уменьшения площади контактных поверхностей соприкосновения роликов и валов. Для максимальной тяги роликовые зажимы поворачиваются в сторону ведомого вала, что увеличивает площадь соприкосновения и трение между ведомым валом и роликом. При увеличении скорости ролики поворачиваются в обратную сторону. Тороидные вариаторы более надежны и износостойки, однако дороже в производстве.

Плюсы бесступенчатой трансмиссии типа вариатор очевидны: она более динамична и эффективна, чем автомат, полностью отсутствуют рывки, выигрывает она и в экономичности по сравнению с автоматом. Однако и минусы вариатора также ярко выражены: ненадежность, относительно малый ресурс, дорогостоящий ремонт и необходимость дополнительного обслуживания (нужно покупать специальное трансмиссионное масло).

Как работает механическая коробка передач (МКПП)

Оснащение автомобилей бывает разным, но коробка передач – это то, что присутствует практически на всех транспортных средствах. Такого вида агрегат имеет конструктивные отличия, но функциональность у него одна. Обеспечивать вращение колес с разной скоростью в зависимости от выбранной передачи.

Содержание:

Различают автоматические и механические коробки передач (МКПП). Мы рассмотрим последние. В нашей стране доля оснащенных ими автомобилей внушительная, что делает предложенную тему актуальной. Попытаемся разобраться, как работает этот автомобильный узел.

Назначение

С помощью механической коробки передач реализуется переключение передач. Водитель задействует рычаг в салоне автомобиля, что оказывает влияние на то, как скорость вращения силового агрегата передается колесам. Сама коробка передач – механический узел, что обусловливает ее название.

Работа этого механизма делает возможным:

• замену передач;
• удержание выбранной передачи;
• невозможность одновременного включения более 1 передачи.

Непосредственный выбор передаточного числа осуществляет водитель, то есть этот процесс не автоматизирован. Также МКПП обеспечивает два таких режима, как задний ход и нейтральный, когда двигатель и колеса разобщаются.

Устройство

В визуальном плане «механика» представляет собой закрытый редуктор. Внутри косозубые шестерни, которые вынуждают поочередно вступать в сцепление, что и приводит к изменению частоты оборотов, передаваемых на вторичный вал с последующим задействованием колесного привода.

Работа МКПП осуществляется совместно со сцеплением. Этот механизм – соединительное звено между силовым агрегатом и трансмиссией. При переключении передач и во время торможения (включая остановку) происходит разъединение трансмиссии и двигателя. Такая функциональность позволяет избежать проблем, когда производится переход с одной передачи на другую, так как обороты двигателя не выключаются.

Устройство МКПП – это относительно малое количество составляющих:

• картер;
• несколько валов (первичный, вторичный, промежуточный и обеспечивающий задний ход);
• механизм, делающий возможным само переключение передач;
• синхронизирующие муфты;
• шестерни;
• рычаг.

Принято выделять трехвальные и двухвальные компоновки коробок «механики». Также механические коробки передач могут быть синхронизированными и несинхронизированными. Заднеприводные автомобили преимущественно оснащаются трехвальными механизмами, а переднеприводные – двухвальными.

Трехвальные

При этой компоновке предусматривается наличие 3 валов, где один выступает в роли ведущей оси, другой – промежуточной и третий – ведомой.

Работа ведущего вала возможна только в связке со сцеплением. Он имеет шлицы для диска сцепления. Этим обеспечивается его перемещение. Посредством шестерни на ведущей оси крутящий момент передается на вал, определяемый как промежуточный.

Оба вала имеют параллельное расположение относительно друг друга. Контакт осуществляется с помощью подшипника, установленного на первом валу. В результате достигается вращение валов, где каждая ось независима. На ведомой оси установлены шестерни без жесткой фиксации, разделенные синхронизаторами, в качестве которых выступают специальные муфты. Они имеют жесткое крепление на валу при сохранении возможности перемещения вдоль оси, что обеспечивают шлицы.

Все передачи дополнены синхронизирующими муфтами. Исключение составляет лишь передача, обеспечивающая возможность движения машины назад. Это выглядит так. На торцах муфт находятся зубчатые венцы. Они соединяются с подобными венцами, местом расположения которых служат торцы шестерен, установленных на ведущей оси.

Выбор нейтральной передачи высвобождает шестерни. Их вращение становится свободным, что предполагает размыкание синхронизаторов. При выжимании сцепления с переводом рычага в положение одной из ступеней ситуация меняется. Вилка МКПП сдвигает муфту таким образом, что она зацепляет такой же узел на торце шестерни. В результате происходит жесткая фиксация шестерни и вала. Прокручивание исключается. Необходимое усилие, вызывающее вращение, передается дальше.

В заднеприводных автомобилях колеса приводятся в движение посредством карданного вала, а на переднеприводных – редуктора и ШРУСов. Максимальный КПД достигается, когда синхронизаторы обеспечивают прямое зацепление ведущего вала и ведомого. Шестерни в этот момент исключаются из этого процесса. Для возможности заднего хода предусмотрена так называемая паразитная шестерня, которая обеспечивает обратное вращение.

Основная масса механических коробок передач оснащается косозубыми шестернями. По сравнению с прямозубыми они выдерживают большие нагрузки и производят меньше шума. Для их изготовления используется высоколегированная сталь, подвергаемая закалке и нормализации, что снимает напряжение. Такого рода процедуры гарантируют длительный срок эксплуатации.

Двухвальные

МКПП этого вида можно встретить на многих автомобилях, хотя их применение ограниченно из-за конструктивных особенностей.

Расположение валов параллельное. Промежуточный вал отсутствует. Ведущая ось оснащена блоком шестерней против одной. Шестерни на валах постоянно зацеплены.

Ведомый вал оснащен шестерней главной передачи, которая жестко зафиксирована. Остальные шестерни дополнены синхронизационными муфтами. Это напоминает трехвальную схему. Отличия наблюдаются в невозможности прямой передачи и специфики оснащения каждой ступени. Устанавливается не две пары шестерней, а одна.

Двухвальная «механика» отличается несколько лучшим КПД. Ее основной минус – отсутствие технической возможности обеспечить прямую передачу.

Двухвальные МКПП применяют на транспортных средствах в виде тяжелых мотоциклов и автомобилей, оборудованных передним приводом или имеющих заднемоторную компоновку. Передний ход, обеспечиваемый такими коробками, допускает более 4 передач.

Несинхронизированные

Если механическая коробка несинхронизированная, то переключение передач полностью зависит от действий водителя. Реализовать это на практике можно лишь за счет двойного выжима. Вращение шестеренок происходит на разных скоростях, поэтому муфта сцепления не может перейти на них без предварительного выравнивания скоростных режимов.

Двойной выжим позволяет произвести соответствующее переключение с помощью задействования педали сцепления. Она выжимается перед тем, как будет выключена передача.

Обычно несинхронизированные МКПП встречаются на спортивных транспортных средствах. Объясняется это высокой живучестью такой «механики», выдерживающей большие нагрузки, и тем, что переключение передач можно производить достаточно быстро. Оснащение подобными КП тракторов и грузовиков невозможно с технической точки зрения.

Синхронизированные

В основном легковые авто оборудуются МКПП с синхронизаторами. Посредством этих деталей выравнивается скорость шестерней, а также достигается бесшумность работы.

Функционирование синхронизаторов выглядит следующим образом. Включается передача. Это приводит к подаче муфты туда, где находится необходимая шестерня. В процессе перемещения блокировочное кольцо муфты принимает усилие. Разные скорости вращения шестерни и муфты обусловливают их взаимодействие на основе силы трения. В результате кольцо поворачивается на упор.

Происходит совмещение зубьев, что блокирует муфту. Она сцепляется с малым венцом, местом нахождения которого является шестерня. Сцепление становится жестким. Все происходит практически мгновенно. Возможности одного синхронизатора – включение 2 передач.

Переключение передач

Применительно к заднеприводным автомобилям установка ручки для переключения передач производится на корпусе МКПП. В нем находится механизм переключения. Ручка позволяет им управлять.

Такое решение с точки зрения конструкции является наиболее простым. При этом обеспечивается четкость переключения передач. Сама конструкция отличается долговечностью эксплуатации. Ее минусом считается невозможность установки на переднеприводных автомобилях и тех транспортных средствах, у которых мотор находится сзади.

В случае с переднеприводными машинам установка рычага может иметь напольное исполнение (между водительским креслом и пассажирским). Рулевая колонка и панель приборов также используются для его размещения.

Приводы, обеспечивающие включение и выключение передач, могут быть различными, но сам механизм переключения примерно одинаковый на большинстве МКПП. Это подвижные штоки и закрепленные на них вилки. Также имеются приспособления, способные уберечь от недовключения передач, произвольного выхода из зацепления и задействования двух ступеней в одно время.

Плюсы и минусы

Работа любых механизмов имеет как плюсы, так и минусы, что в полной мере относится и к механической КПП.

Плюсы

• Меньшая стоимость на фоне других подобных устройств.
• Автомобиль на «механике» гораздо экономичнее и динамичнее в плане разгона, если сравнивать с машинами, оснащенными «автоматом».
• Не требует создание специфичных условий охлаждения, что отличает от «автомата».
• По сравнению с гидромеханической КПП обладает меньшей массой и лучшим КПД. При этом «механика» способна полностью разобщать силовой агрегат и трансмиссию.
• Допустимость буксировки без ограничения скорости вне зависимости от расстояния.
• Широкая вариативность техник вождения.
• Отсутствие специфики в обслуживании.
• Длительный срок эксплуатации.
• Простота конструкции.
• Высокая надежность.

Минусы

• Большая утомляемость водителя, если сравнивать с «автоматом».
• Невозможность плавного изменения передаточных отношений в связи с ограничением количества ступеней.
• Более долгое переключение передач из-за полного разъединения мотора и трансмиссии.
• Необходимость иметь определенные навыки вождения, чтобы передачи можно было переключать плавно.
• Низкий ресурс сцепления как автомобильного узла.

Эксплуатация

Замена масла (вовремя) и «правильное» переключение передач – действия, способные продлить срок эксплуатации механической коробки передач. Для этого требуется осуществлять контроль уровня масла. Переключать передачи за счет плавных движений. Выдерживать паузу в нейтральном режиме, что необходимо для полноценного срабатывания синхронизаторов.

Как работает коробка передач в автомобиле

Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения — так называемый вращательный момент — от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.

Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.

Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.

Ручное управление передачей

Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.

Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.

Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.

Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) — скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.

Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня’вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.

Работа акселератора

Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.

Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.

Автоматическая коробка передач

Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.

А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.

Коробка переключения передач автомобиля – зачем она нужна

Коробка переключения передач автомобиля предназначена для изменения передаточного числа, проще говоря, чтобы при одних оборотах двигателя ведущие колеса автомобиля могли вращаться с разной скоростью. Для чего это надо, если скорость автомобиля так же можно регулировать нажатием на педаль газа? Все дело в двух свойствах всех двигателей внутреннего сгорания – это малый диапазон рабочих частот и невысокая мощность агрегата. Действительно, стандартный двигатель внутреннего сгорания работает в диапазоне 800 – 6000 оборотов в минуту, а вот при движении транспортного средства диапазон сужается еще больше- от 1500 до 4000. Если поддерживать обороты менее полутора тысяч, то агрегат довольно быстро выйдет из строя, так как давление масла в системе будет недостаточным для смазки. При работе на больших оборотах же происходит активный износ деталей, что тоже приводит к выходу двигателя из строя.
Если же соединить двигатель с колесами напрямую, то машина даже не сможет тронуться с места- это второе свойство ДВС – слишком низкая мощность.Простой пример – попробуйте включить 4 передачу и тронуться с места, в большинстве случаев у Вас ничего не получится, так как во многих автомобилях 4 передача – прямая, то есть двигатель напрямую вращает ведущие колеса. Для этого и предназначена КПП – чтобы облегчить нагрузку на мотор, а так же позволить ему работать в узком диапазоне частот коленчатого вала. На первой или второй передаче машина обладает большой мощностью, но не может двигаться на большой скорости. Пониженные передачи предназначены для трогания автомобиля, подъема в гору, когда двигатель испытывает большую нагрузку, для перевозки тяжелых грузов. А вот на следующих передачах скорость будет больше, а тягловая мощность меньше, к примеру, въехать на крутой склон на 4 скорости очень трудно – двигатель может попросту заглохнуть.Помимо этого, коробка переключения передач автомобиля позволяет выбирать режим движения – вперед или назад. Некоторые неопытные автолюбители считают, что при движении назад, двигатель автомобиля вращается в обратную сторону, однако, это не так – коленчатый вал всегда вращается в одну сторону, движение задним ходом осуществляется лишь за счет дополнительной системы шестерней в КПП. Обычно, задний ход имеет одну передачу, однако, на некоторых старых моделях автомобилей существовал рычаг «реверса», то есть, при его переключении водитель имел либо 4 передачи вперед, либо 4 передачи назад. Нейтральное положение рычага коробки передач позволяет отсоединить двигатель от ведущих колес, фактически, КПП служит связующим звеном между двигателем и колесами. В автоматических трансмиссиях имеется и режим «парковка», который выполняет функцию «стояночного тормоза».Теперь Вы знаете, для чего предназначена коробка переключения передач автомобиля.Коробка переключения передач автомобиля

Автоматические коробки передач

Если вы любите комфорт, то выбирая между видами коробок передач лучше отдать свое предпочтение АКПП. Передаточное число коробки передач срабатывает сразу, как только набирается необходимая скорость при движении. При этом водитель не участвует в этом процессе, он просто наслаждается дорогой.

Устройство и принцип работы автоматики совершенствуется практически каждый год. Все уже привыкли к стандартной расшифровке аббревиатуры, которая говорит об отсутствии в автомобиле педали сцепления. Инженеры заводов производителей продолжают совершенствовать модели и создавать еще более комфортные условия для передвижения.

Коробка передач, принцип работы стандартного автоматического переключения требует к себе повышенного внимания. Ее нельзя перенапрягать, не желательна пробуксовка и буксировка тяжелых объектов. Назначение коробки передач в данном случае относится больше к удобству, нежели чем проходимости. Но все же, современные инженеры не стоят на месте, усовершенствовав ее возможности, и теперь такие автомобили не менее мощные, нежели механика. Передаточное число КПП в данном случае очень чувствительное и реагирует даже на самые незначительные изменения в скорости.

Функционирование МКПП

Каков принцип работы данного устройства? Он заключается в том, что момент силы силового агрегата изменяется ступенями, благодаря воздействию шестерен. Следует отметить, что в состав коробки (помимо шестерен) входит картер, входной/выходной/промежуточный валы, синхронизаторы, включая механизм, который обеспечивает переключения передач. Их общее взаимодействие на автомобиле гарантирует эффективное осуществление передачи момента силы.

Синхронизатор установлен между ведомым и ведущим валом. Схема данного механизма позволяет увидеть, что он состоит из следующих элементов: ступица, муфта, сухари, блокировочное и проволочное кольцо. Рабочий материал, из которого состоит синхронизатор – сталь, либо латунь, реже встречаются модели авто, где синхронизатор выполнен из карбона. Он способен выдерживать высокие температуры, гарантирует снижение уровня шума.

Первичный и вторичный вал КПП эффективно справляются с большими нагрузками. На первичный вал коробки передач приходится момент силы коленвала мотора.

В картере МКПП находится смазка, которая снижает трение металлических составляющих, тем самым увеличивая срок работы системы трансмиссии.

Двухвальная МКПП

В двухвальной коробке есть только два вала – ведущий и ведомый.

Предназначение всех элементов такое же, как и у трехвальной. Различие состоит в параллельном расположении валов, и передача создается одной парой шестерен (у трехвальной работают две пары). У двухвальной механической коробки передач нет прямой передачи. Шестерня главной передачи жестко крепится на ведомом валу, между остальными шестернями находятся синхронизаторы.

Как правило, у двухвальных коробок передач совмещены в одном корпусе непосредственно узел переключения передач, валы, блоки шестерен, синхронизаторы и дифференциал. Для уменьшения продольного размера в двухвальных коробках могут применяться несколько ведомых валов. В этом случае все вторичные валы (попеременно) своей шестерней главной передачи, вращают ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие дифференциал.

Для передачи «задний ход», так же как и в трехвальной коробке применяется дополнительный вал с промежуточной шестерней. Принцип действия тот же.

Для удерживания включенной передачи в МКПП (для всех видов) применяются фиксаторы, а для исключения включения сразу двух передач устройство блокировки.

Существенно отличается и механизм включения передачи в двухвальной коробке. Если в трехвальной переключение происходит выбором вилки рычагом переключения, то в двухвальной применяется шток переключения и рычаги выбора передачи. Сам процесс выглядит следующим образом – при повороте рычага переключения передачи в салоне авто, в действие приводится рычаг выбора передачи, далее следует продольное движение и привод в действие штока, который и толкает нужную вилку для блокировки шестерни на ведомом валу при помощи зубчатого венца муфты синхронизатора.

Синхронизатор коробки передач

Схема устройства синхронизатора: 1 – ступица; 2 – муфта; 3 – блокировочные кольца; 4 – сухари; 5 – проволочные кольца.

Как говорилось выше, синхронизатор КПП предназначен для бесшумного включения передачи путем выравнивания угловой скорости вала и шестерни. В устройство синхронизатора входит:

• муфта
• два блокировочных кольца
• сухари
• проволочные кольца

Ступица жестко крепится на ведомом валу. На ступице имеются пазы для сухарей и наружные зубья. На зубьях ступицы крепится муфта при помощи сухарей, которые находятся в канавках. Сухари прижимаются кольцами или подпружиненными шариками. Блокировочные кольца находятся по краям муфты и имеют снаружи зубья. На конической поверхности блокировочных колец наносятся продольные канавки или резьба для увеличения силы трения.

Работает синхронизатор так: включая передачу вилка, перемещает муфту в направлении нужной шестерни. Вместе с муфтой в сторону шестерни движется и блокировочное кольцо, благодаря усилию сухарей. Из-за разности угловых скоростей шестерни и вала на конической поверхности возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора. Зубья муфты и блокировочного кольца станут друг против друга, значит дальнейшее движение муфты, прекратится. После наступает момент выравнивания скоростей, а затем муфта свободно проходит через блокировочное кольцо и входит в соединение с внутренними зубцами включаемой шестерни, блокируя ее вместе с ведомым валом. Все – передача включена! Синхронизатор может включить поочередно две шестерни ведомого вала.

История механики

Появлению механической коробки передач мы обязаны женщине. Да-да, вы не ослышались и этой женщиной была никто иная, как супруга Карла Бенца Берта Бенц. Именно она, после завершения своего знаменитого «турне» на автомобиле «Motorwagen», высказала мужу свое недовольство по поводу того, что тяги двигателя не хватало, чтобы преодолеть даже небольшой пригорок. Это произошло 5 августа 1888 года. Не отважившись спорить с женщиной, Карл Бенц в 1893 году выпускает автомобиль «Benz Velo», на котором крутящий момент от двигателя к колесам передавала 2-ступенчатая планетарная механическая коробка передач.

Берта Бенц — супруга Карла Бенца, первый автомобиль Бенца «Motorwagen» и знаменитое турне из Мангейма в Пфорцгейм и обратно, которое совершила Берта Бенц в 1888 году.

Дальше ручная трансмиссия или МТ (механическая трансмиссия) эволюционировала только за счет увеличения количества передач и процесс этот был довольно быстрым. Первые двухступенчатые коробки с задней передачей ставились еще на самые первые серийные автомобили марки Ford уже в самом начале 20 века. Трехступенчатые коробки также не заставили себя долго ждать и появились уже в 1910 году. Они применялись на европейских автомобилях, а в последствии и на американских. Трехступенчатые МКПП имели большое распространение вплоть до начала 1960-х годов.

Далее в свет выходят четырехступенчатые коробки, которые, кстати, появились очень давно, но в силу того, что первые образцы были без синхронизаторов, они не пользовались популярностью. Когда же в 1960-х годах 4-ступенчатая коробка передач обзавелась синхронизаторами, тогда она и получила свое широкое применение. В США «четырехступки» еще долго использовались только на спортивных автомобилях, а в Европе сразу стали устанавливаться практически везде.

Первая 5-ступенчатая коробка появилась тоже в 1960-х, но массовое применение она получила только через 20 лет. В таких коробках было четыре основных передних передачи, а пятая, повышающая была встроена в саму коробку. До этого повышающая передача (она же «овердрайв») представляла из себя отдельный агрегат.

В 1990-х появляются шестиступенчатые МКПП. Они тоже имели четыре основные скорости, но повышающих у них уже было две. Еще через 10 лет появляется 7-ступенчатая «коробка», которая обладает пятью базовыми и двумя повышающими передачами.

Механические семиступенчатые коробки передач устанавливались на спортивные автомобили Porsche 911 и Chevrolet Corvette Stingray, с целью более эффективного использования крутящего момента мощного двигателя.

На этом развитие МКПП пока что закончилось — конструкторская мысль ушла в развитие автоматических коробок передач. На данный момент потомками «механики» являются роботизированные коробки передач. Они имеют такое же устройство и технические характеристики, что и МТ, но переключают скорости и управляют сцеплением самостоятельно.

Пик развития роботы

На помощь в нелегком деле совершенствования конструкции механической коробки передач пришла электроника. С ее помощью реализовали управление переключением передач без участия водителя. Такие КПП называют роботизированными. Оставаясь конструктивно механическими, и имея в своем устройстве такую часть, как фрикционное сцепление, процесс выжима и переключения они берут на себя.

Такое устройство позволяет сохранить относительную простоту самой коробки и приблизиться к комфорту управления автоматических трансмиссий. Но избавившись от ряда недостатков МКПП, новые агрегаты приобрели собственные, присущие только им.

Поскольку механизм сцепления никуда не делся, возникла проблема: при трогании на подъеме машина откатывается назад. Связано это с тем, что при размыкании ведомого и ведущего дисков автомобиль ничто не удерживает — водитель в этот момент переносит ногу с педали тормоза на акселератор. Решают возникшее затруднение двумя путями — внося коррективы в алгоритм управления, заставляя автомобиль сбрасывать давление в тормозной системе с задержкой, или вводя в конструкцию второе сцепление. Тогда при переключении одно из них остается замкнутым.

Особенности эксплуатации автомобиля с МКПП

Следует отметить основные преимущества работы МКПП:

• позволяет добиться максимальной скорости;
• позволяет изменять передаточное отношение скорости вращения от силового агрегата на авто к установленным колесам;
• осуществляется быстрый разгон;
• обеспечивается максимально большой крутящий момент;
• приемлемый расход горючего;
• представляется возможным переключаться на режим заднего хода;
• старт авто можно осуществлять с наката.

Чтобы ресурс данного варианта трансмиссии не истек преждевременно, устройство МКПП нужно своевременно обслуживать. В частности, следует своевременно менять масло, в которое постоянно попадает грязь и иные инородные частицы. Также, водитель должен придерживаться определенных правил эксплуатации транспортного средства. Например, нажимать педаль сцепления, когда машина на уклоне. Этого нельзя делать с механической коробкой передач. Из-за этого нанесется урон автомобильной системе.

Переключаться между передачами и оставлять ногу на выжатой педали сцепления также не рекомендуется.
При сравнении с автоматом, ремонт механических КПП автомобилисту обойдутся дешевле. Запчасти МКПП хорошо распространены на автомобильном рынке, проблем с их поиском и покупкой у автомобилиста не возникнет.

Принцип переключения передач

У МКПП между шестернями вторичного вала располагаются муфты включения передач. В зависимости от числа муфт коробки делятся на несколько типов – двухходовые, трехходовые, четырехходовые и так далее. Например, трехходовые МКПП имеют три муфты включения, каждая из которых может блокировать по две шестерни на каждом валу. Отсюда следует, что у трехходовой МКПП может быть 4 или 5 передач переднего хода. Четырехходовые могут иметь уже 6, 7 или 8 передач. Идем дальше.

На шестернях вторичного вала имеются зубчатые венцы. Они соединяются с задними торцами ведущего вала, а ответные венцы находятся на муфтах включения. Когда вы переключаете скорости, передвигая рычаг переключения передач, то за счет специального привода через ползуны приходят в движение вилки переключения передач, которые и перемещают вышеуказанные муфты. В МКПП есть специальный блокирующий механизм, который не допускает включения нескольких передач сразу.

Когда включающая муфта подходит к необходимой шестерни, их венцы соединяются и муфта блокирует шестерню передачи. Тогда они начинают совместное вращение, и таким образом крутящий момент направляется к колесам.

Анимированная схема переключения 4-ступенчатой коробки передач. Первый шток включает первую и вторую передачи, второй шток — третью и четвертую, а третий шток для задней передачи.

Чтобы переключения передач проходили без ударов и толчков, в МКПП предусмотрены синхронизаторы. Они выравнивают скорости вращения шестерни и муфты и не дают муфте произвести свою работу, пока указанные скорости не сравняются.

Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля

Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля

Составными данной трансмиссии (ее еще называют классической) являются:

• Сцепление;
• Коробка переменных передач;
• Карданная передача;
• Главная передача;
• Дифференциал;
• Полуоси.

Как видно, в состав узлов заднеприводной трансмиссии входит карданная передача, которая является промежуточным узлом между выходным валом коробки передач и задним мостом, и служит для передачи крутящего момента, вне зависимости от угла между осями вала коробки передач и главной передачи.

Переднеприводные машины в карданной передаче не нуждаются, т. к. у них все узлы и агрегаты трансмиссии объединены в один общий узел агрегатов под капотом автомобиля. Благодаря тому, что в корпусе коробки передач находится дифференциал с главной передачей, из самого картера КПП выходят валы привода передних ведущих колес.

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Схемы трансмиссий машин с полным приводом пестрят большим разнообразием и условно разделяются на три группы:

• Постоянный полный привод. Обязательный атрибут автомобилей с такой схемой трансмиссии – межосевой дифференциал.Автомобильная трансмиссия с передачей мощности на все четыре колеса является эффективной как при создании автомобилей с повышенной проходимостью, так и при улучшении разгона машины. Достижение обоих эффектов возможно, благодаря распределению силы тяги – уменьшение тяги на каждом колесе исключает вероятность пробуксовки.
• Полный привод, подключаемый вручную, который предусматривает наличие раздаточной коробки, но межосевой дифференциал в большинстве моделей отсутствует. Вся ответственность по распределению крутящего момента между задней и передней осями автомобиля в этой схеме возложена на “раздатку”.
• Автоматически подключаемый полный привод присущ автомобилям с передними ведущими колесами, а функции дифференциала выполняет вискомуфта либо фрикционная муфта с электронным управлением. Что касаетсявискомуфты (вязкостной муфты), передача крутящего момента с ее помощью осуществляется, за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками, заключенными в корпусе. Данную муфту могут также, использовать для автоматической блокировки дифференциала, установив ее между осями или встроив непосредственно в корпус дифференциала. При использовании же фрикционных муфт передача крутящего момента осуществляется за счет сжатия пакета дисков и возникающего, вследствие этого, трения.

Вариаторная коробка передач

Принцип работы коробки передач на вариаторе практически ничем не отличается от автомата. Его механизм состоит из ремня, который держит два вала. Плюсом данной разновидности является то, что сигнал об изменении динамики движения подается компьютером и механизм реагирует на это. Эксплуатация этого автомобиля подразумевает под собой размеренное передвижение, без напряжения на работу всей системы. Коробка передач вариаторного типа делает очень плавные переключения, которые абсолютно не заметны в салоне. Водитель перестает ощущать подергивания и рывки, так как система скоростей держит все под контролем.

Техническое обслуживание коробки передач на вариаторе стоит в разы дороже, по сравнению с другими видами. Информация, передаваемая с компьютера, требует много энергии и поэтому идет больший расход топлива и масла. Вариаторная коробка передач устройство свое бережет и не любит пробуксовок, высоких оборотов и постоянных нагрузок на автомобиль.

Предназначение коробки передач

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.

Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.

Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.

Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.

Механические коробки передач

Самой первой и распространенной моделью стала механическая коробка передач автомобиля. Ее принцип работы очень прост, водитель сам дает сигнал о том, что нужно перейти на другую скорость, с помощью рычага и педали сцепления. Техническое обслуживание коробки передач на механическом режиме стоит гораздо дешевле остальных. Также стоит отметить и то, что такой способ передвижения гораздо экономичнее остальных, ведь машина не расходует большое количества масла и бензина. Человек сам контролирует уровень оборотов двигателя на спидометре.

Различать механическую КПП автомобиля привыкли по количеству валов. Самыми распространенными сейчас стали трехваловые модели в машине. Это значит, что схема механизма выглядит следующим образом: один вал устроен так, что непосредственно связан с двигателем, другой реагирует на передаточные числа КПП, а третий соединяется с корданной передачей. Если вам в жизни приходится часто ездить по труднодоступным местам, буксовать или буксировать на жесткой сцепке, то лучше выбрать этот вариант коробки, так как он более надежен в данном случае.

Роботизированная коробка

Схема роботизированной коробки передач

Если вам нужна коробка передач с умным механизмом, то это как раз то, что подойдет. Зачем покупать отдельно механику или автомат, если можно получить все в одном автомобиле? Зная, как работает робот, у вас больше не останется подобных вопросов. Данный тип коробки передач включил в себя и комфорт и выносливость. Другими словами, владелец автомобиля рычагом будет подсказывать машине, что необходимо переключить скорость, а работу педали сцепления системы выполняет сама.

Работа коробки передач важна не меньше двигателя. Берите только тот автомобиль, строение которого вам полностью подходит. Прежде чем приобретать какую-либо модель авто внимательно проанализируйте свои потребности и отталкиваясь от них реализуйте свою мечту.

Источник https://seite1.ru/zapchasti/chto-takoe-transmissiya-i-kak-ona-rabotaet-foto-video/.html

Источник https://autoiwc.ru/other/mkpp.html

Источник https://proautomarki.ru/korobka-peredac/