Устройство и принцип работы механической коробки передач

Устройство и принцип работы механической коробки передач

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от “ручного” (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором – повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев – тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная – максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики – там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Устройство механической коробки передач

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Заключение

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более “драйверскими” ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

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.

Устройство механических коробок передач

Механические КПП не настолько распространены в автомобилях, как это было ранее, однако это не мешает им быть востребованными и актуальными. Такой тип трансмиссии предпочитают те водители, которые любят контролировать процесс перехода на повышенные или пониженные передачи. Для многих автомобилистов поездка не настолько интересна, если автомобиль оснащен автоматом или типтроником.

МКПП являются синонимом надежности и до сих пор пользуются спросом за счет своей ремонтопригодности и простоты устройства. Однако мало кто знает о том, что это за устройство, как оно работает. Предлагаем ознакомиться с «механикой» поближе и понять принцип работы коробки передач.

Принцип работы

Трансмиссия механического типа требуется для смены вращающего момента и его передачи от ДВС к колесам. Поступающий от двигателя крутящий момент с помощью педали сцепления поступает к первичному валу коробки. За счет этого он преобразуется связанными между собой парами шестерен (ступенями) и передается непосредственно на колеса автомобиля.

Все шестерные пары имеют свое передаточное число, отвечающее за количество оборотов и поступление крутящего момента от коленвала мотора на колеса. Увеличение крутящего момента передачей вызывает снижение оборотов коленчатого вала. При снижении – наоборот.
Перед тем, как сменить в механической КПП передачи, требуется выжимка педали сцепления, обеспечивающей прерывание потока мощности от ДВС. Начало движения авто всегда происходит с 1 ступени (кроме грузового автотранспорта), а последующее повышение передачи происходит постепенно, при последовательной смене ступеней КПП от низкой к высокой. Сам момент переключения определяется по скорости движения авто и показателям приборов: тахометра и спидометра.

Основные элементы агрегата

К основным элементам ручной коробки относятся:

• Сцепление. Данный механизм позволяет безопасно отсоединить первичный вал коробки от вращающегося коленчатого вала. Он крепится на маховик двигателя и состоит из двух дисков, находящихся в одном блоке (корзина сцепления). При нажатии на педаль сцепления эти диски разъединяются, и вращение вала коробки прекращается. Это позволяет переключить трансмиссию на нужную передачу. Когда педаль отпускается, крутящий момент, передающийся от коленвала на маховик, идет на кожух сцепления, затем на нажимной диск и поступает на ведомый диск. В ступицу ведомого диска при помощи шлицевого соединения вставлен ведущий вал коробки. Далее вращение передается на шестерни, которые выбираются водителем при помощи рычага переключения скоростей.

• Валы и шестерни. Эти элементы присутствуют в любой коробке передач. Их назначение – передавать крутящий момент от мотора на дифференциал, раздаточную коробку или на кардан, а также изменять скорость вращения ведущих колес. Набор шестерен обеспечивает надежное сцепление валов, благодаря чему мощностные усилия мотора передаются на ведущие колеса. Одна разновидность шестерен закрепляется на валах намертво (например, блок промежуточных шестерен, которые изготавливаются, как цельная деталь с промежуточным валом), другая — подвижные (например, скользящие, которые устанавливаются на вторичный вал). Чтобы снизить шум во время работы коробки передач, шестерни изготавливаются с косыми зубьями.

• Синхронизаторы. Строение этих деталей обеспечивает выравнивание скорости вращения двух независимых валов. После того, как вращение первичного и вторичного валов синхронизировано, блокировочная муфта соединяется с шестерней передачи при помощи шлицевого соединения. Такой механизм исключает удары при включении скорости, а также преждевременный износ подсоединяемых шестерен.

На фото показан один из вариантов механической коробки в разрезе:

Виды механических КПП

Устройство МКПП бывает нескольких видов. В зависимости от количества встроенных валов различают:

• двухвальные (устанавливаются на легковые авто с передним приводом);
• трехвальные (применяются для заднеприводного и грузового транспорта).

По количеству ступеней (передач), КПП бывают 4, 5 и 6 ступенчатыми.

Устройство механической коробки передач

Конструкция механической коробки передач подразумевает наличие следующих компонентов:

1. Картера, содержащего в себе главные трансмиссионные детали.
2. Валов: первичный, вторичный, промежуточный и дополнительный (для заднего хода).
3. Синхронизатора. Он отвечает за отсутствие рывков и тихий ход элементов КПП при переключении ступеней.
4. Механизма для переключения передач, включающего замковый и блокировочный компоненты.
5. Рычага переключения (находится в салоне транспортного средства).

Детальнее разобраться со строением МКПП поможет представленная ниже схема: Цифра 1 указывает на место размещения вала первичного назначения, цифра 2 – на рычаг для смены передачи в КПП. Цифра 3 указывает на сам переключающий механизм. 4, 5 и 6 – на вал вторичного назначения, сливную пробку и промежуточный вал, соответственно. А цифра 7 обозначает картер.
Стоит учесть, что трансмиссия трехвального и двухвального типа кардинально отличаются между собой по строению и принципу работы.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В такой МКПП вращающий момент поступает от ДВС на первичный вал благодаря имеющейся муфте сцепления. Шестерни вала, размещенные в том же месте, что и синхронизаторы, постоянно оборачиваются вокруг оси. Крутящий момент от вторичного вала передается через основную передачу и дифференциал (отвечает за вращение колес с разной угловой скоростью) непосредственно к колесам авто. Ведомый вал имеет надежно закрепленную шестерню главной передачи. Механизм смены передачи размещен в корпусной части коробки и включает вилки и штоки, применяемые для изменения положения муфты синхронизаторов. Для включения заднего хода используется дополнительный вал со встроенной, промежуточной шестеренкой.

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Механическая коробка передач трехвального типа отличается от предыдущей наличием 3-х рабочих валов. Кроме ведущего и ведомого валов, здесь есть и промежуточный. Первичный функционирует в паре со сцеплением и отвечает за передачу крутящего момента к промежуточному валу через соответствующую шестерню. Из-за такой конструктивной особенности все 3 вала пребывают в постоянном зацеплении. Положение промежуточного вала по отношению к первичному – параллельное (необходимо для фиксации шестерен в одном положении). Специфика строения механической коробки подразумевает наличие на 1 оси двух валов: вторичного и первичного. Шестерни ведомого вала способны свободно крутиться, потому что не имеют жесткой фиксации. Механизм переключения здесь расположен на корпусной части КПП. Он оснащен рычагом управления, штоком и вилками.

Какие бывают неисправности

Зачастую, механическая трансмиссия ломается при грубом переключении водителем передач. При переводе передачи из одной в другую резкими движениями избежать поломки не удастся. Подобная практика использования КПП приведет к поломке механизма переключения и синхронизаторов.

Достоинства и недостатки КПП

Когда есть возможность использовать механизмы с разными характеристиками, автомобилисты склонны сравнивать их плюсы и минусы. У механической коробки тоже есть свои достоинства и недостатки.

К достоинствам относятся:

• Меньше вес и дешевле стоит по сравнению с автоматической коробкой;
• позволяет водителю контролировать интервал между переключениями скоростей, повышая динамику при разгоне;
• при умелом использовании автомобилист может снизить расход топлива;
• высокий КПД;
• конструкция простая, благодаря чему механизм обладает высокой надежностью;
• проще ремонтировать и обслуживать, чем автоматические аналоги;
• при езде по бездорожью легче выбрать подходящий режим, более щадящий для двигателя;
• навыку управления автомобилем с механической трансмиссией уделяется больше внимания при обучении новых водителей. В некоторых странах в правах новичков делается пометка «без права вождения авто с МКПП», если они сдавали вождение на машине с автоматической коробкой. В случае обучения на «механике» ему позволено управлять разными авто соответствующей категории;
• можно буксировать автомобиль. Машину на автомате тоже можно буксировать, только в этом случае есть определенные ограничения.

• для любителей комфорта и тех, кого утомляет постоянный контроль текущей передачи, лучший вариант – АКПП;
• требует периодической замены сцепления;
• для плавного переключения требуется определенный навык (автоматический аналог обеспечивает разгон без рывков и провалов).

Буксировка автомобиля относится и к преимуществам, и к недостаткам. Недостаток свободной буксировки авто – его легче угнать. Но если машина не заводится из-за севшего аккумулятора (долго слушали музыку на пикнике), то ее можно завести, разогнав на нейтральной скорости и включив передачу. В этом случае крутящий момент идет в обратном направлении – от колес к мотору, имитируя работу стартера. Это плюс механики.

Со многими «автоматами» такого не получится, потому что диски сцепления прижимаются друг к другу за счет давления масляного насоса, работающего при заведенном моторе. Во время вращения колес в большинстве моделей работает и вся коробка, поэтому толкать машину гораздо трудней, чем ТС на «механике». Из-за отсутствия смазки шестерен автомеханики не рекомендуют буксировать авто с автоматическими коробками на большие расстояния.

Как видно, механическая коробка передач – неотъемлемый агрегат, без которого автомобиль не поедет, каким бы ни была мощность двигателя. «Механика» позволяет самому выбирать скоростной режим автомобиля, выжимая из мотора максимум мощности. Она дешевле и проще АКПП, хотя значительно уступает «автомату» в комфорте во время вождения.

Распространенные вопросы:

Что такое механическая коробка передач? МКПП – коробка передач, в которой выбор скорости полностью осуществляется водителем. При этом ключевую роль играет опыт автомобилиста и его понимание работы механизма переключения скоростей.

Из чего состоит коробка передач? МКПП состоит из корзины сцепления, которая соединяется с маховиком и первичным валом; промежуточного и вторичного валов с шестернями; механизма переключения и рычага переключения. Дополнительно установлен вал с шестерней задней передачи.

Где коробка передач в машине? В автомобиле МКПП стоит всегда возле мотора. Авто с задним приводом имеет продольное расположение коробки, а в переднеприводных – поперечное.

Источник https://techautoport.ru/transmissiya/korobka-peredach/mehanicheskaya-korobka-peredach.html

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

Источник https://avtotachki.com/ustrojstvo-mehanicheskih-korobok-peredach/