Трансмиссия современного автомобиля порой имеет более сложную конструкцию, чем двигатель. Она делает работу мотора гибче и адаптирует крутящий момент к условиям движения. Несмотря на появление разных суперсовременных автоматических и роботизированных трансмиссий с электронным управлением, механическая коробка передач всегда была и будет генералиссимусом трансмиссии, и ключом к пониманию принципа работы любой сложной КПП.

Зубчатая теория

Вначале стоит определить основные понятия и предназначение каждой шестеренки в простейшей коробке передач, тогда и любая сложная конструкция не будет казаться высшей математикой. Все понимают, что механическая коробка передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения оборотов коленвала мотора к количеству оборотов ведущих колес в конечном итоге. Также КПП служит для изменения направления вращения выходного вала.

Теперь немного цифр, чтобы все стало по местам. Диапазон рабочей частоты оборотов двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 400 до 5-8 тысяч оборотов в минуту. Причем максимальный крутящий момент, который он способен отдать, достигается совсем не на каждой частоте, а в среднем, в пределах 3-4 тысяч оборотов. В других диапазонах двигатель не способен выдавать высокий крутящий момент.

Скорость же вращения ведущего колеса машины составляет примерно 1600-1900 об/мин, следовательно, для синхронизации работы двигателя с ведущими колесами необходим механизм, который будет максимально эффективно подстраивать скорость вращения колес к оборотам двигателя. На практике получается наоборот, тем не менее этим механизмом стала механическая коробка передач со ступенчатой передачей крутящего момента.

Основы конструкции трехвальной КПП

Любая традиционная коробка передач с механическим типом управления конструктивно состоит из таких элементов:

КПП может иметь трехвальную конструкцию или двухвальную. Вращение коленвала передается на КПП при помощи сцепления, которое временно разъединяет двигатель и первичный вал КПП. Первичный и вторичный валы на двухвальной конструкции расположены соосно, но не соединены между собой. Вращение от первичного вала передается посредством промежуточного вала, он входит в зацепление с вторичным.

Принцип работы КПП

Первичный вал имеет одно зубчатое колесо, которое жестко закреплено на нем и передает момент на промежуточный вал. Вторичный же вал имеет целый блок разных шестерен, они могут как свободно вращаться, так и быть жестко зафиксированы на нем с помощью специального механизма. Нa современных автомобилях применяются только косозубые зубчатые соединения, поскольку они менее шумны, чем прямозубые.

Переключение и выбор нужной пары шестерен для передачи наиболее подходящего крутящего момента для конкретных условий движения, осуществляется при помощи вилок переключения, они приводятся в движение селекторным механизмом управления. Механизм переключения передач перемещается вдоль и в поперечном направлении при помощи рычага КПП. Он может быть расположен непосредственно на картере КПП, а может быть вынесен отдельно и фиксироваться на кузове машины или иногда на рулевой колонке.

В этих случаях применяют кулисную конструкцию привода механизма переключения. Весь принцип работы коробки передач основан только на зубчатом зацеплении косозубыми шестернями, а смазываются они трансмиссионным маслом, которое залито в картер коробки передач.

Принцип работы двухвальной КПП схож с трехвальной конструкцией, с одной только разницей. В конструкции нет промежуточного вала, а первичный и вторичный валы расположены параллельно. И еще одно принципиальное различие - вращение передается только одной парой зубчатых колес, в то время, как в трехвальной конструкции вращение передается при помощи третьей шестерни на промежуьочном валу. Еще одно конструктивное отличие заключается в том, что в двухвальной КПП не может быть прямой передачи. То есть передаточного отношения 1:1.

Задняя передача. которая вращает вторичный вал в сторону, противоположную вращению коленвала, осуществляется при помощи отдельной шестерни на собственном валу. Такая же схема задней передачи реализована в трехвальной КПП. Передачи в двухвальной КПП переключаются при помощи штока, а не вилки. Шток толкает нужную шестерню, она входит в зацепление с парной и фиксируется на валу специальным фиксатором. В двухвальных коробках, как правило, дифференциал скомпонован в одном корпусе с КПП.

В общих чертах, так работает механическая коробка передач двухвального и трехвального типа. Не хрустите шестернями, и удачи всем в дороге.

Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.

Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.

Современная МКПП

Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.

Принцип работы и устройство

Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.

Сцепление

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.

Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.

Шестерни и валы

В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.

В трехвальных имеется три вала:

• первый – ведущий;
• второй – промежуточный;
• третий – ведомый.

Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.

Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.

Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.

Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.

В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.

Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.

Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.

Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.

Синхронизаторы

Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.

Синхронизатор МКПП

Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.

Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.

Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Работа синхронизаторов

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Процесс переключения передач

За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.

• простое в конструкционном плане решение;
• обеспечение четкости переключения;
• более долговечная конструкция для эксплуатации.

• нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
• не используется на переднеприводных автомобилях.

Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:

• напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
• на рулевой колонке;
• в районе панели приборов.

Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.

• комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
• вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
• обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.

• меньшая долговечность;
• со временем могут появляться люфты;
• требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
• четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.

Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.

Механизм переключения передач Лада Гранта

Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.

Преимущества и недостатки механических коробок передач

Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.

Достоинства :

• конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
• в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
• не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
• среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
• простота и инженерная отработанность конструкции;
• высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
• не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
• водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
• авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
• есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.

Недостатки :

• для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
• необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
• неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
• невысокий ресурс узла сцепления;
• у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.

Существующие разновидности коробок переключения передач, по сути, являются ответом на спрос автолюбителей. Коробка совместно с рулевым колесом дает возможность эффективно управлять возможностями современного автомобиля. Кому-то нравится комфорт, кто-то быстро устает от управления, кто-то вообще ничего не умеет и всего боится. В современной классификации различают три основных вида коробок передач и их варианты:

• механическая система, ручного способа переключения передач;
• автоматическая многоступенчатая КПП;
• бесступенчатая система вариатора;
• роботизированная коробка.

Несмотря на то, что последний вид считают вариантом механической коробки передач, существующие отличия от классической схемы позволяют ее выделять в отдельной строке. Можно смело определять ее в отдельный вид коробки передач.

Двигатель внутреннего сгорания не способен эффективно работать в широчайшем диапазоне оборотов вращения, поэтому используют различные виды коробок передач, понижающие скорость вращения рабочих валов трансмиссии. Это происходит либо с помощью набора зубчатых шестерен и колес, как в основных видах коробок передач, либо с помощью толкающих ремней и шкивов - в вариаторной схеме коробки.

Вариаторная КПП более всего отвечает образу жизни современного человека и позволяет вообще отказаться от управления трансмиссией. Первая требует максимального участия водителя в управлении скоростью и крутящим моментом колес. Автомат сильно облегчил жизнь человека за рулем, но требует тщательного отношения к своей работе.

Прежде чем ответить на вопрос - какой вид коробки передач лучше выбрать, следует определить свое отношение к машине и степень своего участия в управлении автомобилем.

Простые и надежные ручные системы

Механическая система переключения, именуемая еще «механикой» или «ручкой» - самый распространенный и простой вид коробки переключения передач. В современных автомобилях она представлена двумя видами:

• многовальной, в которой шестерни находятся на двух или трех параллельных валах и входят в зацепление поочередно в зависимости от требуемого передаточного числа;
• планетарной, в которой шестерни и зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении в нескольких рядах, выбор пары с необходимым передаточным числом выполняется с помощью фрикционов или фрикционных пакетов.

В колесном транспорте планетарный вид механики используется только в автоматических коробках, в горных велосипедах и военной технике. Планетарка компактнее и легче многовального вида механизма, но значительно дороже в производстве.

Современные легковые машины с приводом на передние колеса имеют двухвальную схему и минимум 5 ступеней передач для движения вперед и одну назад. Более дорогие модели авто могут быть оснащены шестиступенчатыми коробками передач. При этом 5-я и 6-я являются повышающими - выходной вал коробки передач вращается с более высокими оборотами коленвала двигателя. Этого более чем достаточно для ручного управления.

Основная проблема механической коробки передач состоит в том, чтобы при переключении по команде ручки плавно и безударно вводить в зацепление пары косозубых шестерней, имеющих разные угловые скорости. Для выравнивания оборотов в коробке каждая пара шестерней оснащена кольцом синхронизации, изготовленным из бронзы.

При переключении передачи водитель выключает сцепление, тем самым дает возможность синхронизаторам выровнять скорости вращения шестерен. После чего ручкой переключения либо напрямую, либо через систему тяг или тросовых приводов, перемещают зубчатую муфту включения внутри корпуса коробки, тем самым введя в зацепление необходимую пару шестерен. Остается только отпустить педаль сцепления и продолжить движение.

Такие механические коробки называются синхронизированными. Управлять ими достаточно просто и удобно при наличии определенного навыка вождения автомобиля. Правда, неполное выключение сцепления, пробуксовка или иные проблемы с отключением трансмиссии приводят к тому, что синхронизаторы механики начинают интенсивно изнашиваться, вплоть до невозможности включения передачи без промежуточной постановки ручки на нейтральное положение. Переход на следующую передачу происходит после повторного выжимания сцепления. Подобный способ переключения широко использовался ранее и используется сейчас на грузовом транспорте с механикой, не оснащенной системой синхронизаторов.

Важно! Изношенные синхронизаторы, кроме затрудненного включения передачи, ведут к интенсивному износу венцов шестерен, местному выкрашиванию отдельных участков зубьев.

Механическая коробка передач - самая надежная и экономичная, требует от водителя достаточной квалификации и тяжелого труда по постоянному переключению передач в паре с отработкой педалью выключения сцепления. Но, как ни странно, многими водителями сознательно делается выбор в пользу механики. По их мнению, механика, даже при повышенной физической нагрузке, доставляет большее удовольствие от управления авто, чем роботизированные или автоматические коробки.

Секвентальная КПП, как высшая точка развития механики

Точнее будет назвать эту коробку - механической коробкой передач с секвентальным, или рядным способом переключения. Идея пришла из области разработок для спортивных скоростных машин. Современная секвентальная коробка передач построена по схеме обычной механической коробки с электронным управлением привода сцепления и гидравлическим приводом переключения передач. Особенностью секвентальной коробки является соблюдение строгой последовательности передач.

Из преимуществ секвентального механизма можно отметить:

• высочайшая скорость переключения передачи;
• соблюдение последовательности переключения дает возможность «безболезненно» работать с очень большими оборотами двигателя и мощностями;
• способ управления с помощью подрулевых лепестков позволяет достаточно комфортно контролировать движение даже на больших скоростях или в непростых дорожных условиях.

В подобных коробках используют прямозубые шестерни и не применяют синхронизаторы включения. Выравнивание скоростей вращения шестерни и колеса осуществляется компьютером по датчику скорости. Вместо зубчатой муфты стоит кулачковый механизм включения передач. Благодаря этому время включения скорости примерно на 70-80% меньше, чем у обычной механики. Для работы гидроприводов используют отдельный узел - аккумулятор рабочей жидкости высокого давления.

Роботизированные системы коробки передач

В отличие от секвентальных систем, роботизированный вид коробки имеет электромеханический привод включения пары шестерен. Основу схемы составляет механическая коробка передач, построенная на системе двух рабочих валов-рядов передач. Четные номера собраны на одном валу, нечетные - на другом. Каждый из валов имеет собственный диск сцепления и может включаться-выключаться независимо.

Такой вид коробки использует преселективный режим. Хитрость конструкции состоит в том, что компьютер заранее, используя данные о режиме работы трансмиссии, вычисляет наиболее подходящую для включения следующую передачу. С помощью соленоида выполняет ее зацепление на противоположном ряду передач при выключенном сцеплении. В момент переключения останется только включить сцепление и продолжить движение. Благодаря этому переключение происходит с очень высокой скоростью.

В своем роде коробки-роботы занимают промежуточное положение между автоматическими коробками и механикой. При этом по выполняемым функциям и степени компьютеризации этот вид коробки можно назвать более автоматическим, чем существующие гидромеханические системы.

Наиболее известным и разрекламированным роботизированным видом КПП называют семиступенчатые коробки системы DSG, устанавливаемые на модели VW с небольшим объемом двигателя. Отзывы о работе - от рекламно-хвалебных восторгов до открыто негативных.

Если вы надумали купить авто с подобной системой передач, стоит учитывать следующее:

1. Роботизированная коробка - очень сложный механизм, меньше всего этот вид коробки предназначен для скоростного прожига резины в сумасшедших гонках. Коробки сложно управляются, обслуживаются и ремонтируются.
2. К управлению на DSG следует привыкать не менее двух недель. Поклонникам механики этот вид кажется медленным и непредсказуемым, водителям, пересевшим с гидромеханических коробок - дергающим невпопад.
3. Уже сейчас качество роботов позволяет предоставлять 5-ти летнюю гарантию и 150 тыс. пробега.

Интересно! При всех критических замечаниях роботы дешевле в изготовлении, имеют более высокий КПД и, по заявлениям экспертов, возможно, именно этот вид вытеснит устаревшую гидромеханику с рынка легковых автомобилей.

Самый сложный вид трансмиссии - автоматы и вариаторы

Чем больше функций выполняет коробка передач, тем сложнее ее производство, ниже надежность и выше стоимость. Наиболее дорогими и неэкономичными всегда были и остаются все виды автоматических коробок передач автомобиля. Конструкция этого вида представлена гидромеханическими и адаптивными коробками передач. В основе схемы лежат два основных агрегата - гидротрансформатор и планетарная коробка передач.

В современных автоматических коробках передач гидротрансформатор исполняет роль компенсатора, увеличивающего или уменьшающего на небольшую величину основную передачу планетарного механизма. Таким образом, совместная работа двух агрегатов обеспечивает оптимальное число передачи трансмиссии в конкретных условиях.

Большие потери в гидравлике заставили инженеров несколько усовершенствовать работу этого вида автомата. Теперь работа гидротрансформатора на скоростях более 20 км/ч блокируется муфтой, а передача крутящего момента выполняется напрямую через фрикционы на планетарную коробку.

В ряде случаев, вместо подключения гидротрансформатора, его функции на переходных режимах обеспечиваются пробуксовкой пакетов фрикционных накладок, что проще и эффективнее.

Одной из разновидностей автоматической трансмиссии является адаптивная автоматическая коробка, в которой компьютерным блоком управления осуществляется подбор наиболее подходящего передаточного числа в планетарной коробке.

Этот вид автоматической коробки пока остается вне конкуренции в трансмиссии авто повышенной проходимости, внедорожниках и машинах с большим объемом двигателя. В обслуживании и ремонте сложен, требует высокой квалификации и качественных расходных материалов.

Вариаторные системы

В результате 30 лет эволюции первых вариаторов для маломощных мотоколясок и скутеров технологам удалось довести уровень надежности и долговечности толкающего ремня (основного элемента бесступенчатого вариатора) до вполне приемлемой величины пробега в 150 тыс. км. Сам толкающий ремень представляет чудо инженерной мысли. Он изготовлен из большого числа абсолютно одинаковых металлических элементов, благодаря чему ремень может быть гибким и жестким одновременно.

В работе он взаимодействует с двумя шкивами - входным и выходным, обеспечивая практически любое передаточное значение коробки передач. Современные вариаторы получили приемлемо высокий КПД и возможность работать с двигателями мощностью до 100 л.с. Вариатор можно назвать первой из систем, по-настоящему способных непрерывно изменять передаточное число трансмиссии.

Этот вид автоматики не любит пробуксовки, крайне уязвим при низком качестве гидравлической жидкости. В большинстве случаев вариатор комплектуют с гидротрансформатором.

Преимущества - очень точный подбор необходимого передаточного числа трансмиссии. Этот вид коробки капризен, дорог в изготовлении и обслуживании и в ближайшем будущем вряд ли выйдет из ниши малолитражных автомобилей.

Еще информации о различных видах КПП на видео:

19 апреля 2017

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.

На пути перехода от экипажей на конной тяге к автомобилю с двигателем внутреннего сгорания конструкторы сталкивались со множеством проблем, которые требовали решения. Одной из них стала необходимость совместить диапазоны оборотов мотора и колес. Интервал рабочих оборотов двигателя от 800 до примерно 8000 об/мин. Частота вращения колес до 1500 об/мин. Без введения промежуточного звена такую задачу не решить. В результате работы над решением вопроса совместимости частоты вращения появилась механическая КПП (коробка перемены передач). В России ее впервые применил И.П. Кулибин на своей «самокатной тележке» в конце XVIII в. Несмотря на появление впоследствии более удобных автоматических КПП, механическая коробка передач используется в автомобилях и поныне.

Преимущества и недостатки механической КПП

Коробки передач подразделяются виды: ступенчатые и бесступенчатые. Механическая относится к первому виду. По сравнению с остальными старая добрая «механика» обладает рядом достоинств:

• простота конструкции;
• надежность;
• ремонтопригодность;
• самая маленькая потеря мощности при передаче от двигателя к колесам;
• высокая скорость переключения;
• невысокая стоимость изготовления.

Благодаря этим качествам механическая КПП остается до сих пор в строю. К недостаткам можно отнести:

• необходимость обладания специфическим навыком управления (плавный выжим сцепления);
• высокая утомляемость водителя при большом количестве циклов трогание-остановка.

Сцепление

Механизм сцепления обязательно входит в устройство всех МКПП. Служит он для прерывания потока мощности от двигателя к коробке передач. Это необходимо сделать для того, чтобы скорости вращения шестерен можно было уравнять при переключении.

В большинстве автомобилей используется сухое однодисковое фрикционное сцепление. Его составные части:

Принцип работы сцепления: в обычном состоянии оно замкнуто, ведущий и ведомый диски плотно прилегают друг к другу. Размыкает его водитель, нажимая соответствующую педаль. Далее посредством гидравлического или тросового привода воздействие передается на вилку выключения сцепления, которая через выжимной подшипник отодвигает ведомый диск от ведущего, и двигатель с МКПП оказываются разобщенными.

Величина крутящего момента, передаваемого от двигателя приводному валу, должна соответствовать условиям движения. Для ее изменения и служит механическая коробка передач, внутри корпуса которой находятся валы с шестернями. Принцип работы коробки передач прост: изменение величины передаваемого крутящего момента происходит ступенчато посредством перемены пар шестерен, находящихся в зацеплении.

Механическая коробка передач состоит из следующих частей:

Устройство агрегатов для переднеприводных и заднеприводных машин различно. Это связано с расположением двигателя. Мотор в переднеприводных автомобилях расположен поперек продольной оси. Такое положение требует от КПП компактности. Достигается это использованием конструкции с двумя валами. Задне- и полноприводные автомобили имеют продольно расположенный силовой агрегат, что позволяет использовать в конструкции коробки три вала.

Шестерни, расположенные на валах механической КПП, имеют разный диаметр и число зубьев. За счет этого меняется передаваемый крутящий момент. Если диаметр и число зубьев ведущей шестерни меньше, чем у ведомой, то момент увеличивается, если наоборот - то уменьшается. Соотношение количества зубьев ведомой и ведущей шестерни называется передаточным числом. Чем оно больше, тем с меньшей скоростью вращается ведомая шестерня. В трехвальных МКПП одна из передач имеет соотношение 1:1. В этом случае момент, передаваемый от двигателя, не изменяется. Как правило, такое передаточное число соответствует четвертой передаче.

Для получения заднего хода в зацепление входят три шестерни. Нечетное количество шестерен заставляет вторичный вал изменить направление вращение на противоположное.

Современные МКПП легкового автомобиля могут иметь от четырех до семи передач. В коробках грузовых автомобилей применяются дополнительные устройства: делители и демультипликаторы, которые позволяют добиться количества передач, выражаемого двузначными числами.

Принцип действия

Для того, чтобы водитель мог включить необходимую передачу, необходимо временно разъединить двигатель и первичный вал МКПП. В коробках с механическим управлением для этой цели служит сцепление. В автомобилях используют дисковые сцепления, использующие силу трения между рабочими поверхностями двух дисков - ведущего и ведомого.

Выжимая педаль сцепления, водитель разобщает двигатель и коробку, получая возможность с помощью управляющего рычага поменять пары шестерен, находящиеся в зацеплении. Но валы коробки, даже и отсоединенной от двигателя с помощью сцепления, продолжают вращаться. Скорость вращения при этом у них разная. Поэтому зубья шестерен, входящих в зацепление, не совмещены между собой и с силой соударяются друг об друга. Нагрузка, возникающая при этом, весьма велика и сокращает срок службы деталей. Чтобы снизить отрицательный эффект соударения, конструкторы ввели в устройство механической КПП синхронизаторы.

Синхронизатор представляет собой муфту с внутренними зубьями и конусными зубчатыми кольцами. Шестерни синхронизированной коробки передач имеют конические поверхности, соответствующие поверхностям колец. Принцип работы: выравнивание скоростей вращения происходит за счет сил трения, возникающих между шестернями и кольцами муфты синхронизатора.

Управление

Для в механической КПП водитель должен проделать следующую последовательность действий:

• выжать педаль сцепления;
• перевести рычаг КПП в нейтральное положение;
• не опуская педали перевести рычаг в положение, соответствующее выбранной передаче;
• плавно отпустить педаль сцепления.

Схема расположения передач для удобства наносится на рукоятку рычага переключения коробки. Каждая передача имеет свой номер, от единицы и далее. Чем он больше, тем меньше передаточное число. Начиная с пятой передаточные числа меньше единицы. Такие передачи называют повышающими, так как ведомая шестерня в этом случае вращается быстрее ведущей. Их используют для движения с высокой скоростью, позволяя двигателю работать с меньшей нагрузкой. Передача заднего хода маркируется латинской буквой R.

Опытному водителю схема переключения не нужна. Достаточно один раз ее запомнить, и сверяться с ней уже нет необходимости. Гораздо сложнее научиться переключать передачи без рывков и пробуксовки сцепления. Навык плавного переключения передач требует длительной тренировки, и не всем дается сразу. Поэтому конструкторы искали и продолжают искать способы упростить водителю процесс управления классической «механикой».

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.

Будущее МКПП

В итоге автопроизводители продолжают использовать механическую коробку передач в конструкции своих машин. Благодаря сочетанию простоты и невысокой стоимости ей практически нет альтернативы в сегменте доступных по цене авто. Уважают ее и любители спортивной езды за возможность быстрого переключения, надежность и неприхотливость. Несмотря на почтенный возраст конструкции, принцип действия которой за долгое существование практически не изменился, старая добрая «механика» остается самым распространенным вариантом трансмиссии в автостроении.