Принцип действия коробки передач автомобиля. Какая коробка передач лучше

Потребность в наличии коробки передач (КПП) вызвана фактом: любой современный двигатель имеет относительно неширокий диапазон оборотов коленвала, в котором и крутящий момент, и мощность имеют свои максимальные значения при заданной величине расхода топлива. Помимо того, любой двигатель нельзя раскручивать беспредельно – для любого мотора существует некая «красная зона», то есть такая частота вращения коленвала, которую превышать просто недопустимо, иначе не избежать серьезных поломок.

Что это - коробка передач?

Коробкой передач принято называть механизм, главным предназначением которого является передача движения вращательного характера с коленвала двигателя на кардан или передние полуоси (в задне- или переднеприводных моделях соответственно), тем самым управляя этим автомобилем посредством изменения таких параметров, как скорость вращения и крутящий момент, а также направление движения (вперед или назад).

Естественно, никакая коробка не способна увеличить мощность мотора, но зато она способна изменять то, что есть, для наилучшего его согласования с реальными условиями эксплуатации, изменяя для этого передаточное число между своими входом и выходом так, чтобы обеспечивались наивыгоднейшие топливо-экономические и тягово-скоростные свойства. Кроме того, к «обязанностям» коробки передач относится реализация холостого режима работы мотора и способности автомашины передвигаться задним ходом.

Необходимость применения коробок передач обусловлена различием угловых скоростей коленвала и ведущих колес, которое не позволяет осуществлять привод ведущих колес непосредственно от коленвала. Так, коленвал современного двигателя имеет, как правило, угловую скорость в диапазоне между 500 и 9000 об/мин, а угловая скорость ведущих колес может находиться в диапазоне между 0 и 1800 об/мин.

Из этого следует, что совместить одно с другим по этому параметру, не применяя коробку передач, никак не получится. Наконец, имеют довольно узкий диапазон, в котором они обладают выгодными характеристиками по крутящему моменту – от 3000 до 7000 об/мин, «привязать» который к реальным условиям эксплуатации никак не получается, если пытаться обойтись без устройств типа КПП.

Как обойти эти проблемы?

Проще всего - изменяя такие параметры, как частота вращения ведомой шестерни и крутящий момент на ее валу при помощи специально подобранных шестерен. Теперь, начиная движение, выбор первой передачи будет означать, что мы выбрали пару шестерен с тем значением передаточного числа, которое соответствует включенной первой передаче. Поскольку обычно передаточные числа уменьшаются с ростом номера передачи, то в данном случае будем иметь наибольшее значение передаточного числа, наименьшую частоту вращения ведущих колес, но зато максимально возможное значение крутящего момента.

В течение дальнейшего разгона одна за другой включаются следующие передачи, благодаря чему повышается частота вращения колес, но падает крутящий момент. Даже это краткое описание показывает - коробка передач выполняет важные функции, без которых ни о какой езде не было бы никакого разговора. Итак, коробка передач, по существу, является многоступенчатым редуктором, с помощью которого обеспечивается возможность преобразования вращательного движения коленвала в поступательное движение автомобиля.

Передаточное число – что за зверь?

Этим понятием обозначается отношение скоростей вращения двух взаимодействующих шестерен. Иначе говоря, отношение между количествами зубьев у ведущей и у ведомой шестерен – это и есть передаточное число. Различные передачи, естественно, требуют разных передаточных чисел - максимальное передаточное число применяется на самой низкой передаче (1-й), а минимальное - на высшей. «Прямая» передача соответствует передаточному числу, равному 1. При подборе передаточных чисел их стремятся выбрать такими, чтоб они не были целыми.

Можно привести такой пример: имеем две связанные друг с другом шестерни, на каждой из которых ставим маркером по отметке – друг против друга. Если данная пара шестерен имеет передаточное число, равное, к примеру, двум, то это означает, что ровно через два оборота от начала вращения нанесенные на шестерни метки опять совпадут. И каждые два оборота эта картина будет повторяться – совпадать будет одна и та же пара зубьев, то есть именно эта пара нагружена больше других, и по этой причине гораздо быстрее сломается или износится. По этой причине подбор передаточных чисел – довольно ответственная операция, а их значения выбираются дробными.

Устройство механической коробки

Схема трёхвальной коробки передач заднего привода автомобиля

Устройство механической коробки передач трехвального исполнения (об отличиях двухвального исполнения упомянем далее) предусматривает размещение в картере коробки трех валов - первичного, вторичного и промежуточного. Первичный вал (или ведущий) благодаря механизму сцепления может сочленяться с и вращаться вместе с ним. Вторичный вал (или ведомый) имеет постоянное соединение с карданным валом. Вращение первичного вала с помощью вала промежуточного может передаваться вторичному.

Расположены первичный и вторичный валы последовательно, а опорой вторичного вала является подшипник, запрессованный в хвостовик первичного вала. Таким образом, жесткой связи между собой два этих вала не имеют, а их вращение происходит независимо. Промежуточный вал смонтирован параллельно названным валам.

На всех валах установлены шестерни. Первичный вал несет на себе ведущую шестерню, вращающую промежуточный вал. Последний несет на себе блок шестерен, жестко с ним соединенный и часто выполняемый с ним как единое целое. Вторичный вал несет на себе ведомые шестерни – эти шестерни имеют возможность перемещения по шлицам вдоль вала.

На последнем валу располагаются также муфты, включающие те или иные передачи. В зависимости от числа муфт коробки передач бывают двухходовые, трёхходовые и т.д. Современная четырёхходовая коробка, например, может иметь 6 или 7 прямых передач плюс задний ход.

В ручной коробке переход от одной передачи к другой осуществляет водитель с помощью специального рычага, находящегося внутри салона автомашины. Дабы избежать включения двух передач одновременно (чревато поломкой коробки), в ней установлен специальный замок, а во избежание самопроизвольного выключения передач имеется специальный блокирующий механизм.

Принципы функционирования

Допустим, скорость вращения коленвала составляет 1000 об/мин, и благодаря механизму сцепления соответствующий крутящий момент получает первичный вал коробки передач. Если теперь включить первую передачу, то жесткозакрепленная на этом валу шестерня войдет в зацепление с другой шестерней, которая крупнее по размеру и имеет в четыре раза, например, больше зубьев.

Следовательно, вал, на котором установлена вторая шестерня, будет вращаться со скоростью в четыре раза меньше скорости коленвала, то есть 250 об/мин. Скорость вращения уменьшилась в четыре раза согласно соотношению зубьев шестерен, а крутящий момент в такое же число раз увеличится на второй шестерне.

Применение различных передаточных чисел пар шестерен позволяет получать от двигателя и передавать далее на ведущие колеса автомобиля разные крутящие моменты. Иначе говоря, вращение коленвала двигателя в 1000 об/мин можно преобразовать, при выборе соответствующих передач, во вращение ведущих колес автомобиля со скоростью, например, в 333 или 250 об/мин и т.д.

Задняя передача

Реализация возможности передвижения автомобиля задним ходом обеспечивается наличием в коробке передач соответствующего механизма, состоящего из дополнительного вала и установленной на нем шестерни заднего хода. Если выбрать задний ход, то между вторичным и промежуточным валами будет дополнительно включена эта шестерня, благодаря которой вторичный вал коробки передач будет вращаться в противоположную, по сравнению с обычным направлением, сторону за счет нечетного количества сцепленных друг с другом шестерен.

Классификации современных ручных коробок

По числу передач

Все коробки условно делятся на виды в зависимости от количества реализуемых ими ступеней передач. Различают 4-, 5-, 6-, и даже 7-ступенчатые коробки. Увеличение числа передач зиждется на необходимости передавать крутящий момент в наиболее эффективных пределах. Так, если двигатель имеет наибольшее значение крутящего момента на сравнительно невысоких оборотах, то разгонять его до более высоких оборотов нет смысла – развиваемая им мощность будет лишь падать при повышении частоты вращения. В таких ситуациях гораздо более эффективным решением будет применение соответствующей коробки;

По числу валов

Коробки передач бывают 3- и 2-вальными в зависимости от того, сколько валов они содержат. 3-вальными коробками (описаны выше) оборудуются автомашины как с передним, так и с задним приводом, а 2-вальными коробками оборудуются, в основном, переднеприводные легковые автомобили. 2-вальная коробка, как следует из названия, содержит в себе лишь два вала, хотя в целом их расположение и назначение аналогичны 3-вальной коробке. Отличия заключаются в расположении валов относительно друг друга – оно параллельное в 2-вальной коробке. Второе отличие состоит в схеме создания передач – в 3-вальной коробке одна передача реализуется двумя парами шестерен, а в 2-вальной – лишь одной парой. 2-вальные коробки не имеют прямой передачи, зато могут иметь не один, а сразу несколько ведомых валов.

Достоинства механических коробок:

• стоимость и масса «механики» относительно ниже, чем те же параметры у других типов коробок;
• КПД «механики» выше, нежели у коробок других типов;
• благодаря своей высокой надежности, «механика» имеет большой срок службы;
• механическая коробка предоставляет большой выбор стилей езды в различных условиях эксплуатации автомобиля, например, бездорожье, грязь, гололед;
• машину с «механикой» при необходимости можно буксировать куда угодно, не опасаясь неприятных последствий со стороны коробки;
• наличие именно ручной коробки обеспечивает возможность запуска автомобиля с «толкача» и допускает отсоединение трансмиссии от двигателя.

Недостатки механических коробок:

• в условиях длительной езды по городу или в пробках значительно больше утомляет водителя;
  нуждается в наличии у водителя определенных навыков управления автомобилем типа плавного перехода между передачами;
• сравнительно большое время смены передач, поскольку оно нуждается во временном отключении коробки от двигателя (выключении сцепления);
• относительно небольшой ресурс механизма сцепления.

Новые разработки в мире КПП

Нынешнее разнообразие коробок передач – это не застывший металлосборник, а впитывающий в себя все новое - мир коробок передач. Тем не менее, обычные коробки, появившиеся одновременно с появлением автомобиля, имеют наименьшие темпы развития, а роботизированные – наивысшие, при этом последние перестают быть обычными модернизированными коробками, все далее уходя от них – сказывается полное управление электроникой и приводами, а их проектирование идет уже по своей особой технологии. То есть эти коробки, фактически, все больше удаляются от механики, их породившей.

Это видно и по результатам - лучшие коробки-роботы от Ferrari обеспечивают переключение передач за время не более 60 мс, а коробки передач типа DSG (Volkswagen) способны включать отдельные передачи за 8 мс! Благодаря этому Volkswagen Golf, например, оснащенный 7-ступенчатой коробкой этого типа, примерно на 20% экономичнее, нежели такой же автомобиль, но оборудованный традиционной «механикой».

В последние годы резко улучшились характеристики систем смазки – ныне выпускаемые коробки передач нередко оснащены системой смазки под давлением, а иногда – еще и совместного использования с двигателем. Такое решение дает возможность резко увеличить ресурс работы коробки передач относительно привычной всем системы смазки за счёт присутствующего в картере двигателя масла, а также обеспечить необходимое охлаждение коробки передач благодаря постоянной циркуляции масла. Сегодня существует уже довольно большое число механических коробок, но использующих для своей смазки масло ATF, то есть масло для .

В заключение стоит сказать, что тенденцией нашего времени является и то, что устройство механической коробки передач все больше усложняется в погоне за динамикой, скоростью, экономичностью… Какой она будет в будущем, трудно сказать, наверное, никто и не скажет.

Autoleek

Практически любой современный автомобиль (кроме электрокаров) обязательно оснащается коробкой передач. Наиболее популярными являются следующие виды коробок передач:

1. Автоматическая коробка передач;
2. Вариатор;
3. Роботизированная коробка передач.

Наиболее распространённой в России является механическая коробка передач. Коробками данного типа оснащены практически все отечественные автомобили и большая часть иномарок.

Назначение и устройство механической коробки передач

Механическая коробка переключения передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения от мотора к колёсам. Переключение скоростей происходит за счёт мускульной силы водителя, его механических усилий по отношению к МКПП. Именно поэтому такая КПП и называется ручная коробка передач. Водитель сам контролирует, когда следует переключать селектор МКПП на более высокую или низкую передачу. Современные МКПП бывают 5, 6 и даже 7-ми ступенчатыми. Наиболее часто в современных автомобилях используется 6-ти ступенчатая коробка передач.

Кроме этого, каждая МКПП коробка имеет заднюю и нейтральную передачу. Задняя позволяет машине двигаться назад, нейтральная передача – это когда отсутствует вращение от мотора к приводу ведущих колёс.

Принцип работы механической коробки передач

Устройство механической коробки передач включает в себя:

1. Саму коробку, которая представляет собой многоступенчатый редуктор;
2. Сцепление;
3. Различные валы и шестерни.

Если объяснять принцип работы МКПП для чайников, то можно сформировать его так:

1. Шестерни меняют частоту оборотов между валами. Путём замены размеров шестерен, происходит переключение на повышенную или пониженную передачу;
2. Без сцепления переключение передач на ходу невозможно. Его работа состоит в разъединении мотора и трансмиссии. Данная процедура помогает переключать передачи, не разбивая шестерни и вал.

Каждая МКПП (если это не инновационная модель) устроена по схожей конструкции. На валах (на их осях) располагаются зубчатые шестерни. МКПП бывают с двумя или тремя валами, а корпус называется картером.

Устройство трёхвальной системы

Трёхвальная система оборудована тремя валами:

1. Ведущим валом;
2. Промежуточным валом;
3. Ведомым валом.

Принцип работы механики заключается в том, что на ведущем валу имеются шлицы, а сам вал соединяется со сцеплением. На шлицах перемещается диск сцепления, а сама ось передаёт свою энергию промежуточному валу, который соединяется с шестерней ведущего.

Ведомый вал механической коробки передач с помощью подшипника внутри первого вала соединяется с ведущим и располагается таким образом, что оси ведомого и ведущего соотносятся между собой. В свою очередь такое строение позволяет им вращаться независимо друг от друга. Шестеренки ведомой оси жестко не зафиксированы по отношению к ведомому валу, а сами шестерни имеют специальные разграничители – синхронизатор-муфту. Такие разграничители, в отличие от блоков шестеренок, крепко прикреплены к ведомому валу. Однако это не мешает им перемещаться по шпицам вдоль оси.

Торцы муфты-синхронизатора имеют форму зубчатых венцов, что позволяет им соприкасаться с венцами на торцах шестеренок ведомого вала. В настоящее время устройство передач оснащается такими синхронизаторами на всех передних передачах.

Разграничители-муфты при нейтральном режиме, который характеризуется плавным вращением шестерен, разымаются. В момент переключения рычага на одну из возможных ступеней при полном выжимании сцепления, вилка в коробке передач направляет муфту-синхронизатор на соприкосновение со своей парой на торце шестеренки. Такое зацепление дает жесткую фиксацию шестерни с валом и, как следствие, передачу усилия и вращения.

При заднеприводном типе авто передача крутящего момента и оборотов на ведущие колеса происходит через карданный вал, а при переднеприводном – с помощью ШРУСов и редуктора. В случае, если отсутствует шестерня, и муфта цепляет напрямую ведомый и ведущий валы, коробка переключения передач дает максимально возможный коэффициент полезного действия. Для задней передачи устройство коробки оснащается шестерней, позволяющей менять направление вращения в обратном порядке.

В последнее время производители механических коробок передач отдают предпочтение шестеренкам с косым зубом. В отличие от прямозубых, такие шестерни производят минимум шума при работе и отличаются большей износостойкостью. Срок годности таких шестерен обусловлен материалом, из которого они изготавливаются: сталь высоколегированная, закаленная током высокой частоты и нормализированная для снятия напряжения.

Устройство двухвальной коробки

Работа МКПП, оснащённой двухвальной коробкой, проходит по тому же принципу, что и трёхвальной. Единственным отличием является схема расположения шестерёнок. Вместо одной на ведущей оси, тут расположен целый блок из шестерен. Промежуточный вал отсутствует, зато два оставшихся вала идут параллельно друг к другу.

В целом, двухвальная система отличается большим коэффициентом полезного действия, но передаточное число на таких системах довольно низкое. Именно по этой причине двухвальные КПП устанавливаются лишь на легковые автомобили. Для грузовиков величина передаточного числа должна быть выше.

Для чего служит синхронизатор в МКПП

Большинство легковых автомобилей, как отечественных, так и иномарок, имеют МКПП, в которых есть синхронизатор. Данный элемент помогает выравнивать скорость шестерен, что приводит к снижению уровня шума и более лёгкому переключению передач, чего невозможно добиться, если в коробке не стоит синхронизатор.

Как происходит процесс переключения передач

Неважно, какой привод в вашем автомобиле, передний или задний, за процесс переключения передач всегда отвечает специальный рычаг. Если посмотреть на МКПП в разрезе, можно заметить, что расположение рычага на переднем приводе значительно отличается от его же расположения на заднем приводе.

Автомобили с задним приводом имеют более простую схему расположения рычага переключения КПП, что упрощает их ремонт и техническое обслуживание. Рычаг расположен прямо на корпусе КПП, механизм переключения спрятан внутри корпуса. Данное расположение имеет множество плюсов, но, к сожалению не лишено минусов.

Плюсы конструкции:

1. Очень простое решение, что существенно упрощает процесс ремонта своими руками;
2. Переключение передач происходит очень чётко;
3. Ввиду отсутствия «лишних» узлов, данная конструкция очень долговечна.

Минусы конструкции:

1. Невозможно установить данную систему на автомобили с передним приводом;
2. Если у автомобиля с задним приводом двигатель расположен сзади, то это так же делает невозможным применение данной конструкции (таких автомобилей очень мало).

В машинах с передним приводом рычаг переключения коробки передач может располагаться в следующих местах:

1. На полу, в промежутке между передними креслами;
2. Непосредственно на рулевой колонке;
3. Возле панели приборов.

Такая особенность приводит к тому, что многоступенчатая механическая коробка передач на автомобилях с передним приводом работает только дистанционно, с использованием кулис или тяг. Такая особенность конструкции также имеет свои плюсы и минусы:

1. Рычаг расположен более комфортно для водителя, так как его положение не зависит от того, где находится МКПП;
2. Вибрация, которая создаётся в КПП, не передаётся на рычаг переключения скоростей;
3. Открывает широкое поле деятельности для автомобильных дизайнеров, которые могут поместить рычаг КПП в любое удобное для них место.

Минусы данной конструкции заключаются в следующем:

1. Более сложная в техническом плане система требует больше внимания и является менее долговечной;
2. После длительной эксплуатации часто появляются люфты;
3. Нет такой чёткости переключения передач, как в варианте с КПП на заднеприводном автомобиле;
4. Периодически приходится регулировать тяги, что может потребовать квалифицированного вмешательства специалистов автосервиса.

Достоинства и недостатки МКПП

Любая система, в том числе и КПП, имеет несколько различных конструкций, обладающих различными плюсами и минусами. Рассмотрим, чем МКПП отличается от других типов КПП:

• Главным плюсом использования МКПП является её цена. Большинство бюджетных автомобилей комплектуются именно механикой. Конечно, не стоит ожидать того, что на «бюджетник» вам установят шестиступенчатые МКПП или новейшую механику с семью ступенями (такие коробки иногда ошибочно называют коробками седьмого поколения);
• Если сравнивать МКПП с гидромеханикой, то МКПП будет намного легче по весу и обладать более высоким КПД;
• МКПП не требует такого охлаждения, как АКПП;
• Простота и надёжность конструкции (даже в варианте с МКПП для автомобилей с передним приводом);
• Автомобили с МКПП более экономичны, чем с АКПП (это не относится к новейшим моделям АКПП, которые могут быть экономичнее «механики»);
• Ремонт автомобиля с МКПП не вызывает сложностей и может быть произведён самостоятельно;
• МКПП больше подходит для спортивных автомобилей, позволяя применять техники экстремального вождения, контролируемого заноса и так далее;
• Автомобиль, оборудованный МКПП можно завести толканием, а если не получится, то отбуксировать на любое нужное расстояние.

Недостатки МКПП заключаются в следующем:

• Переключение передач занимает больше времени, чем при использовании АКПП, так как происходит разобщение двигателя и трансмиссии в момент переключения;
• Для плавного переключения передач необходимы навыки вождения с таким типом КПП;
• Сцепление часто выходит из строя и нуждается в замене;
• При езде на автомобиле с МКПП водитель больше устаёт, так как вынужден постоянно переключать передачи. Особенно эта проблема актуальна в больших городах.

Постепенно мировая автомобильная промышленность сокращает количество автомобилей с МКПП, особенно для рынков стран с высоким уровнем жизни.

Техническое обслуживание МКПП

ТО для МКПП заключается, как правило, в проверке уровня масла в ней. Необходимо следить, нет ли подтёков на картере, стыках и заливных и сливных пробках.

Автомобили, оборудованные бортовым компьютером, могут сигнализировать владельцу о проблемах с узлом МКПП. Каждых сигнал компьютера расшифровывается, после чего принимаются соответствующие меры. Расшифровка может быть в мануале к вашему авто или в специальной программе на ноутбуке, который можно подключить к бортовой системе автомобиля. В большинстве иномарок масло в коробке не меняется, если нет никаких неполадок. Необходимо только изредка проверять его уровень (если нет следов утечек).

МКПП – система достаточно простая и ремонтопригодная. Если вам нужен простой и надёжный автомобиль, то выбирайте машину, оборудованную МКПП.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.

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.

Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.

Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.

Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.

Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.

Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».

Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».

Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».

С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.

Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.

Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.

С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.

Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.

В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.

Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.

На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.

В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.

На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.

С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.

Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).

Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.

Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.

Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.

МКПП , она же механическая коробка передач , иногда, в кругах автомехаников можно услышать как "коробка" или "коробас" - представляет собой устройство, составленное из набора шестерен, зацепляющихся между собой в различных вариациях, образуя передачи с различающимися передаточными числами.

Каждая передача предназначается для определенного скоростного режима и нагрузки на двигатель, их поочередное использование позволяет применять двигатель максимально эффективно с минимальным риском его перегрузки. Чем больше в автомобиле передач, тем лучше его приспосабливаемость к разным условиям движения.

Устройство коробки передач

Устройство и принцип работы коробки передач

Механическая коробка устроена таким образом:

• Внизу коробки находится картера (конструктивно это корпус КПП);
• Внутри валы с шестернями - первичный, вторичный и промежуточный валы;
• Так же в МКПП стоит дополнительный вал и шестерня задней передачи;
• Синхронизаторы;
• Сверху коробки расположен механизм переключения передач () с замковым и блокировочным устройствами;
• В салоне выведен рычаг переключения скоростей.

Картер в месте со всем корпусом содержит все основные узлы и детали. Картер наполовину заполнен трансмиссионным маслом, которое нужно для смазки внутреннего механизма. Поскольку во время работы, шестерни коробки передач, подвергаются большим нагрузкам и должны смазываться дабы исключать трение и охлаждать детали.

Валы вращаются в подшипниках, которые впрессованы в картере. Валы коробки передач имеют большой наборы шестерен с разным числом зубьев.

Синхронизаторы нужны чтобы плавно и бесшумно переключались передачи, путем уравнивания угловых скоростей шестерней.

Механизм переключения передач предназначен менять передачи и управлять ею из салона с помощью рычага. Замковое устройство, при этом, не дает включать две передачи одновременно, а блокировочное держит передачу от самопроизвольного выключения.

Так как передаточное число определяется через соотношение количеству зубьев шестерен, находящихся во взаимодействии. Все механические КПП делятся на виды по количеству ступеней. Существуют 4-х, 5-ти и шести ступенчатые коробки. Помимо ступеней, МКПП делятся также на виды по числу валов.

Виды и конструкция МКПП

Коробка МКПП может быть выполнена по одной из двух распространенных концепций: трехвальной или двухвальной . Коробки первого типа устанавливаются преимущественно на заднеприводные машины, а вторые применяются на заднемоторных и переднеприводных авто. Схема коробки передач каждого типа имеет свои принципиальные отличия, поэтому рассматривать их следует по отдельности.

Схема механической коробки передач.

Трехвальная КПП

Схема коробки передач этого типа предполагает наличие трех валов, именуемых ведомым, промежуточным и ведущим. Ведущий вал через шлицы подключается к сцеплению. Промежуточный вал, расположенный параллельно. Момент на него передается жестко закрепленной шестерней.

Ведомый вал с целым рядом шестерней вращается независимо от ведущего. Шестерни этого вала крепятся не жестко. Между ними устанавливаются жестко закрепленные муфты синхронизаторов, имеющие возможность только продольного скольжения по валу.

Работа механической трансмиссии

В любой современной МКПП все три вала постоянно соприкасаются через шестерни. При включенной нейтральной передаче ведомый вал ничем не фиксируется, вращаясь свободно. Включение передачи приводит к продольному перемещению синхронизатора до стыковки с шестерней, что обеспечивает жесткое соединение ведомого вала и всей КПП с двигателем. Это позволяет начать передавать выбранный крутящий момент непосредственно на колеса. Для включения заднего хода применяется отдельный вал со своей шестерней.

Как правило, трехвальная коробка передач механика имеет косозубые шестерни, что гарантирует их прочность, бесшумность и износостойкость.

Двухвальная КПП

Здесь на подключаемом к сцеплению ведущем валу размещены неподвижные относительно него шестерни. Основное различие с предыдущей конструкцией – отсутствие промежуточного вала, поскольку здесь параллельно ведущему сразу идет ведомый, также снабженный подвижными шестернями, постоянно соприкасающимися с элементами ведущего вала.

Принцип работы здесь такой же, как и в 3-х вальных коробках за исключением отсутствия прямой передачи. Такие коробки отличаются большей надежностью и продолжительностью эксплуатации с хорошим КПД, но меньшей вариативностью передаточных чисел, чем обуславливается то, что 2-х вальная коробка механика применяется исключительно в легковых автомобилях.

Достоинства и недостатки

Механическая коробка является не единственным, но самым распространенным типом КПП. У нее есть как очевидные достоинства, так и явные недостатки, которых все же гораздо меньше.

Ремонт коробки передач достаточно сложная процедура и доверить её стоит лишь специалисту.

Так, преимуществами МКПП можно назвать:

• минимальную стоимость и массу;
• хорошую динамику разгона;
• простоту и понятность конструкции;
• надежность;
• дешевизну в обслуживании.

Механическая ступенчатая коробка передач жестко подключает силовой агрегат к ведущей паре, что позволяет достичь максимальной эффективности езды на гололедице и в условиях бездорожья. Кроме того, механическая коробка передач может полностью разъединяться с двигателем, что позволяет запускать автомобиль с применением внешнего усилия (буксирование, толкание) без ограничений.

Но есть у данной системы и определенные недостатки, среди которых:

• необходимость постоянно переключать передачи, что утомляет при продолжительном нахождении за рулем;
• продолжительная выработка навыков правильного переключения передач;
• только ступенчатое изменение передаточных чисел;
• относительно невысокий ресурс сцепления.

По этим причинам сегодня коробка механика является основной, но не единственной востребованной системой переключения скоростей.

Распространенные неисправности МКПП

Механическая коробка передач может иметь самые разнообразные , являясь сложной системой с большим числом подвижных деталей. Чаще всего коробка выходит из строя, из-за:

Для продления строка службы кроме щадящего режима езды рекомендуется своевременно менять масло .

1. износа определенных узлов;
2. стабильного недостатка масла в коробке;
3. ослабления крепления элементов коробки.

Причинами данных поломок могут быть следующие факторы:

1. неправильная эксплуатация;
2. некачественные механизмы;
3. естественный эксплуатационный износ;
4. некачественный ремонт или отсутствие .

Практически всегда неисправная механическая коробка определяется по определенным внешним признакам. Например, шум в нейтральном положении КПП говорит об износе подшипника на ведущем валу или просто недостатке масла в коробке. Если шумы наблюдаются при включении передач, это может быть признаком износа муфт синхронизаторов или проблем с отсоединением сцепления.

Затрудненное включение передач говорит о вероятном износе соединительных или подвижных деталей коробки.

Эти же проблемы могут привести к самопроизвольному выключению передачи.

Какой бы простой и надежной не была механическая коробка, она также периодически выходит из строя, особенно при ненадлежащем уходе или неправильном стиле вождения, и к этому нужно быть готовым.

Как пользоваться механической коробкой

Эксплуатация автомобиля с такой коробкой передач требует определенных навыков и умений, так что у многих, особенно женщин переключение передач на механике вызывает затруднение.

Как переключать передачи

Переключение передач

Первое что нужно запомнить это положение рычага КПП для каждой передачи. Второе – научится выбирать скоростной режим, и диапазон работы каждой из передач.

Скоростные режимы:

• На 1-й передаче 15-20 км/ч;
• На 2-й передаче 30-40 км/ч;
• На 3-й передаче 50-60 км/ч;
• На 4-й до 80 км/ч;
• 5-я для скоростей свыше 80 км/ч.

Но лучше всего, при переключении передачи, ориентироваться на тахометр. Переключатся на повышенную скорость можно раскрутив обороты двигателя 1500 – 2000 об/мин дизельный мотор, или если это бензиновый, то до 2000 – 2500 тыс.

Прежде чем начинать движение всегда убеждаемся в нейтральном положении рычага переключения. Затем левой ногой выжимать сцепление и передвинуть ручки КПП в положение соответствующее первой передаче. Чтобы тронутся с места без рывков и рева мотора, нужно, плавно отпускать сцепление и также легенько давить не педаль акселератора (газа). Далее по достижению скоростного порога, переключаемся на вторую передачу, снова выжав сцепление и отпустив педаль «газ», затем плавно все повторяем.

Включая скорости, их не можно перескакивать, переключать лишь поочередно.

При замедлении нажатием педаль «тормоз» или при торможении двигателем, передачи таким же образом понижаются, только включать уже не следующую вниз по порядку, а выбрать наиболее подходящую по скоростному режиму.

Несмотря на то, что механическая коробка надежный агрегат, при не правильной его эксплуатации коробка очень быстро может выйти из строя. Поэтому рекомендуется придерживаться таких советов:

1. Переключать передачи плавно и осторожно , больше половины поломок механической коробки связаны с выходом из строя шестерней и синхронизаторов через небрежное переключение передач.
2. Следите за уровнем масла в коробке . Количество и строки замены регламентированы в руководстве по ремонту.
3. Защитить картер КПП . Поддон очень хрупкий и его можно нечаянно повредить, зацепившись об какое-то препятствие, поэтому, как правило, картер двигателя и коробки передач защищаю от механического повреждения дополнительным экраном.

Связанные термины

2559 Просмотров

Несмотря на то, что в последние десять лет бешеную популярность набрали именно автоматические , тех, кто предпочитает машину с МКПП, не стало намного меньше. Кроме того, такой имеет наиболее простой принцип действия, и понять его может даже чайник. Сегодня мы расскажем о том, каков принцип работы механической коробки передач и из каких функциональных элементов она состоит.

Основные составляющие

Главная задача МКПП, как и любой другой трансмиссии - это передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Причем именно такое устройство, как коробка, способно варьировать этот момент таким образом, чтобы соблюдался наиболее оптимальный баланс между экономичностью и мощностью, а ресурс двигателя расходовался как можно меньше.

Простейшим решением этой задачи является внедрение в узлы автомобиля такого устройства, которое стало бы механически связывать колеса и мотор и делать так, чтобы частоты вращения и карданного различались.

Чтобы лучше понимать, о чем идет речь, стоит представить себе цепь обыкновенного велосипеда, который, наверное, в детстве был у каждого. Как известно, обычно ведущая шестерня, которая сцеплена с приводом педалей, имеет достаточно большой размер, тогда как ведомая, которая присоединяется к втулке колеса, достаточно невелика.

В современных велосипедах можно переключать скорости, перемещая цепь на шестерни разного размера. Это делается для того, чтобы изменять соотношение частоты вращения педалей и колес и, таким образом, менять скорость самого велосипеда.

Оказывается, на автомобилях применяется механизм с крайне похожим устройством. Только вместо педалей здесь выступает коленчатый вал двигателя, а вместо втулки колеса - карданный вал, который соединяется с редуктором и распределяет усилия между полуосями.

Ведущий вал, иногда называемый первичным, соединяется с коленчатым валом двигателя посредством такого устройства, как сцепление. Он представляет собой стержень, на который наварены шестерни разного размера. Аналогичный вид имеет ведомый, или промежуточный, вал, который соединяется с карданным.

Перемещение валов, которые имеют пружинный механизм, осуществляет кулиса, к которой прикрепляется рычаг, выходящий в салон. Рычаг имеет собственную схему переключения, которая всегда указывается на головке рычага или в инструкции по эксплуатации автомобиля.

МКПП - это такое устройство, в котором детали подвергаются большому трению и перегреву, поэтому в ее картере находится смазка, постоянно снижающая трение и температуру взаимодействующих металлических составляющих.

Как это работает?

Первичный вращается всякий раз, когда находится в исходном положении, а педаль отпущена. Таким образом, частота ведущего вала всегда совпадает с частотой вращения вала двигателя, или попросту с его оборотами.

Скорость промежуточного вала, который соединяется с карданом, зависит от того, на какой передаче стоит машина. К примеру, если МКПП находится на нейтральной передаче, то вал вращается с той частотой, с которой крутятся ведущие колеса.

Когда скорость включена, а педаль отпущена, валы вращаются с переменной скоростью. Эта скорость зависит исключительно от оборотов двигателя, которые регулируются при помощи педали акселератора.

Когда приходит время переключить одну скорость на другую, происходит достаточно сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Так, сначала необходимо нажать педаль сцепления. При этом ведущий вал отсоединяется от двигателя и начинает вращаться независимо.

Когда педаль нажата, можно смело переводить через нейтральное положение в нужную скорость. Но здесь возникает одна существенная трудность: так как размеры шестерен на валах различны, они вращаются с разными частотами. По этой причине частоты необходимо синхронизировать между собой.