Принцип дії передач автомобіля. Яка коробка передач краща

Потреба наявності коробки передач (КПП) викликана фактом: будь-який сучасний двигун має відносно неширокий діапазон оборотів коленвала, в якому і крутний момент, і потужність мають свої максимальні значення при заданій величині витрати палива. Крім того, будь-який двигун не можна розкручувати безмежно - для будь-якого мотора існує якась "червона зона", тобто така частота обертання коленвала, яку перевищувати просто неприпустимо, інакше не уникнути серйозних поломок.

Що це – коробка передач?

Коробкою передач прийнято називати механізм, головним призначенням якого є передача руху обертального характеру з колінвалу двигуна на кардан або передні півосі (у задній або передньопривідних моделяхвідповідно), тим самим керуючи цим автомобілем за допомогою зміни таких параметрів, як швидкість обертання і момент, що крутить, а також напрям руху (вперед або назад).

Природно, ніяка коробка не здатна збільшити потужність мотора, але вона здатна змінювати те, що є, для найкращого його узгодження з реальними умовами експлуатації, змінюючи для цього передавальне число між своїми входом і виходом так, щоб забезпечувалися найвигідніші паливо-економічні і тягово-швидкісні властивості. Крім того, до «зобов'язань» коробки передач відноситься реалізація холостого режиму роботи двигуна і можливості автомобіля пересуватися заднім ходом.

Необхідність застосування коробок обумовлена ​​різницею кутових швидкостейколінвала та провідних коліс, що не дозволяє здійснювати привід провідних коліс безпосередньо від колінвалу. Так, колінвал сучасного двигунамає, як правило, кутову швидкість в діапазоні між 500 і 9000 об/хв, а кутова швидкість провідних коліс може бути в діапазоні між 0 і 1800 об/хв.

З цього випливає, що поєднати одне з одним за цим параметром, не застосовуючи коробку передач, ніяк не вийде. Нарешті, мають досить вузький діапазон, в якому вони мають вигідні характеристики по крутному моменту – від 3000 до 7000 об/хв, «прив'язати» який до реальних умов експлуатації ніяк не виходить, якщо намагатися обійтися без пристроїв типу КПП.

Як оминути ці проблеми?

Найпростіше - змінюючи такі параметри, як частота обертання веденої шестерні і момент, що крутить, на її валу за допомогою спеціально підібраних шестерень. Тепер, починаючи рух, вибір першої передачі означатиме, що ми вибрали пару шестерень з тим значенням передавального числа, яке відповідає включеній першій передачі. Оскільки зазвичай передавальні числа зменшуються зі зростанням номера передачі, то даному випадкуматимемо найбільше значення передавального числа, найменшу частоту обертання провідних коліс, але максимально можливе значення крутного моменту.

Протягом подальшого розгону одна за одною включаються такі передачі, завдяки чому підвищується частота обертання коліс, але падає момент, що крутить. Навіть цей короткий опис показує - коробка передач виконує важливі функції, без яких ні про яку їзду не було б жодної розмови. Отже, коробка передач, по суті, є багатоступінчастим редуктором, за допомогою якого забезпечується можливість перетворення обертального руху коленвала поступальний рухавтомобіля.

Передатне число – що це за звір?

Цим поняттям позначається відношення швидкостей обертання двох шестерень, що взаємодіють. Інакше кажучи, відношення між кількостями зубів у ведучої і веденої шестерень – це і є передатне число. Різні передачі, природно, вимагають різних передавальних чисел- максимальне передатне число застосовується на найнижчій передачі (1-й), а мінімальне - на вищій. «Пряма» передача відповідає передатному числу, що дорівнює 1. При доборі передавальних чисел їх прагнуть вибрати такими, щоб вони були цілими.

Можна навести такий приклад: маємо дві пов'язані один з одним шестірні, на кожній з яких ставимо маркером за позначкою один проти одного. Якщо дана пара шестерень має передатне число, рівне, наприклад, двом, це означає, що через два обороту від початку обертання нанесені на шестірні мітки знову збігатимуться. І кожні два оберти ця картина повторюватиметься – збігатиметься та сама пара зубів, тобто саме ця пара навантажена більше за інших, і з цієї причини набагато швидше зламається або зноситься. Тому підбір передавальних чисел – досить відповідальна операція, які значення вибираються дробовими.

Влаштування механічної коробки

Схема тривальної коробки передач заднього приводу автомобіля

Пристрій механічної коробкипередач тривального виконання (про відмінності двовального виконання згадаємо далі) передбачає розміщення в картері коробки трьох валів - первинного, вторинного та проміжного. Первинний вал (або провідний) завдяки механізму зчеплення може зчленовуватися і обертатися разом з ним. Вторинний вал (або ведений) має постійне з'єднання з карданним валом. Обертання первинного валу за допомогою проміжного вала може передаватися вторинному.

Розташовані первинний і вторинний вали послідовно, а опорою вторинного валу є підшипник, запресований хвостовик первинного валу. Таким чином, жорсткого зв'язку між собою два ці вали не мають, а їх обертання відбувається незалежно. Проміжний вал змонтований паралельно названим валам.

На всіх валах встановлені шестірні. Первинний вал несе на собі провідну шестерню, що обертає проміжний вал. Останній несе на собі блок шестерень, що жорстко з ним з'єднаний і часто виконується з ним як єдине ціле. Вторинний вал несе у собі ведені шестерні – ці шестерні мають можливість переміщення по шлицам вздовж валу.

На останньому валу розташовуються також муфти, які включають ті чи інші передачі. Залежно від числа муфт коробки передач бувають двоходові, триходові і т.д. Сучасна чотириходова коробка, наприклад, може мати 6 або 7 прямих передач плюс задній хід.

У ручній коробці перехід від однієї передачі в іншу здійснює водій за допомогою спеціального важеля, що знаходиться всередині салону автомашини. Щоб уникнути включення двох передач одночасно (небезпечно поломкою коробки), в ній встановлений спеціальний замок, а щоб уникнути мимовільного вимикання передач є спеціальний блокуючий механізм.

Принципи функціонування

Припустимо, швидкість обертання коленвала становить 1000 об/хв, і завдяки механізму зчеплення відповідний момент, що крутить, отримує первинний валкоробки передач. Якщо тепер включити першу передачу, то жорстко закріплена на цьому валу шестерня увійде в зачеплення з іншою шестернею, яка більша за розміром і має вчетверо, наприклад, більше зубів.

Отже, вал, на якому встановлена ​​друга шестерня, обертатиметься зі швидкістю в чотири рази менше швидкостіколінвала, тобто 250 об/хв. Швидкість обертання зменшилася в чотири рази відповідно до співвідношення зубів шестерень, а момент, що крутить, в таке ж число разів збільшиться на другій шестерні.

Застосування різних передавальних чисел пар шестерень дозволяє отримувати від двигуна і передавати далі на провідні колеса автомобіля різні моменти, що крутять. Інакше кажучи, обертання колінвала двигуна 1000 об/хв можна перетворити, при виборі відповідних передач, обертання провідних коліс автомобіля зі швидкістю, наприклад, 333 або 250 об/хв і т.д.

Задня передача

Реалізація можливості пересування автомобіля заднім ходом забезпечується наявністю в коробці передач відповідного механізму, що складається з додаткового валу та встановленої на ньому шестерні заднього ходу. Якщо вибрати задній хід, то між вторинним і проміжним валами буде додатково включена ця шестерня, завдяки якій вторинний вал коробки передач обертатиметься в протилежний, в порівнянні зі звичайним напрямком, бік за рахунок непарної кількості зчеплених один з одним шестерень.

Класифікації сучасних ручних коробок

За кількістю передач

Всі коробки умовно поділяються на види в залежності від кількості ступенів передач, що реалізуються ними. Розрізняють 4-, 5-, 6-, і навіть 7-ступінчасті коробки. Збільшення числа передач ґрунтується на необхідності передавати крутний момент у найбільш ефективних межах. Так, якщо двигун має найбільше значення моменту, що крутить, на порівняно невисоких оборотах, то розганяти його до більш високих оборотівнемає сенсу - потужність, що розвивається ним, лише падати при підвищенні частоти обертання. У таких ситуаціях набагато ефективнішим рішенням буде застосування відповідної коробки;

За кількістю валів

Коробки передач бувають 3- та 2-вальними залежно від того, скільки валів вони містять. 3-вальними коробками (описані вище) обладнуються автомашини як з переднім, так і з заднім приводом, А 2-вальними коробками обладнуються в основному передньопривідні легкові автомобілі. 2- вальна коробка, Як випливає з назви, містить у собі лише два вали, хоча в цілому їх розташування та призначення аналогічні 3-вальної коробки. Відмінності полягають у розташуванні валів щодо один одного – воно паралельне у 2-вальній коробці. Друга відмінність полягає у схемі створення передач – у 3-вальній коробці одна передача реалізується двома парами шестерень, а у 2-вальній – лише однією парою. 2-вальні коробки не мають прямої передачі, зате можуть мати не один, а відразу кілька ведених валів.

Переваги механічних коробок:

• вартість та маса «механіки» відносно нижча, ніж ті ж параметри в інших типів коробок;
• ККД "механіки" вище, ніж у коробок інших типів;
• завдяки своїй високої надійності, "механіка" має великий термін служби;
• механічна коробка надає великий вибір стилів їзди в різних умовахексплуатації автомобіля, наприклад, бездоріжжя, бруд, ожеледиця;
• машину з «механікою» за необхідності можна буксирувати будь-куди, не побоюючись неприємних наслідківз боку коробки;
• наявність саме ручної коробки забезпечує можливість запуску автомобіля з штовхача і допускає від'єднання трансмісії від двигуна.

Недоліки механічних коробок:

• в умовах тривалої їздипо місту або в пробках значно більше втомлює водія;
  потребує водія певних навичок керування автомобілем типу плавного переходуміж передачами;
• порівняно великий час зміни передач, оскільки він потребує тимчасового відключення коробки від двигуна (вимкнення зчеплення);
• відносно невеликий ресурс механізму зчеплення

Нові розробки у світі КПП

Нинішня різноманітність коробок передач – це не застиглий металозбірник, а вбираючи в себе все нове - світ коробок передач. Тим не менш, звичайні коробки, що з'явилися одночасно з появою автомобіля, мають найменші темпи розвитку, а роботизовані - найвищі, при цьому останні перестають бути звичайними модернізованими коробками, все далі йдучи від них - дається взнаки повне управлінняелектронікою та приводами, а їх проектування йде вже за своєю особливою технологією. Тобто ці коробки фактично все більше віддаляються від механіки, яка їх породила.

Це видно і за результатами - кращі коробки-роботивід Ferrari забезпечують перемикання передач протягом не більше 60 мс, а коробки передач типу DSG (Volkswagen) здатні включати окремі передачі за 8 мс! Завдяки цьому Volkswagen Golf, наприклад, оснащений 7-ступінчастою коробкою цього типу, приблизно на 20% економічніше, ніж той самий автомобіль, але обладнаний традиційною «механікою».

В останні роки різко покращилися характеристики систем мастила - коробки передач, що нині випускаються, нерідко оснащені системою мастила під тиском, а іноді - ще й спільного використання з двигуном. Таке рішення дає можливість різко збільшити ресурс роботи коробки передач щодо звичної для всіх системи мастила за рахунок присутнього в картері двигуна масла, а також забезпечити необхідне охолодження коробки завдяки постійної циркуляції масла. Сьогодні існує вже досить велика кількість механічних коробок, але використовують для свого змащення олія ATF, тобто олія для .

Насамкінець варто сказати, що тенденцією нашого часу є і те, що пристрій механічної коробки передач все більше ускладнюється в гонитві за динамікою, швидкістю, економічністю ... Якою вона буде в майбутньому, важко сказати, напевно, ніхто і не скаже.

Autoleek

Практично будь-який сучасний автомобіль (крім електрокарів) обов'язково оснащується коробкою передач. Найбільш популярними є такі види коробок:

1. Автоматична коробка передач;
2. Варіатор;
3. Роботизована коробка.

Найбільш поширеною у Росії є механічна коробка передач. Коробками даного типуоснащені практично всі вітчизняні автомобіліі більшість іномарок.

Призначення та влаштування механічної коробки передач

Механічна коробка перемикання передач потрібна в автомобілі для зміни передавального відношеннявід мотора до коліс. Перемикання швидкостей відбувається рахунок м'язової сили водія, його механічних зусиль стосовно МКПП. Саме тому така КПП називається ручна коробка передач. Водій сам контролює, коли слід перемикати селектор МКПП більш високу чи низьку передачу. Сучасні МКПП бувають 5, 6 і навіть 7 ступінчастими. Найчастіше в сучасних автомобілях використовується 6-ступінчаста коробка передач.

Крім цього, кожна МКПП коробка має задню та нейтральну передачу. Задня дозволяє машині рухатися назад, нейтральна передача - це коли відсутнє обертання від двигуна до приводу провідних коліс.

Принцип роботи механічної коробки

Пристрій механічної коробки передач включає:

1. Саму коробку, яка є багатоступінчастим редуктором;
2. Зчеплення;
3. Різні вали та шестерні.

Якщо пояснювати принцип роботи МКПП для чайників, можна сформувати його так:

1. Шестерні змінюють частоту обертів між валами. Шляхом заміни розмірів шестерень відбувається переключення на підвищену або знижену передачу;
2. Без зчеплення перемикання передач на ходу неможливе. Його робота полягає у роз'єднанні мотора та трансмісії. Ця процедура допомагає перемикати передачі, не розбиваючи шестерні та вал.

Кожна МКПП (якщо це не інноваційна модель) влаштована за подібною конструкцією. На валах (на осях) розташовуються зубчасті шестерні. МКПП бувають із двома або трьома валами, а корпус називається картером.

Влаштування тривальної системи

Тривальна система обладнана трьома валами:

1. Провідним валом;
2. Проміжним валом;
3. Веденим валом.

Принцип роботи механіки у тому, що у провідному валу є шлицы, а сам вал з'єднується зі зчепленням. На шліцах переміщається диск зчеплення, а сама вісь передає свою енергію проміжному валу, що з'єднується із шестернею ведучого.

Ведомий вал механічної коробки передач за допомогою підшипника всередині першого валу з'єднується з ведучим і розташовується таким чином, що осі веденого та ведучого співвідносяться між собою. У свою чергу, така будова дозволяє їм обертатися незалежно один від одного. Шестерні веденої осі жорстко не зафіксовані по відношенню до веденого валу, а самі шестерні мають спеціальні розмежувачі - синхронізатор-муфту. Такі розмежувачі, на відміну від блоків шестерні, міцно прикріплені до веденого валу. Однак це не заважає їм переміщатися шпицями вздовж осі.

Торці муфти-синхронізатора мають форму зубчастих вінців, що дозволяє їм стикатися з вінцями на торцях шестірня веденого валу. В даний час пристрій передач оснащується такими синхронізаторами всіх передніх передачах.

Розмежувачі-муфти при нейтральному режимі, що характеризується плавним обертанням шестерень, розлучаються. У момент перемикання важеля на одну з можливих ступенів при повному вичавленні зчеплення, вилка в коробці передач направляє муфту-синхронізатор на дотик зі своєю парою на торці шестерні. Таке зачеплення дає жорстку фіксацію шестерні з валом і, як наслідок, передачу зусилля та обертання.

При задньопривідному типі авто передача крутного моменту та оборотів на провідні колеса відбувається через карданний вал, а при передньопривідному – за допомогою ШРУСів та редуктора. Якщо відсутня шестерня, і муфта чіпляє безпосередньо ведений і провідний вали, коробка перемикання передач дає максимально можливий коефіцієнт корисної дії. Для задньої передачіпристрій коробки оснащується шестернею, що дозволяє змінювати напрямок обертання у зворотному порядку.

Останнім часом виробники механічних коробок віддають перевагу шестерням з косим зубом. На відміну від прямозубих, такі шестерні виробляють мінімум шуму при роботі та відрізняються більшою зносостійкістю. Термін придатності таких шестерень обумовлений матеріалом, з якого вони виготовляються: високолегована сталь, загартована струмом високої частоти і нормалізована для зняття напруги.

Влаштування двовальної коробки

Робота МКПП, оснащеною двовальною коробкою, проходить за тим же принципом, що й трихвальною. Єдиною відмінністю є схема розташування шестерень. Замість однієї на провідній осі, тут розташований цілий блок із шестерень. Проміжний вал відсутній, зате два вали, що залишилися, йдуть паралельно один до одного.

Загалом двовальна система відрізняється великим коефіцієнтом корисної дії, але передавальне число на таких системах досить низьке. Саме тому двовальні КПП встановлюються лише на легкові автомобілі. Для вантажівок величина передавального числа має бути вищою.

Для чого служить синхронізатор у МКПП

Більшість легкових автомобілівЯк вітчизняних, так і іномарок, мають МКПП, в яких є синхронізатор. Цей елементдопомагає вирівнювати швидкість шестерень, що призводить до зниження рівня шуму і легшого перемикання передач, чого неможливо досягти, якщо в коробці не вартий синхронізатор.

Як відбувається процес перемикання передач

Неважливо, який привід у вашому автомобілі, передній чи задній, за перемикання передач завжди відповідає спеціальний важіль. Якщо подивитися на МКПП у розрізі, можна помітити, що розташування важеля на передньому приводізначно відрізняється від його розташування на задньому приводі.

Автомобілі з заднім приводом мають більше просту схемурозташування важеля перемикання КПП, що спрощує їх ремонт та технічне обслуговування. Важель розташований прямо на корпусі КПП, механізм перемикання захований усередині корпусу. Це розташуваннямає безліч плюсів, але, на жаль, не позбавлено мінусів.

Плюси конструкції:

1. Дуже просте рішення, що значно спрощує процес ремонту своїми руками;
2. Перемикання передач відбувається дуже чітко;
3. Зважаючи на відсутність «зайвих» вузлів, дана конструкція дуже довговічна.

Мінуси конструкції:

1. Неможливо встановити цю системуна автомобілі з переднім приводом;
2. Якщо у автомобіля із заднім приводом двигун розташований ззаду, то це так само унеможливлює застосування даної конструкції (таких автомобілів дуже мало).

У машинах з переднім приводом важіль перемикання коробки може розташовуватися в наступних місцях:

1. На підлозі, у проміжку між передніми кріслами;
2. Безпосередньо на рульовій колонці;
3. Біля приладів панелі.

Така особливість призводить до того, що багатоступінчаста механічна коробка передач на автомобілях з переднім приводом працює тільки дистанційно, з використанням лаштунків або тяг. Така особливість конструкції також має свої плюси та мінуси:

1. Важель розташований більш комфортно для водія, оскільки його положення не залежить від того, де знаходиться МКПП;
2. Вібрація, що створюється у КПП, не передається на важіль перемикання швидкостей;
3. Відкриває широке поле діяльності для дизайнерів, які можуть помістити важіль КПП в будь-яке зручне для них місце.

Мінуси даної конструкції полягають у наступному:

1. Більш складна в технічному плані система вимагає більше уваги і менш довговічної;
2. Після тривалої експлуатаціїчасто з'являються люфти;
3. Немає такої чіткості перемикання передач, як у варіанті з КПП на задньопривідному автомобілі;
4. Періодично доводиться регулювати тяги, що може вимагати кваліфікованого втручання спеціалістів автосервісу.

Переваги та недоліки МКПП

Будь-яка система, у тому числі і КПП, має кілька різних конструкцій, що володіють різними плюсами та мінусами. Розглянемо, чим МКПП відрізняється від інших типів КПП:

• Головним плюсом використання МКПП є її вартість. Більшість бюджетних автомобілівкомплектуються саме механікою. Звичайно, не варто очікувати, що на «бюджетник» вам встановлять шестиступінчасті МКПП або нову механікуз сімома ступенями (такі коробки іноді помилково називають коробками сьомого покоління);
• Якщо порівнювати МКПП з гідромеханікою, то МКПП буде набагато легше за вагою і матиме вищий ККД;
• МКПП не потребує такого охолодження, як АКПП;
• Простота та надійність конструкції (навіть у варіанті з МКПП для автомобілів з переднім приводом);
• Автомобілі з МКПП економічніші, ніж з АКПП (це не відноситься до новітнім моделямАКПП, які можуть бути економічнішими за «механіку»);
• Ремонт автомобіля з МКПП не викликає складнощів і може бути здійснений самостійно;
• МКПП більше підходить для спортивних автомобілівдозволяючи застосовувати техніки екстремального водіння, контрольованого занесення і так далі;
• Автомобіль, обладнаний МКПП, можна завести штовханням, а якщо не вийде, то відбуксувати на будь-яку потрібну відстань.

Недоліки МКПП полягають у наступному:

• Перемикання передач займає більше часу, ніж при використанні АКПП, оскільки відбувається роз'єднання двигуна та трансмісії в момент перемикання;
• Для плавного перемиканняпередач необхідні навички водіння з таким типом КПП;
• Зчеплення часто виходить з ладу і потребує заміни;
• При їзді автомобілем з МКПП водій більше втомлюється, оскільки змушений постійно перемикати передачі. Особливо ця проблема є актуальною у великих містах.

Поступово світова автомобільна промисловістьскорочує кількість автомобілів з МКПП, особливо для ринків країн з високим рівнемжиття.

Технічне обслуговування МКВП

ТО для МКПП полягає, як правило, у перевірці рівня олії в ній. Необхідно стежити, чи немає підтікань на картері, стиках та заливних та зливних пробках.

Автомобілі, обладнані бортовим комп'ютеромможуть сигналізувати власнику про проблеми з вузлом МКПП. Кожний сигнал комп'ютера розшифровується, після чого вживаються відповідні заходи. Розшифровка може бути в мануалі до вашого авто або спеціальної програми на ноутбуці, який можна підключити до бортовій системіавтомобіля. У більшості іномарок масло в коробці не змінюється, якщо немає проблем. Необхідно лише зрідка перевіряти його рівень (якщо немає слідів витоків).

МКПП – система досить проста та ремонтопридатна. Якщо вам потрібний простий і надійний автомобіль, то вибирайте машину, обладнану МКПП.

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них

Механічна коробка передач – це пристрій для поступової зміни передатного відношення швидкості обертання від двигуна до провідних коліс. Вибір та включення потрібної передачіпри використанні механічної КПП водій здійснює вручну (на відміну від коробки автоматичної передач). Назва даного пристрою відображає ще й той факт, що весь його функціонал реалізується лише за рахунок механічних елементів, без залучення гідравліки або електроніки (на відміну від гідравлічних або електричних трансмісій). Популярно, але технічно достовірно принцип роботи МКПП висвітлено у цій публікації.

Чому у автовиробників виникла потреба у впровадженні коробки перемикання передач? Тому що будь-який двигун внутрішнього згоряннябудь-якого автомобіля здатний працювати тільки в якомусь обмеженому, і досить невеликому діапазоні оборотів. А частота обігу коліс – від рушання з місця до їзди на великих швидкостях- відбувається в набагато ширшому діапазоні. І неможливо вибрати якесь одне універсальне передавальне число, яке б забезпечило весь цей діапазон, з одночасним розумним використанням діапазону оборотів двигуна.

Для рушання з місця та поступального розгону автомобіля, а також при його русі бездоріжжям, потрібно витратити більш значну роботу у фізичному сенсі, тобто подати на його колеса велику потужність. Тобто при невеликій швидкості потрібні високі обороти двигуна.

Навпаки, при рівномірному русіавтомобіля, що розігнався, рівною дорогоюйого швидкість висока, а великої потужностіі високих оборотів двигуна вже не потрібно – щоб підтримувати потрібну швидкість, достатньо і малої потужності, і низьких оборотів. При підвищенні швидкості зростає і аеродинамічний опірруху двигуна, що вимагає високих оборотів та більш значних витрат потужності. Те саме – при русі в гору, потрібно збільшити силу тяги.

Звідси виникає необхідність передачі обертання з двигуна на колеса з певним передатним числом, яке можна було б змінювати в залежності від умов їзди. У цьому один із піонерів світового автопрому – німецький інженер Карл Бенцпереконався в першій же тривалій (на 80 км) поїздці автомобілем власної конструкції.

Ця автоподорож відбулася 1887 року. Карл Бенц та його дружина Берта із синами їхали до тещі винахідника. 80-кілометрова подорож виявилася дуже складною через недосконалість конструкції першого автомобіля. На деякі, на вигляд невеликі, підйоми його доводилося заштовхувати вручну: не вистачало сили тяги. Після цієї поїздки Бенц удосконалив автомобіль, забезпечивши його додатковою допоміжною передачею – знижкою, для збільшення сили тяги.

Ця ідея використовується в КПП і донині: передатне число має бути змінним, що дозволяє використовувати різні співвідношення між швидкостями обертання колінвала мотора та провідних коліс.

Зрозуміло, перша механічна коробка передач Карла Бенца була спочатку дуже примітивним пристроєм. Це були шківи різного діаметра, прикріплені до провідної осі. З мотором вони з'єднувалися ременем, і за допомогою важелів ремінь можна було перекидати з одного шківа на інший. Згодом на зміну шкіряному ременю та шківу прийшов металевий ланцюг та зірочка, як на сучасних «просунутих» велосипедах.

Зубчасту передачу та коробку передач на шестерні вперше поставив на автомобіль Вільгельм Майбах. Паралельно з німецькими автоінженерами, приблизно в ті ж роки, займалися схожими дослідженнями і французькі. У створеній Емілем Левасором та Луї Панаром механічній коробці перемикання передач вже застосовувався цілий набір зубчастих коліс з різними передатними числами для руху вперед і одна шестерня для руху назад. Як і в наш час, шестерні передніх передач були укріплені на вторинному валу, що рухався вздовж своєї осі. Це дозволяло різним за своїм діаметром зубчастим колесам входити в зачеплення з нерухомою шестернею на первинному валу.

Офіційно винахідником механічної коробки перемикання передач, схожої на сучасну, став Луї Рено: у 1899 році цей молодий автопромисловець-початківець запатентував першу в світі КПП, засновану на системі рухомих зубчастих коліс і валів. Вона була тришвидкісною.

Перша людина, яка запатентувала МКПП, – Луї Рено – у своїй «лабораторії».

Заокеанський піонер автопрому – Генрі Форд – не копіював досягнення німецьких та французьких інженерів, а йшов своїм шляхом. Його механічна коробка передач складалася з кількох планетарних шестерень (сателітів), які оберталися навколо центральної («сонячної») шестерні та фіксувалися за допомогою водила. Саме такою – планетарною КПП оснащувалися перші масові серійні автомобілі"Форд А".

Не менш важливим технічним рішенням, ніж винахід коробки на зубчастих шестернях різного діаметра, став винахід синхронізатора, який зробив у 1928 Шарль Кетерінг з «Дженерал Моторс». Воно зробило механічні коробки передач легшими в управлінні, надало їм нового імпульсу розвитку та «технічне довголіття».

З моменту винаходу Луї Рено пройшло вже понад 120 років. головний принципступінчастої шестерної коробки передач залишився тим же. Сучасні МКПП, зрозуміло, набагато досконаліші: у них стоять шестірні не з прямим, а косозубим зачепленням, і вони зручніші, безшумніші і довговічніші. В цілому, автомобілі з «механікою» економічніші, ніж машини з автоматичною коробкоюпередач.

Складається механічна КПП із набору косозубих шестерень різного розміру, які вводяться в зачеплення для створення різних передавальних чисел між колінчастим валоммотора та провідними колесами. Передатне число стає іншим шляхом переміщення як самих шестерень, так і спеціального пристрою- Синхронізатора. Його завдання - зрівнювати (синхронізувати) окружні швидкості шестерень, що включаються в зачеплення.

Принцип такий, що, що вище передавальне число, то нижче передача. Перша передача називається нижчою, а передатне число у неї найбільше. На ній передача обертання здійснюється від малої шестерні до великої і, при високій частотіобертання коленвала, швидкість руху автомобіля залишається низькою, а сила тяги – високою. На вищій передачі, відповідно, – навпаки. У нейтральному положенні момент, що крутить, від мотора на провідні колеса не передається, і машина котиться по інерції або стоїть.

Більшість сучасних серійних автомашин, оснащених механічною коробкою перемикання передач, мають 5 «швидкостей», або швидкостей руху вперед. Кілька десятків років тому більшість автомобільних МКППбули чотиришвидкісні. Механічними коробками з шістьма та більше швидкостями, як правило, комплектуються «заряджені» спортивні машиничи джипи.

З технічної точки зору, механічна коробка передач є закритим східчастим редуктором. Робочими елементами його конструкції є зубчасті колеса – шестерні, які по черзі приходять у зачеплення, змінюючи оберти вхідного та вихідного валу, а також їхню частоту. Перемикання з'єднань та комбінацій шестерень відбувається вручну.

Механічна коробка перемикання передач здатна працювати тільки в парі зі зчепленням. Цей вузол призначений для тимчасового роз'єднання двигуна та трансмісії. Ця операція потрібна для безболісного та безпечного переходу зачеплення з однієї шестерні на іншу, без вимкнення оборотів двигуна, та при їх повному збереженні.

Компонуванням механічних коробок перемикання передач, що отримали повсюдне поширення, стали дво- і тривальні. Вони називаються так за кількістю паралельно розташованих валів, на яких і розташовані косозубі шестірні.

У тривальній МКПП знаходяться три вали: ведучий, проміжний та ведений. Перший з'єднаний зі зчепленням, на його поверхні є шліци. Ними пересувається ведений диск зчеплення. З цього валу енергія обертання передається на жорстко з'єднаний з ним шестернею проміжний вал.

Ведомий вал є співвісним з провідним валом, з'єднаним з ним через підшипник, який знаходиться всередині першого валу. Тому цим осям забезпечено незалежне обертання. Блоки «різнокаліберних» шестерень веденого валу не мають жорсткої фіксації з ним, а також розмежовані спеціальними муфтами-синхронізаторами. Ось вони жорстко закріплені на веденому валу, але можуть переміщатися вздовж валу шліцами.

На торцях муфт нанесені зубчасті вінці, які можуть з'єднуватись з аналогічними вінцями на торцях шестерень веденого валу. Сучасні стандартиВироби коробок передач припускають наявність таких синхронізаторів на всіх передачах для руху вперед.

У двовальній механічній КПП також забезпечено з'єднання провідного валу з блоком зчеплення. На відміну від тривісної конструкції, на провідній осі знаходиться набір шестерень, а не одна. Проміжний вал відсутній, а з ведучим запаралелений ведений вал. Шестерні обох валів вільно обертаються і постійно перебувають у зачепленні.

На веденому валу є жорстко закріплена провідна шестерня головної передачі. Між рештою шестерень знаходяться синхронізаційні муфти. Подібна схема механічної коробки передач у сенсі роботи синхронізаторів схожа на тривальне компонування. Різниця ж у тому, що пряма передача відсутня, а кожен ступінь має лише одну пару з'єднаних шестерень, а не дві пари.

З одного кінця валу в жорсткому зачепленні знаходиться головна передача. У корпусі головної передачі працює диференціал.

Двохвальне компонування механічної коробки має більший ККД, ніж у тривальної, проте вона має обмеження щодо підвищення передавального числа. За рахунок цієї особливості, двовальна конструкція МКПП застосовується виключно в легкових автомобілях.

У поодиноких випадках на сучасних автомобілях можуть також використовуватися чотирихвальні коробки передач. Але за принципом своєї роботи вони також відповідають двовальним – без проміжного валу, з передачею обертання з первинного валу одразу на вторинні. Найчастіше це механічні КППз 6-ма передачами переднього ходу. У них момент, що крутить, передається з первинного валу на головну передачучерез перший, другий та третій вторинні вали, кінцеві шестерні яких постійно зачеплені із шестернею головної передачі.

Забезпечення заднього ходу автомобіля покладено на додатковий вал зі своєю спеціальною шестернею. При переході в зачеплення починається обертання веденого валу в зворотний бік. На задній передачі синхронізатора немає, оскільки задній хід задіюється лише при повній зупинці автомобіля. Принаймні так треба робити. Тому на МКПП машин багатьох виробників є захист від випадкового включення заднього ходу на ходу (потрібно підняти спеціальне кільце на важелі для переведення його в положення заднього ходу).

Коли включений нейтральний режим, обертання шестерень відбувається вільно, а всі муфти-синхронізатори розташовані в розімкнутому положенні. Коли водій вичавлює зчеплення і перемикає важіль на один із щаблів, спеціальна вилка в КПП переміщає муфту в зачеплення з відповідною парою на торці шестірні. І шестерня жорстким чином фіксується з валом і не прокручується на ньому, а забезпечує передачу обертання та енергії зусилля.

Під час руху механізм перемикання передач вводиться з місця водія автомобіля за допомогою важеля перемикання передач. Цей важіль переміщує повзуни з вилками, які, своєю чергою, пересувають синхронізатори і залучають потрібну швидкість.

Пари шестерень двох нижчих передач мають найбільші передавальні числа (на легкових машинах– зазвичай від 5:1 до 3,5:1), і застосовуються для рушання з місця та поступального розгону, а також при необхідності постійного руху з невисокою швидкістю або бездоріжжям. При русі на нижчих передачах навіть за великих оборотахдвигун автомобіль буде їхати досить повільно, але при цьому повною мірою використовуватиметься його потужність і крутний момент. Навпаки, що вище передача, то вище швидкість автомобіля тому рівні оборотів двигуна, яке сила тяги менше. На вищих передачах автомобіль не зможе рушити з місця або їхати на низьких швидкостях. Зате він може пересуватися на великих, аж до максимально передбачених швидкостях, при середніх оборотах двигуна.

В абсолютній більшості сучасних МКПП розташовані шестерні з косим зубом, які здатні витримувати більші зусилля, ніж прямозубі, до того ж менш шумні в роботі. Виготовляються косозубі шестірні з високолегованої сталі, і на фінальному етапівиробництва виконується загартування на ТВЧ та нормалізація для зняття напруги, що забезпечують довговічність деталей.

До появи синхронізаторів для ненаголошеного включення вищої передачі водіям потрібно було робити подвійний вижим, з обов'язковою роботою протягом кількох секунд на нейтральній передачі, для рівняння окружних швидкостей шестерень. А для переходу на нижчу передачу треба було зробити перегазовку, щоб вирівняти оберти ведучого і провідного валів. Після введення синхронізаторів потреба у цих маніпуляціях відпала. І шестерні стали захищеними від ударних навантажень та передчасного зношування.

Втім, і сучасній легковій машині ці «навички з минулого» також можуть стати в нагоді. Наприклад, вони допоможуть переключити-таки передачу у разі виходу з ладу зчеплення, або якщо виникне необхідність різке гальмуваннядвигуном, при робочій гальмівній системі, що відмовила.

МКПП, вона ж механічна коробка передач, іноді, в колах автомеханіків можна почути як "коробка" або "коробас" - являє собою пристрій, складений з набору шестерень, що зачіплюються між собою в різних варіаціях, утворюючи передачі з передатними числами, що розрізняються.

Кожна передача призначається для певного швидкісного режиму та навантаження на двигун, їхнє почергове використання дозволяє застосовувати двигун максимально ефективно з мінімальним ризиком його перевантаження. Чим більше в автомобілі передач, тим краще його пристосованість до різним умовамруху.

Влаштування коробки передач

Пристрій та принцип роботи коробки передач

Механічна коробка влаштована таким чином:

• Внизу коробки знаходиться картера (конструктивно це корпус КПП);
• Усередині вали з шестернями - первинний, вторинний та проміжний вали;
• Також в МКПП стоїть додатковий вал і шестерня задньої передачі;
• Синхронізатори;
• Зверху коробки розташований механізм перемикання передач () із замковим та блокувальним пристроями;
• У салоні виведено важіль перемикання швидкостей.

Картерв місці з усім корпусом містить усі основні вузли та деталі. Картер наполовину заповнений трансмісійною олією, яке потрібно для змащення внутрішнього механізму. Оскільки під час роботи, шестерні коробки передач піддаються великим навантаженнямі повинні змащуватися, щоб унеможливлювати тертя і охолоджувати деталі.

Валиобертаються у підшипниках, які упресовані в картері. Вали коробки мають великі набори шестерень з різним числом зубів.

Синхронізаторипотрібні щоб плавно і безшумно перемикалися передачі, шляхом вирівнювання кутових швидкостей шестерень.

Механізм перемикання передачпризначений змінювати передачі та керувати нею із салону за допомогою важеля. Замковий пристрій, при цьому, не дає включати дві передачі одночасно, а блокувальний тримає передачу від мимовільного вимкнення.

Оскільки передавальне число визначається через співвідношення кількості зубів шестерень, що у взаємодії. Усі механічні КПП поділяються на види за кількістю щаблів. Існують 4-х, 5-ти та шести ступінчасті коробки. Крім щаблів, МКПП поділяються також на види за кількістю валів.

Види та конструкція МКПП

Коробка МКВПможе бути виконана за однією з двох поширених концепцій: тривальнийабо двовальний. Коробки першого типу встановлюються переважно на задньопривідні машини, а другі застосовуються на задньомоторних та передньопривідних авто. Схема коробкипередач кожного типу має свої принципові відмінностітому розглядати їх слід окремо.

Схема механічної коробки.

Тривальна КПП

Схема коробки цього типу передбачає наявність трьох валів, іменованих веденим, проміжним і провідним. Провідний вал через шліци підключається до зчеплення. Проміжний вал розташований паралельно. Момент на нього передається жорстко закріпленою шестернею.

Ведений вал із цілим рядом шестерень обертається незалежно від ведучого. Шестерні цього валу кріпляться не жорстко. Між ними встановлюються жорстко закріплені муфти синхронізаторів, що мають можливість лише поздовжнього ковзання по валу.

Робота механічної трансмісії

У будь-якій сучасній МКПП всі три вали постійно стикаються через шестерні. При включеній нейтральній передачі ведений вал нічим не фіксується, обертаючись вільно. Включення передачі призводить до поздовжнього переміщення синхронізатора до стикування з шестернею, що забезпечує жорстке з'єднання веденого валу і всієї КПП з двигуном. Це дозволяє почати передавати обраний момент, що крутить, безпосередньо на колеса. Для включення заднього ходу застосовується окремий вал зі своєю шестернею.

Як правило, тривальна коробка передач механікамає косозубі шестірні, що гарантує їхню міцність, безшумність та зносостійкість.

Двохвальна КПП

Тут на провідному валу, що підключається до зчеплення, розміщені нерухомі щодо нього шестерні. Основна відмінність з попередньою конструкцією- Відсутність проміжного валу, оскільки тут паралельно ведучому відразу йде ведений, також з рухомими шестернями, що постійно стикаються з елементами ведучого валу.

Принцип роботи тут такий самий, як і в 3-х вальних коробках за винятком відсутності прямої передачі. Такі коробки відрізняються більшою надійністю і тривалістю експлуатації. хорошим ККДАле меншою варіативністю передавальних чисел, ніж обумовлюється те, що 2-х вальна коробка механіка застосовується виключно в легкових автомобілях.

Гідності й недоліки

Механічна коробкане єдиним, але найпоширенішим типом КПП. Вона має як очевидні переваги, так і явні недоліки, яких все ж таки набагато менше.

Ремонт коробки передач достатньо складна процедураі довірити її варто лише фахівцю.

Так, перевагами МКПП можна назвати:

• мінімальну вартість та масу;
• хорошу динамікурозгону;
• простоту та зрозумілість конструкції;
• надійність;
• дешевизну в обслуговуванні.

Механічна ступінчаста коробка передачжорстко підключає силовий агрегатдо провідної пари, що дозволяє досягти максимальної ефективності їзди на ожеледиці та в умовах бездоріжжя. Крім того, механічна коробка може повністю роз'єднуватися з двигуном, що дозволяє запускати автомобіль із застосуванням зовнішнього зусилля (буксирування, штовхання) без обмежень.

Але є ця система і певні недоліки, серед яких:

• необхідність постійно перемикати передачі, що стомлює при тривалому знаходженні за кермом;
• тривале вироблення навичок правильного перемиканняпередач;
• тільки ступінчаста зміна передавальних чисел;
• щодо невисокий ресурс зчеплення.

З цих причин сьогодні коробка механікає основною, але не єдиною затребуваною системою перемикання швидкостей.

Поширені несправності МКВП

Механічна коробка може мати найрізноманітніші , будучи складною системою з великим числом рухомих деталей. Найчастіше коробка виходить з ладу, через:

Для продовження строк служби крім щадного режиму їзди рекомендується своєчасно міняти масло.

1. зносу певних вузлів;
2. стабільної нестачі масла в коробці;
3. ослаблення кріплення елементів коробки.

Причинами цих поломок можуть бути такі фактори:

1. неправильна експлуатація;
2. неякісні механізми;
3. природне експлуатаційне зношування;
4. неякісний ремонт чи відсутність.

Практично завжди несправна механічна коробка визначається за певними зовнішніми ознаками. Наприклад, шум у нейтральному положенні КПП говорить про знос підшипника на провідному валу або просто нестачу олії в коробці. Якщо шуми спостерігаються при включенні передач, це може бути ознакою зношування муфт синхронізаторів або проблем з від'єднанням зчеплення.

Утруднене включення передач говорить про можливе зношування з'єднувальних або рухомих деталей коробки.

Ці ж проблеми можуть призвести до мимовільного вимкнення передачі.

Якою б простою та надійною не була механічна коробка, вона також періодично виходить з ладу, особливо при неналежному догляді або неправильному стилі водіння, і до цього потрібно бути готовим.

Як користуватися механічною коробкою

Експлуатація автомобіля з такою коробкою передач вимагає певних навичок та умінь, так що у багатьох, особливо жінок, перемикання передач на механіці викликає утруднення.

Як перемикати передачі

Переключення передач

Перше, що потрібно запам'ятати це положення важеля КПП для кожної передачі. Друге – навчиться обирати швидкісний режимі діапазон роботи кожної з передач.

Швидкісні режими:

• На 1-й передачі 15-20 км/год;
• На 2-й передачі 30-40 км/год;
• на 3-й передачі 50-60 км/год;
• на 4-й до 80 км/год;
• 5-та для швидкостей понад 80 км/год.

Але найкраще, при перемиканні передачі, орієнтуватися на тахометр. Перемикаються на підвищену швидкість можна розкрутивши обороти двигуна 1500 - 2000 об / хв дизельний мотор, або якщо це бензиновий, то до 2000 - 2500 тис.

Перш ніж починати рух завжди переконуємось у нейтральному положенні важеля перемикання. Потім лівою ногою вичавлювати зчеплення і пересунути ручки КПП в положення, що відповідає першій передачі. Щоб рушать з місця без ривків і реву двигуна, необхідно, плавно відпускати зчеплення і легенько тиснути не педаль акселератора (газу). Далі по досягненню швидкісного порогу, перемикаємось на другу передачу, знову вичавивши зчеплення і відпустивши педаль «газ», потім плавно все повторюємо.

Включаючи швидкості, їх не можна перескакувати, перемикати лише по черзі.

При уповільненні натисканням педаль «гальмо» або при гальмуванні двигуном передачі так само знижуються, тільки включати вже не наступну вниз по порядку, а вибрати найбільш відповідну за швидкісним режимом.

Незважаючи на те, що механічна коробка надійний агрегатПри неправильній його експлуатації коробка дуже швидко може вийти з ладу. Тому рекомендується дотримуватися таких порад:

1. Перемикати передачі плавно та обережно, Більше половини поломок механічної коробки пов'язані з виходом з ладу шестерень та синхронізаторів через недбале перемикання передач.
2. Слідкуйте за рівнем олії в коробці. Кількість та рядки заміни регламентовані у посібнику з ремонту.
3. Захистити картер КПП. Піддон дуже крихкий і його можна ненароком пошкодити, зачепившись про якусь перешкоду, тому, як правило, картер двигуна та коробки передач захищаю від механічного пошкодженнядодатковим екраном.

Пов'язані терміни

2559 Переглядів

Незважаючи на те, що в останні десять років шалену популярність набрали саме автоматичні, тих, хто віддає перевагу машині з МКПП, не стало набагато менше. Крім того, такий має найпростіший принцип дії, і зрозуміти його може навіть чайник. Сьогодні ми розповімо про те, який принцип роботи механічної коробки і з яких функціональних елементів вона складається.

Основні складові

Головне завдання МКПП, як і будь-якої іншої трансмісії - це передача моменту, що крутить, від двигуна до провідних колес. Причому саме такий пристрій, як коробка, здатний варіювати цей момент таким чином, щоб дотримувався найбільш оптимальний баланс між економічністю та потужністю, а ресурс двигуна витрачався якнайменше.

Найпростішим рішенням цього завдання є впровадження у вузли автомобіля такого пристрою, яке стало б механічно зв'язувати колеса та мотор і робити так, щоб частоти обертання та карданного розрізнялися.

Щоб краще розуміти, про що йдеться, варто уявити ланцюг звичайного велосипеда, який, напевно, в дитинстві був у кожного. Як відомо, зазвичай провідна шестерня, яка зчеплена з приводом педалей, має досить великий розмір, тоді як ведена, яка приєднується до колеса втулки, досить невелика.

У сучасних велосипедах можна перемикати швидкості, переміщуючи ланцюг на шестірні різного розміру. Це робиться для того, щоб змінювати співвідношення частоти обертання педалей та коліс і, таким чином, змінювати швидкість самого велосипеда.

Виявляється, на автомобілях застосовується механізм із вкрай схожим пристроєм. Тільки замість педалей тут виступає колінчастий вал двигуна, а замість втулки колеса – карданний вал, який з'єднується з редуктором та розподіляє зусилля між півосями.

Ведучий вал, іноді званий первинним, з'єднується з колінчастим валом двигуна за допомогою такого пристрою, як зчеплення. Він є стрижнем, на який наварені шестерні різного розміру. Аналогічний вигляд має ведений або проміжний вал, який з'єднується з карданним.

Переміщення валів, які мають пружинний механізм, здійснює куліса, до якої прикріплюється важіль, що виходить у салон. Важель має власну схему перемикання, яка завжди вказується на головці важеля або в інструкції з експлуатації автомобіля.

МКПП - це такий пристрій, в якому деталі піддаються великому тертю і перегріву, тому в її картері знаходиться мастило, що постійно знижує тертя і температуру металевих складових, що взаємодіють.

Як це працює?

Первинний обертається щоразу, коли у вихідному становищі, а педаль відпущена. Таким чином, частота ведучого валу завжди збігається з частотою обертання валу двигуна, або з його оборотами.

Швидкість проміжного валу, що з'єднується з карданом, залежить від того, на якій передачі стоїть машина. Наприклад, якщо МКПП перебуває на нейтральній передачі, то вал обертається з частотою, з якою крутяться провідні колеса.

Коли швидкість увімкнена, а педаль відпущена, вали обертаються зі змінною швидкістю. Ця швидкість залежить від оборотів двигуна, які регулюються за допомогою педалі акселератора.

Коли настає час переключити одну швидкість на іншу, відбувається достатньо складний процес, Що складається з кількох етапів. Так, спочатку потрібно натиснути педаль зчеплення. При цьому провідний вал від'єднується від двигуна і починає обертатися незалежно.

Коли натиснута педаль, можна сміливо переводити через нейтральне положення в потрібну швидкість. Але тут виникає одна істотна складність: оскільки розміри шестерень на валах різні, вони обертаються з різними частотами. Тому частоти необхідно синхронізувати між собою.