Современные производители устанавливают на автомобили самые разные коробки передач, и речь здесь не только об автоматических системах трансмиссии. Даже конструктивно простые разделяются на различные типы и имеют особенности. Давайте рассмотрим существующие виды Фото и не только - далее в статье.
Механическая трансмиссия
Со времен изобретения механической трансмиссии прошло уже более ста лет. За все эти годы конструктора и инженеры вносили в механизм коробки переключения передач массу изменений, которые позволили довести данный механизм практически до совершенства, и теперь в механической коробке практически не осталось серьезных недостатков.
Механическая трансмиссия сегодня считается одной из самых простых и удобных, хотя существуют и более сложные виды коробок передач. Но называть простой и удобной можно лишь ту коробку, где количество ступеней не более 5 - это самый оптимальный вариант. Современные производители производят МКПП и с большим количеством ступеней, к примеру, есть и некоторые виды механических коробок передач с шестью ступенями. Однако это никак не влияет на коэффициент полезного действия современных двигателей.
Секвентальные механические коробки передач
Эта система трансмиссии по устройству и принципу действия также относится к механическим. Идея использовать такое устройство на гражданских автомобилях пришла в головы инженеров из автоспорта. Работает данное решение на базе традиционной механической коробки, однако управление приводом здесь осуществляется посредством электронных систем. Главная особенность, которой отличаются эти виды коробок передач - в них соблюдаются базовый принцип переключения и последовательность. Это гарантирует удобство и комфорт в процессе управления автомобилем - и неважно, на какое расстояние нужно ехать.
Среди преимуществ секвентальной трансмиссии можно выделить возможность выбор оптимальных скоростных режимов посредством быстрых переключений, последовательные действия переключения без какого-либо вреда для мотора на высоких оборотах. Кроме того, преимуществом считается то, как водитель управляет переключениями - на рулевом колесе имеются специальные подрулевые лепестки, позволяющие мгновенно включить нужную передачу на высокой скорости. В этих КПП применяются шестерни с прямыми зубьями, а вот синхронизаторы, которые есть в традиционной механике - отсутствуют. Скорость вращения шестеренок выравнивается при помощи датчика скорости в блоке управления. Эти виды коробок очень любят автогонщики, потому что на 80% сокращается время включения нужной передачи. Это делает вождение удобными как для начинающих, для водителей-профессионалов.
Роботизированные КПП
Роботизированные системы - это виды которые не являются ни механическими, ни можно сравнить с секвентальными трансмиссиями, но в них за переключение отвечает электроника, а в роботизированных решения за смену передачи отвечает специальный электромеханический привод. Роднит эти коробки с механическими то, что в основе этой конструкции лежит традиционная МКПП, но каждый вал оснащен своим сцеплением. Особенностью конструкции, которыми обладают эти виды считается возможность рассчитать передачу, которая в данный момент будет являться самой оптимальной в конкретном режиме. О таких трансмиссиях можно сказать, что они имеют отношения к механическим коробкам. Однако это промежуточное звено между механикой и АКПП как по цене, так и по функциональным возможностям.
Структура механической трансмиссии
Существуют разные виды. Коробка передач автомобиля может быть разной по конструкции и по структуре. Все существующие в мире коробки можно разделить на двух- и трехвальные. В каждом случае имеются преимущества и особенности.
Двухвальная МКПП
Ведущий вал на такой системе трансмиссии полностью гарантирует соединение со сцеплением. Ведомый вал расположен таким образом, что на нем находится блок с Оба обеспечивают разную угловую скорость дифференциал. Механизм переключения может обеспечиваться при помощи тяг либо с применением специальным тросов. Наиболее простым, эффективным, а также надежным вариантом считаются именно тросы. Некоторые виды коробок передач (ВАЗ-2107, например) оснащены именно таким типом привода. Это к тому же самый распространенный привод.
Принцип работы такой КПП очень похож на алгоритм действия трехвальной КПП. Главное различие между ними в некоторых особенностях включения передач. Когда передача включена, рычаг разделяется как в продольном, так и в поперечном направлении. А выбор нужной передачи обеспечивается при помощи всех элементов и их взаимодействия между собой.
Трехвальные МКПП
Конструкция КПП предусматривает наличие ведущего и ведомого валов. Они оснащены синхронизаторами и зубчатыми колесами, а также механизмом включения передач. При помощи ведущего вала обеспечивается подключение механизма к сцеплению. Кроме ведущего вала, есть еще и промежуточный, который включает шестерни из блока. Механизм переключения находится в корпусе КПП. Конструкция его состоит из ползунов с вилками. Для того чтобы исключить работу двух передач одновременно, используют механизмы дистанционного управления. Эти коробки не предусматривают передачу крутящего момента на передние колеса. Когда водитель перемещает рычаг переключения, перемещаются муфты. При помощи ее синхронизируются скорости.
Виды автоматических коробок передач
Жители мегаполисов выбирают автомат.
Самый главный аргумент за АКПП - удобство. И да, на самом деле, с АКПП процесс управления в пробках значительно упрощается. Но что скрывается под знакомым каждому автолюбителю словом «автомат»? Давайте посмотрим, какие виды коробок передач предлагают современные производители.
Гидротрансфортматорная АКПП
Это классика среди автоматических трансмиссий. Механизм представляет собой механический редуктор и гидротрансформатор. Процесс передачи крутящего момента от двигателя к первому осуществляется при помощи второго. Гидротрасформатор представляет собой насосное колесо, которое также приводится в действие при помощи мотора. Колесо обеспечивает передачу крутящего момента маслу, а оно заставляет работать элемент, вращающий первичный вал КПП. При всех достоинствах гидротрансформатор имеет очень низкий КПД. Но это перевешивает простота управления, плавное изменение крутящего момента, а также существенное снижение нагрузок на детали трансмиссии.
Типтроник
Это гидромеханичекая коробка с возможностью ручного управления. Впервые данные системы устанавливали в 90-х годах на автомобили марки Porsche, а позже типроником заинтересовались в BMW, Audi, а также и другие автопроизводители. Интересный факт - производитель уверен, что это не один из видов автоматической трансмиссии, а только тип переключения. В обыкновенном режиме эта АКПП работает так же, как и традиционный автомат. Однако водитель имеет возможность в любой нужный момент управлять автомобилем вручную - это очень удобно в некоторых случаях. К примеру, с помощью типтроника можно применить торможение двигателем.
Среди преимуществ этих решений выделяют расход топлива, который ниже, чем у традиционного гидротраснсформатора. Минус в том, что типтроник имеет большие габаритные размеры, а скорость переключения медленная.
Мультитроник
Эту систему разработали инженеры из Audi. Особенность конструкции в том, что в этой КПП отсутствуют ступени. Но при этом водитель имеет возможность вручную переключать передачи. Принцип работы этой системы построен на В качестве главного узла здесь применяется вариатор, который и изменяет крутящий момент. Однако, нельзя сравнивать мультитроник с современными бесступенчатыми вариаторами CVT - конструкция ее отличается от бесступенчатого вариатора в сторону усложнения и вместо ремня здесь применяются специальные цепи.
Среди достоинств можно выделить плавный разгон, хорошие динамические характеристики и низкий расход топлива. Показатели по динамическим характеристикам не уступают автомобилям с МКПП. Минус - высокие цены, трудности в ремонте и обслуживании, небольшой ресурс.
Бесступенчатый вариатор, или CVT
По внешнему виду эти системы трансмиссий мало чем отличаются от традиционной АКПП, однако принцип работы здесь совершенно иной. Здесь на самом деле нет никаких передач, и здесь ничего не переключается.
Передаточные числа, а соответственно и крутящий момент изменяется постоянно независимо от того, разгоняется машина или замедляется.
Резюме
Современная автомобильная промышленность не стоит на месте. Постоянно создается что-то новое и более эффективное. Существуют и другие виды коробок передач - к сожалению, рассказать обо всем, что есть в мире, просто невозможно.
Двигатели внутреннего сгорания, как бензиновые, так и дизельные, имеют достаточно узкий рабочий диапазон. Механическая коробка передач необходима для обеспечения оптимального режима работы силового агрегата.
Изменения передаточного соотношения осуществляется вручную, обычно переводом рычага из одного положения в другое. Для обеспечения переключений производится разрыв потока мощности при помощи механического сцепления.
Экскурс в историю
На первых автомобилях не было привычного для нас редуктора с зубчатыми передачами, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю необходимо было перекинуть кольцо с одной пары шкивов на другую. Зубчатые колеса в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции были механические коробки.
Передача крутящего момента от нее на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи. Соосная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.
На первых порах в автомобилестроении преобладала разнесенная компоновка агрегатов, при которой редуктор располагался отдельно от силового агрегата. Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как было на модели BMW 501.
Механические коробки первых выпусков были очень сложными, управление ими требовало значительных усилий и хороших навыков. В 1928 году американский инженер Шарль Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая удачная коробка, снабженная таким механизмом, была установлена на автомобиле «Корвет». На европейском континенте лидером в разработке трансмиссий стала компания ZF.
Прочно закрепившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры -механическая коробка переключения передач. Ранее в названии под первой буквой П понималось слово перемены, однако со временем оно было заменено на более подходящее по смыслу. Сокращенное наименование механической коробки в технических описаниях часто фигурирует с числом, обозначающим количество ступеней.
Современная МКПП имеет достаточно совершенное устройство, обеспечивающее, помимо переключения передач в движении, выполнение ряда функций:
- обеспечение перемещения автомобиля задним ходом;
- разобщение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля во время кратковременных остановок;
- наличие нейтрального положения коробки позволяет выполнять пуск двигателя.
Автомобили, оснащенные такого рода трансмиссиями, при прочих равных показателях экономичнее машин с автоматической трансмиссией.
Принцип работы МКПП
Начало движения машины, медленная езда по плохой дороге вызывает большое сопротивление. Автомобилю с механической коробкой передач в таком режиме требуется максимально большой крутящий момент.
КПП при этом выполняет функции понижающего редуктора и даже при больших оборотах транспортное средство двигается с относительно небольшой скоростью. После прекращения разгона водитель переключает режим, и частота вращения коленвала вновь возвращается в оптимальный диапазон.
Равномерное перемещение по плоскости требует меньших усилий, которые и обеспечиваются повышенными передачами.
Принцип работы механической коробки передач состоит в создании соединений между ведущим (входным) валом и ведомым (выходным) через сочетания шестеренок с разным количеством зубьев. Это позволяет подстраивать трансмиссию под изменяющиеся условия движения транспортного средства.
Для чайников, как принято называть неспециалистов, принцип работы механической коробки передач можно объяснить буквально в нескольких словах. Устройство обеспечивает нормальную работу двигателя за счет изменения числа оборотов, увеличивая или уменьшая усилие на ведущих колесах. Это позволяет удерживать наилучший режим работы силового агрегата при трогании с места, разгоне и снижении скорости.
Такой принцип работы МКПП сохраняется у всех машин: и с полным, и с задним, и с передним приводом. Устройство трансмиссии в каждом из случаев имеет свои особенности, но при этом основные элементы конструкции и их назначение сохраняются. Перемена передаточного числа происходит за счет введения в действие определенной комбинации из шестеренок с разным количеством зубьев.
Данные соотношения для каждого двигателя подбираются индивидуально в ходе расчетно-конструкторских работ и натурных испытаний. При этом учитывается множество факторов и, в первую очередь, параметры двигателя. Физический принцип работы МКПП при этом остается неизменным, водитель управляет изменением режима вручную путем переведения рычага из одного положения в другое.
Видео — механическая коробка передач, принцип работы:
Наглядное представление о принципе работы МКПП можно получить после просмотра видео ролика. Схематическое анимированное изображение как нельзя лучше демонстрирует взаимодействие деталей между собой. Такие материалы обеспечивают понимание происходящих процессов, особенно при переключении режимов работы.
Устройство
Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:
- картер;
- входной, выходной и промежуточный валы;
- синхронизаторы;
- ведущих и ведомых шестерней;
- механизма переключения передач.
Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.
Валы и блоки шестерней
В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.
С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые. При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей.
На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.
Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:
- подвижно на шлицах;
- фиксировано на ступицах.
Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.
В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.
Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:
Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.
Механизмы управления
За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.
Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:
- рычага;
- приводов;
- ползунов;
- вилки;
- замка;
- муфты переключения передач.
Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.
Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.
При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.
Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.
Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:
Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.
Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.
Как переключать скорости на механической коробке передач
Эксплуатация автомобилей с МКП и управление ими имеет целый ряд особенностей, которые необходимо знать водителю. Возникает закономерный вопрос: как пользоваться механической коробкой передач? Обучение этому начинается во , начиная от показа инструктором до наработки автоматического навыка в переключении передач.
Как переключать скорости на механической коробке передач обычно указано на схеме, нанесенной на наружную поверхность рукоятки рычага. В целом процесс выглядит следующим образом:
- водитель выжимает сцепление левой ногой;
- рукой переводит рычаг из одного положения в другое;
- плавно отпускает педаль сцепления и плавно нажимает на акселератор.
Переключения передач у механической коробки осуществляется в соответствии со схемой, которая указывается в технической документации к автомобилю. Опытные водители рекомендуют придерживаться приведенных ниже правил, которые позволят увеличить ресурс агрегата:
- использование прямой передачи (обычно четвертой) позволит значительно уменьшить потребление топлива;
- переключение скоростей на механической коробке передач следует выполнять строго в соответствии с разработанной производителем инструкцией;
- включение задней передачи производить только после полной остановки автомобиля;
- педаль сцепления выжимается быстро и до упора ее в пол, отпускать же следует плавно без рывка;
- на обледенелой или мокрой дороге движение накатом недопустимо;
- при прохождении поворотов не рекомендуется производить переключений передач;
- эффективным на свободной дороге является приемом торможения двигателем путем последовательного понижения передачи до минимальной;
- периодический контроль уровня масла в коробке и своевременная замена в процессе технического обслуживания обеспечит увеличение ее ресурса.
Видео — советы как переключать скорости на механической коробке передач:
Освоение приемов управления автомобилем требует постоянной практики. Действия инструктора показаны в мельчайших подробностях, наблюдение за ними позволит сформировать правильные мышечные реакции у начинающего водителя.
Масло для механической коробки передач
Техническое обслуживание агрегатов трансмиссии производится в соответствии с сервисной книжкой. В большинстве коробок МКПП замена эксплуатационной жидкости осуществляется через каждые 50-60 тысяч км пробега. За этот период в ней накапливаются продукты износа и теряются смазывающие свойства.
При ТО следует лить для механической коробки передач, указанное в руководстве по эксплуатации. Особенно это касается машин иностранного производства, применение несоответствующего масла может привести к износу и даже поломке агрегата.
Для ответа на вопрос какое масло в МКПП следует ознакомиться с записями в сервисной книжке, где делаются отметке о марке технической жидкости.
Чуть больше века назад двигатели внутреннего сгорания и Дизеля «приговорили» электрические и паровые двигатели. У них было огромное преимущество – на топливном баке с жидким бензином или дизельным топливом можно было проехать куда дольше, чем на аккумуляторной батарее. Да и заправить бак было проще и быстрее. Цены на нефть в то время были очень дешевыми, объемы добычи постоянно росли и мир захватили двигатели на жидком топливе.
Но двигатели внутреннего сгорания и Дизели были менее совершенными и требовали использования дополнительных систем: охлаждения, питания, смазки, зажигания, отвода отработавших газов, забора воздуха и так далее. Кроме этого, такие двигатели могли передавать крутящий момент только в очень узком диапазоне оборотов, что и привело к необходимости введения трансмиссии.
Существуют различные виды коробок передач, каждый из которых будет рассмотрен ниже более подробно
Механическая КПП
Первой из введенных трансмиссий стала простая и привычная нам механическая коробка переключения передач (МКПП). МКПП представляется из себя редуктор со ступенчатыми передачами и орган управления им. МКПП очень простые, дешевые в производстве, надежные и долговечные. При их использовании появляется возможность использовать двигатель на полную, вручную управлять переключением передач.
Однако при вождении автомобиля МКПП необходимо уделять дополнительное внимание: управлять педалью сцепления, ручкой переключения передач, следить за скоростью и оборотами двигателя. Что требует формирования определенных рефлексов и навыков и отвлекает водителя от дороги. В условиях городских пробок использование МКПП сильно снижает комфорт использования автомобиля. Поэтому в начале двадцатого века производители автомобиля задумались, как снять с автолюбителя эту ношу и сделать автомобиль более комфортным. Так появились автоматические коробки переключения передач (АКПП).
Гидравлическая АКПП
Гидравлическая АКПП появилась самой первой и, пройдя многочисленные модернизации, до сих пор является самым популярным видом автоматических трансмиссий. Передача крутящего момента с двигателя на колеса автомобиля производится через потоки жидкости, вращаемые двумя колесами, то есть трансмиссия и двигатель не связаны. Первые гидравлические автоматы не обладали никакой электроникой, управление базировалось на гидравлике и механике. Но в начале восьмидесятых в их конструкцию начали вводить все больше электроники, управление было предоставлено компьютеру. Начиная с этого времени, они все больше усложнялись и модифицировались, становясь все более комфортными, экономичными, повышали КПД и динамические характеристики автомобиля. Но, к сожалению, становились все менее надежными.
Введение компьютеров в конструкцию АКПП положительно повлияло на их работу. Появилась возможность реализовать дополнительные режимы функционирования КПП: спортивный, экономичный и для движения в сложных дорожных условиях (снег, грязь, лед).
Типтроник и стептроник появились как отдельные разработки, но суть их одинакова. Они добавляют в АКПП режим ручного переключения передач, активируемый переключением селектора. Этот режим не является полностью «ручным», компьютер все равно внимательно следит за показателями датчиков и не переключит передачу в ненужный момент.
Плюсы гидравлической АКПП
Минусы гидравлической АКПП
- дорогие в производстве;
- вероятность поломки выше, чем у МКПП;
- дорогой и сложный ремонт;
- динамика автомобиля, его КПД и расход зависят от удачности и новизны трансмиссии. Старые АКПП значительно уменьшали динамику автомобиля и повышали расход;
- невозможно завести «с толкача» из-за необходимости наличия давления масла в системе и работающего масляного насоса.
Роботизированные и преселективные КПП (Коробка-робот или просто робот)
В конце девяностых – начале двухтысячных мир помешался на экологии и топливной экономии. Некоторые производители автомобилей посчитали, что гидравлические АКПП свое отжили и не имеют никаких перспектив развития. Независимо друг от друга несколько производителей начали разработку Роботизированных Коробок Переключений Передач (РКПП).
Конструктивно они представляли собой обычную механическую коробку переключения передач, но работой сцепления и сменой передач теперь руководил компьютер, передвигающий сервоприводы. РКПП получилась дешевле в производстве, чем АКПП, переключалась быстрее любого человека на механической коробке и автомате и обеспечила самую лучшую топливную экономию из всех существующих типов трансмиссий.
Но не все так радужно. Гидравлическая АКПП разрабатывалась и совершенствовалась в течение практически века. В конструкциях же РКПП до совершенства еще далеко. РКПП не может нормально работать на высокой скорости и при агрессивной манере вождения – начинаются рывки и пинки, свойственные умирающей гидравлической трансмиссии. Конструкция, которая казалась очень надежной, на деле очень быстро умирает от неопытного или инфантильного водителя и обслуживания.
Эти проблемы были частично решены с разработкой РКПП с двумя сцеплениями. Одно сцепление управляет четными передачами, второе нечетными, работают они практически одновременно, запуская одну передачу, еще до того момента, как остановилась предыдущая. Их назвали преселективными. Такие коробки работают комфортно, переключаются нереально быстро. Скорость их переключения составляет сотые доли секунды. Но стоят дороже гидравлических АКПП и имеют меньший ресурс.
Плюсы коробки-робота
- дешевая в производстве;
- самые быстрее переключения;
- топливная экономичность.
Минусы коробки-робота
- комфортно автомобиль ведет себя только при спокойной езде;
- преселективная коробка передач стоит очень дорого, дороже, чем все остальные типы автоматических коробок передач;
- неустойчива к пробуксовкам;
- откат в начале движения;
- задержки при переключении передач;
- прощает меньше ошибок чем АКПП и ресурс в целом меньше;
- необходимость адаптации и подстройки.
Вариаторные КПП (Бесступенчатая КПП или вариатор)
Первые вариаторы появились в середине девяностых, как альтернатива гидравлическим АКПП. В отличие от остальных типов – эти трансмиссии бесступенчатые. Вместо комплектов шестерней, имеющих определенное передаточное число, в них используется другой принцип. Механизм состоит из двух конусовидных колес и ремня (или цепи), натянутого между ними. В зависимости от режима работы двигателя сервопривод двигает ремень между колесами, плавно увеличивая или уменьшая передаточное отношение. Гениальное решение упростило конструкцию трансмиссии до невероятного уровня. Теперь автомобиль в любом режиме ехал оптимально. Хоть быстро, хоть медленно. Топливная экономия была выше, чем у гидравлических АКПП. Но все было не так гладко.
При работе вариатора двигатель всегда оставался в одном диапазоне оборотов, издавая равномерный монотонный звук, от которого непривычные водители очень быстро уставали. Правда, в современных вариаторах уже существуют специальные режимы, делающие работу трансмиссии более привычной на слух.
Простой конструкции потребовалось сложное и тонкое компьютерное управление, которое не всегда работает нормально. Сам принцип действия вариатора не позволяет автомобилю тронуться с места. Поэтому в его конструкцию пришлось внедрять гидротрансформатор, как в гидравлических АКПП.
Вариатор использует очень дорогое трансмиссионное масла, которое необходимо менять раз в 30 тыс. километров. Цепь или ремень является очень нагруженным элементом и редко живет больше 120 тыс. километров, замена достаточно накладна.
Плюсы вариатора
- двигатель всегда работает оптимально;
- максимальный комфорт, отсутствие рывков, толчков, задержек, автомобиль хорошо ускоряется;
- экономичнее, чем гидравлическая АКПП;
- простая конструкция.
Минусы вариатора
- дорогие в производстве;
- дорогой ремонт и обслуживание;
- обслуживание в два раза чаще, чем у гидравлических АКПП;
- ресурс главного механизма вариатора всего 120 тыс. километров. Необходимость капитального ремонта у нормальной АКПП наступает после 250 тыс.;
- не терпит мощных и больших двигателей. Они еще больше снижают долговечность ремня или цепи;
- не любит перегревов и пробуксовок;
- акустическая монотонность (практически не встречается);
- за управление отвечает сложная компьютерная система, которая не всегда может работать хорошо.
Приобретая автомобиль, каждый покупатель задается вопросом, какая коробка передач лучше. От правильного выбора КПП зависят такие факторы, как маневренность, комфортность управления, экономичность транспортного средства. Коробка перемены передач является ключевым агрегатом трансмиссии, с ее помощью изменяется величина крутящего момента, выбирается направление (вперед-назад), а также скорость движения автомобиля.
Виды коробок передач, основные отличия
Современные автомобили комплектуются не только , помимо механики существуют также:
- Коробки автоматы.
- Роботы.
Все виды коробок передач автомобилей характеризуется как определенными достоинствами, так и некоторыми недостатками. Среди покупателей популярностью пользуются различные виды коробок передач. Выбор разновидности КПП зависит от следующих факторов:
- принадлежности покупателя к определенной возрастной категории;
- общественного статуса;
- материальных возможностей человека;
- условий эксплуатации авто и пр.
Механические коробки передач МКПП
Механическая коробка передач представлена в виде многоступенчатого цилиндрического редуктора. Классический вариант – 4-х ступенчатая коробка. Современные легковые автомобили разделяются на виды, в зависимости от количества ступеней: они часто оборудуются 5- и даже 6-ступенчатыми коробками передач.
Что означает понятие ступенчатой системы переключения передач? Момент вращения передается от на ходовую часть автомобиля не напрямую, а через зубчатые зацепления различных пар шестерен. При этом величина момента вращения претерпевает изменения, в соответствии с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом колесах (передаточное отношение). Как правило, ведущее колесо имеет меньший диаметр, чем ведомое, поэтому вращающий момент уменьшается, пропорционально заданному передаточному числу.
Зубчатые зацепления шестерен переднего и заднего хода отличаются по форме. Для передних передач разработаны косозубые шестерни оригинальных очертаний. Такая форма зуба дает возможность передавать мощность постепенно без громких скрежещущих звуков. При включении задней передачи в зацепление входят колеса с прямыми зубьями. КПД зубьев прямой конфигурации заметно увеличен. При этом передается больший момент вращения, но одновременно появляются такие негативные явления, как шумовые эффекты.
Виды трансмиссий. Конструктивно, механические КПП разделяются на:
- 2-вальные.
- 3-вальные
Двух-вальные виды КПП предназначены для машин, оснащенных ведущим передним приводом. Трех-вальные устанавливаются на автомобилях повышенной мощности (спецтехника, грузовики, тягачи, вездеходы).
Среди представленных видов коробок различают еще такие КПП автомобилей, как , где переход на следующую передачу производится в строгой последовательности.
В механической коробке передач скорости переключаются ручным способом при помощи специального рычага в салоне автомобиля.
Виды автоматических коробок передач
Современные автомобили, оснащенные коробкой автомат, набирают все большую популярность среди автолюбителей. Это обусловлено многочисленными , в сравнении с традиционной механикой. Водители оценили комфортность управления транспортным средством с установленной АКПП и при покупке нового авто многие покупатели отдают предпочтение именно таким механизмам.
Во время движения машины здесь не придется отвлекаться от дороги, чтобы переключить скорость. Новички быстро обучаются технике вождения, т. к. не нужно запоминать, в какое положение установить рычаг скоростей для изменения режима. Здесь все просто: чтобы машина начала движение, достаточно перевести селектор в точку «D» и отключить тормоз.
Рабочим элементом автомата является планетарная передача, которая состоит из набора шестерен:
- Главная передача.
- Входной редуктор.
- Обратный редуктор.
При помощи зубчатых зацеплений главной передачи производится передача момента вращения от выходного вала двигателя к ходовой части автомобиля.
Кроме шестерен в состав АКПП входят:
- синхронизирующие муфты сцепления;
- рычаг переключения передач – селектор;
- смазочная система.
Скорости коробки автомат переключаются, благодаря сложным управляющим воздействиям бортового компьютера. перераспределяют направление потоков в гидроблоке. Трансмиссионная жидкость под давлением направляется к муфте-синхронизатору, в работу включается зубчатое соединение выбранной передачи.
Благодаря автоматической коробке передач, силовой агрегат транспортного средства выбирает наиболее эффективный диапазон мощности. На основании информации, поступающей с многочисленных датчиков, компьютер управляет включением передач, в зависимости от условий дорожного движения и пожеланий водителя.
В автомобилях, оснащенных АКПП, нет механизма сцепления и привычной педали в салоне. Передача мощности от двигателя к автоматической трансмиссии осуществляется при помощи . В сравнении с механическим сцеплением, гидротрансформатор АКПП позволяет выравнивать скорость вращения выходного вала двигателя с коробкой передач более плавно без ощутимых рывков. При его работе статические и динамические нагрузки на рабочие элементы трансмиссии существенно снижены.
Внешне гидротрансформатор АКПП напоминает форму тора, за что в просторечии ему дали название «бублик».
В состав гидротрансформатора входят:
- Турбинное колесо с лопастями.
- Блокировочная муфта и муфты свободного хода.
- Насос.
- Реакторное колесо.
Все составные части устройства расположены в едином корпусе, они работают в масляной среде. Насос напрямую соединен с коленчатым валом мотора. разгоняется лопастями колеса и вовлекает в движение турбину, сопряженную с зубчатыми зацеплениями шестерен коробки передач.
Виды автоматических коробок
Коробки автомат отличаются от механики методом передачи от коленвала двигателя к трансмиссии. Отличительна особенность АКПП – отсутствие прямого контакта между силовым агрегатом и элементами коробки передач. Момент вращения и мощность передаются через турбины гидротрансформатора АКПП и трансмиссионную жидкость. Такая конструкция называется «гидравлическая автоматическая коробка передач».
Управление автоматом осуществляется, благодаря работе специализированных электронных устройств. Современная коробка автомат получила дополнительные возможности:
- зимний режим;
- спортивный;
- режим экономичной езды;
- переключение передач как в автоматическом, так и в ручном режимах (типтроник);
- адаптация управления под индивидуальный стиль вождения оператора.
В отличие от механики, автомат гидравлического типа потребляет больше топлива, причина – низкий КПД гидротрансформатора. Это является своеобразной платой за комфорт.
– одна из разновидностей коробок автомат, в которой, наряду с автоматикой, имеется возможность участвовать человеку в самостоятельном управлении режимами. Автоматическое управление классических АКПП не всегда способно регулировать скорость в следующих случаях:
- Когда нужно добавить дополнительное ускорение авто (повышение передачи).
- Понизить передачу на крутых виражах.
- Тормозить при помощи двигателя и пр.
Без человеческого фактора не обойтись, когда нужно точно установить селектор АКПП в специальную прорезь на кулисном механизме.
Одновременно при этом требуется самостоятельно выбрать знак «+» либо «–». Только после правильного выбора режима, соответствующий сигнал поступает на ЭБУ для дальнейшего запуска алгоритма по переключению передач. В последних разработках новых моделей все чаще стали появляться для этих целей специальные «лепестки» – переключатели, которые размещены под рулевой колонкой.
Список видов коробок автомат можно дополнить названиями Autostick, Steptronic, Geartronic. Это та же коробка автомат Типтроник, которая представлена различными фирмами-автопроизводителями: АУДИ, БМВ, Вольво.
Важно: Несмотря на то, что в данном варианте частичное управление скоростями переложено на человека, коробка передач не является механической. Это все равно автомат, можно назвать полуавтомат, т. к., вне зависимости от ручного метода переключения селектора, комплексный контроль за работой автомобиля производится при помощи компьютерных программ.
Робот или роботизированная коробка передач (РКПП)
Коробка робот отличается от автомата устройством и принципом действия. По своей конструкции роботизированные коробки ближе к механике. Только управление сцеплением и переключением передач здесь осуществляется в автоматическом режиме. Для электроники необходимы входные данные: дорожные условия и требования водителя. Современные транспортные средства, оборудованные , имеют двойное фрикционное сцепление. Это позволяет минимизировать потери мощности, передаваемой с силового агрегата на роботизированную трансмиссию и дальше на колеса авто. Для передачи момента вращения здесь используется принцип параллельного многодискового сцепления вместо гидротрансформатора АКПП.
Управление коробкой робот производится при помощи специальной электронной системы. В состав системы входят:
- коробкой передач (ЭБУ).
- Датчики скорости, температуры, давления масла в гидроблоке и прочих важных параметров.
- Исполнительные механизмы.
Преселективный метод переключения скоростей
В отличие от АКПП, в роботизированной коробке всегда находятся во включенном состоянии одновременно две передачи – одна четного, другая нечетного рядов. При переключении скоростей происходит мгновенный переход муфты сцепления с одной на другую шестеренную пару. При этом поток передаваемой мощности практически не прерывается.
Большое преимущество роботов – их компактные размеры и сравнительно небольшой вес. Два ведомых вала КПП с рабочими шестернями четных и нечетных передач расположены один внутри другого. Благодаря такому решению, коробка занимает минимальный объем в подкапотном пространстве.
Интересно: Роботизированные коробки передач считаются самыми выносливыми, надежными и экономичными механизмами среди всех видов КПП. Это обусловлено повышенной прочностью механической части конструкции. Многие автовладельцы и механики отмечают пониженный расход как топлива, так и трансмиссионного масла у авто, оборудованных коробкой робот.
Коробка передач – вариатор
Коробки передач вариаторного типа относятся к бесступенчатым устройствам. В отличие от коробок передач, описанных выше, здесь нет привычных валов и шестеренных зацеплений. Конструкция состоит из следующих рабочих элементов:
- Два конусообразных шкива, позволяющих изменять радиус охвата.
- Металлический ремень (цепь), состоящий из набора отдельных пластин, изготовленных из высокопрочных легированных сплавов.
Скорость автомобиля плавно изменяется, благодаря степени натяжения ремня и перемене соотношения передаточного числа между подвижными дисками шкивов.
Каждый водитель наверняка помнит слова своего первого инструктора. «Прежде чем повернуть ключ зажигания, убедись, что авто стоит на нейтральной передаче». В данной статье будут рассмотрены виды коробок передач, их отличия друг от друга, преимущества и недостатки, а так же сфера применения.
Усреднено, коленчатый вал двигателей большинства легковых автомобилей имеет рабочие обороты от 800 до 8000 в минуту. При этом, пик мощности приходится на четыре – пять тысяч оборотов. Безусловно, такой диапазон угловых скоростей не отвечает условиям эксплуатации любого колесного транспортного средства в целом и легковых автомобилей в частности.
Основное назначение автомобильной коробки передач – изменение частоты вращения, а так же крутящего момента, передаваемого от коленвала двигателя к ведущим колесам транспортного средства.
Первым узлом такого рода стала механическая коробка передач . Бытует такое мнение, что слово «механическая» попало в название агрегата из за неправильно понятого сокращения, принятого в англоязычной технической литературе. Буквы MT обозначают manual transmission, что означает «ручная, переключаемая рукой передача», а вовсе не mechanical – механическая.
Как это работает
Проще всего пояснить принцип действия данного узла на примере работы механической коробки передач. По сути, МКП это многоступенчатый понижающий редуктор, собранный по трехвальной, а реже по двухвальной схеме. Первичный, или ведущий вал посредством сцепления соединен с маховиком ДВС. Вторичный, или ведомый вал имеет жесткое соединение с карданным валом автомобиля. Третий, промежуточный, вал необходим для передачи оборотов от ведущего вала к ведомому. Валы располагаются параллельно друг другу и собраны в едином корпусе.
На ведущем валу располагается шестерня, передающая движение промежуточному валу. Промежуточный вал оснащен блоком мертво закрепленных шестерен, часто изготовленных как единое целое. Шестерни ведомого вала расположены в щлицах оси или специальных ступицах. Между ними располагаются муфты включения передач, которые вращаются вместе с валом, но способны передвигаться по его продольной оси. Шестерни и муфты ведомого вала могут взаимодействовать друг с другом при помощи зубчатых венцов на своих торцевых поверхностях.
При включении какой либо передачи, кроме заднего хода, муфта, ответственная за ее включение соединяется с соответствующей шестерней и блокирует ее. Двигаясь как единое целое, ведомый вал передает вращение на карданный.
Поступательное движение муфте сообщает водитель транспортного средства, воздействуя на нее при помощи ручки переключения передач, взаимодействующей с вилками и ползунами коробки.
Четырехступенчатая коробка передач и схема ее работы
Цветом выделены:
- Первичный вал – оранжевый
- Вторичный – желтый
- Промежуточный – серый
Цифро-буквенные обозначения указывают на номер передачи и задний ход.
Нейтральное положение и включение первой передачи
Пятиступенчатая коробка передач
Видеоролик, который демонстрирует принцип работы.
Несинхронизированые механические коробки передач
Скорости вращения шестерен ведомого вала значительно отличаются одна от другой. В этом случае, при попытке переключения передачи муфта просто не сможет соединиться с требуемой шестерней, а зубчатый венец будет разрушен. Для приблизительного уравнивания скоростей вращения шестерни и муфты используется прием под названием «двойной выжим». При переключении на более высокую передачу, водитель сначала выжимает сцепление , затем переводит рычаг переключения в нейтральное положение. Промежуточный вал, а следовательно, и ведомый, прекращают вращение. Затем отпускает сцепление, выжимает и включает нужную передачу.
При переключении с повышенной передачи на пониженную водителю необходимо провести подобные манипуляции, но в момент, когда коробка выключена, следует нажать на педаль акселератора. Этот прием называется «двойной выжим с перегазовкой».
Несинхронизированные МКП использовались в легковых автомобилях вплоть до 40-х годов двадцатого столетия. Сегодня они используются исключительно в спортивных машинах, и вот по каким причинам:
- Скорость переключения выше, чем у синхронизированных аналогов
- Лучше переносят ударные высокие нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации
Синхронизированные МКП
Данные типы коробок передач оснащены дополнительными элементами – синхронизаторами. Шестерни, располагающиеся на ведомом валу, имеют конусную торцевую поверхность. Между каждой шестерней и муфтой переключения находится бронзовое кольцо – синхронизатор. Начиная движение, муфта подхватывает кольцо и прижимает его к торцевой поверхности шестерни. За счет трения, скорости вращения шестерни и муфты уравниваются, после чего происходит их окончательное соединение с помощью зубчатого венца. На сегодняшний день все современные автомобили, на которых стоит 4-х, 5-ти или 6-ти ступенчатая МКП, оснащены синхронизаторами.
История развития МКП, от Ford T до Bugatti Veyron
Со времен появления первого автомобиля и по наши дни конструкторы используют следующие типы МКП:
Автоматические и полуавтоматические коробки передач
Несмотря на потрясающие возможности современных коробок передач, их конструкция основана на той же, проверенной временем МКП. Изменения затронули привод переключающих муфт и способ передачи крутящего момента от коленвала двигателя на ведущий вал коробки, в остальном же схема осталась неизменной.
Отдельным рядом стоят устройства под названием вариаторы, их принцип действия будет рассмотрен отдельно.
Автоматическая коробка передач или АКПП состоит из гидротрансформатора и обычной 5-ти или 6-ти ступенчатой МКП. Роль гидротрансформатора заключается в плавном выравнивании скоростей вращения ведущего и коленчатого валов. По достижении нужной скорости блокировочная муфта переводит гидротрансформатор в режим гидромуфты. За работу АКПП отвечает электронный блок управления.
Роботизорованная коробка передач представляет собой МКП, в которой функции переключения передач и выключения сцепления полностью автоматизированы. Электронный блок управления и электромеханические сервоприводы справляются с поставленной задачей не хуже профессионального гонщика.
Сравнительная характеристика видов коробок передач
Большинство неофитов, выбирающих свой первый автомобиль, задаются вопросом – какую коробку выбрать? Механику или автомат. А, может, робот? Четырехступенчатая механика не котируется, нужна как минимум, пятиступенчатая коробка передач. Или 7G-Nronic.
Какая коробка передач лучше – зависит исключительно от условий эксплуатации.
АКПП прекрасно себя зарекомендовала при городской езде. 5-ти или 6-ти ступенчатая, обеспечивающая плавный ход автомобиля, избавляющая водителя от частого переключения передач вовремя езды в вечерних «тянучках». Бывают экземпляры и с восемью ступенями. Но всякий комфорт имеет свою цену. Повышенный расход топлива и медленный разгон автомобиля – умеренная плата за возможность отдохнуть во время пути домой.
Роботизированные коробки предоставляют своим хозяевам практически тот же уровень комфорта. Расход топлива держится на уровне механики, но вот скорость срабатывания оставляет желать лучшего. Изготавливаются роботы на основе современных 5-ти или 6-ти ступенчатых МКП. Прекрасный вариант для городской машины и езды на дальние расстояния по гладкой дороге.
Механическая четырехступенчатая коробка звезд с неба не хватает, но прекрасно выполняет свое основное предназначение. Различные типы 5-ти и 6-ти ступенчатых коробок помотают с непривычки нервы в городе, но прекрасно покажут себя на трассе, поддерживая оптимальный режим работы двигателя.
Что же важнее – комфорт в городе или могучий рывок на трассе, каждый должен решить для себя.