Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.
Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.
Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.
Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.
Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.
Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.
Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.
Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.
Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.
Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.
Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».
Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».
Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».
С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.
Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.
Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.
Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.
С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.
Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.
Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.
В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.
Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.
На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.
В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.
На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.
С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.
Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.
В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.
Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).
Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.
Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.
Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.
В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.
До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.
Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.
Большинство современных транспортных средств комплектуются следующими типами коробок переключения передач:
- механическая;
Каждый тип КПП имеет свою, отличную от других конструкцию, свои достоинства и недостатки, исходя из которых, автолюбитель во время покупки автомобиля может отдавать предпочтение тому или иному устройству. Устройство механической коробки передач (МКПП), которое будет детально рассмотрено в данной статье, отличается своей простотой, поэтому понять принцип ее действия достаточно легко.
Механизм
Перед тем как приступить к изучению устройства механической коробки передач (МКПП) и принципов ее работы, следует подробно описать данный механизм. Механическая коробка передач – это неотъемлемая часть любого транспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Ее обязательное наличие обусловлено спецификой работы современных моторов, имеющих достаточно небольшой диапазон оборотов, в пределах которого достигаются максимальные значения мощности и крутящего момента. Помимо этого любой двигатель имеет критическую величину частоты оборотов, превышение которой неизменно приводит к преждевременному износу агрегата, вплоть до выхода его из строя. Перед передачей крутящего момента на вторичный вал и на колесный привод транспортного средства МКПП меняет направление данной векторной физической величины и преобразовывает ее. Переход на каждую новую ступень в МКПП осуществляется посредством механического передвижения рычага в ту или иную позицию.
Непосредственно механизм КПП находится в металлическом корпусе, внутрь которого заливаются смазочные материалы, обеспечивающие стабильную работу механизма. Рычаг переключения скоростей может располагаться как в самой коробке переключения передач, так и за ее пределами (в кузове автомобиля). В случае дистанционного процесса переключения передач применяется тяга привода управления (кулиса).
Составные части МКПП:
- первичный вал;
- промежуточный вал;
- вторичный вал;
- дополнительный вал;
- картер;
- синхронизаторы;
- устройство переключения передач, в комплектацию которого входят замки и блокировочные механизмы;
- рукоятка переключения передач.
Принцип действия
Подшипники, находящиеся в картере, способствуют вращению валов устройства. Каждый вал имеет в своем оснащении наборы шестерен, на которых в различном количестве расположены специальные зубья.
Функция синхронизаторов заключается в уравновешивании угловых скоростей шестерен, возникающих в процессе их вращения. Благодаря их работе передачи переключаются плавно без постороннего шума.
Блокировочные механизмы предотвращают возможность самопроизвольного выключения передач, в то время как замки препятствуют одновременному включению нескольких передач.
Количество ступеней и валов
Сегодня наибольшей популярностью пользуется пятиступенчатая КПП, однако, нередко можно встретить четырехступенчатые и шестиступенчатые механизмы.
В комплектацию МКПП могут входить два или три вала. Трехвальными механизмами оснащаются переднеприводные и заднеприводные транспортные средства (в т.ч. грузовые автомобили).
Двухвальными коробками чаще всего комплектуют переднеприводные легковые машины.
Основные различия КПП с разным количеством валов:
- Местонахождение валов. В двухвальной КПП валы располагаются параллельно друг другу;
- Процесс осуществления передачи. В КПП с тремя валами передача создается за счет работы одной пары шестерен, в трехвальной – за счет взаимодействия двух пар;
- Прямая передача. Двухвальная КПП не имеет прямой передачи.
В остальном устройство МКПП существенных отличий в конструкции и в принципе работы не имеет.
Видео
Принцип работы МКПП наглядно показан в следующем видеоматериале:
Механическая коробка передач (МКПП) представляет собой механизм из множества шестерен, входящих в зацепление в разных сочетаниях, которые образуют определенное количество ступеней или передач с разными передаточными числами. С увеличением количества передач, автомобиль лучше приспосабливается к условиям движения.
В механической КПП передачи переключаются благодаря передвижениям рычага, при этом крутящий момент должен передаваться на вторичный вал, после чего на колесный привод. Принцип работы МКПП является довольно простым, а в ее комплект входит сравнительно небольшой список деталей, а именно:
- валы и шестерни (вторичный, промежуточный, первичный);
- картер;
- вал, имеющий шестерни для осуществления заднего хода;
- синхронизатор;
- устройство для переключения передач, имеющее устройства и механизмы для блокировки;
- рычаг для переключения.
В картере МКПП устанавливаются подшипники, внутри которых вращаются валы. Такие валы оснащены набором шестерен, имеющих разное количество зубьев. Благодаря синхронизаторам осуществляется плавное и бесшумное включение передач, которые в процессе вращения шестерен, уравнивают их скорость. Суть работы механизма переключения передач состоит в замене передач, которой управляет, непосредственно, водитель, благодаря рычагу. С помощью блокировочного устройства, передача удерживается от внезапного самовыключения. Для того, чтобы избежать одновременного включения 2-ух передач, существует замковое устройство.
Плюсы и минусы механической КПП
К очевидным преимуществам МКПП можно отнести, сравнительно с остальными трансмиссиями, небольшую массу и стоимость, высокие показатели КПД, отличную динамику разгона и экономичность в расходе топлива. Конструкция КП является довольно простой и отработанной, что обеспечивает высокую надежность. В таком виде трансмиссии не требуются дорогие материалы, которые являются простыми в обслуживании. Жесткая связь колес и двигателя, благодаря механической КП, позволяет водителю эффективно управлять машиной при гололеде, бездорожью и грязи. Автомобиль с установленной МКПП можно буксировать на любой скорости, а в случае необходимости, заводить с "толкача", что является недопустимым при наличии автоматической КПП.
К небольшому списку недостатков относится утомление водителя при переключении скоростей, что особенно проявляется в городе, а также небольшой ресурс сцепления и ступенчатого изменения передаточного отношения.
Виды КПП и их описание
Механические КПП бывают 2-ух видов: 2-ух и 3-ех вальные. На машины с задним приводом в основном устанавливается 3-ех вальная КП. А вот 2-ух вальная КП широко применяется на автомобилях с задним мотором и на переднеприводных авто. Существуют также синхронизированные и несинхронизированные КП.
Трехвальная КПП
В 3-ех вальной КП имеется, соответственно, 3 вала: ведомый, промежуточный и ведущий. Вал, который является ведущим, должен быть соединенным со сцеплением. На нем находятся шпицы, предназначенные для ведомого диска сцепления. Благодаря шестерне, которая находится на валу в зацеплении, крутящий момент передается на промежуточный вал. В свою очередь промежуточный вал находится параллельно с ведущим валом.
Блок шестерен расположен на валу и находится с ним в жестком зацеплении. На одной оси с ведущим, расположен ведомый вал. Они не имеют жесткой связи и независимо вращаются. Муфты синхронизаторов находятся между шестернями ведомого вала. На современных МКПП все передачи имеют синхронизаторы, исключением является передача заднего хода.
Двухвальная КПП
Сегодня широко распространяются и 2-ух вальные КП. В которых ведомый и ведущий валы располагаются параллельно. Из шестерни первичного вала крутящий момент передается на нужную шестерню вторичного вала, которая является зафиксированной синхронизатором. Из-за этого прямая передача считается технически невозможной. Все остальные процессы являются аналогичными 3-ех вальной КПП. Главным плюсом таких КПП считается возможность компоновочного объединения трансмиссии и двигателя в силовой компактный агрегат.
Также 2-ух вальные КПП имеют чуть лучшее КПД, чему способствует небольшое количество деталей, задействованных в передаче крутящего момента. Основным недостатком считается то, что в такой КП нету прямой передачи и она пригодной является только в сравнительно легких транспортных средствах. Соответственно, их устанавливают на тяжелые мотоциклы, переднеприводные автомобили, а также машины с заднемоторной компоновкой. В таких КП может быть больше 4-ех передач для переднего хода.
Несинхронизированная МКПП
В машинах с несинхронизированной МКП водитель полностью осуществляет переключение передач. Во время включения передач, как известно, скорость шестерен является различной, а муфта сцепления при этом не может просто на одну из них перейти. Для решения такой проблемы служит "двойной выжим", который означает переключения между высшими и низшими передачами с применением педали сцепления, которая выжимается перед самым выключением передачи. Существует много спортивных мотоциклов и автомобилей с несинхронизированными КПП, на которых переключение происходит без выжима сцепления, но для этого необходимым является большой опыт езды.Такие КПП устанавливаются на гоночные агрегаты из-за хорошей живучести при больших нагрузках, которые характерные для гоночного спорта, а также благодаря тому, что опытный водитель может быстрее переключать передачи. А вот на тракторах и грузовиках с большим количеством передач, такие КП не устанавливаются, так как это технически невозможно.
Синхронизированная МКПП
В синхронизированных МКП активация передач является частично автоматизированной. Благодаря специальным устройствам, так называемым синхронизаторам, муфта не может переходить с шестерни на другую шестерню, до того времени пока их скорость не станет равной. Большинство легковых автомобилей имеют все синхронизированные передачи переднего хода. Если вспомнить старые автомобили, то синхронизированными были только высшие передачи. Почти у всех отечественных автомобилей не является синхронизированной передача заднего хода.
Эксплуатация МКПП
Во время эксплуатации МКПП нужно постоянно следить за уровнем масла, которое находится в картере, а в случае необходимости его доливать. Благодаря инструкции по эксплуатации, можно определить когда необходимо производить полную замену масла. Если периодически менять масло и грамотно обходится с рычагом переключения, то механическая трансмиссия прослужит без поломок до конца службы авто. Чтобы продлить жизнь трансмиссии, лучше осуществлять переключения передач плавными движениями, и делать небольшую паузу в нейтральном режиме, чтобы синхронизаторы успели сработать.
К главным неисправностям в МКПП можно отнести:
- из-за подтекания масла могут повреждаться уплотнительные прокладки и сальники;
- неисправный синхронизатор, изношенные шестерни и подшипники могут быть причиной шума при работе трансмиссии;
- при поломке механизмов переключения, износе шестерен и синхронизаторов могут затруднятся включения передач;
- из-за сильно изношенных синхронизаторов и шестерен, вполне возможным может быть самовыключение передач.
Каждый автолюбитель видел или даже управлял автомобилем с МКПП, ведь обучение в большинстве автошкол проходит, как правило, на «механике». Но не каждый знает историю происхождения этого агрегата, принцип его работы, преимущества и недостатки. Именно об этом мы и поговорим в данной статье.
Автоледи и механическая коробка передач - понятия несовместимые. Поверьте, управлять автомобилем, красить губы, разговаривать по телефону и переключать передачи - реально сложно.
Для начала давайте разберемся какая расшифровка у абревиатуры МКПП и что это вообще значит. МКПП расшифровывается как механическая коробка переключения передач и означает это то, что переключение передач осуществляется механическим путем, то есть вручную.
Если попытаться провести краткое описание механической коробки, то можно сказать, что она представляет собой блок со множеством шестерен внутри, который вплотную прилегает к двигателю и передает его энергию на колеса. Взаимодествие с МКПП происходит с помощью рычага переключения передач и педали сцепления.
Появлению механической коробки передач мы обязаны женщине. Да-да, вы не ослышались и этой женщиной была никто иная, как супруга Карла Бенца Берта Бенц. Именно она, после завершения своего знаменитого «турне» на автомобиле «Motorwagen», высказала мужу свое недовольство по поводу того, что тяги двигателя не хватало, чтобы преодолеть даже небольшой пригорок. Это произошло 5 августа 1888 года. Не отважившись спорить с женщиной, Карл Бенц в 1893 году выпускает автомобиль «Benz Velo», на котором крутящий момент от двигателя к колесам передавала 2-ступенчатая планетарная механическая коробка передач.
Берта Бенц - супруга Карла Бенца, первый автомобиль Бенца «Motorwagen» и знаменитое турне из Мангейма в Пфорцгейм и обратно, которое совершила Берта Бенц в 1888 году.
Дальше ручная трансмиссия или МТ (механическая трансмиссия) эволюционировала только за счет увеличения количества передач и процесс этот был довольно быстрым. Первые двухступенчатые коробки с задней передачей ставились еще на самые первые серийные автомобили марки Ford уже в самом начале 20 века. Трехступенчатые коробки также не заставили себя долго ждать и появились уже в 1910 году. Они применялись на европейских автомобилях, а в последствии и на американских. Трехступенчатые МКПП имели большое распространение вплоть до начала 1960-х годов.
Далее в свет выходят четырехступенчатые коробки, которые, кстати, появились очень давно, но в силу того, что первые образцы были без синхронизаторов, они не пользовались популярностью. Когда же в 1960-х годах 4-ступенчатая коробка передач обзавелась синхронизаторами, тогда она и получила свое широкое применение. В США «четырехступки» еще долго использовались только на спортивных автомобилях, а в Европе сразу стали устанавливаться практически везде.
Первая 5-ступенчатая коробка появилась тоже в 1960-х, но массовое применение она получила только через 20 лет. В таких коробках было четыре основных передних передачи, а пятая, повышающая была встроена в саму коробку. До этого повышающая передача (она же «овердрайв») представляла из себя отдельный агрегат.
В 1990-х появляются шестиступенчатые МКПП. Они тоже имели четыре основные скорости, но повышающих у них уже было две. Еще через 10 лет появляется 7-ступенчатая «коробка», которая обладает пятью базовыми и двумя повышающими передачами.
Механические семиступенчатые коробки передач устанавливались на спортивные автомобили Porsche 911 и Chevrolet Corvette Stingray, с целью более эффективного использования крутящего момента мощного двигателя.
На этом развитие МКПП пока что закончилось - конструкторская мысль ушла в развитие автоматических коробок передач. На данный момент потомками «механики» являются роботизированные коробки передач. Они имеют такое же устройство и технические характеристики, что и МТ, но переключают скорости и управляют сцеплением самостоятельно.
Устройство
Механическая коробка передач представляет из себя набор валов с шестернями. Все эти детали располагаются в одном корпусе. «Механика» бывает трехвальной и двухвальной.
Первый вариант устанавливается на автомобилях с классической компоновкой - переднемоторная заднеприводная. Это наши горячо любимые «копейки» и «шестерки». В такие МКПП входят первичный, вторичный и промежуточный валы.
Рисунок механической коробки передач, на котором видно, что конструкция «механики» довольно проста - набор шестерен, ведущий и ведомый валы, муфты переключения.
Первичный вал (он же ведущий) обеспечивает соединение коробки с маховиком двигателя через сцепление. Вторичный (ведомый) соединяется с карданным валом, а промежуточный служит для передачи вращения от первичного вала ко вторичному.
На первичном валу находится ведущая шестерня, которая приводит в движение промежуточный вал, а на нем, в свою очередь, расположен свой блок шестерен. Они жестко соединены с валом и, зачастую, являются с ним одним целым. На вторичном валу располагается набор ведомых шестерен, которые находятся в шлицах вала и перемещаются по ним. Также они могут вращаться в ступицах.
Трехвальные МКПП имеют большие габариты и вес, нежели двухвальные, но в них может быть реализована прямая передача крутящего момента от первичного вала сразу на выходной. Также трехвальные МКПП обладают возможностью достижения больших передаточных чисел и более широким силовым диапазоном, нежели их двухвальный конкурент.
Трехвальные «коробки» в данный момент устанавливаются на все автомобили с классической компоновкой, а также на грузовики и внедорожники.
На этой простой схеме указаны основные узлы трехвальной механической коробки передач.
На большинстве современных переднеприводных автомобилях устанавливаются двухвальные МКПП. В них крутящий момент передается от шестерен первичного вала на шестерни вторичного вала. Первичный вал, также как и у трехвальных МКПП, соединяется с двигателем, а вторичный передает крутящий момент на колеса. Располагаются валы параллельно друг другу.
Из-за отсутствия промежуточного вала такие коробки более компакты и имеют меньший вес, но из-за большого количества дополнительных шестерен КПД у этого типа МКПП ниже. Преимущество двухвальных МКПП заключается в возможности компоновочного объединения двигателя и трансмиссии в единый силовой агрегат относительно небольшого размера. Такие характеристики позволяют использовать этот тип МКПП в автомобилях с задним мотором и передним приводом, а также на тяжелых мотоциклах.
Принцип переключения передач
У МКПП между шестернями вторичного вала располагаются муфты включения передач. В зависимости от числа муфт коробки делятся на несколько типов – двухходовые, трехходовые, четырехходовые и так далее. Например, трехходовые МКПП имеют три муфты включения, каждая из которых может блокировать по две шестерни на каждом валу. Отсюда следует, что у трехходовой МКПП может быть 4 или 5 передач переднего хода. Четырехходовые могут иметь уже 6, 7 или 8 передач. Идем дальше.
На шестернях вторичного вала имеются зубчатые венцы. Они соединяются с задними торцами ведущего вала, а ответные венцы находятся на муфтах включения. Когда вы переключаете скорости, передвигая рычаг переключения передач, то за счет специального привода через ползуны приходят в движение вилки переключения передач, которые и перемещают вышеуказанные муфты. В МКПП есть специальный блокирующий механизм, который не допускает включения нескольких передач сразу.
Когда включающая муфта подходит к необходимой шестерни, их венцы соединяются и муфта блокирует шестерню передачи. Тогда они начинают совместное вращение, и таким образом крутящий момент направляется к колесам.
Анимированная схема переключения 4-ступенчатой коробки передач. Первый шток включает первую и вторую передачи, второй шток - третью и четвертую, а третий шток для задней передачи.
Чтобы переключения передач проходили без ударов и толчков, в МКПП предусмотрены синхронизаторы. Они выравнивают скорости вращения шестерни и муфты и не дают муфте произвести свою работу, пока указанные скорости не сравняются.
Управление «механикой»
Классический способ переключения передач в МКПП осуществляется с помощью специального рычага. Он располагается прямо на крышке коробки, либо соединяется с ней через удлинитель. Он-то и воздействует на вилки переключения передач, а управление самим рычагом осуществляете вы сами.
При такой схеме управления скорости включаются наиболее четко. Также эта схема отличается долгим сроком эксплуатации, но она обладает и недостатками. Классическая схема управления МКПП сильно зависит от компоновки автомобиля. Во многих случаях рычаг может быть вынесен вперед либо назад относительно водителя, создавая неудобные условия для переключения. Вдобавок, из-за того, что рычаг имеет непосредственный контакт с коробкой, на него передается вибрация от двигателя.
Вторая схема управления МКПП – когда рычаг располагается на расстоянии от коробки и соединяется с ней с помощью тяг. Такое решение позволяет устанавливать рычаг в удобном для водителя месте вне зависимости от компоновки автомобиля. Вдобавок, при такой схеме на рычаг не передается вибрация. Но у таких коробок есть свои особенности. Во-первых, тяги со временем разбалтываются, вследствие чего их необходимо регулировать или даже менять, а во-вторых наблюдается пониженная четкость переключения передач.
Рычаг переключения передач и педаль сцепления - обязательные атрибуты для управления механической коробкой. Если с педалью сцепления еще как-то можно смириться, то рычаг переключения доставляет трудности в управлении автомобилем, особенно у новичков и женщин.
Две вышеуказанные схемы являются основными. Но существуют также и другие. Например, переключение с помощью пневматических или электромеханических приводов. Такие схемы используются в основном на грузовиках, автобусах и сельскохозяйственной технике, поэтому мы не будем их подробно рассматривать. Также существует секвентальное управление «механикой». В нем скорости переключаются последовательно с помощью рычага-качалки, джойстика или «лепестков». Секвентальное переключение применяется в основном на спортивных автомобилях и мотоциклах. На таких МКПП, как правило, сцепление автоматизировано.
Преимущества и недостатки
И напоследок, давайте рассмотрим, в чем плюсы и минусы механических коробок передач. Начнем с приятного.
Стоимость МКПП ниже, чем у любых других коробок. Также дешевле их ремонт и стоимость обслуживания, да и требуются они реже, чем на автоматических коробках. Вдобавок механическая коробка передач имеет более долгий срок службы и при эксплуатации ее труднее сломать. В среднем в зависимости от модели механическая коробка «ходит» 200-300 тысяч километров, что в некоторых случаях сопоставимо со срок службы автомобиля. Особенности же автоматических коробок передач в том, что они имеют кучу всяких правил, которые осознанно или неосознанно автомобилисты часто нарушают, сокращая тем самым срок службы коробки.
Механическая коробка передач увеличивает динамические качества автомобиля, поскольку имеет более высокий КПД и технические характеристики, которые благоприятно влияют на разгон автомобиля. К тому же, учитывая сколько весит МКПП (25-30 кг), по сравнению с «автоматами», вес которых как минимум 50 кг, также ведет к снижению общей массы автомобиля.
К плюсам можно отнести также и большой набор техник вождения на «механике». Водитель вправе сам определять, как ему ехать. Особенно это актуально во время езды по бездорожью или по скользкой дороге.
Хороша МКПП и в «сломанных» ситуациях. Если у вас «механика», то вы сможете завести автомобиль «с толкача», а также буксировать его на любое расстояние и на любой скорости без ущерба для коробки, чего категорически нельзя делать на «автомате».
Такие особенности, как отсутствие необходимости в отдельной системе охлаждения и низкий расход топлива, также характеризуют «механику», как более выйгрышный вариант.
Пожалуй, единственным недостатком механической коробки передач является сам факт взаимодействия с ней - водителю постоянно нужно переключать скорости, синхронно манипулировать педалями газа и тормоза и следить за оборотами двигателя. Особенно это мешает в пробках и создает неудобства для начинающих водителей и для представительниц прекрасного пола.
Кто-то привыкает к этой необходимости, а кто-то так и не может смириться, но как бы то ни было механические коробки передач постепенно отживают свой век и по мнению экспертов скоро наступит время, когда новые автомобили вообще не будут комплектоваться механической трансмиссией. Технический прогресс неумолим и чем быстрее будут совершенстоваться автоматические коробки передач, тем быстрее люди будут отказываться от механических, но фанаты, для которых ощущение полного контроля над автомобилем ценее, чем комфорт, будут всегда.
На видео продемонстрировано как сделать механическую коробку передач своими руками… из 116 деталей Lego. Минус этой коробки в том, что вы не сможете на ней ездить, плюс - ей не нужно трансмиссионное масло.
В автомобиле тысячи запчастей и компонентов. Но , поэтому они играют более важную роль по сравнению с другими агрегатами автомобиля. К примеру, к очень важным частям любой машины относится коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы достичь колес и ваш автомобиль не тронулся бы с места.
Да, мы не должны владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но, что такое коробка передач обязан знать каждый водитель. Об этом сегодня и поговорим.
Есть два основных типа коробок передач, которые используются в большинстве автомобилей на мировом авторынке - ручная КПП и автоматическая. Сегодня мы остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя стоит отметить, что в последние годы набирают популярность другие виды трансмиссий. К примеру, коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника сама автоматически выжимает сцепление, но скорости переключает водитель. Также получили распространение бесступенчатые автоматические коробки вариатор (CVT). Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. Также в последние годы на рынке стали появляться автомобили без коробок. Как правило, автомашины без трансмиссии используют только электрический двигатель.
Прежде чем углубиться в описание принципа работы коробки передач, давайте обозначим основные термины:
Передача: В данном понимании передача представляет в коробке набор определенных шестерёнок, которые работая синхронно вместе, регулируют соотношение между скоростью двигателя и скоростью колеса. Также этот термин используется для описания каждой скорости коробки передач. К примеру, в автоматической коробки электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической трансмиссии водитель самостоятельно выбирает необходимую скорость.
Передаточное отношение: это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего.
Сцепление: Механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передачи (коробки).
Коробка передач: Механизм передачи крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.
Рычаг переключения передач: Рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и выбора нужной скорости.
Теперь перейдем непосредственно к описанию, как работают две наиболее распространенные коробки передач.
Механическая коробка передач
Несомненно, во всем мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, львиная доля всех проданных новых транспортных средств в 2014 года, были оснащены автоматической трансмиссией. Но тем не мене, . Как правило, механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и по своему принципу работы. Именно с нее мы и начнем.
По своей основной конструкции механическая коробка представляет собой набор зубчатых шестерен и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношения между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу определяет общее передаточное число определенной передачи.
Водитель выбирает нужную передачу , перемещая . Рычаг управляет движением передач вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад, выбирается нужный набор шестеренок для включения необходимой передачи. Как правило, при переключении рычага верх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит на разных валах.
Чтобы включить передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления, в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на коробку, поскольку двигатель отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную скорость, подключив нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления, и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и колеса.
Автоматическая коробка передач
Одно из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой, это то, что автоматическая трансмиссия не использует муфты. Как правило, автоматическая коробка использует гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки (от вала с набором шестерен).
Функция гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую в рамках этой статьи объяснить реально сложно. Для этого необходимо подключить математику и другие естественные науки. Но основной смысл прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и различные каналы на набор шестеренок. Когда двигатель работает быстро, то крутящий момент передается на валы напрямую.
Благодаря преобразованию крутящего момента, шестерни в коробки могут свободно делать свою работу без участия водителя. Но как коробка автоматически выбирает необходимую скорость, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную?
В отличие от механики где, как правило, конструкция коробки представляет два параллельных вала, использует планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от скорости.
Вместо ручного переключения скоростей используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется электроникой. Коробка управляется специальным модулем, в который запрограммированы все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма, электронная программа определяет какую передачу включить с помощью гидравлического автоматического управления.