Одним из ключевых агрегатов любого автомобиля является коробка переключения передач (КПП). Выбор типа КПП зависит от многих факторов. Различные виды коробок передач имеют как свои достоинства, таки и недостатки. На автомобилях используют четыре основных вида КПП. Это механика, классический автомат, роботизированная коробка или робот, а также вариатор.
Основное предназначение любой автомобильной коробки переключения передач является изменение крутящего момента, передаваемого от двигателя к колесам, изменение скорости движения и изменение направления движения (вперед/назад). Некоторые типы коробок предусматривают также отключение двигателя от колес, в других КПП эту роль выполняет дополнительный узел, называемый «сцепление».
Механические КПП предназначены для ручного переключения передач. По принципу действия это многоступенчатый цилиндрический редуктор. В новых легковых автомобилях чаще всего используют 5 и 6 ступенчатую коробку, а в автоклассике применялись 4-ступенчатые.
Ступенчатая система переключения передач подразумевает конкретный коэффициент передачи для каждой пары шестеренок. Вычисляется передаточное число как соотношение количества зубьев на ведущей и ведомой шестеренке. Для первой передачи это соотношение самое большое. Это означает, что ведущая шестеренка самая маленькая, а ведомая – самая большая.
Механические коробки бывают двух вальные и трех вальные. Трех вальные используются, как правило, на более мощных легковых автомобилях, грузовиках и спецтехнике. Двух вальные часто устанавливают на автомобили с передним приводом.
Многим автомобилистам знаком особый звук, который издает автомобиль при движении на задней передаче. Его не спутаешь ни с чем и он похож практически у всех автомобилей. Происходит это потому, что зубья на передних и задней передаче разные. На задней передаче используются шестеренки с прямыми зубьями. Это дает возможность передавать больший крутящий момент, но расплачиваться приходится повышенным шумом. На передних передачах используются косозубые шестеренки – они работают более тихо, так как сцепление зубьев происходит постепенно, однако их КПД меньше.
Коробка автомат
Автоматическая коробка, в ее классическом понимании, имеет большую популярность среди автолюбителей. Её бесспорное преимущество является в том, что водителю не требуется отвлекаться на переключение передач. Для начала движения не нужно иметь особых навыков – просто поставил «D» и отпустил тормоз. А еще, в салоне на одну педаль меньше. За такой комфорт приходиться расплачиваться более высоким, по сравнению с механикой коробкой, расходом топлива.
Рабочим элементом в АКПП является три набора шестеренок планетарной передачи. Название «планетарная передача» означает, что меньшие шестеренки вращаются вокруг большей центральной шестерни. Первый набор шестеренок называется «главной передачей». Он согласует скорость двигателя и скорость езды. Другие два набора называются «входным редуктором» и «обратным редуктором». Далее следует набор муфт и рычагов, блокирующих различные части автоматической коробки, что дает возможность изменять скорость движения автомобиля или включать реверс.
Переключение передач происходит благодаря компьютеру, который включает нужные гидравлические клапаны, что приводит в движение соответствующие муфты планетарных шестеренок.
Автоматическая КПП позволяет двигателю работать в наиболее эффективном диапазоне мощности. Благодаря различным датчикам, компьютер определяет, когда необходимо включить ту или иную передачу или остановить автомобиль. Так что водителю не стоит беспокоиться об оптимальном режиме работы двигателя, а можно сосредоточиться исключительно на вождении.
Раз компьютер выбирает оптимальный режим работы мотора, и на его работу не влияет настроение или навыки водителя, то возникает закономерный вопрос: почему тогда расход топлива увеличивается? Ответ на этот вопрос кроется в гидротрансформаторе – устройстве, которое передает мощность от двигателя на автоматическую трансмиссию. В автоматической коробке передач он играет роль сцепления. Большое преимущество такой системы в плавности передачи усилия. Однако КПД гидротрансформатора значительно ниже, чем у зубчатых передач, что и вызывает дополнительный расход топлива.
Роботизированная КПП
, или «роботы», как их иногда называют, объединяют два предыдущих вида коробок. По своей сути, это механическая коробка переключения передач с двумя валами и сцеплением, которыми управляет компьютер. Таким образом, КПД такой коробки выше, двигатель всегда работает в оптимальном режиме, что позволяет получать максимум комфорта от езды.
Недостатком такой коробки может являться то, что к ней нужно привыкнуть. При классическом ручном переключении передач водитель сам может сглаживать плавность хода автомобиля благодаря плавному выжиманию сцепления, и добавлению оборотов. При езде с роботизированной коробкой в момент включения передачи может ощущаться небольшой рывок. Чтоб его компенсировать, производители придумали РКПП с двумя сцеплениями. Его суть такова: в момент переключения передач, компьютер одновременно готов подключить передачу на одну больше и на одну меньше. Благодаря этому переключение происходит практически мгновенно без рывков.
Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с , разобравшись с мифами и слухами о , мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.
Наглядное пособие
Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.
Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП
Изобретая велосипед
Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.
Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.
Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.
От велосипеда к автомобилю
К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.
Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.
А теперь – к самой коробке передач
Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.
В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.
Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.
Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.
Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.
Включаем передачу
Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача
Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.
Синхронизаторы
Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.
Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.
Прямая и повышающая передачи
Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача
Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.
А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.
Двухвальные коробки передач
Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.
Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.
Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.
Вместо заключения
Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.
Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?
Таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число . Выделяют высшие и низшие ступени (передачи) .
- При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
- С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет) .
Скорость автомобиля = Число оборотов двигателя * Длину окружности колеса / Общее передаточное отношение , где :
Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:
, где :
Кроме того, коробка передач обеспечивает движение автомобиля задним ходом, накатом и длительное разобщение двигателя и трансмиссии автомобиля.
Основы устройства
Принцип работы
Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается в том, что зубчатые шестерни в её корпусе могут поочерёдно зацепляться в различных комбинациях, образуя несколько передач с разным передаточным числом .
Сцепление
Педали автомобиля с МКПП: слева направо - сцепления, тормоза и газа. Левее педали сцепления - площадка для отдыха ноги.
МКПП обычно работает в паре со сцеплением . Сцепление служит для временного разобщения двигателя и трансмиссии. Разобщение необходимо для переключения передачи в МКПП, так как, когда двигатель и валы КПП не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать передачи невозможно.
В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором , например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х - 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х - 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.
Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.
Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод .
Валы и шестерни
Любая коробка передач традиционного типа представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером ) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них шестернями.
Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.
В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный .
- Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
- Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах - непосредственно с главной передачей.
- Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.
Обычно, первичный и вторичный валы расположены один за другим, вторичный опирается при этом на подшипник , установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён . Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми .
На первичном валу находится одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном валу расположен блок шестерён , шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение исключено . Для включения передачи, они могут блокироваться на валу , начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач» ).
Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала , которые находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда . Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.
Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.
Переключение передач
Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты ). В отличие от шестерней передач, они закреплены на своём валу и вращаются вместе с ним , но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).
На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы . Также, зубчатый венец имеет и задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.
При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач , которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок ) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.
Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее - на колёса.
Соответственно, когда ни одна муфта включения не блокирует ни одной шестерни, коробка передач находится в нейтрали , или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.
Синхронизаторы
Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)
Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут включаться с сильным шумом и чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать момент, когда обороты муфты включения и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень быстро износятся.
Пример
Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R - шестерни соответствующих передач.
Цвета:
Ведущий вал - оранжевый; Ведомый вал - жёлтый; Промежуточный вал - серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун - зелёный; Ползун включения III-IV передач - фиолетовый; Ползун включения I-II передач - голубой;
N - нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.
I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него - через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.
II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;
III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи - на вторичный.
IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).
Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение - 1:1, и называется прямой передачей , так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КПП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.
R - задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.
Двухвальные коробки передач
Двухвальная четырёхступенчатая несинхронизированная коробка передач со скользящими шестернями. В отличие от современных конструкций, её шестерни не находятся в постоянном зацеплении: шестерни первичного вала (верхний) могут скользить вдоль него, вступая в зацепление с неподвижно закреплёнными на своём валу шестернями вторичного. 1911 год, Германия.
В настоящее время нередко используются двухвальные МКПП: в них отсутствует промежуточный вал, ведущий и ведомый валы вращаются вокруг параллельных осей (а не расположены на одной оси друг за другом), и крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерней первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном, их принцип действия аналогичен работе трёхвальной МКПП.
Преимущества таких КПП - компактность и несколько бо́льший КПД благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента шестерён. Главный недостаток - отсутствие прямой передачи; кроме того, такая КПП пригодна только для легкового автомобиля: в ней конструктивно сложно получить большие значения передаточного числа.
Таковы коробки передач отечественных мотоциклов «Урал » и «Днепр », переднеприводных автомобилей, таких, как ВАЗ-2108 и Москвич-2141 . Часто такие КПП имеют больше четырёх передач переднего хода.
Синхронизированные и несинхронизированные МКПП
Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)
Существуют синхронизированные и несинхронизированные механические коробки передач.
- В несинхронизированной МКПП включение передач осуществляется полностью водителем вручную. Так как при переключении передачи скорость шестерён различна, муфта переключения не может просто перейти с одной из них на другую.
- В синхронизированной МКПП, включение всех передач (или некоторых) в определённом смысле частично автоматизировано. Специальные устройства - синхронизаторы - не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется (что также выполняется синхронизатором).
Количество ступеней
Число ступеней считают по номеру передачи переднего хода с наименьшим передаточным отношением .
- Двухступенчатые : на небольшом количестве ранних автомобилей коробки передач имели две ступени переднего хода и одну - заднего; например, на Ford T ;
- Трёхступенчатые : в 1920-х распространились коробки передач с тремя ступенями переднего хода, которые были широко распространены в Европе - до конца 1960-х годов, а в Северной Америке - до второй половины 1970-х; как правило, в них были синхронизированы как минимум вторая и третья передачи;
- Четырёхступенчатые : уже многие ранние автомобили имели четырёхступенчатые коробки без синхронизаторов ; с появлением синхронизаторов, однако, большинство производителей массовых автомобилей ограничило количество ступеней тремя; тем не менее, в конце 1950-х годов на массовых моделях стали появляться коробки передач «со сближенными передаточными числами» и четырьмя ступенями, что обеспечивало более интенсивный и плавный разгон. В США они долго рассматривались как спортивная опция, а в Европе в конце 1950-х - начале 1960-х стали устанавливаться на большинство автомобилей;
- Пятиступенчатые : в 1970-е годы появились, а в 1980-е получили массовое распространение МКПП с четырьмя основными передачами переднего хода и дополнительной пятой, которая представляла собой встроенную в саму коробку повышающую передачу (см. ниже) ;
- Шестиступенчатые : в 1990-е годы появились шестиступенчатые коробки передач. Они могли представлять собой как МКПП с четырьмя базовыми ступенями и двумя - повышающими (для ещё большей экономии топлива), так и МКПП с пятью базовыми и одной повышающей ступенью (для ещё более динамичного разгона);
- Семиступенчатые и далее : в 2000-е годы появляются механические коробки передач с пятью базовыми ступенями и двумя повышающими (например, Bugatti Veyron или BMW M5).
С распространением полуавтоматизированных систем переключения передач (как на том же Bugatti Veyron) с возможностью переключения передач только «вверх» или «вниз» при помощи электроники, по сути стало возможно иметь почти как угодно много передач с сохранением возможности для водителя адекватно переключать их. Тем не менее, на современном этапе большинство массовых легковых автомобилей обходятся пятью, реже шестью.
Повышающие передачи
Повышающая передача , или овердрайв (англ. Overdrive ) - имеет передаточное число меньше единицы. Повышающей она называется, так как при таком передаточном числе ведомый вал обращается быстрее ведущего.
До 1970-х годов овердрайв на легковых автомобилях обычно оформляли в виде отдельного от КПП агрегата. Например, на Volvo 240 с четырёхступенчатой трансмиссией можно было заказать дополнительный овердрайв с различными вариантами передаточных чисел. Такой овердрайв мог включаться как водителем (на илл. слева) , так и автоматически, по достижении определённой скорости при движении на прямой передаче.
Например, на автомобилях Ford 1950-х - 1960-х годов овердрайв автоматически включался при превышении при движении на прямой передаче скорости в 27 миль в час (около 45 км/ч), а отключался при её снижении ниже 21 мили в час (около 35 км/ч) или при резком нажатии на педаль акселератора (так называемый кик-даун, режим включения пониженной передачи для обгона) .
С конца 1970-х годов овердрайв стали встраивать в четырёхступенчатые МКПП как пятую передачу, что стало обычной практикой в 1980-е. В наши дни в КПП может быть более одной повышающей передачи.
Вопреки распространённому мнению, в большинстве случаев повышающая передача существенно не увеличивает максимальной скорости автомобиля. Максимальная скорость достигается уже на прямой передаче (с передаточным отношением 1:1), но на повышающей передаче при прочих равных уменьшаются обороты коленчатого вала, следовательно - расход топлива и износ двигателя.
Планетарные коробки передач
Велосипедная планетарная коробка передач Rohloff Speedhub 500/14.
Некоторые автомобили использовали планетарные механические коробки передач, например, Ford T . Шестерни в планетарном механизме совершают помимо вращательного ещё и поступательное движение.
Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.
Так как при переключении передач в планетарной коробке не происходит зацепления между двумя зубчатыми венцами, нет необходимости и в разобщении двигателя и трансмиссии для переключения передач. Кроме того, такая трансмиссия получается гораздо компактнее обычной.
Однако управление автомобилем с такой коробкой передач очень специфично, а сама она весьма дорога в производстве. Поэтому механические планетарные КПП получили малое распространение на автомобилях (зато нередко применяются на велосипедах, а также танках и иных гусеничных машинах).
Кроме того, практически все гидромеханические автоматические трансмиссии используют планетарную механическую часть, которая достаточно легко поддается автоматизации и может работать в паре с гидротрансформатором без сцепления .
Механизмы переключения
В классической МКПП для выбора нужной передачи служит специальный рычаг, называемый рычагом переключения передач, или селектором. С его помощью в любой момент можно задействовать любую из имеющихся в коробке передач ступень (кроме ступени заднего хода, включать которую допустимо лишь после полной остановки автомобиля во избежание серьёзных поломок).
Расположение рычага и система привода могут в значительной степени варьироваться в зависимости от модели автомобиля.
- Рычаг может располагаться непосредственно на корпусе коробки передач (обычно сверху или сбоку), либо на специальном удлинителе. В этом случае все механизмы переключения расположены внутри корпуса коробки и рычаг непосредственно воздействует на ползуны с вилками переключения передач. Плюсы такой схемы - более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток - из-за особенностей компоновки рычаг, расположенный на корпусе коробки, обычно оказывается сильно вынесен вперёд, что снижает удобство пользования им. Кроме того, такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях.
- Многие европейские автомобили (в том числе переднеприводные ВАЗы) используют другую разновидность этой системы переключения, в которой задняя передача включается движением «влево-вперёд»:
Однако, в этом случае достаточно велик риск случайного включения задней передачи вместо первой, особенно при изношенном приводе. Поэтому на многих современных автомобилях предусмотрена блокировка его включения (показана на примере МКПП-6):
Отключение блокировки осуществляется утапливанием рычага «внутрь», либо перемещением подвижного элемента на рычаге коробки передач, например, подъёмом кольца на нем, либо утапливанием кнопки.
- Некоторые спортивные автомобили (например, старые BMW третьей серии с МКПП марки Getrag), а также старые модели обычных автомобилей, используют совершенно иной вариант системы переключения:
Преимущество в данном случае состоит в том, что положения, соответствующие второй и третьей передаче, находятся на одной линии, что ускоряет переключение. У спортивных машин с мощными двигателями, основной разгон происходит именно на второй и третьей передачах, первая же служит только для трогания с места.
При применении данной раскладки на внедорожниках (УАЗ) облегчается раскачивание автомобиля в случае его застревания путем последовательного включения первой-задней-первой-задней передач (передачи находятся на одной линии, что позволяет их очень быстро переключать).
Кроме того, многие из КПП с такой раскладкой переключения не имеют синхронизаторов либо имеют их только на высших передачах, в этом случае положительным моментом является и то, что при переключении с первой передачи на вторую автоматически возникает некоторая задержка, что упрощает переключение между несинхронизированной первой с синхронизированной второй передачами.
Из отечественных автомобилей, такую раскладку использовал ГАЗ-69 , коробка передач которого была трёхступенчатой. При переделке на напольный рычаг коробки передач «Волги» ГАЗ-21 у неё также получается такая раскладка.
- Многие американские и некоторые европейские автомобили ранее использовали раскладку, в которой первая передача включалась простым движением рычага вперёд (вторая - назад, и т. д.):
Из распространённых на территории России моделей, такую раскладку имели скажем Ford Taunus , Volvo 240 и некоторые модели BMW, вроде BMW E30 . Кроме того, она использовалась практически на всех североамериканских «Фордах» 1960-х - 1970-х годов с МКПП.
- Некоторые современные автомобили, например, Bugatti Veyron , имеют автоматизированное управление коробкой передач и т. н. Paddle-shifter , то есть рычаг МКПП движется только вперёд-назад, как у некоторых АКПП , и последовательно выбирает передачи.
С подрулевым рычагом
Салон «Волги» ГАЗ-21 с цельным передним диваном и переключателем передач на рулевой колонке.
В прошлом наиболее распространённым на легковых автомобилях с МКПП было расположение рычага КПП на рулевой колонке. Эта мода появилась в США в конце 1930-х годов, широко распространилась в Европе в конце 1940-х. Иногда такой механизм встречается и в наши дни.
Привод от подрулевого рычага осуществляется сложными тягами (кулисами ), сочленения которых подвержены износу, а на старых автомобилях - требуют периодической регулировки и смазки путём шприцевания.
Чёткость и скорость выбора передач при таком механизме часто страдают, но в целом, по мнению многих владельцев автомобилей с таким механизмом переключения, подрулевое расположение рычага более удобно, так как к нему не надо тянуться, он всегда под рукой. Тем не менее, из-за большой инерционности привода длинными тягами переключать передачи такой трансмиссии быстро сложно, поэтому для динамичных автомобилей такая трансмиссия малопригодна.
Зато хороший расчёт механизма переключения позволяет минимизировать усилие на рычаге: например, на «Волге» ГАЗ-21 с исправным, смазанным и отрегулированным механизмом переключения передачи можно переключать без отрыва кисти от руля. Однако, сильно разболтанный механизм допускает такие неисправности, как неполное включение и выключение передач, их самопроизвольное выключение («выбивание») и даже полное заклинивание тяг, устранимое только при открытом капоте.
- Наиболее типичным для систем с подрулевым рычагом является раскладка, возникшая в США в 1930-е годы и распространившаяся повсеместно в 1940-е - 1950-е (движение рычага показано в плоскости, параллельной рулевому валу, рычаг расположен справа):
Именно так (второй вариант) переключались передачи на «Победе» ГАЗ-М-20 , «Волге» ГАЗ-21 .
- Существовал и вариант для четырёхступенчатой МКПП:
- На «Москвичах» с четырёхступенчатой МКПП и подрулевым рычагом переключения, а также ряде европейских автомобилей, использовалась иная раскладка:
В отечественном автопроме отказ от подрулевого рычага переключения произошёл в конце 1960-х - начале 1970-х годов, в Европе - несколько раньше. В США это произошло в конце 1970-х.
Однако, в некоторых странах Европы и особенно Японии подрулевые рычаги использовались до самого недавнего времени. Так, в Гонконге все такси моделей Toyota Crown и Nissan Cedric имели МКПП-4 с подрулевым переключателем до перехода на АКПП в 1999 году. До начала 1990-х годов на микроавтобусах Toyota Hiace и Mitsubishi L400 также встречались переключатели передач на рулевой колонке, коробка передач была механической пятиступенчатой.
В процессе эксплуатации автомобиля следует правильно пользоваться коробкой передач во избежание поломок и преждевременного износа.
- Стараться двигаться преимущественно на прямой передаче, при техническом наличии её на автомобиле, так как при этом путь крутящего момента получается наиболее коротким, и в его передаче не задействованы лишние шестерни (момент передают только первичный и вторичный валы, которые на прямой передаче соединяются в одно целое; при этом шестерни промежуточного вала, естественно, продолжают вращаться, но крутящего момента не передают), что увеличивает КПД трансмиссии и уменьшает износ;
- Переключение передач производить согласно приведённым в инструкции к автомобилю значениям максимальной и минимальной скорости на каждой передаче;
- Включение задней передачи при движении автомобиля вперёд, даже на небольшой скорости, категорически недопустимо .
- Не следует допускать длительной езды на скорости выше 20 км/ч с выжатым сцеплением, особенно на заднеприводных автомобилях, где это может привести к быстрому износу выжимного подшипника сцепления; нажимать педаль сцепления следует резко, а отпускать - плавно, но не допуская пробуксовки и не трогая акселератор, что значительно ускоряет износ;
- Недопустимо на скользкой дороге двигаться с выключенным сцеплением или коробкой передач на нейтральной передаче;
- Следует применять приём торможения двигателем - совместно с торможением автомобиля производится поочередное переключение передач с высшей ступени на низшую. При этом происходит более эффективная остановка автомобиля тормозом и двигателем.
- Недопустимо переключать передачи в поворотах, так как это может привести к заносу; до начала поворота следует перейти на низшую передачу, а по мере его прохождения - слегка нажать на педаль акселератора.
- Для облегчения работы синхронизаторов следует:
- После использования наката при движении под уклон, в конце его необходимо делать «перегазовку» во избежание преждевременного износа сцепления и коробки переключения передач. Это нужно для того, чтобы уравнять обороты вращения колес с оборотами вращения коленчатого вала двигателя, который в это время работает на холостом ходу. Надо выжать педаль сцепления, довести газом обороты двигателя до предполагаемых для комбинации текущей скорости и предполагаемой передачи и включить эту повышенную передачу. К примеру, после съезда с горки накатом скорость автомобиля 60 км/ч; нужно прикинуть, какая передача лучше всего подойдет для этой скорости, например, 4-я передача, а затем - какие обороты разовьёт двигатель на 4-й передаче на скорости 60 км/ч (примерно 2000 об/мин), и «перегазовать» двигатель до этих оборотов (опытный водитель делает это «на глазок», на уровне автоматизма).
- Необходимо постоянно проверять уровень масла в картере МКПП и своевременно производить его замену, так как при длительной работе в КПП масло превращается в абразив за счёт повышения содержания частичек металла, неизбежно отделяющихся от шестерён в процессе их естественного износа, что, в свою очередь, значительно ускоряет износ;
- На автомобилях иностранного производства соблюдайте указанную в инструкции марку смазочного масла. Некоторые МКПП зарубежных автомобилей требуют специальных материалов, например, гипоидного масла или ATF.
Преимущества и недостатки
Преимущества
- Наименьшая по сравнению с иными типами КПП цена.
- Намного меньшая в сравнении с гидромеханической трансмиссией масса.
- Высокий КПД по сравнению с гидромеханической трансмиссией.
- Обычно не требует отдельной системы охлаждения, как АКПП .
- Несмотря на немалый прогресс в области конструирования АКПП , на сегодняшний день средний автомобиль с АКПП при прочих равных уступает автомобилю с МКПП по топливной экономичности и динамике разгона.
- Относительная простота и отработанность конструкции.
- Достаточно высокая надёжность (срок службы самой МКПП без ремонта сравним со сроком службы автомобиля в целом, только сцепление требует относительно частой замены).
- Большинство моделей не требуют дефицитных или специфических расходных материалов, частого обслуживания.
- У автомобилей с МКПП шире набор специальных техник вождения, опытный водитель может более эффективно использовать такой автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью.
- Автомобиль с МКПП легко пускается «с толкача», может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
- МКПП, в отличие от гидромеханической АКПП , допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии.
Недостатки
- Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках.
- Более сложное относительно АКПП управление автомобилем, необходимость наличия специфического навыка для достижения плавного переключения передач без рывков.
- Переключение передач сопряжено со временным разобщением двигателя и трансмиссии, что увеличивает время переключения.
- Как и у любой ступенчатой КПП, невозможность плавного изменения передаточного отношения при разумном количестве ступеней, в отличие от
Тем не менее, на грузовиках, спортивных автомобилях и автомобилях со спортивным имиджем почти всегда устанавливаются МКПП. Грузовые автомобили и «жёсткие» внедорожники также, как правило, имеют механические коробки передач.
Полуавтоматические КПП
На протяжении истории автостроения создавалось немалое число конструкций трансмиссий, которые можно описать под общим термином «полуавтоматические». Общим у них является то, что водитель избавлен от части операций, которые он должен был бы выполнять при управлении автомобилем с чисто-механической трансмиссией.
Здесь не будут упоминаться трансмиссии начального периода автомобилестроения (до двадцатых годов XX века), так как в те годы ещё не было устоявшегося, общепринятого устройства МКПП, которое можно взять за «отправную точку» (например, на Ford T не было сцепления, коробка передач была планетарной и управлялась двумя педалями и рычагом).
Гидроэлектромеханические трансмиссии с ручным переключением
Первый массово использовавшийся тип полуавтоматической трансмиссии был создан фирмой Chrysler в 1930-х годах и широко использовалась на её автомобилях вплоть до 1950-х годов.
Он нёс обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения - Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения - Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представлял собой комбинацию трёх агрегатов - гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включаещегося овердрайва. Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:
- Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона).
- Механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона - нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи.
- Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.
Переключение передач производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКПП - хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.
Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть, на второй передаче двухступенчатой МКПП и третьей передаче трансмиссии в целом - высокий крутящий момент шести- и восьмицилиндровых двигателей «Крайслеров» это вполне позволял.
На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона «Low», то есть, с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели трансмиссии) происходило переключение на вторую передачу за счёт происходящего автоматически включения овердрайва (сама МКПП оставалась при этом на первой передаче).
При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи) - она имела общее передаточное отношение 1:1.
Перебрать все имеющиеся четыре передачи при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой.
Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.
Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКПП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.
Эта трансмиссия ставилась с завода или была доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации «Крайслер» 1940-х - начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой трансмиссии PowerFlite, позднее трёхступеначтой TorqueFlite, полуавтоматические трансмиссии семейства Fluid-Drive были сняты с производства, так как мешали продажам полностью автоматических трансмиссий. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они был доступны на самой дешёвой марке корпорации - «Плимуте».
Фактически, такая трансмиссия стала переходным звеном от МКПП к гидродинамическим АКПП и служила для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.
Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая - объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.
Механические трансмиссии с автоматическим сцеплением
Конструктивно не отличаются от обычных МКПП, но привод сцепления осуществляется автоматически, обычно, пневмо- или гидроэлектрической системой. Переключение передач производилось водителем вручную, педаль сцепления обычно отсутствовала.
Улучшенные версии таких систем предлагаются и в настоящее время (см. ниже) .
Новые разработки
Промежуточное звено между АКПП и МКПП - так называемая «роботизированная» МКПП . В простейшем случае роботизированная коробка представляет собой обыкновенную МКПП , управляемую электронным блоком управления при помощи сервоприводов вместо традиционной ручки. Сцепление управляется той же автоматикой. Это придает МКПП свойства АКПП , однако переключения передач, как и в обычной МКПП , занимает некоторое время. Это приводит к замедлению разгона и создаёт характерные для МКПП «рывки» при переключении передач.
Развитие технологий позволяет значительно ускорить переключение передач в МКПП и свести рывки к минимуму. При этом роботизированная коробка перестает быть обычной МКПП, управляемой электроникой и приводами, а проектируется особым образом. Самые лучшие роботизированные МКПП от Ferrari позволяют переключать передачи с задержкой не более 60 мс, а МКПП DSG (Direct Shift Gearbox - МКПП с прямым переключением передач), устанавливаемая на автомобили концерна Volkswagen , переключает передачи с задержкой не более 8 мс. Эти коробки передач позволяют достичь высокой скорости разгона, но изначально из-за высокой цены и сложности они получили распространение только на спортивных автомобилях. В настоящее время Vokswagen Golf, оснащённый 7-ступенчатой коробкой передач DSG, расходует примерно на 20% топлива меньше, чем оснащённый обычной механикой.
Значительно улучшились за последнее время системы смазки МКПП. Современные механические коробки передач зачастую имеют систему смазки под давлением, иногда - объединённую с системой смазки двигателя. Это позволяет значительно повысить ресурс МКПП по сравнению с традиционной системой смазки за счёт находящегося в картере масла, обеспечить хорошее охлаждение (что стало насущной проблемой в связи с увеличением скоростей движения) за счёт постоянного круговорота смазывающего масла. Многие современные МКПП используют для смазки ATF, то есть масло для АКПП Википедия
Зубчатое колесо - Запрос «шестерня» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Зубчатые колёса Зубчатое колесо, шестерня основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндри … Википедия
Зубчатые колеса
Зубчатые колёса - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия
Шестеренка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия
Шестерня - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия
Шестерёнка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия
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.