Коробка передач. Сравнение трансмиссий, плюсы и минусы

Что такое коробка передач (трансмиссия) и для чего она нужна.

                Коробка переключения передач является неотъемлемой частью любого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Назначение коробки передач — это передача и преобразование крутящего момента с двигателя на колеса, а так же осуществление отбора мощности на привода других агрегатов и дополнительного оборудования. Этот процесс позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а так же движение задним ходом. Более того коробка помогает разъединять коленчатый вал двигателя от ведущих колес, что обеспечивает холостой ход автомобиля или его полную остановку.

Нужно отметить, что коробки передач получили распространение не только в транспортных средствах. Широко применяют коробки переключения в промышленных механизмах, станках на производстве.

С момента появления автомобилей на дорогах производители совершенствовали не только двигатели, но и коробки переключения передач. Развитие данного направления привело к появлению современных автомобилей с разными видами трансмиссий.

Виды трансмиссий

Более чем столетняя история развития автомобилестроения принесла в современный мир не только экологичные и мощные двигатели, но и усовершенствованные коробки переключения передач. На сегодняшний день на автомобили устанавливаются четыре основных типа коробок переключения передач:

1.       Механическая коробка переключения передач

2.       Автоматическая коробка переключения передач

3.       Роботизированная коробка переключения передач

4.       Вариативная (бесступенчатая) коробка переключения передач

Разберем подробнее каждый тип коробки.

Механическая коробка передач (Механика, МКПП)

                Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.

История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.

Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.

Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.

Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.

Плюсы МКПП:

·      Простая и надежная конструкция

·      Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья

·      Движение в экономичном режиме

·      Недорогое обслуживание

Минусы МКПП:

·      Неудобство управления в сложном городском режиме

Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)

Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.

Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.

Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента — это планетарный редуктор и гидравлическая система управления.

Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.

Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.

Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.

Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.

Плюсы АКПП:

·         Комфорт и удобство управления

·         Способность менять передачи при полной мощности двигателя

·         Плавность хода во время переключения передач

·         Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи

Минусы АКПП:

·      Стоимость и периодичность обслуживания

·      Больший расход топлива

·      Низкий КПД

·      Меньшая динамика автомобиля

Роботизированные коробки передач (Роботы)

Роботизированная коробка передач — это логическое продолжение развития механической коробки. Робот это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической кпп и удобство автомата.

Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.

В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.

Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.

Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.

В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:

·   С мокрым сцеплением — используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.

·   С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.

Плюсы Робота:

·         Плавность переключения и хода

·         Высокий КПД

·         Экономичный расход топлива

·         Высокая динамика

·         Возможность выбора режима работы трансмиссии

Минусы Робота:

·         Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника

·         Стоимость обслуживания и ремонта

·         Чувствительность к тяжелым дорожным условиям

Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)

Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.

К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.

Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя. Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.

Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.

Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT — это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму. Принцип работы заключается в следующем — сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.

Плюсы Вариатора:

·         Переключение передач происходит незаметно, без рывков

·         Экономичный расход топлива

·         Высокая динамика

Минусы Вариатора:

·         Несовместимость с мощными моторами

·         Стоимость обслуживания и ремонта

·         Большое количество датчиков влияющих на работу CVT

·         Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке

Итог.

Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.

принцип работы, плюсы и минусы

22.06.2017

Наряду со всеми современными типами двигателя и коробки передач, все еще выгодно выделяется простота механики. Она обладает определенным набором как преимуществ, так и недостатков, а также заслуживает особого внимания наряду как с давно привычным автоматом, так и более современными — бесступенчатой и роботизированной КПП.

Механическая коробка передач: простота и надежность

Устройство механической коробки передач весьма простое, поэтому авто с МКПП имеют цену ниже, чем другие. Она состоит из:

• Картера, содержащего основные части КПП, и прикреплен к другому картеру — сцепления, который непосредственно крепится непосредственно к двигателю. Для правильной работы картер на половину заливают трансмиссионным маслом. Периодичность замены масла в МКПП зависит от частоты эксплуатации автомобиля, а также от его состояния.
• Вращающихся валов КП.
• Синхронизаторов, обеспечивающие плавное и комфортное переключение передач.
• Механизма переключения передач, управляемый рычагом в салоне автомобиля.

Все части механической коробки передач должны быть исправными, и обеспечивать удобное, плавное и комфортное переключение скоростей.

Разница между АКПП и МКПП

Основным отличием АКПП и МКПП является управление, его принципы, достоинства и недостатки. Кроме того, у этих двух вариантов коробок есть и другие различия, касающиеся технических характеристик и удобства эксплуатации авто.

Основные отличия:

• Механическая КПП имеет легкий вес, простую конструкцию, за счет чего обеспечивается простота в обслуживании и ремонте. АКПП напротив — отличается внушительным весом, а также сложностью сервиса.
• Принцип работы механической коробки передач и собственно самого «автомата».
• Механическая коробка передач заводится без аккумулятора. Данный способ непрост, но в экстренных ситуациях может выручить водителя. «Автомат» же полностью зависит от электричества.
• Сложность управления машин с механическими коробками передач часто отпугивают начинающих водителей, поэтому они отдают предпочтение АКПП.
• Авто с механической коробкой переключения передач экономнее «автоматов». Они в среднем расходуют на 10% меньше топлива.

Как показывает практика, принцип работы механической коробки передач, а также сложность управления заставляют отказываться от МКПП не только новичков, но и опытных водителей.

МКПП: преимущества и недостатки

Как и все устройства, механическая коробка передач отличается достоинствами и недостатками.

К достоинствам относятся:

• простота устройства, обслуживания и ремонта как всей коробки, так и ее деталей;
• длительный срок эксплуатации;
• экономия топлива;
• высокий кпд;
• быстрое увеличение оборотов двигателя;
• легкий вес;
• возможность запуска двигателя без аккумулятора;
• буксировка авто на любые расстояния.

Автомобили с «механикой» имеют ряд преимуществ, которые ценятся многими опытными водителями.

К недостаткам механической коробки передач относятся:

• сам принцип работы и управления представляет особую сложность для новичков, а также является фактором риска повреждения сцепления;
• угроза перегрузки мотора при неправильном использовании КПП и некорректном переключении передач;
• большой промежуток времени, необходимый для переключения с одной передачи на другую;
• дискомфорт и усталость от частого использования.

В большинстве случаев автомобили с «механикой» выбирают опытные водители, которые знают принципы управления данным вариантом коробки передач. Они отлично знают, на каком пробеге менять масло в МКПП, а также с легкостью справляются с регулярным переключением передач в режиме сложного городского движения.

Автомобили с МКПП

Для многих водителей, которые хотят привычную «механику» часто встает вопрос — можно ли поменять АКПП на МКПП? Ответ здесь неоднозначен, так как многие автоконцерны не выпускают модели с МКПП уже достаточно давно. Поэтому заменить комплектацию вряд ли получится, так как найти нужные детали будет попросту невозможно из-за отсутствия их производства. Именно поэтому всем любителям привычной «механики» лучше заранее позаботиться о покупке авто с МКПП.

Автосалон ДОЛАВТО предлагает широкий выбор авто с механической КПП. У нас можно найти китайские автомобили с МКПП, причем это будут не только устаревшие модели. Многие современные «китайцы» в комплектации Basic и Comfort имеют именно МКПП. Мы предлагаем выгодную покупку современного авто, которое будет полностью соответствовать всем пожеланиям водителя.

принцип работы КПП DAF, схема переключения

Эффективность транспортировок различных грузов зависит от множества факторов (габариты фуры, маршрут, оптимизация загрузки, опыт исполнителей), но одним из самых главных является исправность и надежность всех механических узлов, в особенности силовой установки и коробки передач.

КПП DAF, производимые ZF Friedrichshafen AG (AS Tronic) или непосредственно DAF, отличаются высоким качеством сборки, компактностью, отличной ремонтопригодностью, малым весом, а также, благодаря регулярному совершенствованию узлов, прогрессивной эффективностью. Такие сложные устройства обладают разными алгоритмами работы и определенными особенностями.

Устройство и принцип работы КПП ДАФ

Современные трансмиссии, применяемые в грузовиках ДАФ:

• механические – 16 скоростей с системой прямого привода;
• автоматизированные – 12 или 16 передач с функцией передачи мощности на гипоидный задний мост, оснащенный механизмом блокировки дифференциала.

Некоторые модели, такие как пятипозиционная гидромеханическая МКПП, могут быть изготовлены на заказ. Хоть многие и предпочитают вручную управлять трансмиссией тягача, при нынешней плотности движения автоматические модели становятся все более выгодными. Переключение скоростей КПП ДАФ по схеме: пневматические переключающие цилиндры, управляемые соленоидами, приводят в действие вилки, при помощи которых задействуются кулисы.

АКПП DAF могут дополняться коробками отбора мощности, которые передают крутящий момент на привод дополнительного оборудования, интардерами, позволяющими замедлять автомобиль без использования тормозов, сервошифтом, синхронизированными демультипликатором и делителем для обеспечения пониженного или повышенного ряда передач, картером сцепления, а также устройствами, позволяющими использовать автомат как механику.

Коробка передач DAF AS Tronic использует комбинацию автоматического сухого сцепления и электронно-пневматической коробки с кулачковыми муфтами. Конструкция состоит из главного узла, группы исполнительных механизмов, рычага, модуля расширения, переключателя режимов движения, а также дисплея для отображения всех функций. В зависимости от количества передач блок может быть трех- или четырехступенчатым.

Основные особенности эксплуатации

Такие прогрессивные узлы включают в себя несколько датчиков для контроля над различными процессами и оптимизации работы трансмиссии:

• датчик давления;
• сенсор перемещения;
• датчик оборотов коленчатого и первичного вала.

Схема переключения передач ДАФ представлена двойным H либо каскадным. Переключатель (тумблер), расположенный на рычаге, позволяет выбирать быструю или медленную группу переднего делителя. Планетарные механизмы исключают деформацию валов.

Современные роботизированные 12-ступенчатые коробки передач ДАФ 105 XF обладают специальной системой, которая облегчает начало движения в гору после остановки ТС, а некоторые модели имеют 2 промежуточных вала. Синхронизация осуществляется через трансмиссионный тормоз и управление ДВС. Оперативное и легкое переключение передач на ДАФ 95 и других моделях обусловлено наличием пневматического усилителя.

Несмотря на совершенствование конструкций, во время эксплуатации детали любых коробок передач неизбежно подвергаются износу, а самые лучшие модели помимо достоинств наделены и некоторыми недостатками.

Плюсы и минусы КПП на DAF 95 и 105

Преимущества:

• оптимальный подбор передач и существенная экономия топлива;
• дополнительная защита от поломок и подгорания сцепления;
• пониженная шумность функционирования и плавность начала движения;
• удобство и простота эксплуатации в тяжелых условиях;
• складной селектор;
• длительный ресурс сцепления.

Недостатки:

• проблемы с датчиками выходного вала;
• чувствительность к качеству воздуха;
• сложность диагностики и ремонта.

Коробки ZF заправляются специальным маслом уникальной разработки для всесезонной эксплуатации. Оптимально подобранный состав смазывающей жидкости позволяет значительно увеличивать интервал замены при езде на дальние дистанции и/или при транспортировке грузов в тяжелых климатических условиях.

Возможные проблемы и их решение

Прогрессивная электроника способна информировать водителя о неисправностях различными диагностическими кодами. Ошибки трансмиссии ДАФ выводятся на желтом (некритичные неисправности) или красном фоне (опасные поломки).

Все неисправности узла можно разделить на 4 группы:

• электронные;
• механические;
• антифрикционные;
• пневматические.

Проблемы устраняются путем дефектовки или замены деталей, промывки и очистки элементов корпуса, а также замены масла. После внесения изменений в конструкцию АКПП важно корректировать и электронный блок управления. Использование современного оборудования позволяет оперативно осуществлять диагностику, демонтаж, разборку, сборку и установку сложного узла.

При всех нововведениях и инновационных технологиях рекомендации по обслуживанию коробок переключения передач ДАФ во многом остаются стандартными: своевременно менять масло, проверять работу радиатора, не допускать длительную буксировку, избегать агрессивной езды, прогревать трансмиссию и не включать режим парковки во время движения.

Коробка передач в автомобиле

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 4.7k.

Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).

На данный момент существует четыре основных типа коробки:

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Роботизированная коробка передач («робот») – это обычная «механика», в которой функции включения и выключения сцепления, переключения скоростей полностью автоматизированы. Управление данными процессами осуществляется специальными сервоприводами, которые контролируется электроникой.

Автоматическая КПП («коробка-автомат», АКПП) включает в себя гидротрансформатор, который заменяет сцепление и обеспечивает функцию регулирования крутящего момента, и механическую коробку передач (чаще всего, планетарный редуктор).

Вариатор – это бесступенчатая коробка передач, в которой используется гидравлический или механический принцип работы при преобразовании крутящего момента. Для вариатора, вообще, не существует понятия «передача»; он выдает их бесчисленное множество.

В настоящий момент и вариатор, и «робот», и «автомат» объединяют одним понятием — автоматическая коробка передач, которая в споре с «механикой» начинает постепенно одерживать верх. Однако до сих пор самой популярной остается МКПП. Это обусловлено следующими факторами:

1. максимальной простотой конструкции;
2. надежностью деталей и узлов к механическому воздействию и перегрузкам;
3. относительной дешевизной обслуживания и ремонта (даже капитального).

Благодаря данным качествам, механическая КПП – это самый распространенный тип коробки передач. Поэтому, не зря, современные автоматические АКПП снабжают функцией ручного переключения передач (например, типтроник).

Основные виды МКПП

Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.

«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.

Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:

1. четырехступенчатые;
2. пятиступенчатые;
3. шестиступенчатые и более.

Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».

Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).

Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы

Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:

1. первичный (или ведущий) вал;
2. блок шестерен первичного вала;
3. вторичный (или ведомый) вал;
4. блок шестерен вторичного вала;
5. механизм переключения передач;
6. муфты синхронизаторов;
7. картер;
8. главную передачу;
9. дифференциал.

Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.

Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.

Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.

Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.

Основные неисправности МКПП

Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.

1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.

2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.

3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:

• шум при работе коробки;
• шум при работе только одной конкретной передачи;
• шум коробки при нейтральном положении рычага управления.

Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.

4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.

Основы эксплуатация и обслуживания МКПП

При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.

В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки, которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.

Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов, и валов с шестернями.

И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

Механическая коробка передач (МКПП)

Механическая коробка передач (МКПП) представляет собой набор шестерен, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения.

Преимущества:

• Наименьшая по сравнению с другими типами КПП стоимость и масса;
• Высокие КПД, топливная экономичность и динамика разгона;
• Простота и отработанность конструкции, а следовательно – высокая надежность;
• Не требуют дорогостоящих расходных материалов, просты в обслуживании;
• Благодаря жесткой связи двигателя с ведущими колесами, водитель может более эффективно использовать автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью;
• МКПП допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии, поэтому такой автомобиль легко пускается «с толкача» и может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.

Недостатки:

• Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках, необходимость навыка для правильного выбора передачи и плавного переключения передач без рывков;
• Ступенчатое изменение передаточного отношения;
• Малый ресурс сцепления.

Ступенчатые механические коробки передач выполняются по двум схемам: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных и заднемоторных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы этих коробок передач имеют различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Содержание статьи

Трехвальная коробка передач

Трехвальная коробка передач

Как следует из названия, такая коробка имеет три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.

Ведущий вал соединяется со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Далее крутящий момент передается через шестерню, находящуюся на валу в жестком зацеплении, на промежуточный вал.

Промежуточный вал расположен параллельно ведущему валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Такое расположение осуществляется за счет подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и свободно вращается на нем. Между шестернями ведомого вала располагаются муфты синхронизаторов. Муфты имеют жесткое зацепление с ведомым валом, но могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На торцах муфты имеют зубчатые венцы, которые могут входить в соединение с соответствующими зубчатыми венцами шестерен ведомого вала. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах (кроме заднего хода).

Шестерня ведущего вала, блок шестерен промежуточного и ведомого вала находятся в постоянном зацеплении. При нейтральном положении рычага переключения крутящий момент от двигателя на ведомый вал не передается, а его шестерни свободно вращаются. При перемещении рычага КПП, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора, который обеспечивает выравнивание (синхронизацию) угловых скоростей шестерни ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

После этого, зубчатый венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Ведомый вал передает крутящий момент от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом. При соединении синхронизатором первичного и вторичного валов (минуя шестерни) образуется прямая передача. Передаточное число прямой передачи равно единице. На прямой передаче шестерни вращаются вхолостую и не изнашиваются, коробка работает с максимальным КПД.

Движение задним ходом обеспечивается за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси. Шестерни трехвальной коробки передач обычно (кроме первой передачи и передачи заднего хода) делают косозубыми. Такие шестерни обладают повышенной прочностью, более долговечны и бесшумнее в работе, чем прямозубые.

Двухвальная коробка передач

Двухвальная коробка передач

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен, а не одна шестерня, как в трехвальной коробке. Промежуточный вал отсутствует. Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Однако прямой передачи в двухвальной коробке нет. Каждая передача, кроме заднего хода, создается одной парой шестерен, а не двумя, как в трехвальной коробке. Это повышает КПД двухвальной коробки, но не позволяет добиться большого передаточного числа. Поэтому и применяется она только в легковых автомобилях.

Как работает синхронизатор

Устройство и работа синхронизатора коробки передач

Синхронизатор служит для бесшумного переключения передач путем выравнивания угловых скоростей включаемых элементов. Он состоит из ступицы 1, муфты 2, двух блокировочных колец 3, трех сухарей 4, двух проволочных колец 5. Ступица устанавливается на шлицах вторичного вала и жестко фиксируется. На ступице нарезаны наружные зубья и пазы под сухари.

Муфта расположена на зубьях ступицы и в среднем положении удерживается сухарями, выступы которых входят во внутреннюю кольцевую канавку муфты. Сухари прижимаются к муфте упругими кольцами (как вариант, вместо колец могут использоваться подпружиненные шарики). Бронзовые блокировочные кольца имеют наружные зубья со скосами и впадины под сухари; ширина впадин несколько больше ширины сухарей. Кольцо может провернуться относительно ступицы на величину разницы ширины паза кольца и ширины сухаря. Для увеличения сил трения на конической поверхности кольца нарезана резьба и выполнены продольные канавки.

Работает синхронизатор следующим образом. При включении передачи вилка переключения перемещает муфту в направлении шестерни включаемой передачи. При перемещении муфты усилие через сухари передается на одно из блокировочных колец, которое вместе с муфтой перемещается относительно ступицы в сторону включаемой шестерни до соприкосновения с ее конической поверхностью.

Вследствие разности угловых скоростей включаемой шестерни и ведомого вала на конических поверхностях возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора его в сухари. При этом зубья блокировочного кольца станут напротив зубьев муфты и дальнейшее перемещение муфты становится невозможным. После выравнивания угловых скоростей шестерни и синхронизатора сила, сместившая блокировочное кольцо, исчезает; под действием усилия водителя оно вернется в первоначальное положение, чему способствуют скосы на зубьях муфты и кольца.

После этого муфта свободно проходит между зубьями блокировочного кольца и соединяется с зубьями малого венца включаемой шестерни. При этом гребни сухарей выходят из кольцевой проточки муфты, а сухари утапливаются, преодолевая упругую силу кольцевых пружин. Шестерня жестко соединяется со вторичным валом, передача включается. Весь процесс занимает время порядка милисекунд. С помощью одного синхронизатора можно поочередно включать две передачи в коробке.

Механизм переключения

Конструкция механизма переключения передач зависит от конструкции автомобиля. В заднеприводных рычаг располагается непосредственно на корпусе коробки передач. В этом случае весь механизм переключения расположен внутри корпуса коробки и рычаг напрямую воздействует на него.

Плюсы такой схемы – простота, более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток – такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях. В этом случае применяется иная схема механизма переключения: рычаг располагается дистанционно (напольно, на рулевой колонке или на панели приборов) и связан с коробкой передач при помощи расположенных вне ее корпуса тросов либо тяг (называемых обычно «кулисой»).

Плюсы такого решения — удобное расположение рычага КПП, отсутствие его вибрации и практически полная свобода в компоновке автомобиля. Однако, дистанционный привод менее долговечен и со временем допускает разбалтывание, что требует его регулировки или замены. Кроме того, чёткость переключения передач с таким механизмом переключения хуже, чем при непосредственном расположении рычага на корпусе КПП.

Несмотря на различия в конструкции привода включения передач, механизм включения в большинстве коробок передач имеет одинаковое устройство. Он состоит из подвижных штоков 1, расположенных в крышке коробки передач, и закрепленных на каждом штоке вилок 2. Вилки своими концами входят в пазы муфт синхронизаторов, а вилка включения заднего хода – в кольцевую проточку шестерни заднего хода. Также в любой коробке передач предусмотрены устройства, предохраняющие от неполного включения, самовыключения передачи и одновременного включения двух передач.

КПП с непосредственным приводом включения передач

При расположении рычага переключения 3 непосредственно на корпусе коробки передач его нижний конец входит в пазы головок подвижных штоков. Поперечное перемещение рычага, находящегося в нейтральном положении, приводит к выбору необходимого штока (передачи), а продольное – вызывает смещение штока, закрепленной на нем вилки и включение требуемой передачи.

Для удержания штока в нейтральном или включенном положении в нем выполнены гнезда, к которым поджимается пружиной шарик фиксатора. Штоки имеют по три гнезда под шарик фиксатора: среднее служит для удержания штока в нейтральном положении, а крайние — для фиксации одной из включенной передач. Шток вилки включения заднего хода имеет два гнезда: одно для фиксации штока в нейтральном положении, другое — во включенном положении передачи заднего хода.

Чтобы исключить одновременное включение двух передач, в приводе имеется замковое устройство. Один из вариантов его конструкции – три блокировочных сухаря 4. Два крайних сухаря установлены в отверстия задней стенки картера, а средний — в отверстии среднего штока.

У штоков имеются гнезда для сухарей. При перемещении одного из крайних штоков он выдавливает из своего гнезда сухарь, который, перемещаясь, входит в гнездо среднего штока и одновременно сдвигает два других сухаря, блокируя и второй крайний шток. При перемещении среднего штока, он прижимает два крайних сухаря в гнезда крайних штоков. Тем самым неподвижные штоки оказываются в запертом положении.

КПП с дистанционным приводом включения передач

Если рычаг коробки передач располагается дистанционно, то, как уже упоминалось, он соединяется с коробкой с помощью тросов или тяг 1, которые через шток выбора передач 2 воздействуют на механизм выбора передач 3. На конце штока выбора передач крепится двуплечий рычаг 4, который при перемещении штока поворачивает трехплечий рычаг 5 механизма выбора передач.

Трехплечий рычаг перемещает шток выбранной передачи с закрепленной на нем вилкой. Одно плечо трехплечего рычага служит для включения передач переднего хода, другое для включения заднего хода, а на третье плечо действует рычаг штока выбора передач. Блокировочные скобы 6 предназначены для предотвращения одновременного включения двух передач. Механизм включения передач состоит из штоков, вилок и шариковых фиксаторов.

Уход и эксплуатация

При эксплуатации коробки передач необходимо следить за уровнем масла в картере и доливать его в случае необходимости. Полная замена масла производится в сроки, указанные в инструкции по эксплуатации автомобиля. При грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в картере коробки, она не напоминает о себе практически до конца срока службы автомобиля.

Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, то когда-нибудь обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями. Передачи надо переключать спокойным плавным движением, с небольшой паузой в нейтрали для того, чтобы сработали синхронизаторы.

Основные неисправности коробки передач:

• Подтекание масла может быть следствием повреждения уплотнительных прокладок, сальников и ослабления крепления крышек картера;
• Шум при работе коробки передач может возникнуть из-за неисправного синхронизатора, износа подшипников, шестерен и шлицевых соединений;
• Затрудненное включение передач может происходить из-за поломок деталей механизма переключения, износа синхронизаторов или шестерен;
• Самовыключение передач случается из-за неисправности блокировочного устройства, а также при сильном износе шестерен или синхронизаторов.

Принцип работы роботизированной коробки передач

Все давно привыкли к автоматизированным коробкам переключения передач на автомобилях, ведь их аналоги ставились еще на Ford T, но многих до сих пор пугает словосочетание «роботизированная коробка». Попробуем разобраться в ее устройстве.

Автор: Никита Новиков, редактор

19 октября 2017

Фото: www.cardoen.be

Для знакомства с роботизированной КПП необходимо вспомнить основы устройства обычной механической коробки передач. Главной составляющей МКПП являются 2 вала — первичный, на который и передается крутящий момент силовой установки, и вторичный, с которого преобразованный момент перераспределяется на колеса. На оба вала насажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Шестерни первичного вала закреплены на нем жестко, а на вторичном они свободно вращаются. В нейтральном положении ручки КПП все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно и крутящий момент на ведущую ось не поступает. При переключении передач выжатым сцеплением отсоединяется от зацепа с двигателем первичный вал, а переводом рычага КПП на вторичном валу перемещаются синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жестко блокирует на валу вторичную шестерню нужной передачи. После снятия ноги с педали сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом передается на вторичный вал, а далее и на главную передачу и колеса.

Принцип действия роботизированных коробок передач совпадает с принципом работы «механики». Только действия по смыканию/размыканию сцепления и выборому передач в данном типе коробок выполняют актуаторы. В большинстве случаев это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Управляет актуаторами электронный блок.

В автоматическом режиме команда на переключение передачи поступает от бортового компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других вспомогательных систем. А в ручном — от водитель при переключении селектора КПП или лепестков, расположеных под рулем.

Основная проблема роботизированных КПП — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует диски смыкаются и может контролировать скорость и плавность переключения. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колесам во время переключения.

Фото: www.motor-talk.de

Инновацией в автомобилестроение стала появившаяся в начале 1980 годов трансмиссия с 2 сцеплениями DCT — dual clutch transmission. К их числу можно отнести 6-ступенчатую коробку DSG концерна Volkswagen. У немецкого варианта 2 вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у 6-ступенчатой МКПП, устанавливаемой на Golf. Фокус в том, что первичных валов тоже два и они вставлены додин в другой по принципу матрешки и соединены с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни 2, 4 и 6 передач, на внутреннем — 1, 3, 5 и заднего хода. Электроника автоматически готовит следующую передачу и при необходимости моментально ее включает, одновременно с этим подготавливая следующую передачу на другом валу.

Смена передач происходит с минимальным по времени разрывом потока мощности и с невероятной скоростью. Серийная коробка Volkswagen Golf переключается за 8 мс, а для сравнения, на Ferrari Enzo — 150 мс!

Коробки с двойным сцеплением расходуют меньше топлива и быстрее меняют скорости по сравнению с традиционными механическими, при этом более комфортны, чем АКПП. К основным недостаткам можно отнести высокую цену. Другая проблема — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на 1000-сильном купе Bugatti Veyron. Но пока на большинство суперкаров устанавливаются «роботы».

Сегодня коробки DCT разработаны компаниями BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Данный тип признали даже конструкторы Porsche, которые применяют в своих моделях исключительно проверенные технологии. Эксперты считают, что в скором времени самыми распространенными трансмиссиями будут «роботы» DCT и вариаторы.

Механическая коробка переключения передач, устройство, принцип работы

Необходимость в механической коробке передач возникает из-за основного недостатка ДВС — агрегат работает при ограниченном диапазоне оборотов. МКПП обеспечивает оптимальный режим работы двигателя.

Конструктивные особенности

Рисунок 1. Две шестерни с различным числом зубьев в зацеплении.

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Принцип ее работы, если кратко, заключается в том, что шестерни зубчатого типа находящееся в корпусе коробки входят в поочередное зацепление в различных комбинациях. Таким образом, образовываются различные передачи, отличающиеся передаточным числом.

Сцепление обеспечивает временный разрыв передачи потока крутящего момента от двигателя к трансмиссии — это нужно для переключения передач.

Традиционная МКПП состоит из корпуса, который называется картером, валов, расположенных параллельно и шестерней, синхронизаторов.

Изменение числа оборотов при различных передачах можно объяснить на примере двух шестерней с различным числом зубьев (смотрите рисунок 1).Если поставить две шестерни в зацепление: у первой зубьев 20, а у второй 40, то при двух оборотах первой шестерни, вторая выполнит только один оборот. При такой ситуации передаточное число равно двум. Для чего оно нужно? От величины значения указанного числа зависит скорость раскручивания нужных оборотов мотором. ПЧ влияет на ускорение. Чем больше передаточное число, тем «мощнее» и «короче» будет передача. При этом максимальная скорость станет меньше, возникнет частая необходимость в смене передачи. Производители трансмиссий придерживаются средних значений ПЧ, создают многоступенчатые конструкции с определенной схемой переключения.

Рекомендуем посмотреть видео об устройстве механической трансмиссии:

Виды трансмиссии

Корпус механической трансмиссии выполняется из легкого, но очень прочного сплава, он герметичен и наполнен специальным маслом, которое позволяет поддерживать рабочие элементы агрегата в хорошем состоянии, даже при больших нагрузках.

Трехвальная механическая коробка передач

Трехвальные механические коробки состоят из таких валов:

• Первичного (ведущего), соединенного посредством сцепления с маховиком мотора.
• Вторичного (ведомого), имеющего жесткое соединение с карданным валом.
• Промежуточного. Его предназначение — передача вращения от первого вала ко второму.

Ведомый вал опирается на подшипник, находящийся в хвостовике первичного вала. Между ними нет жесткой связи, они выполняют вращение независимо друг от друга. На ведомом валу размещен блок шестерен. На первичном — расположена шестерня, находящаяся с ним в жестком закреплении. Промежуточный вал размещен параллельно первому валу, имеет блок шестерней жестко закрепленных на нем. Шестерни всех валов пребывают в постоянном зацеплении.

На ведомом валу между шестернями размещены синхронизаторы, предназначенные для бесшумного переключения передач, они выравнивают угловую скорость шестерни и вала. Синхронизатор позволяет поочередно включать две шестерни вторичного вала.

На корпусе коробки размещается механизм для переключения скоростей, он представлен в виде рычага управления и ползунов с вилками. Чтоб не произошло одновременное включение нескольких передач, этот механизм оборудован блокировкой. Если рычаг для переключения скорости размещен в кузове автомобиля, то используется механизм для дистанционного управления, он называется «кулисой».

Принцип работы указанной коробки состоит в том, что при переведении рычага управления определенная вилка выполняет перемещение муфты синхронизатора, который совмещает угловую скорость вала и шестерни, обеспечивая передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки. Задняя передача достигается при вращении вторичного вала в противоположную сторону. Достигается она при помощи дополнительной шестерни заднего хода. Она позволяет получить нечетное число пар шестерен: крутящий момент изменяет направление. Для лучшего понимания схемы переключения передач смотрите рисунок 2.

Рисунок 2. Переключение передач МКПП.

Устройство двухвальных коробок имеет ведущий и ведомый валы, расположенные параллельно. При помощи шестерни, размещенной на первичном валу, передается крутящий момент на шестерню вторичного, зафиксированную синхронизатором. Остальные процессы выполняются аналогично трехвальной МКПП. Достоинством двухвальных коробок есть компактность трансмиссии. Плюс они имеют лучший КПД из-за небольшого количества деталей. В указанной коробке отсутствует прямая передача, поэтому ее применяют для легких транспортных средств.

Преимущества и недостатки

Принцип действия и устройство механической коробки несложные, но при езде на оснащенном МКПП автомобилем водителю необходимы определенные навыки для правильного и плавного переключения скоростей. Этот факт является основным недостатком механики. Работать без рывков и провалов механическая коробка будет, если водитель выполняет своевременное переключение передач.

К преимуществам указанной трансмиссии относят:

1. Небольшая стоимость и высокая надежность агрегата.
2. Высокий КПД.
3. Простота обслуживания и ремонта.
4. Хорошая управляемость при экстремальных ситуациях.
5. Минимальный расход горючего.
6. Высокая динамика разгона.

Большинство неисправностей механических коробок переключения передач возникают при использовании водителем неправильной схемы переключения скоростей. Рычаг переключения передач необходимо переключать плавно, с выдержкой пауз в нейтральной позиции — это обеспечит своевременное срабатывание синхронизаторов, которые защищают шестерни от износа.

Базовая анатомия — Как работает механическая коробка передач

Когда был построен первый автомобиль, крошечный двигатель был подключен непосредственно к карданному валу. Это сработало, но Benz Patent Motorwagen предлагал медленную и резкую езду. Транспортное средство будет крениться вперед, как только будет задействован единственный приводной ремень, и скорость будет немного изменяться в зависимости от оборотов двигателя, но даже более быстрое движение может повредить двигатель. Тем не менее, поскольку двигатель был таким маленьким, это был приемлемый компромисс.

В конце концов, с разработкой более мощных двигателей, потребовалось несколько передаточных чисел, уменьшающих рывки при взлете и позволяющих более высокие скорости и даже передачу заднего хода. Кроме того, поскольку двигатель внутреннего сгорания является наиболее эффективным и наиболее мощным на разных скоростях, необходимо несколько передаточных чисел для извлечения наиболее полезной мощности или максимальной экономии топлива, в зависимости от требований водителя.

Benz Patent Motorwagen имел односкоростную механическую коробку передач без заднего хода, но большинство современных автомобилей с механической коробкой передач оснащены как минимум четырьмя или пятью передаточными числами переднего хода, а некоторые автомобили доступны с шестиступенчатой ​​и семиступенчатой ​​механической коробкой передач. .

Что такое механическая коробка передач?

По сути, механическая коробка передач — это коробка передач, которая позволяет водителю выбирать между различными передаточными числами для управления автомобилем. Более низкие передаточные числа обеспечивают больший крутящий момент, но меньшую скорость, в то время как более высокие передаточные числа обеспечивают меньший крутящий момент, но более высокую скорость. Различные передаточные числа часто называют «скоростями», поэтому «шестиступенчатая» механическая коробка передач имеет шесть передаточных чисел переднего хода.

В простейшем случае механическая коробка передач состоит из трех валов с постоянно зацепленными шестернями разных размеров.Входной вал соединяется с двигателем через муфту. Промежуточный вал постоянно находится в зацеплении с первичным валом и имеет несколько шестерен. Выходной вал соединяет промежуточный вал с приводным валом и, в конечном итоге, с колесами. В полноприводных и полноприводных автомобилях выходной вал сначала подключается к раздаточной коробке. Передача заднего хода обычно находится на четвертом валу для изменения направления.

Сами шестерни закреплены не на выходном валу, а на обгонной муфте. С другой стороны, стопорные кольца вращаются вместе с выходным валом , а могут сдвигаться или скользить вперед и назад для зацепления одной из шестерен.Вот почему мы называем это «переключением передач». В «нейтральном» режиме, когда передача не выбрана и сцепление выключено, входной и промежуточный валы вращаются, как и шестерни выходного вала, но выходной вал не движется, потому что ни одна из стопорных шайб не задействована.

Как работает механическая коробка передач?

Чтобы переключить передачу, например, выбрав первую передачу, водитель нажимает на сцепление, отключая первичный вал. Используя рычаг переключения передач, водитель выбирает первую передачу, и рычажный механизм перемещает вилку переключения, чтобы соединить стопорную втулку 1 -2 ^и с шестерней 1 , зафиксировав ее на выходном валу.Теперь, когда сцепление отпускается и входит в зацепление с входным валом, выходной вал поворачивается, потому что шестерня 1 ^st заблокирована на выходном валу стопорным кольцом.

По мере того, как водитель набирает скорость, выбор передачи 2 ^nd просто включал повторение процесса, но с перемещением рычага переключения передач на передачу 2 ^nd . Вал переключения перемещает вилку переключения, чтобы выключить передачу 1 и включить передачу 2 ^и . При отпускании сцепления входной вал снова включается, на этот раз мощность передается через 2 ^и шестерню.Переключение на передачу 3 ^{-й передачи} включает использование второго рычага переключения передач, вилки переключения и стопорного кольца, которое находится между передачами 3 ^{-й передачи} и 4 ^{-й передачи} .

Поскольку промежуточный вал и выходной вал вращаются с разной скоростью, переходя с 1 ^-й на 2 ^-ю передачу, попытка включить более высокую передачу, когда автомобиль движется медленнее, была бы похожа на попытку повернуть вал на двух разных скоростях, что невозможно. Кольца синхронизатора похожи на крошечные муфты, использующие трение для приведения стопорной втулки и шестерни к одной и той же скорости, после чего они легко зацепляются, и мощность может быть восстановлена.

Механическая коробка передач, базовое обслуживание

По сравнению с автоматической коробкой передач, механическая коробка передач проста в эксплуатации и техническом обслуживании, и, как известно, они способны преодолевать сотни тысяч миль. На самом деле, единственное, что нужно механической коробке передач, — это периодическая замена трансмиссионного масла — обычно каждые 30 000-60 000 миль, в зависимости от условий и привычек водителя. Если вы водите рабочий грузовик, гоночный автомобиль или просто агрессивный водитель, вам может потребоваться замена трансмиссионного масла в механической коробке передач каждые 15 000 миль.Поскольку механические коробки передач не нагреваются так сильно, трансмиссионное масло не разлагается, но оно собирает частицы с шестерен, подшипников и синхронизаторов. Поскольку в механических коробках передач нет фильтров, некоторые из этих частиц просто плавают, застревая в других местах и ​​вызывая износ.

Ответственное вождение — лучший способ продлить срок службы сцепления и механической коробки передач. Если вы не взлетаете с холма, не ездите на сцеплении. Когда вы ставите ногу на сцепление, она изнашивает пальцы выключения сцепления и выжимной подшипник.При замедлении полностью включите и выключите сцепление для переключения на пониженную передачу. Езда на сцеплении только нагревает его и изнашивает. Чтобы сцепление прослужило еще дольше, научитесь согласовывать обороты при переключении на пониженную передачу. Это требует практики, но небольшое увеличение оборотов двигателя при включении сцепления на более низкой передаче снижает толчки переключения во всей трансмиссии, и все, от втулок до сцепления и трансмиссии, прослужит дольше.

Шиномонтажный и автоцентр Dobbs знает механическую коробку передач

Пока существуют механические трансмиссии, а мы предполагаем, что в ближайшие десятилетия вам придется рассчитывать на таких профессионалов, как Dobbs Tire & Auto Centres, которые остаются в штате.Если вам требуется базовое обслуживание или у вас возникли проблемы, остановитесь или позвоните в один из 42 наших офисов в районе Сент-Луиса. Воспользуйтесь нашим опытом.

Как работает механическая коробка передач в транспортных средствах

Добро пожаловать в Gearhead 101 — серию статей об основах работы автомобилей для новичков в автомобилестроении.

Поскольку вы читаете «Искусство мужественности», вы знаете, как управлять рычагом переключения передач. Но знаете ли вы, что происходит под капотом, когда вы переключаете передачи?

Нет?

Что ж, сегодня ваш счастливый день!

В этом выпуске Gearhead 101 мы рассмотрим все тонкости работы механической коробки передач.К тому времени, когда вы дочитаете эту статью, вы должны иметь общее представление об этой важной части трансмиссии вашего автомобиля.

Засучим рукава и приступим.

Примечание. Прежде чем вы прочитаете, как работает трансмиссия, я настоятельно рекомендую ознакомиться с нашими Gearhead 101, касающимися двигателей и трансмиссий.

Что делают трансмиссии

Прежде чем мы углубимся в особенности того, как работает механическая коробка передач, давайте поговорим о том, что делают трансмиссии в целом.

Как уже говорилось в нашем учебнике о том, как работает автомобильный двигатель, двигатель вашего транспортного средства создает вращательную силу. Чтобы сдвинуть машину с места, нам нужно передать эту крутящую силу на колеса. Это то, что делает трансмиссия автомобиля, частью которой является трансмиссия.

Но есть пара проблем с мощностью, производимой двигателем внутреннего сгорания. Во-первых, он обеспечивает полезную мощность или крутящий момент только в определенном диапазоне оборотов двигателя (этот диапазон называется диапазоном мощности двигателя).Езжайте слишком медленно или слишком быстро, и вы не получите оптимального крутящего момента для движения автомобиля. Во-вторых, автомобилям часто требуется больший или меньший крутящий момент, чем тот, который двигатель может оптимально обеспечить в пределах своего диапазона мощности.

Чтобы понять вторую проблему, вам необходимо разобраться в первой проблеме. И чтобы понять первую проблему, вам нужно понять разницу между двигателем с частотой вращения и крутящим моментом двигателя .

Частота вращения двигателя — это скорость вращения коленчатого вала двигателя.Это измеряется в оборотах в минуту (об / мин).

Крутящий момент двигателя — это крутящая сила, которую двигатель создает на валу при определенной скорости вращения.

Автомеханик привел эту замечательную аналогию, чтобы понять разницу между частотой вращения и крутящим моментом двигателя:

Представьте, что вы двигатель и пытаетесь вбить гвоздь в стену:

Скорость = Сколько раз вы ударяете по шляпке гвоздя в минуту.

Крутящий момент = С какой силой вы каждый раз попадаете в точку.

Вспомните, когда вы в последний раз забивали гвозди. Если вы забивали очень быстро, вы, вероятно, заметили, что не ударяли по гвоздю с большой силой. Более того, вы, наверное, измотали себя из-за столь безумных раскачиваний.

И наоборот, если вы не торопились между каждым взмахом, но удостоверились, что каждое сделанное вами движение было как можно более сложным, вы вбили бы гвоздь с меньшим количеством движений, но это может занять у вас немного больше времени, потому что вы ‘ Вы не качаетесь в постоянном темпе.

В идеале, вы должны найти такой темп ударов молотком, который позволял бы вам ударять по шляпке гвоздя несколько раз с достаточной силой при каждом взмахе, не утомляя себя. Не слишком быстро, не слишком медленно, но просто правильно.

Что ж, мы хотим, чтобы двигатель нашей машины делал то же самое. Мы хотим, чтобы он вращался со скоростью, которая позволяет ему передавать необходимый крутящий момент, не работая так усердно, что он разрушает сам себя. Нам нужно, чтобы двигатель оставался в пределах своего диапазона мощности.

Если двигатель вращается ниже диапазона мощности, у вас не будет крутящего момента, необходимого для движения вперед.Если он выходит за пределы диапазона мощности, крутящий момент начинает падать, и ваш двигатель начинает звучать так, как будто он вот-вот сломается из-за стресса (вроде того, что происходит, когда вы пытаетесь забивать слишком быстро — вы ударяете по гвоздю с меньшей мощностью, и вы действительно получаете, действительно устал). Если вы увеличиваете обороты двигателя до тех пор, пока тахометр не станет красным, вы понимаете эту концепцию интуитивно. Ваш двигатель звучит так, будто вот-вот заглохнет, но вы не двигаетесь быстрее.

Хорошо, значит, вы понимаете необходимость поддерживать работу транспортного средства в своем диапазоне мощности, чтобы оно работало эффективно.

Но это подводит нас ко второй проблеме: автомобили нуждаются в большем или меньшем крутящем моменте в определенных ситуациях.

Например, когда вы заводите автомобиль на месте, вам требуется большая мощность или крутящий момент, чтобы автомобиль тронулся. Если вы нажмете педаль газа, вы заставите коленчатый вал двигателя вращаться очень быстро, в результате чего двигатель выйдет за пределы диапазона мощности и, возможно, разрушится в процессе. И что самое интересное, вы даже не будете так сильно двигать машину, потому что крутящий момент двигателя падает, когда он выходит за пределы диапазона мощности.В этой ситуации нам нужен гораздо больший крутящий момент, но чтобы получить его, мы должны немного пожертвовать скоростью.

Хорошо, а что, если вы чуть-чуть нажмете на газ? Что ж, это, вероятно, не приведет к тому, что двигатель будет вращаться достаточно быстро, чтобы выйти в свой диапазон мощности, в первую очередь, чтобы он мог передавать крутящий момент для движения автомобиля.

Давайте взглянем на другой сценарий. Допустим, у вас очень быстро движется машина, например, когда вы едете по автостраде. Вам не нужно передавать столько мощности от двигателя на колеса, потому что машина уже движется в быстром темпе.Сама инерция делает большую работу. Таким образом, вы можете позволить двигателю вращаться на более высокой скорости, не беспокоясь о количестве мощности, передаваемой на колеса. Нам нужно больше скорости вращения , идущей на колеса, и меньше мощности вращения .

Нам нужен способ умножить мощность, производимую двигателем, когда это необходимо (запуск с места, подъем в гору и т. Д.), Но также уменьшить количество мощности, передаваемой от двигателя, когда это не так. необходимо (спуск или очень быстро).

Включите передачу.

Трансмиссия гарантирует, что ваш двигатель вращается с оптимальной скоростью (ни слишком медленно, ни слишком быстро), одновременно обеспечивая ваши колеса нужной мощностью, необходимой для движения и остановки автомобиля, в какой бы ситуации вы ни оказались.

Он способен эффективно передавать мощность через серию шестерен разного размера, которые увеличивают мощность передаточного числа.

Передаточное число

Внутри трансмиссии находится ряд зубчатых шестерен разного размера, которые создают крутящий момент.Поскольку шестерни, которые взаимодействуют друг с другом, имеют разные размеры, крутящий момент можно увеличивать или уменьшать без значительного изменения скорости вращения двигателя. Это благодаря передаточным числам.

Передаточные числа представляют собой соотношение шестерен по размеру. Когда шестерни разного размера сцепляются вместе, они могут вращаться с разной скоростью и выдавать разную мощность.

Давайте посмотрим на упрощенную версию шестеренок в действии, чтобы объяснить это. Допустим, у вас есть входная шестерня с 10 зубьями (под входной шестерней, я имею в виду шестерню, которая генерирует мощность), подключенную к большему выходу с 20 зубьями (под выходной шестерней я имею в виду шестерню, которая получает мощность).Чтобы один раз повернуть эту 20-зубчатую шестерню, 10-зубчатая шестерня должна повернуться дважды, потому что она вдвое меньше 20-зубчатой. Это означает, что даже если 10-зубчатая шестерня вращается быстро, 20-зубчатая шестерня вращается медленно. И хотя шестерня с 20 зубьями вращается медленнее, она передает больше силы или мощности, потому что она больше. Соотношение в этой компоновке составляет 1: 2. Это низкое передаточное число.

Или, скажем, две шестерни, соединенные друг с другом, имеют одинаковый размер (10 зубьев и 10 зубцов).Оба они вращались с одинаковой скоростью и обеспечивали одинаковую мощность. Передаточное число здесь 1: 1. Это называется передаточным числом «прямого привода», потому что две шестерни передают одинаковое количество мощности.

Или, скажем, ведущая шестерня была больше (20 зубьев), а ведомая шестерня была меньше (10 зубьев). Чтобы один раз прокрутить 10-зубчатую шестерню, 20-зубчатой ​​шестерне нужно будет повернуться только наполовину. Это означает, что, хотя входная шестерня с 20 зубьями вращается медленно и с большей силой, выходная шестерня с 10 зубьями вращается быстрее и выдает меньшую мощность.Передаточное число здесь 2: 1. Это называется повышенным передаточным числом.

Давайте вернем эту концепцию к цели передачи.

Ниже вы найдете диаграмму потока мощности при включении различных передач в автомобиле с 5-ступенчатой ​​механической коробкой передач.

Первая передача. Это самая большая шестерня в трансмиссии, соединенная с маленькой шестерней. Типичное передаточное число, когда автомобиль находится на первой передаче, составляет 3,166: 1. При включении первой передачи передается низкая скорость, но большая мощность.Это передаточное число отлично подходит для запуска вашего автомобиля с места.

Вторая передача. Вторая шестерня немного меньше первой, но все же связана с меньшей шестерней. Типичное передаточное число составляет 1,882: 1. Скорость увеличена, а мощность немного уменьшена.

Третья передача. Третья передача немного меньше второй, но все же связана с меньшей передачей. Типичное передаточное число составляет 1,296: 1.

Четвертая передача. Четвертая передача немного меньше третьей.Во многих транспортных средствах, когда автомобиль переходит на четвертую передачу, выходной вал движется с той же скоростью, что и первичный. Такое расположение называется «прямым приводом». Типичное передаточное число составляет 0,972: 1.

Пятая передача. В автомобилях с пятой передачей (также называемой «повышающей передачей») она подключена к значительно большей передаче. Это позволяет пятой передаче вращаться намного быстрее, чем передача, передающая мощность. Типичное передаточное число составляет 0,78: 1.

Детали механической коробки передач

Итак, к настоящему моменту вы должны иметь общее представление о назначении трансмиссии: она гарантирует, что ваш двигатель вращается с оптимальной скоростью (ни слишком медленно, ни слишком быстро), одновременно обеспечивая ваши колеса нужной мощностью, которая им необходима. двигайтесь и останавливайте машину, в какой бы ситуации вы ни оказались.

Давайте посмотрим на части трансмиссии, которые позволяют этому случиться:

Входной вал. Входной вал идет от двигателя. Он вращается с той же скоростью и мощностью, что и двигатель.

Промежуточный вал. Промежуточный вал (он же промежуточный вал) находится сразу под выходными валами. Промежуточный вал соединяется напрямую с первичным валом через шестерню с фиксированной скоростью. Когда первичный вал вращается, вращается и промежуточный вал с той же скоростью, что и первичный вал.

Помимо шестерни, которая получает мощность от входного вала, промежуточный вал также имеет несколько шестерен, по одной для каждой «передачи» автомобиля (1-5), включая задний ход.

Выходной вал. Выходной вал проходит параллельно над промежуточным валом. Это вал, который передает мощность на остальную трансмиссию. Мощность, которую выдает выходной вал, зависит от того, какие шестерни на нем включены. Выходной вал имеет свободно вращающиеся шестерни, закрепленные на шарикоподшипниках.Скорость выходного вала определяется тем, какая из пяти шестерен находится на «передаче» или включена.

1-5 передачи. Это шестерни, которые установлены на выходном валу подшипниками и определяют, на какой «передаче» находится ваш автомобиль. Каждая из этих шестерен постоянно сцепляется с одной из шестерен промежуточного вала и постоянно вращается. Это постоянно запутанное устройство — это то, что вы видите в синхронизированных трансмиссиях или трансмиссиях с постоянным зацеплением, которые используются в большинстве современных транспортных средств.(Мы поговорим о том, как все шестерни всегда могут вращаться, в то время как только одна из них действительно передает мощность на трансмиссию через некоторое время.)

Первая передача — это самая большая передача, и по мере перехода к пятой передачи шестерни постепенно уменьшаются. Помните, передаточные числа. Поскольку первая шестерня больше, чем шестерня промежуточного вала, к которой она подключена, она может вращаться медленнее, чем входной вал (помните, промежуточный вал движется с той же скоростью, что и входной вал), но передает большую мощность на выходной вал.По мере увеличения передач передаточное число уменьшается, пока вы не достигнете точки, в которой входной и выходной валы движутся с одинаковой скоростью и выдают одинаковую мощность.

Холостая шестерня. Промежуточная шестерня (иногда называемая «промежуточной шестерней заднего хода») находится между шестерней заднего хода на выходном валу и шестерней на промежуточном валу. Холостая передача — это то, что позволяет вашему автомобилю двигаться задним ходом. Задняя передача — единственная передача в синхронизированной коробке передач, которая не всегда сцепляется или вращается с шестерней промежуточного вала.Он движется только тогда, когда вы фактически включаете задний ход.

Хомуты / втулки синхронизатора. Большинство современных автомобилей имеют синхронизированную трансмиссию, то есть шестерни, передающие мощность на выходной вал, постоянно сцепляются с шестернями на промежуточном валу и постоянно вращаются. Но вы можете подумать: «Как все пять шестерен могут постоянно сцепляться и постоянно вращаться, но только одна из этих шестерен действительно передает мощность на выходной вал?»

Другая проблема, которая возникает при постоянном вращении шестерен, заключается в том, что ведущая шестерня часто вращается с другой скоростью, чем выходной вал, к которому она подсоединена.Как синхронизировать шестерню, вращающуюся с другой скоростью, чем выходной вал, и плавно, не вызывая большого шлифования?

Ответ на оба вопроса: хомуты синхронизатора.

Как упоминалось выше, шестерни 1-5 закреплены на выходном валу с помощью шарикоподшипников. Это позволяет всем передачам свободно вращаться одновременно при работающем двигателе. Чтобы включить одну из этих шестерен, нам нужно надежно соединить ее с выходным валом, чтобы мощность передавалась на выходной вал, а затем на остальную трансмиссию.

Между каждой из шестерен находятся кольца, называемые втулками синхронизатора. В пятиступенчатой ​​коробке передач имеется муфта между 1-й и 2-й передачами, между 3-ей и 4-й передачами, а также между 5-й и задней передачами.

Каждый раз, когда вы переключаете автомобиль на передачу, втулка синхронизатора переключается на движущуюся передачу, которую вы хотите включить. На внешней стороне шестерни ряд конических зубьев. Втулка синхронизатора имеет канавки для приема этих зубцов. Благодаря передовой инженерной мысли втулка синхронизатора может соединяться с шестерней с очень низким уровнем шума или трения, даже когда шестерня движется, и синхронизировать скорость шестерни с входным валом.Как только втулка синхронизатора входит в зацепление с ведущей шестерней, эта ведущая шестерня передает мощность на выходной вал.

Когда автомобиль находится на «нейтрали», ни одна из муфт синхронизатора не зацепляется с ведущей шестерней.

Хомуты синхронизатора также легче понять визуально. Вот небольшой небольшой клип, который отлично объясняет, что происходит (начинается примерно на отметке 1:59):

Переключатель передач. Переключение передач — это то, что вы перемещаете, чтобы включить передачу.

Тяга переключения. Штанги переключения — это то, что перемещает муфты синхронизатора в направлении передачи, которую вы хотите включить. На большинстве пятиступенчатых автомобилей есть три тяги переключения передач. Один конец тяги переключения передач соединен с рычагом переключения передач. На другом конце штока переключения передач находится вилка переключения передач, которая удерживает втулку синхронизатора.

Вилка переключения. Вилка переключения передач удерживает втулку синхронизатора.

Сцепление. Сцепление находится между двигателем и коробкой передач трансмиссии.Когда сцепление выключено, оно прерывает поток мощности между двигателем и коробкой передач. Это отключение питания позволяет двигателю продолжать работать, даже если остальная часть трансмиссии автомобиля не получает никакой мощности. Когда мощность двигателя отключена от трансмиссии, переключение передач становится намного проще и предотвращает повреждение шестерен трансмиссии. Вот почему всякий раз, когда вы переключаете передачу, вы нажимаете педаль сцепления и выключаете сцепление.

Когда сцепление включено — ваша нога отрывается от педали — восстанавливается мощность между двигателем и трансмиссией.

Как работают механические коробки передач

Итак, давайте соберем все это вместе и рассмотрим, что происходит, когда вы переключаете передачу в автомобиле. Начнем с того, что заведем машину и переключимся на вторую передачу.

Когда вы заводите автомобиль с механической коробкой передач, прежде чем повернуть ключ, вы отключите сцепление , нажав на педаль сцепления. Это отключает поток мощности между входным валом двигателя и трансмиссией. Это позволяет вашему двигателю работать, не передавая мощности остальной части автомобиля.

При выключенном сцеплении вы переводите рычаг переключения передач на первую передачу. Это заставляет переключающий стержень в коробке передач трансмиссии перемещать переключающую вилку к первой передаче, которая прикреплена к выходному валу через шарикоподшипники.

Эта первая шестерня выходного вала зацеплена с шестерней, которая соединена с промежуточным валом . Промежуточный вал соединяется с входным валом двигателя через шестерню и вращается с той же скоростью, что и входной вал двигателя.

К вилке переключения передач прикреплена шайба синхронизатора . Втулка синхронизатора выполняет две функции: 1) надежно крепит ведущую шестерню к выходному валу, чтобы шестерня могла передавать мощность на выходной вал, и 2) она обеспечивает синхронизацию шестерни со скоростью выходного вала.

Как только втулка синхронизатора входит в зацепление с первой передачей, шестерня надежно соединяется с выходным валом, и теперь автомобиль находится на передаче.

Чтобы автомобиль начал движение, вы слегка нажимаете на газ (что создает большую мощность двигателя) и медленно снимаете ногу со сцепления (которое включает сцепление и переключает мощность между двигателем и коробкой передач).

Поскольку первая передача большая, она заставляет выходной вал вращаться медленнее, чем входной вал двигателя, но передает больше мощности остальной трансмиссии. Это благодаря чудесам , передаточным числам .

Если вы все сделали правильно, машина будет медленно двигаться вперед.

Как только вы заведете машину, вам захочется ехать быстрее. Но с автомобилем на первой передаче вы не сможете ехать очень быстро, потому что передаточное число заставляет выходной вал вращаться с определенной скоростью.Если вы нажмете педаль газа на первой передаче, вы просто заставите входной вал двигателя очень быстро вращаться (и, возможно, повредите двигатель в процессе), но не увидите увеличения скорости автомобиля.

Чтобы увеличить частоту вращения выходного вала, нам нужно переключиться на вторую передачу. Поэтому мы нажимаем на сцепление, чтобы отключить мощность между двигателем и коробкой передач и переключиться на вторую передачу. Это перемещает шток переключения, имеющий вилку переключения и втулку синхронизатора, ко второй передаче.Хомут синхронизатора синхронизирует скорость второй передачи с выходным валом и прочно прикрепляет ее к выходному валу. Выходной вал теперь может вращаться быстрее, при этом входной вал двигателя не будет яростно вращаться, чтобы произвести необходимую автомобилю мощность.

Остальные пять передач промыть, промыть и повторить.

Задний ход — исключение. В отличие от других ведущих передач, на которых вы можете переключаться на повышенную передачу, не останавливая автомобиль полностью, для переключения передач задним ходом вам необходимо стоять на месте.Это связано с тем, что шестерня заднего хода не всегда зацепляется с шестерней на промежуточном валу. Чтобы вставить шестерню заднего хода в соответствующую шестерню промежуточного вала, необходимо убедиться, что промежуточный вал не движется. Чтобы промежуточный вал не вращался, вам необходимо полностью остановить автомобиль.

Конечно, вы можете заставить движущийся вперед автомобиль включить заднюю передачу, но это не будет звучать или приятно ощущаться, и вы можете серьезно повредить трансмиссию.

Теперь, когда вы включаете передачу, вы всегда будете знать, что творится под капотом.Далее: автоматические коробки передач.

Теги: Автомобили

Как работают механические коробки передач | HowStuffWorks

Четырехступенчатые механические коробки передач в значительной степени устарели, и их место занимают пяти- и шестиступенчатые коробки передач как наиболее распространенные варианты. Некоторые высокопроизводительные автомобили могут предлагать даже больше передач. Однако все они работают более или менее одинаково, независимо от количества передач. Внутри это выглядит примерно так:

Есть три вилки, управляемые тремя тягами, которые зацепляются рычагом переключения передач.Если смотреть на рычаги переключения передач сверху, они выглядят следующим образом на первой и второй передаче заднего хода:

Имейте в виду, что рычаг переключения передач имеет точку поворота посередине. Когда вы нажимаете ручку вперед, чтобы включить первую передачу, вы фактически тянете назад шток и вилку первой передачи.

Вы можете видеть, что при перемещении рычага переключения передач влево и вправо вы задействуете разные вилки (и, следовательно, разные хомуты). Перемещение ручки вперед и назад перемещает хомут для включения одной из шестерен.

Шестерня заднего хода управляется небольшой промежуточной шестерней (фиолетовой). Синяя шестерня заднего хода на этой диаграмме всегда вращается в направлении, противоположном всем другим синим шестерням. Следовательно, было бы невозможно включить передачу заднего хода, пока автомобиль движется вперед; собачьи зубы никогда не зацепятся. Однако они будут сильно шуметь.

Синхронизаторы

В механических коробках передач современных легковых автомобилей используются синхронизаторы или синхронизаторы , чтобы исключить необходимость в двойном сцеплении.Назначение синхронизатора — позволить воротнику и шестерне войти в фрикционный контакт до того, как собачьи зубья коснутся контакта. Это позволяет воротнику и шестерне синхронизировать свои скорости до того, как зубья должны войти в зацепление, например:

Конус на синей шестерне входит в конусообразную область втулки, а трение между конусом и втулкой синхронизирует кольцо. и снаряжение. Затем внешняя часть хомута скользит так, чтобы зубья собачки могли войти в зацепление с шестерней.

Каждый производитель реализует трансмиссии и синхронизаторы по-разному, но это общая идея.

Как работает механическая коробка передач — x-engineer.org

Все дорожные транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания имеют трансмиссию как часть трансмиссии. Самый простой тип трансмиссии МКПП . Это называется «ручной», потому что у водителя есть обе роли: , принятие решения, (когда переключать передачи) и , приведение в действие, (фактический процесс переключения).

Тяговые характеристики двигателя внутреннего сгорания делают невозможным движение транспортного средства без трансмиссии.Крутящий момент и частота вращения двигателя внутреннего сгорания либо слишком низкие, либо слишком высокие, чтобы соответствовать динамическим требованиям транспортного средства. Таким образом, роль трансмиссии заключается в следующем:

• адаптировать выходной крутящий момент двигателя функция дорожной нагрузки
• сделать возможным движение назад транспортного средства для того же направления вращения двигателя
• разрешить отсоединение двигателя от остальной части трансмиссии

В чем разница между трансмиссией и коробкой передач?

Обычно трансмиссия состоит из коробки передач и дифференциала .Коробка передач содержит все зубчатые передачи, валы, синхронизаторы, направляющие и т. Д. Коробку передач можно рассматривать как трансмиссию без дифференциала.

Для автомобилей с передним приводом (FWD) трансмиссия (двигатель + коробка передач + дифференциал) полностью расположена на передней оси. Таким образом, для этого типа транспортных средств, когда мы говорим о трансмиссии, мы считаем, что она содержит как коробку передач, так и дифференциал.

Изображение: Трансмиссия автомобиля для переднеприводной системы — кинематический вид

Для автомобиля с задним приводом (RWD) трансмиссия разделена между передней и задней осями.Передняя ось обычно содержит двигатель и коробку передач, а задняя ось содержит дифференциал. Таким образом, для данного типа транспортных средств трансмиссия или коробка передач имеет то же значение.

Трансмиссия устанавливается после соединительного устройства (муфты, гидротрансформатора), принимает крутящий момент и скорость муфты как входные, преобразует и распределяет их на колеса через полуоси.

Типы и основные компоненты механической коробки передач

Каждая механическая коробка передач состоит из входного и выходного валов, нескольких шестерен с постоянным зацеплением и исполнительного механизма.В зависимости от количества ступеней передаточного числа, используемых для создания шестерен, трансмиссии классифицируются как:

• одноступенчатые трансмиссии
• двухступенчатые трансмиссии
• многоступенчатые трансмиссии

В одноступенчатой ​​трансмиссии , передаточное число формируется только с одной парой шестерен. Кроме того, в трансмиссии всего два вала : входной и выходной валы. Трансмиссии этого типа в основном используются в переднеприводных автомобилях.

Особенность этого типа трансмиссии отсутствует прямая передача (передаточное число = 1,00). Это потому, что все передаточные числа формируются парой шестерен с постоянным зацеплением. Для передачи с прямым приводом существует эквивалентная передача с передаточным числом, близким к 1.00 (например, 0,98 или 1,02).

Двухступенчатые трансмиссии используются для стандартной конфигурации силового агрегата (двигатель на передней оси с задним приводом). Большинство этих трансмиссий имеют входной вал, встречный вал , и выходной вал. Также существуют конфигурации только с двумя валами (входным и выходным).

Изображение: ZF S6-37 6-ступенчатая двухступенчатая механическая коробка передач — компоненты
Кредит: ZF

В случае двухступенчатой ​​трансмиссии первичный и выходной валы соосно расположены (их оси является обычным), а в одноступенчатых трансмиссиях оси входного и выходного валов разные, между ними смещение .

В одноступенчатой ​​и двухступенчатой ​​коробках передач входной вал соединен с муфтой .

Все передние шестерни в сборе имеют синхронизаторы для включения. Синхронизатор предназначен для выравнивания скорости входного вала со скоростью выходного вала при переключении передач.

Изображение: Двухступенчатая механическая трансмиссия

Двухступенчатые трансмиссии имеют постоянную шестерню , которая механически связывает входной вал с промежуточным валом.Таким образом, каждое передаточное число состоит из двух постоянно зацепленных зубчатых передач, постоянной шестерни плюс зубчатой ​​передачи для конкретной передачи. Из-за такого расположения двухступенчатые трансмиссии имеют немного меньший общий КПД.

Шестерня с прямым приводом (4-я передача на изображении выше) — это шестерня, которая соединяет входной вал непосредственно с выходным валом, не проходя через зубчатое зацепление. Таким образом, передаточное число для шестерни с прямым приводом составляет 1,00 (без преобразования скорости или крутящего момента).

Изображение: Анимация переключения передач с механической коробкой передач (щелкните изображение, чтобы воспроизвести анимацию)

В каждой трансмиссии, кроме передачи заднего хода, все передние передачи находятся в постоянном зацеплении . В приведенном выше примере все шестерни на промежуточном валу зафиксированы (они вращаются вместе), а все шестерни на выходном валу свободны (они вращаются независимо от выходного вала).

Синхронизаторы закреплены на выходном валу. При включении передачи синхронизатор устанавливает соединение между входным / промежуточным валом и выходным валом.

Передача заднего хода содержит дополнительную шестерню, чтобы изменить направление вращения выходного вала. Передача заднего хода не имеет синхронизатора, так как передача заднего хода включается после полной остановки автомобиля.

Изображение: Включение передачи заднего хода для механической коробки передач

Все переключения передач в механической коробке передач выполняются с прерыванием крутящего момента .Перед переключением передач сцепление размыкается, и крутящий момент двигателя больше не передается на первичный вал. После того, как переключение передач завершено, сцепление снова замыкается, чтобы пропустить поток мощности двигателя (крутящий момент и скорость).

В случае механической коробки передач переключение передач может быть:

• Повышение передачи : номер передачи увеличивается (например, с 1-й передачи на 2-ю передачу)
• Пониженная передача : номер передачи уменьшается (например, с От 3-й передачи до 2-й передачи)

Современные механические трансмиссии имеют 5, 6 или даже 7 передач переднего хода и 1 передачу заднего хода.Каждая передача характеризуется передаточным числом .

Многоступенчатые трансмиссии используют более двух постоянно зацепленных узлов шестерен для формирования передаточного числа. В основном они используются в коммерческих автомобилях.

Как трансмиссия изменяет двигатель, скорость, крутящий момент и мощность?

Основным элементом механической трансмиссии является зубчатая передача в сборе с зацеплением . Он состоит из двух сцепленных между собой зубчатых колес (шестерен).Шестерня, которая соединена с входным / контрольным валом, — это входная шестерня , шестерня, соединенная с синхронизатором, — это выходная шестерня . Каждая передача имеет фиксированное передаточное число .

Изображение: Расчет передаточного числа

Передаточное число ( i ) — это соотношение между числом зубьев ведомой шестерни ( z _из ) и числом зубьев ведущей шестерни ( z _в ). В приведенном выше примере передаточное число:

\ [i = \ frac {z_ {out}} {z_ {in}} = \ frac {24} {16} = 1.5 \]

Для данной скорости входной шестерни ( n _в = 4500 об / мин ) и передаточного числа ( i = 1,5 ) скорость выходной шестерни ( n _из ) будет быть:

\ [n_ {out} = \ frac {n_ {in}} {i} = \ frac {4500} {1.5} = 3000 \ text {rpm} \]

Для данного крутящего момента входной шестерни (T _дюйм = 200 Нм ) и передаточное число ( i = 1,5 ), крутящий момент выходной шестерни (T _out ) будет:

\ [T_ {out} = T_ {in} \ cdot i = 200 \ cdot 1.5 = 300 \ text {Нм} \]

. Мы можем видеть, что для передаточного числа выше 1,00 выходная скорость уменьшается на , а выходной крутящий момент — на с усилением .

Что происходит с питанием, меняется ли оно? Чтобы найти ответ на этот вопрос, нам нужно рассчитать мощность на входной шестерне и мощность на выходной передаче по формуле:

\ [P \ text {[W]} = T \ text {[Nm]} \ cdot \ frac {\ pi} {30} \ cdot n \ text {[rpm]} \]

Для наших входных данных выше мы получим:

\ [\ begin {уравнение *} \ begin {split}
P_ {in} & = T_ {in} \ cdot \ frac {\ pi} {30} \ cdot n_ {in} & = 200 \ cdot \ frac {\ pi} {30} \ cdot 4500 & = 94248 \ text { W} \\
P_ {out} & = T_ {out} \ cdot \ frac {\ pi} {30} \ cdot n_ {out} & = 300 \ cdot \ frac {\ pi} {30} \ cdot 3000 & = 94248 \ text {W}
\ end {split} \ end {формула *} \]

Как мы видим, передаточное число не изменяет также мощность, а только крутящий момент и скорость, сохраняя постоянную мощность .В действительности наблюдается небольшое падение мощности на выходной шестерне из-за эффективности зацепления шестерни . Для одного узла зубчатого зацепления КПД составляет около 0,98–0,99. В этом случае выходная мощность будет:

\ [P_ {out} = P_ {in} \ cdot \ eta_ {gear} = 94248 \ cdot 0.98 = 92363.04 \ text {W} \]

Пример реального руководства трансмиссия: TREMEC TR-6070

Источник: http://www.tremec.com

Семиступенчатая механическая коробка передач TREMEC TR-6070 была разработана специально для ведущих североамериканских спортивных автомобилей и включает в себя впечатляющую технологию переключения передач.TR-6070 основан на хорошо зарекомендовавшей себя шестиступенчатой ​​коробке передач TR-6060. Была добавлена ​​тройная повышающая передача, чтобы улучшить экономию топлива и снизить выбросы. В TR-6070 встроен датчик абсолютного положения шестерни (GAP). Технология передает сигнал от коробки передач к контроллеру двигателя, определяя положение селектора переключения передач в реальном времени. С помощью этой информации можно управлять оборотами двигателя в соответствии с выбранной следующей передачей, что улучшает управляемость.

Изображение: TREMEC TR-6070 7-ступенчатая механическая коробка передач
Кредит: Tremec

Конструктивные особенности синхронизаторов TR-6070 включают комбинацию двухконусных и трехконусных колец, использующих гибридное решение на всех передних передачах.Гибридные кольца представляют собой комбинацию конусов из углерода и спеченной бронзы, обеспечивающие более высокую грузоподъемность и характеристики переключения передач. Линейные подшипники снижают трение при перемещении планки переключения передач, благодаря чему рычаг переключения передач кажется более легким и прямым.

TR-6070 Краткий обзор характеристик:

• Задний привод, семиступенчатая механическая повышающая трансмиссия
• Тройная повышающая передача для повышения топливной экономичности и снижения выбросов
• Передаточное число до 6,33
• Тройное и двойное- конусные синхронизаторы
• Усовершенствованные и асимметричные зубья муфты второй и третьей передач
• Конструкция из двух частей для высокого крутящего момента
• Малая масса, возможна конструкция с полым валом
• Датчики включают:
  • Температура
  • Скорость
  • Положение передачи

Характеристики трансмиссии TREMEC TR-6070:

9099 0,71

85

Механические коробки передач не требуют относительно простой механики техобслуживания, прочны и с очень хорошей общей эффективностью. Понимание того, как работает механическая коробка передач, имеет решающее значение для перехода к более сложным темам, как автоматическая коробка передач или коробка передач с двойным сцеплением .

Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

МКПП, как это работает?

25 августа 2015

Механическая коробка передач, или просто коробка передач, много десятилетий служит автомобилям. Даже сегодня это самая популярная форма передачи. По данным на 2013 год, на долю механической трансмиссии в мире приходится 52% рынка.В этой статье мы дадим концептуальное представление о том, как работает настоящая механическая коробка передач с задним ходом.

Зачем нужна трансмиссия?

Основной вопрос: зачем нужна трансмиссия в автомобиле? Мощность, вырабатываемая двигателем, проходит через трансмиссию до того, как достигает ведущих колес. Основная функция трансмиссии — регулировать скорость и крутящий момент, доступные ведущим колесам для различных условий движения.

Рис. 1 Поток мощности в автомобиле; мощность от двигателя к ведущим колесам передается через трансмиссию

Например, если вы хотите подняться на холм, вам потребуется больше крутящего момента. Уменьшая скорость трансмиссии, мы сможем достичь более высокого крутящего момента при той же потребляемой мощности. Это просто сохранение энергии. Передача мощности через вал равна крутящему моменту, умноженному на угловую скорость вала. Когда вы уменьшаете скорость вала, это автоматически приводит к увеличению передачи крутящего момента.И наоборот, если потребность в крутящем моменте низкая, мы можем увеличить скорость передачи. Эти 2 случая изображены на рисунке 2.

Рис. 2 Во время подъема колесам требуется больший крутящий момент; при спуске реверс — это корпус

Основной принцип работы

Теперь давайте посмотрим на его внутреннюю работу. Механические трансмиссии работают по простому принципу передаточного числа. Как показано на рис. 3, за счет зацепления шестерен разного размера можно достичь другой выходной скорости. Передаточное число задается простым уравнением, показанным на рисунке (N — скорость, T — количество зубьев).

Рис: 3 Базовый принцип работы зубчатой ​​пары

Зубчатая передача

Сдвижная сетка — это одна из самых ранних технологий механической трансмиссии, которая является самой простой для понимания. Самый простой передаточный механизм скользящей сетки показан на рисунке 4. Здесь входной и выходной валы соединены через встречный вал.

Фиг.4. Первая и вторая шестерни в трансмиссии со скользящим зацеплением; красная линия представляет поток мощности

. Этот механизм может работать в двух различных конфигурациях.В первой конфигурации выходной вал будет вращаться с меньшей скоростью, чем входной. Просто сдвинув ведомую шестерню и соединив выходной вал с входным, получится вторая конфигурация. Понятно, что здесь вход и выход будут вращаться с одинаковой скоростью. Направление потока мощности представлено красными пунктирными линиями на рисунке 4.

Трехскоростной механизм будет выглядеть так, как показано на рисунке 5. Для зубчатого зацепления, показанного на рисунке, выходной вал будет вращаться с самой низкой скоростью (1-я передача).Понятно, что просто сдвигая шестерни, мы можем добиться разных передаточных чисел, например, 2-й и 3-й передач.

Рис. 5 Трехскоростная трансмиссия со скользящим зацеплением: первая передача показана на рисунке

Трансмиссия со скользящим зацеплением хороша для управления скоростью, но у них есть присущий им недостаток. Довольно сложно переключиться с одной передачи на другую. Для достижения плавного скольжения шестерен следует использовать технологию, известную как двойное сцепление. Водитель должен обладать навыками эффективного двойного сцепления.Техническое обслуживание, связанное с коробками передач с двойным сцеплением, также довольно частое.

Решение проблемы скольжения — синхронизирующая трансмиссия

Синхро-ячеистая трансмиссия решает эту проблему навсегда. Здесь шестерни всегда зацеплены, но с большой разницей. Здесь выходные шестерни неплотно соединены с валом. Из рисунка 6 видно, что между ведомыми шестернями и валом имеется небольшой зазор.

Рис. 6 Синхронизирующая передача: здесь зубчатые пары всегда находятся в зацеплении.

Если мы подсоединяем к валу только одну шестерню за раз, вал будет иметь скорость подключенной шестерни.

Понимание основы с помощью гипотетического соединителя.

Сначала мы воспользуемся гипотетическим соединителем, чтобы проиллюстрировать, как разные передаточные числа работают в синхронизированной трансмиссии. Позже мы перейдем к собственно технологии. На рисунке 5 показаны различные передаточные числа с помощью гипотетического соединителя. Интересно отметить, что на 4-й передаче входной и выходной валы соединены напрямую. Это означает, что выходной и входной валы будут иметь одинаковую скорость на 4-й передаче.

Рис. 7 Первая и четвертая передачи показаны на этом рисунке с помощью гипотетического разъема

.
В основе механической трансмиссии лежит искусство надежной и плавной фиксации свободно удерживаемой шестерни на валу. Посмотрим, как это делается на практике.

Конус синхронизатора — расположение зубьев

Прежде всего, шестерни главного вала имеют расположение конических зубьев синхронизатора, как показано на рисунке 8.

Рис. 8 Расположение зубцов конуса синхронизатора синхронизатора

Ступица закреплена на валу.В этой системе также используется втулка, которая свободно скользит по ступице.

Рис. 9 Когда втулка и зубья синхронизатора находятся в зацеплении, может быть достигнуто блокирующее действие.

Понятно, что, если втулка соединяется с зубьями конуса синхронизатора, шестерня и вал будут вращаться вместе, или желаемое действие блокировки будет быть достигнутым. Но во время работы коробки передач вал и шестерня будут вращаться с разной скоростью. Так что такое блокирующее действие — непростая задача.

Использование кольца синхронизатора

Кольцо синхронизатора помогает согласовать скорость шестерни со скоростью вала.Кольцо синхронизатора способно вращаться вместе со ступицей, но свободно перемещаться в осевом направлении. Перед перемещением втулки нажимается педаль сцепления. Таким образом, поток мощности на шестерню прекращается.

Рис. 10 Конус синхронизатора помещен между ступицей и конусом синхронизатора.

Когда мы перемещаем втулку, втулка прижимает кольцо синхронизатора к конусу. Из-за высокой силы трения между кольцом синхронизатора и конусом скорость шестерни станет такой же, как и у вала.В это время втулку можно продвинуть дальше, и она зафиксируется с шестерней. Таким образом, шестерня эффективно и плавно блокируется с валом.

Рис. 11 Движение втулки приводит зубья синхронизатора и втулку к скорости, после чего достигается блокировка

Различные передаточные числа

В последнем разделе мы рассмотрели технологию, лежащую в основе 2-й передачи. Таким же образом достигаются и другие передаточные числа. Подробности описаны в этом сеансе.

Под приводом — 1-й, 2-й и 3-й

В под приводом выходной вал вращается с меньшей скоростью, чем входной. В случае механической трансмиссии мы объясняем, что передаточные числа 1-й, 2-й и 3-й передач относятся к категории нижнего привода. На следующем рисунке показано движение муфты, необходимое для 1-й и 3-й передач.

Рис. 12 Передаточные числа 1-й, 2-й и 3-й передач

Прямой привод

Как следует из названия, при прямом приводе выходной и входной валы вращаются с определенной скоростью.Для этого выходной и входной валы соединяются напрямую с помощью механизма конус-втулка синхронизатора. Ступица крепится к выходному валу, когда втулка соединяется с зубьями синхронизатора входного вала, они соединяются вместе. При прямом приводе втулка третьей передачи (2-я часть рис. 12) должна перемещаться влево.

Перегон

Пятая передача используется для вращения выходного вала с более высокой скоростью, чем входной.Здесь можно отметить, что в отличие от других зубчатых пар, на 5-й передаче шестерня выходного вала меньше шестерни промежуточного вала. Это создает сценарий перегрузки.

Рис. 13 Расположение 5-й передачи

Вы можете заметить большую разницу в конфигурации 5-й передачи, выходная шестерня прикреплена к валу, а шестерня промежуточного вала соединена неплотно. В результате на промежуточном валу устанавливается кольцо синхронизатора — втулочный механизм. Единственная цель такой конструкции — приспособить механизм передачи заднего хода.Мы увидим это на следующей сессии.
Движение рукава контролируется рычагом переключения передач. Вы также можете увидеть механизм, используемый для управления втулкой с помощью рычага переключения передач. Вы можете отметить, что при использовании этого механизма с выходными шестернями будет зацепляться не более одной втулки. Это важно, поскольку одновременное включение двух втулок приведет к невозможности поворота.

Шестерня заднего хода

А теперь посмотрим, как работает задняя передача? Как показано на рисунке, в передаче заднего хода используется трехступенчатая передача.Из них одна — холостая передача.

Рис: 14 Трехступенчатая передача задней передачи

Ясно, что добавление еще одной шестерни поворачивает шестерню выходного вала в обратном направлении. Для включения передачи заднего хода холостая шестерня толкается и соединяется с двумя другими передачами. Таким образом достигается необходимое вращение выходного вала в обратном направлении. Обратите внимание, что на задней передаче нет кольцевого механизма синхронизатора. Это означает, что перед включением передачи заднего хода вращение коробки передач должно полностью остановиться.

Рис. 15 Холостая передача включается и соединяется с двумя другими передачами для достижения работы заднего хода.

Вы могли заметить, что на задней передаче ваш автомобиль движется с очень низкой скоростью. Как видно из рисунка, трехступенчатая передача дает снижение скорости в 2 этапа. Это приводит к очень низкой выходной скорости (высокому крутящему моменту). Обычно передаточное число заднего хода составляет 4: 1 (скорость на входе: скорость на выходе).

ОБ АВТОРЕ

Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели по специальности машиностроение.Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd и YouTube-канала LESICS. Он дает качественное инженерное образование на своем канале в YouTube. А «ЛЕСИКА» охватывает огромное количество инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики сложных технологий и их объяснением простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

Часть 1: Механическая или стандартная коробка передач

Опубликовано 1 сентября 2010 г. автором Defensive Driving | in Советы по безопасному вождению

Что такое коробка передач?

Трансмиссия передает мощность от двигателя на колеса.По сути, с помощью шестерен и устройства, называемого сцеплением, трансмиссия преобразует энергию вращения двигателя в крутящий момент, который выражается как сила, прилагаемая шинами к дороге.

Трансмиссия нужна частично, потому что каждый двигатель имеет отметку красной линии — он может вращаться настолько быстро (столько оборотов в минуту), прежде чем взорвется. Вы увидите пометку, отмеченную на шкале оборотов на панели управления. В то же время существует довольно узкий диапазон оборотов, при котором двигатель развивает максимальную мощность.Коробка передач состоит в основном из шестерен, которые можно использовать для преобразования одной входной скорости в набор выходных скоростей. В результате ваш двигатель может продолжать работать со скоростью, близкой к оптимальной, в то время как автомобиль движется с разными скоростями. Ваша трансмиссия также позволяет вам двигаться как задним ходом, так и вперед, без необходимости менять направление вращения двигателя.

Существует несколько видов трансмиссий: механическая, автоматическая и бесступенчатая трансмиссия (CVT), а также их вариации, такие как ручная и полуавтоматическая трансмиссии.Большинство автомобилей в США в наши дни имеют автоматические коробки передач, хотя многие люди по-прежнему предпочитают использовать механическую коробку передач. Однако во многих других странах, включая большую часть Европы, Африки и Южной Америки, механические коробки передач гораздо более распространены.

В механической коробке передач водитель вручную выбирает различные передаточные числа при увеличении и замедлении скорости. Автомобили с механической коробкой передач имеют третью педаль, называемую педалью сцепления , которая используется для включения сцепления (подробнее об этом позже) для переключения передач.Средний автомобиль будет иметь пять различных передаточных чисел, а также заднюю передачу, хотя некоторые старые автомобили имеют меньшее передаточное число, а некоторые высокопроизводительные автомобили — больше.

Автоматическая коробка передач использует устройство, называемое планетарной передачей, в сочетании с гидротрансформатором, для переключения передач при ускорении и замедлении водителем без какого-либо участия самого водителя. (Существует также такая вещь, как ручная коробка передач, которая управляется компьютером, а не водителем; это известно как автоматическая коробка передач .)

Бесступенчатая трансмиссия имеет почти бесконечный набор передаточных чисел. Раньше вариаторы были дорогими и ненадежными, поэтому использовались нечасто. Однако технология улучшилась, и теперь вариаторы появляются во все большем количестве автомобилей. Например, популярный гибрид Toyota Prius использует вариатор.

У МКПП и АКПП есть свои плюсы и минусы; Я расскажу об этом в следующем посте, который будет посвящен обучению вождению автомобиля с ручным переключением передач.А пока я собираюсь сосредоточиться на работе механической коробки передач. Во-первых, это более простая для понимания система, поскольку те же основные принципы используются в автоматической коробке передач. Во-вторых, понимание того, как работает эта система, поможет вам научиться управлять механической коробкой передач, если вы еще не знаете, как это сделать. Если вы все-таки ведете «палку» или «стандарт», изучение внутренней работы вашей трансмиссии может помочь вам стать более эффективным водителем и продлить срок службы трансмиссии.

Механическая коробка передач — основы

Коробка передач имеет входной и выходной валы. Входной вал соединен муфтой напрямую с двигателем; таким образом, этот вал вращается с той же частотой вращения, что и двигатель. Сцепление, однако, позволяет водителю отключать двигатель от трансмиссии, что необходимо для переключения передач.

Я начну с описания очень простой двухступенчатой ​​коробки передач. Как только вы усвоите основные принципы с помощью этой простой модели, вам будет легче понять более сложную работу типичной пятиступенчатой ​​коробки передач.

Сначала трансмиссия соединяется с двигателем с помощью сцепления. Сцепление — это устройство, позволяющее отсоединить двигатель от трансмиссии. Когда вы нажимаете педаль сцепления (третью педаль на автомобиле с механической коробкой передач), двигатель будет работать, но автомобиль не будет двигаться. На схеме ниже зеленый вал и шестерня соединены с муфтой. Когда педаль сцепления отпущена, эта передача будет вращаться с той же скоростью, что и двигатель.

Рисунок 1: схема двухскоростной трансмиссии

Красный вал называется промежуточным валом .Красные шестерни соединены с валом, так что весь блок вращается вместе. Зеленая шестерня входит в зацепление с красной шестерней промежуточного вала; в результате при отпускании сцепления промежуточный вал вращается вместе с двигателем.

Синий вал соединен непосредственно с приводным валом (через устройство, называемое дифференциалом , о котором я расскажу в другой записи). Если колеса вращаются, то синий вал будет вращаться. А теперь ключевой момент. Синие шестерни, в отличие от красных и зеленых шестерен, не закреплены на синем валу.Вместо этого они вращаются на подшипниках. По этой причине синий вал может вращаться внутри этих шестерен, фактически не поворачивая синие шестерни.

Это важно, потому что, как вы заметите, синие шестеренки зацеплены вместе с красными шестеренками. Если бы синие шестерни были зафиксированы на синем валу, то вы не смогли бы двигаться по инерции с выключенным двигателем или катить машину, когда она сломается, потому что ведущий вал будет вращать коленчатый вал двигателя при его движении.

Однако есть еще один компонент: хомут .Это фиолетовое устройство на синей шахте. Хомут прикреплен к синему валу; вы также заметите, что у воротника есть зубцы, как и у синих шестеренок. Когда вы перемещаете вилку переключателя передач, вы перемещаете хомут вправо или влево, пока он не войдет в зацепление с одной из синих шестерен. Как только втулка и шестерня входят в зацепление, эта шестерня начинает вращать синий вал и, соответственно, ведущий вал.

Итак, как это позволяет получать разные скорости вывода от одного и того же входа? Вы заметите, что шестерни на красном и синем валах имеют разные размеры.Когда самая маленькая красная шестеренка поворачивается один раз, она поворачивает большую синюю шестерню только на долю оборота. Таким образом, вы превращаете более высокие входные обороты в минуту на более низкие выходные, когда втулка включает большую синюю шестерню. Когда большая красная шестерня входит в зацепление с меньшей синей шестеренкой, вы производите более одного вращения синей шестерни за каждый оборот красной шестерни. Это приводит к более высокой выходной скорости. (Это называется overdrive , что я объясню, когда буду обсуждать стандартную пятиступенчатую коробку передач.)

Как вы можете видеть на этой диаграмме, небольшое движение рычага переключения передач внутри автомобиля сместит хомут влево или вправо, включив другую передачу. Это основной принцип автоматической коробки передач.

Пятиступенчатая коробка передач

Однако большинству автомобилей требуется больше, чем просто два передаточных числа. Вот обновленная версия диаграммы выше, с добавлением дополнительных шестерен, чтобы отразить типичную пятиступенчатую коробку передач:

Рисунок 2: пятиступенчатая коробка передач

Основные принципы и части — передаточные числа, воротник, промежуточный вал, вилка переключения передач и т. д.-одинаковы. Но здесь у вас три ошейника вместо одного и шесть красных и синих шестеренок вместо двух. Они соответствуют пяти передачам, обозначенным на рычаге переключения передач (первая, вторая, третья и т. Д.), И передаче заднего хода.

Когда вы переходите с первого на второй, вы перемещаете первый воротник слева направо. Однако, когда вы переключаетесь со второго на третий, вы тянете первый хомут влево и сдвигаете второй хомут вправо, поэтому одно движение рычага переключения передач фактически вызывает два движения вилок селектора передач.

Это возможно, потому что в пятиступенчатой ​​коробке передач есть ТРИ стержня, каждый из которых соединен с одним из хомутов, которые ВСЕ задействованы рычагом переключения передач. Если вы управляли механической коробкой передач, вы будете знакомы с различными положениями рычага переключения передач, каждое из которых соответствует разному передаточному отношению:

Рисунок 3: положения рычага переключения передач

Красный кружок отмечает рычаг переключения передач. Когда он находится в центральной «поворотной» точке, как показано здесь, ни одна из синих передач не включена, и автомобиль находится в нейтральном положении.Для переключения на первую передачу рычаг перемещается влево и вверх по показанным линиям.

Как видно из этой диаграммы, существует три вертикальных оси: первая-вторая, третья-четвертая и пятая-обратная. Каждая из осей соответствует разной штанге переключения передач, которая, в свою очередь, соединена с одним из трех хомутов. Вы понимаете, какой в ​​этом смысл? Вы используете один и тот же стержень для переключения между первым и вторым (то есть одним и тем же воротником), поэтому вы перемещаете рычаг переключения передач от «верха» к «низу» на схеме, который, в свою очередь, перемещает этот воротник слева направо.

При переключении со второй на третью вы перемещаете рычаг переключения передач снизу вверх и слева направо через точку поворота в центре. Это позволяет сместить один воротник вправо, а другой — влево. Обратите внимание, что штанги переключения передач движутся в направлении, противоположном движению самого рычага переключения передач. См. Рисунок 4 ниже.

Рисунок 4: рычаги переключения

Задний ход

А как насчет передачи заднего хода? Как вы можете видеть на рисунке 2, передача заднего хода немного отличается от других передач.Вместо того, чтобы синяя шестерня зацеплялась непосредственно с красной шестерней, эти две шестерни разделяет третья шестерня, называемая холостым ходом, которая меняет направление вращения на противоположное.

Когда шестерня вращается, ее зубья упираются в зубцы зацепленной шестерни, поворачивая эту шестерню в противоположном направлении. Если красные шестерни вращаются против часовой стрелки, то синие шестерни будут вращаться по часовой стрелке. Однако в случае передачи заднего хода промежуточная шестерня будет вращаться по часовой стрелке; синяя шестеренка будет вращаться против часовой стрелки, в направлении, противоположном другим синим шестерням (помните, что это возможно, потому что ни одна из синих шестерен не прикреплена к синему валу.)

Overdrive

Еще раз взгляните на рисунок 2. Как вы увидите, в пятиступенчатой ​​коробке передач, подобной этой, только одна из красных шестерен больше соответствующей синей шестерни. Это передаточное отношение соответствует пятой передаче, которая также известна как «повышающая передача». При выборе скорость на выходе будет выше скорости на входе. В результате эта передача обычно используется для движения по шоссе на высоких скоростях. В этих условиях такое передаточное число улучшает топливную экономичность и часто позволяет двигателю работать тише.Пятая передача обычно лучше всего включается на скорости более 45 миль в час.

Синхронизаторы

Теперь вы, возможно, уже заметили потенциальную проблему с этой системой. Синий вал (и кольца) вращаются с одной скоростью, а синие шестерни вращаются с разными скоростями. Таким образом, скорость ошейника и скорость синей шестеренки могут не совпадать. Как же в таком случае добиться того, чтобы «зубья» на втулке совпадали с зубьями на шестерне? Когда они не подходят друг к другу, вы услышите неприятный скрежет (который, вероятно, вам знаком, если вы водите стандартную коробку передач.)

В старых автомобилях (и в некоторых современных гоночных автомобилях) водителям приходилось использовать технику под названием «двойное сцепление», чтобы избежать этой проблемы. Когда водитель хотел переключить передачу, он сначала включал сцепление и переключался в нейтральное положение, так что хомуты не включали передачи. Затем он увеличивал обороты двигателя до тех пор, пока частота вращения двигателя не достигла нужной скорости: скорости, при которой желаемая выходная (синяя) шестерня будет вращаться с той же скоростью, что и колеса, и, следовательно, с той же скоростью, что и воротник.Затем он мог соединить ошейник и синюю шестерню вместе.

Это, конечно же, делает вождение больше изящным искусством, чем базовым навыком. Я езжу на стандартном автомобиле уже много лет, и мысль о двойном сцеплении все еще заставляет меня нервничать. К счастью, в 1952 году компания Porsche разработала простое, но элегантное решение этой проблемы: синхронизатор (см. Рис. 5).

Рисунок 5: Синхронизатор

Синхронизатор (или «синхронизатор») представляет собой небольшой конус на внешней стороне каждой синей шестерни.Хомуты имеют соответствующую выемку — отрицательный вариант синхронизатора. Когда воротник приближается к синей шестерне, сначала соприкасаются конус и выемка. Поскольку эти части просто стыкуются друг с другом, трение между ними заставляет кольцо и синюю шестерню вращаться с одинаковой скоростью ДО того, как зубья фактически соединят их вместе. Внезапно переключение передач становится намного проще!

У большинства автомобилей есть синхронизаторы на всех передачах, кроме передачи заднего хода. По этой причине вам, как правило, необходимо полностью остановиться перед переключением передач задним ходом.(В противном случае вы услышите этот ужасный скрежет зубов!) Однако некоторые производители, в том числе Lamborgini и BMW, действительно используют синхронизаторы на задней передаче.

Сцепление

Сцепление — это устройство, используемое для соединения и отсоединения двигателя от трансмиссии. На автомобилях с механической коробкой передач сцепление приводится в действие педалью. Когда педаль сцепления полностью нажата, двигатель отключается от коробки передач. Когда педаль сцепления полностью отпущена, двигатель полностью включается, т.е.е. передает весь свой крутящий момент (мощность) на трансмиссию.

Муфта состоит из трех основных компонентов: маховика, диска сцепления и нажимного диска.

Маховик представляет собой большой стальной или алюминиевый диск, соединенный с коленчатым валом. Он помогает гасить вибрации двигателя, а также служит основой для сцепления.

Диск сцепления — это второй диск, покрытый материалом, который будет создавать трение при контакте с маховиком.Диск сцепления соединен с входным валом коробки передач. Когда педаль сцепления отпущена, диск сцепления прижимается к маховику, так что маховик и диск сцепления вращаются вместе.

Прижимной диск находится с другой стороны диска сцепления; это в основном подпружиненная фрикционная поверхность. Эти пружины вдавливают нажимной диск в диск сцепления. Когда педаль сцепления отпущена, срабатывает прижимная сила пружин; обратное происходит, когда педаль нажата.

Вся система находится в картере сцепления .

Поскольку пластины сцепляются друг с другом за счет трения, это не простая система «включения / выключения»; при нажатии или отпускании педали диск сцепления частично входит в зацепление и частично проскальзывает. Это «проскальзывание» позволяет водителю заводить автомобиль с места или переключать передачи во время движения, поскольку оно позволяет постепенно согласовывать скорости вращения двигателя и трансмиссии. Однако научиться правильно использовать сцепление, чтобы добиться этого, новичкам может быть немного сложно.

Теперь, когда вы знакомы с теорией, лежащей в основе работы механической коробки передач, в следующей статье я расскажу о практике реального вождения автомобиля со стандартной сменой!

Чтобы узнать больше по этой теме или по широкому кругу вопросов от «Как сменить шину» до «Как запустить автомобиль», посетите веб-сайт DefensiveDriving.com, посвященный ресурсам для безопасного вождения!

Посетите наши сайты для конкретных штатов, чтобы получить дополнительную информацию о безопасном вождении в Интернете в Техасе, Калифорнии, Флориде и Нью-Джерси.

← Не говорите мне о работе — как бы вы ответили на эти вопросы? | Транспортная школа Флориды: какой курс выбрать? → Коробка передач

(автомобиль) — Energy Education

Рис. 1. Ручка переключения передач переключает передачи в трансмиссии, чтобы изменять мощность на колеса. ^[1]

Механические коробки передач обсуждаются в этой статье. Посетите How Stuff Works, чтобы узнать об автоматической коробке передач.

Трансмиссия используется в автомобилях для изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам.Это важная часть трансмиссии.

Автомобили требуют трансмиссии, потому что их двигатель имеет максимальные обороты, на которых он может вращаться до того, как произойдет повреждение, известное как redline (в частности, число оборотов в минуту является мерой вращения коленчатого вала). Во-вторых, у каждого двигателя есть определенная частота вращения, при которой он развивает максимальную мощность и крутящий момент. ^[2] Для работы с подходящей частотой вращения в трансмиссии используются шестерни; шестерни изменяют, какой крутящий момент и угловая скорость передаются от двигателя к колесу, что позволяет оборотам оставаться ниже красной черты, обеспечивая при этом максимальную мощность.

Операция

Рисунок 2. 5-ступенчатая коробка передач от Volkswagen Golf. ^[3]
В трансмиссии

используется так называемое передаточное число , которое является мерой механического преимущества, производимого их шестернями. Чем выше передаточное число, тем меньшая угловая скорость (что означает более низкое значение числа оборотов в минуту) передается на приводной вал, но это дает пропорционально более высокий крутящий момент. На низких скоростях желательно высокое передаточное число, чтобы колеса не вращались слишком быстро, а также получали достаточный крутящий момент для движения автомобиля.Низкое передаточное число желательно для передачи максимальной скорости колесам и, следовательно, будет использоваться на более высоких скоростях, когда колесам не нужен такой большой крутящий момент. Это соотношение определяется выражением

[math] GR = \ frac {\ omega_ {eng}} {\ omega_ {out}} = \ frac {\ tau_ {out}} {\ tau_ {eng}} [/ math]

где

• [math] GR [/ math] — передаточное число
• [math] \ omega_ {eng} [/ math] — частота вращения двигателя в об / мин.
• [math] \ omega_ {out} [/ math] — частота вращения выходного вала в об / мин.
• [math] \ tau_ {eng} [/ math] — крутящий момент двигателя
• [math] \ tau_ {out} [/ math] — крутящий момент на выходном валу.

Таблица, содержащая соответствующее передаточное число для шестерен типичного 5-ступенчатого автомобиля, если двигатель работает на 3000 об / мин: ^[2]

Коэффициент

Детали

Рисунок 3. Трансмиссия 5-ступенчатой ​​машины. ^[4]

Трансмиссия автомобиля имеет множество рабочих частей (сцепление, промежуточный вал и т. Д.).), но в принципе это довольно просто — используйте шестерни, чтобы изменить крутящий момент, передаваемый на колеса. Выше было упомянуто, как это делается с точки зрения передаточного числа, поэтому ниже приведен список рабочих частей трансмиссии и их роль в выполнении этой задачи. Во-первых, входной вал (зеленая часть рисунка 3), выходящий из двигателя, будет вращаться с той же скоростью, что и двигатель. ^[2] Первая важная часть — это то, что соединяет это с трансмиссией и позволяет двигателю работать, пока автомобиль стоит на месте.

• Сцепление — Сцепление является основным компонентом механической коробки передач и часто используется. Его цель — подключить или отключить двигатель от трансмиссии. При отключении двигатель будет вращаться сам по себе, и на колеса не будет подаваться мощность, что позволяет переключать передачи и двигать автомобиль, не двигаясь. При подключении муфта соединяет две системы и обеспечивает передачу мощности и ускорение.

• Промежуточный вал — Промежуточный вал (красный) соединяется с двигателем через сцепление и вращается как одно целое.Следовательно, когда сцепление включено, промежуточный вал будет вращаться, пока двигатель работает, и любое изменение скорости двигателя будет передаваться на промежуточный вал. Он соединяется со следующей частью, которая заставляет машину двигаться.

• Шестерни и выходной вал — Шестерни (синие) и выходной вал (желтый) — это то, что соединяется с ведущим валом, дифференциалом и, наконец, с колесами. Вал и шестерни не вращаются как единое целое, если пурпурная часть, известная как воротник, не заблокирована шестерней.

• Хомут — Эта деталь имеет решающее значение для основной цели трансмиссии, которая заключается в том, чтобы колеса вращались с желаемой скоростью. Если хомут не подсоединен к передаче, как на рисунке 3, считается, что автомобиль находится в «нейтральном» положении, и двигатель не передает мощности на колеса. Он соединяется с зубчатой ​​передачей своими «собачьими зубьями», и если вы когда-нибудь слышали, как ручная машина скрежетает во время переключения передач, это именно эти собачьи зубцы пытаются зафиксироваться в передаче. В современных автомобилях используют синхронизаторы, чтобы переключение передач было более плавным.

• Вилка переключения передач — Это то, что водитель использует для переключения передач, как показано на рисунке 1. Перемещение этой вилки изменяет положение хомута и позволяет водителю переключать передачи только при включенном сцеплении. отключен. На рисунке 3 можно увидеть, как автомобиль движется задним ходом, потому что «холостая шестерня» заставляет заднюю передачу вращаться в направлении, противоположном другим.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см.