Из чего состоит коробка передач

Механические КПП устройство, общая информация. (Часть1)

Необходимость в наличии коробки передач проистекает из одного из главных недостатков двигателя внутреннего сгорания. Диапазон скоростей вращения ДВС в большинстве случаев (обычно от 500 до нескольких тысяч об/мин) не совпадает со скоростями вращения колёс автомобиля (обычно от 0 до 1800 об/мин). Другая особенность ДВС в том, что максимальные значения крутящего момента достигаются в сравнительно небольшом интервале, расположенном приблизительно посередине между максимальными и минимальными оборотами. Максимальная же мощность развивается на максимальных оборотах.

Например, двигатель распространённого автомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочие обороты от 800 до 5400 об./мин., при этом максимальное значение крутящего момента достигается при 3000 об./мин.

Трансмиссия, таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число. Выделяют высшие и низшие ступени (передачи).

— При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

— С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет).

Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается в том, что зубчатые шестерни в её корпусе могут поочерёдно зацепляться в различных комбинациях, образуя несколько передач с разным передаточным числом.

Педали автомобиля с МКПП: слева направо — сцепления, тормоза и газа. Левее педали сцепления — площадка для отдыха ноги.

МКПП обычно работает в паре со сцеплением. Сцепление служит для временного разобщения двигателя и трансмиссии. Разобщение необходимо для переключения передачи в МКПП, так как, когда двигатель и валы КПП не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать передачи невозможно.

В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором, например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х — 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х — 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.

Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.

Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод.

Валы и шестерни

Любая коробка передач традиционного типа представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них шестернями.

Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.

В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный.

* Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
* Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах — непосредственно с главной передачей.
* Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.

Обычно, первичный и вторичный валы расположены один за другим, вторичный опирается при этом на подшипник, установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён. Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми.

На первичном валу находится одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном валу расположен блок шестерён, шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение исключено. Для включения передачи, они могут блокироваться на валу, начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач»).

Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала, которые находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда. Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.

Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты). В отличие от шестерней передач, они закреплены на своём валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Также, зубчатый венец имеет и задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее — на колёса.

Соответственно, когда ни одна муфта включения не блокирует ни одной шестерни, коробка передач находится в нейтрали, или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.

Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут включаться с сильным шумом и чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать момент, когда обороты муфты включения и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень быстро износятся.

Поэтому в современных МКПП вместо простых муфт включения используются синхронизаторы, уравнивающие окружную скорость шестерни и муфты включения и не дающие муфте заблокировать шестерню, пока их скорости не сравняются — что занимает время порядка миллисекунд, и без применения специальных приборов обнаружить блокировку при переключении передач невозможно (см. также раздел «Синхронизированные и несинхронизированные МКПП»).

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R — шестерни соответствующих передач.

Ведущий вал — оранжевый; Ведомый вал — жёлтый; Промежуточный вал — серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун — зелёный; Ползун включения III—IV передач — фиолетовый; Ползун включения I—II передач — голубой;

N — нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи — на вторичный.

IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение — 1:1, и называется прямой передачей, так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КПП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

R — задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

Двухвальные коробки передач

В настоящее время нередко используются двухвальные МКПП: в них отсутствует промежуточный вал, ведущий и ведомый валы вращаются вокруг параллельных осей (а не расположены на одной оси друг за другом), и крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерней первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном, их принцип действия аналогичен работе трёхвальной МКПП.

Преимущества таких КПП — компактность и несколько бо́льший КПД благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента шестерён. Главный недостаток — отсутствие прямой передачи; кроме того, такая КПП пригодна только для легкового автомобиля: в ней конструктивно сложно получить большие значения передаточного числа.

Таковы коробки передач отечественных мотоциклов «Урал» и «Днепр», переднеприводных автомобилей, таких, как ВАЗ-2108 и Москвич-2141. Часто такие КПП имеют больше четырёх передач переднего хода.

Синхронизированные и несинхронизированные МКПП

Существуют синхронизированные и несинхронизированные механические коробки передач.

— В несинхронизированной МКПП включение передач осуществляется полностью водителем вручную. Так как при переключении передачи скорость шестерён различна, муфта переключения не может просто перейти с одной из них на другую.

Поэтому водителю приходится ждать момента, когда окружные скорости шестерён сравняются. Для этого служит способ, называемый«двойным выжимом»: для переключения между низшей и высшей передачей сначала нажимают педаль сцепления, выключают передачу (коробка в «нейтрали»), отпускают сцепление, затем снова нажимают на его педаль и включают нужную передачу

При переключении с высшей передачи на низшую применяют «двойной выжим с перегазовкой» — тот же процесс, но когда коробка находится в нейтрали производят «перегазовку» — нажимают на педаль акселератора. Все эти меры нужны для грубого выравнивания окружных скоростей шестерён и облегчения переключения передач.

На некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах с несинхронизированными МКПП передачи обычно переключают без выжима сцепления, что требует от водителя большого опыта (необходимо на уровне автоматизма достаточно точно «подгадывать» необходимые в момент переключения обороты двигателя).

На легковых автомобилях полностью несинхронизированные МКПП применялись до 1940-х годов (ГАЗ-А, ГАЗ-М-1, ранние серии ГАЗ-М-20).

Однако, например, на тяжёлых грузовиках и тракторах, КПП которых имеют большое количество передач (до 18), установка синхронизаторов технически невозможна. Кроме того, несинхронизированные МКПП иногда используют на современных спортивных автомобилях и мотоциклах по двум причинам: во-первых, опытный водитель переключает не синхронизированные передачи быстрее (с меньшей задержкой), а во-вторых (что более важно), такие коробки более живучи при характерных для спорта высоких нагрузках.

— В синхронизированной МКПП, включение всех передач (или некоторых) в определённом смысле частично автоматизировано. Специальные устройства — синхронизаторы — не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется (что также выполняется синхронизатором).

У большинства современных легковых автомобилей синхронизированы все имеющиеся передачи, иногда — все передачи переднего хода.

В прошлом синхронизированными были лишь высшие передачи. Например, в коробке передач «Волги» ГАЗ-21 и многих автомобилей того же периода синхронизированы только II и III передачи, а I и заднего хода — нет. В этом случае для бесшумного включения несинхронизированных передач (включая заднюю) применяется специальный приём — выжав сцепление, сначала рычаг переключения передач переводят в положение, соответствующее одной из синхронизированных передач, а затем, не отпуская педали сцепления, включают нужную несинхронизированную передачу. При этом происходит выранивание скоростей валов коробки передач, что даёт эффект, аналогичный наличию на этой передаче синхронизаторов. Применение этого приёма позволяет не только избежать неприятного скрежета при включении несинхронизированной передачи, но и значительно увеличить ресурс её шестерней.

У большинства отечественных автомобилей передача заднего хода не имеет синхронизатора.

Число ступеней считают по номеру передачи переднего хода с наименьшим передаточным отношением.

— Двухступенчатые: на небольшом количестве ранних автомобилей коробки передач имели две ступени переднего хода и одну — заднего; например, на Ford T;

— Трёхступенчатые: в 1920-х распространились коробки передач с тремя ступенями переднего хода, которые были широко распространены в Европе — до конца 1960-х годов, а в Северной Америке — до второй половины 1970-х; как правило, в них были синхронизированы как минимум вторая и третья передачи;

— Четырёхступенчатые: уже многие ранние автомобили имели четырёхступенчатые коробки без синхронизаторов; с появлением синхронизаторов, однако, большинство производителей массовых автомобилей ограничило количество ступеней тремя; тем не менее, в конце 1950-х годов на массовых моделях стали появляться коробки передач «со сближенными передаточными числами» и четырьмя ступенями, что обеспечивало более интенсивный и плавный разгон. В США они долго рассматривались как спортивная опция, а в Европе в конце 1950-х — начале 1960-х стали устанавливаться на большинство автомобилей;

— Пятиступенчатые: в 1970-е годы появились, а в 1980-е получили массовое распространение МКПП с четырьмя основными передачами переднего хода и дополнительной пятой, которая представляла собой встроенную в саму коробку повышающую передачу (см. ниже);

— Шестиступенчатые: в 1990-е годы появились шестиступенчатые коробки передач. Они могли представлять собой как МКПП с четырьмя базовыми ступенями и двумя — повышающими (для ещё большей экономии топлива), так и МКПП с пятью базовыми и одной повышающей ступенью (для ещё более динамичного разгона);

— Семиступенчатые и далее: в 2000-е годы появляются механические коробки передач с пятью базовыми ступенями и двумя повышающими (например, Bugatti Veyron или BMW M5).

С распространением полуавтоматизированных систем переключения передач (как на том же Bugatti Veyron) с возможностью переключения передач только «вверх» или «вниз» при помощи электроники, по сути стало возможно иметь почти как угодно много передач с сохранением возможности для водителя адекватно переключать их. Тем не менее, на современном этапе большинство массовых легковых автомобилей обходятся пятью, реже шестью.

Повышающая передача, или овердрайв (англ. Overdrive) — имеет передаточное число меньше единицы. Повышающей она называется, так как при таком передаточном числе ведомый вал обращается быстрее ведущего.

До 1970-х годов овердрайв на легковых автомобилях обычно оформляли в виде отдельного от КПП агрегата. Например, на Volvo 240 с четырёхступенчатой трансмиссией можно было заказать дополнительный овердрайв с различными вариантами передаточных чисел. Такой овердрайв мог включаться как водителем (на илл. слева), так и автоматически, по достижении определённой скорости при движении на прямой передаче.

Например, на автомобилях Ford 1950-х — 1960-х годов овердрайв автоматически включался при превышении при движении на прямой передаче скорости в 27 миль в час (около 45 км/ч), а отключался при её снижении ниже 21 мили в час (около 35 км/ч) или при резком нажатии на педаль акселератора (так называемый кик-даун, режим включения пониженной передачи для обгона)
.

С конца 1970-х годов овердрайв стали встраивать в четырёхступенчатые МКПП как пятую передачу, что стало обычной практикой в 1980-е. В наши дни в КПП может быть более одной повышающей передачи.

Вопреки распространённому мнению, в большинстве случаев повышающая передача существенно не увеличивает максимальной скорости автомобиля. Максимальная скорость достигается уже на прямой передаче (с передаточным отношением 1:1), но на повышающей передаче при прочих равных уменьшаются обороты коленчатого вала, следовательно — расход топлива и износ двигателя.

Планетарные коробки передач

Некоторые автомобили использовали планетарные механические коробки передач, например, Ford T. Шестерни в планетарном механизме совершают помимо вращательного ещё и поступательное движение.

Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.

Так как при переключении передач в планетарной коробке не происходит зацепления между двумя зубчатыми венцами, нет необходимости и в разобщении двигателя и трансмиссии для переключения передач. Кроме того, такая трансмиссия получается гораздо компактнее обычной.

Однако управление автомобилем с такой коробкой передач очень специфично, а сама она весьма дорога в производстве. Поэтому механические планетарные КПП получили малое распространение на автомобилях (зато нередко применяются на велосипедах, а также танках и иных гусеничных машинах).

Вид на планетарную часть сложной 8-ступентчатой АКПП автомобиля Lexus.

Кроме того, практически все гидромеханические автоматические трансмиссии используют планетарную механическую часть, которая достаточно легко поддается автоматизации и может работать в паре с гидротрансформатором без сцепления.

В классической МКПП для выбора нужной передачи служит специальный рычаг, называемый рычагом переключения передач, или селектором. С его помощью в любой момент можно задействовать любую из имеющихся в коробке передач ступень (кроме ступени заднего хода, включать которую допустимо лишь после полной остановки автомобиля во избежание серьёзных поломок).

Расположение рычага и система привода могут в значительной степени варьироваться в зависимости от модели автомобиля.

* Рычаг может располагаться непосредственно на корпусе коробки передач (обычно сверху или сбоку), либо на специальном удлинителе. В этом случае все механизмы переключения расположены внутри корпуса коробки и рычаг непосредственно воздействует на ползуны с вилками переключения передач. Плюсы такой схемы — более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток — из-за особенностей компоновки рычаг, расположенный на корпусе коробки, обычно оказывается сильно вынесен вперёд, что снижает удобство пользования им. Кроме того, такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях.

На автомобиле ГАЗ-69 применялась трёхступенчатая МКПП, имеющая привод от рычага, непосредственно расположенного на боковой крышке (слева). Автомобиль «Волга» ГАЗ-24 и все последующие модели «Волга» имеют коробки передач с рычагом, расположенным на специальном удлинителе сверху. Микроавтобусы «РАФ», имеющие в основе агрегаты «Волги», на волговской МКПП имеют крышку другой конструкции, переносящей рычаг в переднюю часть КПП, что обусловлено полукапотным расположением двигателя. Заднеприводные автомобили ВАЗ имеют коробку передач с рычагом, размещённым на корпусе сверху, либо на специальном удлинителе. Автомобили «УАЗ» вагонной компоновки (микроавтобусы, "головастики") между рычагом КПП и самой коробкой передач имеют систему тяг и рычагов.

* Рычаг может располагаться дистанционно (напольно, на рулевой колонке или на панели приборов) и связан с коробкой передач при помощи расположенных вне корпуса коробки тяг (назваемых обычно «кулисой»). Плюсы такого решения — удобное расположение рычага КПП, устранение вибрации рычага и практически полная свобода в компоновке автомобиля. Однако, привод тягами менее долговечен и со временем допускает разбалтывание, что требует регулировки или замены кулисы. Кроме того, чёткость переключения передач с таким механизмом переключения хуже, чем при непосредственном расположении рычага на корпусе КПП.

* Также на некоторых моделях использовались (используются) пневматические или электромеханические системы привода. На легковых автомобилях особого распространения они не получили.

Кроме того, существуют механические коробки передач с так называемым «секвентальным», то есть, последовательным (от англ. «сиквенс» — последовательность) переключением передач, у которых при помощи рычага-джойстика с двумя положениями — обычно, «+» и «—», или специальных «лепестков» на рулевой колонке передачи можно переключать только одну за другой. Как правило, управление сцеплением в таких системах автоматизировано. Они находят применение на некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах.

Устройство и принцип работы механической коробки передач

Совсем недавно механическая коробка передач являлась самым распространенным видом КПП, но постепенно уступила первое место роботизированным и автоматическим типам. Однако от этого «механика» не стала хуже и не потеряла своей надежности. Как и другие модели, МКПП передает крутящий момент на колеса путем ручного переключения передачи.

Принцип работы механической коробки передач и ее устройство – довольно сложная тема, требующая детального рассмотрения. Постараемся осветить ее подробно, а также дадим советы по правильному использованию МКПП.

Виды механических коробок переключения передач

Принцип работы механической коробки передач автомобиля заключается в ручном выборе и включении требуемой передачи. Поскольку диапазон работы ДВС ограничен, то для расширения его возможности и адаптирования двигателя к движению в различных условиях, используется трансмиссия.

Основной принцип работы механической коробки заключается в адаптации и передаче крутящего момента колесам за счет изменения передаточного числа. МКПП предполагает самостоятельный выбор водителем той или иной передачи. Распределение крутящего момента в механической коробке зависит от ступени.

Прежде чем переходить к назначению и принципам работы механической коробки передач, поговорим о том, какие виды КПП существуют.

В зависимости от количества ступеней коробки могут быть:

четырехступенчатыми (такие использовались раньше, в современных автомобилях они практически не встречаются);
пятиступенчатыми (самые распространенные);
шестиступенчатыми.

В зависимости от количества валов КПП могут быть:

двухвальными (предназначены для легковых автомобилей с передним приводом);
трехвальными (ими оснащаются как легковые, так и грузовые авто независимо от типа привода).

После усовершенствования механической трансмиссии появился новый тип КПП – роботизированный. В них используется как электронный блок управления для переключения скоростей, так и допускается возможность ручного выбора режима. В роботизированной коробке не предусмотрена педаль сцепления.

Плюсы и минусы механической коробки переключения передач

В зависимости от принципов работы достоинствами механической коробки являются:

возможность буксировки авто на любые расстояния, в том числе с неработающим двигателем;
возможность запуска машины с «толкача», если сел аккумулятор или неисправна система зажигания;
меньшие вес и размеры по сравнению с АКПП;
повышенная динамика, самостоятельный выбор манеры езды за счет изменения оборотов силового агрегата;
максимальное задействование возможностей мотора на каждой из скоростей;
быстрое ускорение и экономия горючего по сравнению с АКПП (агрессивное и спортивное вождение увеличивает расход топлива);
простая конструкция;
меньшая стоимость обслуживания и ремонта по сравнению с автоматическими трансмиссиями;
повышенный ресурс работы коробки.

Принципами работы обусловлены и определенные недостатки МКПП, среди которых отметим:

сложности в управлении автомобилем для новичков-водителей, так как требуется одновременно контролировать работу сцепления, выбирать и переключать режимы;
вероятность вывода КПП из строя из-за неправильной работы со сцеплением или при включении задней передачи при движении вперед;
уменьшение ресурса ДВС, так как обороты, выбираемые вручную, могут быть слишком высокими или чересчур низкими;
потеря мощности двигателя, если переключать скорости медленно или при недостаточных оборотах;
возможность поломки сцепления при пробуксовке на льду или в сугробах.

Благодаря принципам своей работы, механические коробки передач обладают множеством достоинств, недостатки же исчезнут при получении водителем необходимо опыта.

Строение и принцип работы двухвальной механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач состоит в следующем. Валы соединяются друг с другом шестернями с различным количеством зубцов. Их задача заключается в том, чтобы адаптировать КПП к изменяющимся условиям движения автомобиля.

Проще говоря, МКПП изменяет режимы работы двигателя за счет изменения крутящего момента, передающегося ведущим колесам. При снижении оборотов уменьшается передающее усилие, при повышении оборотов оно увеличивается. Таким образом поддерживается необходимый режим работы двигателя в начале движения, при увеличении скорости и торможении.

Конструктивно двухвальная механическая коробка состоит из:

ведущего и ведомого валов;
шестерней валов;
главной передачи;
дифференциала;
синхронизаторов;
механизма переключения передач;
корпуса-картера.

Большинство современных автомобилей с передним приводом оснащаются двухвальными механическими трансмиссиями. В таких КПП передача крутящего момента происходит от шестерней ведущего вала к шестерням ведомого. Первый соединен с двигателем за счет маховика, а от второго крутящий момент поступает к колесам. Оба вала функционируют параллельно.

В двухвальных КПП отсутствует промежуточный вал, которым оснащаются трехвальные трансмиссии. За счет этого она обладает меньшими размерами и весом, но большое число шестеренок в такой конструкции уменьшает КПД. Благодаря компактности коробки она может использоваться для оснащения тяжелых мотоциклов.

Вторичный вал расположен параллельно первичному. Свободно крутящиеся вокруг своей оси шестеренки находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

На вторичном валу располагается ведущая шестеренка главной передачи. В отличие от прочих, она надежно зафиксирована. Между шестернями расположены муфты синхронизаторов.

Установка трех вторичных валов позволяет уменьшить размеры трансмиссии, повысив при этом число передач. Каждый вал оснащается шестерней главной передачи, находящейся в постоянном взаимодействии с ведомой шестерней.

Принцип работы и устройство трехвальной механической коробки

Принцип работы механической коробки передач основан на взаимодействии шестерней, погруженных в трансмиссионную смазку, заполняющую картер МКПП.

Конструктивно механическая коробка передач состоит из:

ведущего и ведомого валов;
промежуточного и дополнительного валов;
корпуса;
синхронизаторов;
комплектов шестерней;
механизма переключения передач, оснащенного замками и блокирующими элементами;
рукоятки переключения передач.

Валы вращаются за счет расположенных внутри корпуса подшипников. Каждый вал оснащен определенным количеством шестерней, имеющих различное число зубчиков. Взаимодействие ведущего вала с двигателем происходит благодаря корзине сцепления. Ведомый вал соединен с карданным. Вращающий момент передается вторичному валу за счет промежуточного.

Читать:

Крепление b13 аккумулятора что это

Промежуточный вал с неподвижно закрепленными шестернями вращается благодаря ведущей шестерне первичного вала. Ведомый вал оснащается шестеренками, которые свободно перемещаются по шлицам.

Чтобы сравнять угловые скорости шестерней и оборотов вторичного вала, между шестеренками располагают муфты синхронизатора, зафиксированные на валу и продольно перемещающиеся по шлицам. Все ступени современных механических коробок оснащены подобными деталями.

Механизм переключения скоростей в трехвальной коробке располагается на корпусе трансмиссии. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Чтобы не допустить одновременного выбора двух передач, механизм дополнен блокирующими элементами. Возможно дистанционное управление переключающим устройством, к примеру, с рулевого колеса.

При включении нейтральной скорости передача крутящего момента колесам не происходит, поскольку первичный вал и двигатель не соединены сцеплением. Изменение водителем положения рычага управления ведет к следующему: вилка, соответствующая его расположению, перемещает муфту синхронизатора, выравнивающую скорости оборотов вторичного вала и определенных шестерней. Происходит взаимодействие зубцов синхронизатора и шестеренок. Последние блокируются на вторичном валу, передавая колесам крутящий момент с нужным передаточным числом.

Движение задним ходом выполняется посредством включения соответствующей передачи. Направление движения изменяется за счет промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельной оси.

Несмотря на большие размеры и вес трехвальных механических коробок передач, они обладают большей эффективностью работы, поскольку напрямую передают крутящий момент от первичного вала вторичному. Благодаря принципу действия, такими трансмиссиями оснащаются автомобили с задним и полным приводом, а также грузовые транспортные средства.

Как пользоваться механической коробкой передач

Из-за специфического принципа работы механической коробки передач, для новичков важно ознакомиться с особенностями управления авто с МКПП. Нужно правильно заводить автомобиль с механической трансмиссией, иначе она быстро выйдет из строя.

Алгоритм запуска двигателя автомобиля для «чайников» с учетом принципов работы механической коробки передач будет следующим:

Педаль сцепления выжимается до упора, рычаг коробки переводится в нейтральное положение (в нейтральном положении можно без помех перемещать рукоятку переключения скоростей вправо и влево).
Чтобы автомобиль на нейтральной передаче не начал движение, необходимо активировать ручной тормоз или выжать педаль тормоза.
Нажав на педали сцепления и тормоза, следует слегка повернуть ключ в замке зажигания таким образом, чтобы на приборной панели зажглись информационные значки. После того как они перестанут гореть, необходимо сильнее провернуть ключ, запустив двигатель.

Как продлить срок службы механической коробки переключения передач

Учитывая принципы работы сцепления механической коробки передач, опытные водители рекомендуют соблюдать несложные правила, позволяющие увеличить ресурс трансмиссии:

Поворачивать ключ следует не дольше 10 секунд за один раз. Если двигатель за это время не завелся, необходимо повернуть ключ в обратную сторону и повторить процесс запуска мотора спустя минуту.
Запуск силового агрегата в холодную погоду требует прогрева автомобиля в течение нескольких минут с выжатой педалью сцепления. Таким образом снижается нагрузка на ДВС и коробку передач, так как моторное масло на морозе загустевает.
Для уменьшения расхода горючего следует использовать при езде прямую передачу. В большинстве механических коробок ей соответствует четвертая скорость.
Переключаться на заднюю передачу можно после того, как автомобиль полностью прекратил движение.
При выжимании педали используются быстрые и резкие движения, при отпускании – аккуратные и плавные, без рывков.
Если сцепление колес с дорожным полотном недостаточное (поверхность дороги покрыта льдом, водой и т. п.), не следует включать нейтральную передачу или выжимать сцепление.
Во время выполнения поворотов выжимание сцепления противопоказано, даже если возникает необходимость в переключении передач.
При свободном движении можно эффективно использовать торможение двигателем с постепенным снижением передач.

Отдельного внимания заслуживает трансмиссионное масло.

Проверять уровень смазки и менять ее следует регулярно, в соответствии с требованиями производителя авто. Такие действия позволят увеличить ресурс работы МКПП. В большинстве случаев менять трансмиссионное масло необходимо через каждые 50–60 тыс. км, поскольку за это время свойства смазки ухудшаются.

Коробка заполняется специальной трансмиссионной жидкостью. Ее марка и характеристики указываются в сервисной книжке и инструкции по эксплуатации автомобиля. Если использовать масло, не подходящее для механической коробки вашего авто, повышается риск быстрого износа или поломки КПП. Большая часть механических трансмиссий оснащается специальным щупом, позволяющим проверять уровень масла, а также сливной крышкой, благодаря которой не возникает сложностей с заменой смазки.

Основные неисправности механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач таков, что она прослужит дольше автомата или робота, однако неправильная эксплуатация, использование неподходящей смазки, а также период использования приводят к появлению различных неисправностей.

При работе механических КПП чаще всего можно столкнуться с:

посторонними звуками во время езды и при переключении передач;
проблемами с включением одной или всех передач, они могут не включаться совсем или включаться с затруднением;
самовыключением передач;
подтеканием смазочной жидкости из коробки.

Последняя проблема чаще всего связана с износом сальников, уплотнителей, корпуса коробки, а также с тем, что не до конца затянута сливная пробка или неправильно вставлен щуп.

Посторонние звуки при включении нейтральной передачи свидетельствуют о том, что количество смазки слишком мало либо изношен подшипник первичного вала.

Шум при выборе скоростей может быть вызван:

износом или деформацией блокирующих элементов механизма выбора скоростей;
износом синхронизаторов;
недостаточным выжимом сцепления;
проблемами с креплениями МКПП.

Если посторонние звуки возникают при работе механической КПП, следует проверить состояние подшипников, синхронизаторов, а также уровень трансмиссионного масла.

Что думают автолюбители о принципе работы механической коробки переключения передач

АКПП или МКПП? Вот в чем вопрос.

«В автошколе я учился водить машину с механической коробкой. После того как получил права, купил автомобиль с автоматической. Конечно, ездить на нем комфортнее, особенно, когда часто в пробки попадаешь. Однако рука постоянно тянется к ручке. А если в сугробе сядешь или еще где-нибудь застрянешь, на «автомате» выбираться в разы сложнее. И это его очень большой минус, кроме стоимости обслуживания и ремонта. В общем, я за «механику», а супруга за «автомат». Хотя, в целом, я не против АКПП».

«Автоматическая коробка, конечно, удобна, но КПД у нее очень низкий. Я за механическую трансмиссию, хотя, безусловно, здорово, когда передачи самостоятельно переключаются. У меня авто с роботизированной коробкой. Если надо спокойно ехать, то пользуюсь им в автоматическом режиме, если возникает необходимость в более динамичной езде, переключаюсь на ручной режим. А вообще, мне нравятся автоматические коробки в сочетании с мощным мотором».

«Поклонники «механики» говорят о полном контроле, что никакая автоматика не сможет лучше, чем они определить необходимость переключения передач и т. п. Я ездил и на «автомате», и на «механике». Знание принципов работы механической коробки передач осталось, переключаюсь без затруднений, однако за несколько лет езды на «автомате», скучать по МКПП не доводилось. Что бы там ни говорили, а в городах, в условиях постоянных пробок, лежачих полицейских, светофоров, плохих дорог и прочих «радостей», постоянно дергать за ручку – удовольствие сомнительное».

«Автоматическая коробка передач подразумевает большое количество механизмов, некоторые из которых, например, не дают возможности тормозить двигателем, другим категорически противопоказаны быстрые, резкие торможения. Этот недостаток я считаю существенным, поскольку он не позволяет эффективно проехать ямку или искусственную неровность. С помощью АКПП нельзя перегазовать, переключаясь на передачу или две ниже.

Принципы работы механической коробки передач позволяют без проблем и торможений входить и выходить из любых поворотов, не терять крутящий момент, въезжая на клеверную развязку и сбрасывая скорость со 110 до 60 км/ч, чтобы войти в поворот. А когда колеса принимают прямое положение, я повышаю передачу и набираю скорость, чтобы безопасно встроиться в транспортный поток, двигающийся со скоростью свыше 120 км/ч.

Знание принципов работы механики позволяет парковать автомобиль в таких местах, в каких с этой задачей не справиться ни один «автопарковщик». Достаточно отпустить педаль и ехать со скоростью пешехода. В общем, я за хорошую «механику», главное, чтобы у нее была настроена кулиса, короткие ходы и присутствовала информативная педаль сцепления».

«Исходя из принципов работы механической коробки передач, к достоинствам МКПП я отнесу возможность заводить авто «с толкача», сколько угодно буксовать и ее неубиваемость (актуально для иномарок), хотя сцепление, конечно, менять придется. Среди плюсов «автомата» отмечу комфортность езды, что особенно чувствуется в пробках. Изучив основы работы, поменять «механику» на «автомат» очень просто, пересесть обратно на МКПП гораздо сложнее. Что касается динамических характеристик, я особой разницы не увидел».

Устройство коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.
Устройство механической коробки передач (кликабельно). Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности.

Устройство механической коробки передач

Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер. Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

картера;
первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
дополнительного вала и шестерни заднего хода;
синхронизаторов;
механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
рычага переключения.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки.
Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Виды механических КПП

По количеству ступеней (передач) механические коробки в основном подразделяются на:

4-ступенчатую;
5-ступенчатую;
6-ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается 5МТ, то есть пятиступенчатая коробка переключения передач.

По количеству валов МКПП подразделяются на:

двухвальные, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
трехвальные, устанавливаемые на легковые заднеприводные, а также на грузовые автомобили.

Принцип работы МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.

Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.

Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Преимущества и недостатки МКПП

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью	При неправильной эксплуатации повышенные нагрузки на ДВС

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

отпустить педаль газа;
левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Заключение

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%. Связано это в первую очередь с комфортом во время вождения — при использовании АКПП он несомненно выше. Механическая КПП имеет самый простой принцип работы. Из-за этого она дешевле и экономичнее. МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Коробка передач

Назначение и особенности устройства КПП. Принцип работы коробок переключения передач. Специфика и плюсы разных видов.

Коробка передач или коробка переключения передач (КПП) – это один из важнейших агрегатов трансмиссии – наряду с карданным валом, сцеплением и задним ведущим мостом. Как составляющая трансмиссии КПП характерна для всех автомобилей ДВС.

Коробка передач

Назначение и устройство

изменения крутящего момента,
изменения скорости,
коррекции направления движения автомобиля,
разъединения ДВС и трансмиссии и, напротив, их соединения (такая потребность актуальна при переключении передач, необходимости получения малых «ползучих» скоростей, кратковременной остановки транспортного средства),
блокировки гидротрансформатора (функция ценна для уменьшения потери полезной энергии «автомата» при передаче крутящего момента в ситуации, когда выравниваются обороты ведомой и ведущей турбин).

В корпусе устройства коробки передач с “механикой” объединены валы (2, 3 или более), синхронизатор, шестерни, рычаг для переключения скоростей, проволочные кольца, подшипники, сальники.

Устройство АКПП (КПП с “автоматикой”) представляет собой узел, в который входят гидротрансформатор, планетарный ряд, фрикционы, тормозная лента, узел управления (насос + маслосборник + клапанная коробка).

В основе роботизированных коробок могут лежать как решения механического типа с электрической либо гидравлической системой управления сцеплением и передачами, так и автоматические коробки, оборудованные электрогидравлическим приводом сцепления.

На сцеплении, шестернях, валах и синхронизаторах остановимся более подробно.