Повышенная и пониженная передача что это

АКПП и правильная ее эксплуатация

АКПП — автоматическая коробка переключения передач
АКПП состоит из гидротрансформатора и ряда планетарных передач (в АКПП Honda обычный ряд как на механике).
Гидротрансформатор позволяет крутящий момент усиливать в 2,5 раза и передавать его плавно, без крутильных колебаний.
В гидротрансформаторе нет прямого сцепления с ведущей передачей и машина получает возможность ехать внатяг на высокой передаче. Достигается это путем потери мощности (за счет разницы оборотов насосного колеса и приемной турбины и обратной связи масла в гидротрансформаторе), поэтому нет чудес от того, что тяга выше. Примерная аналогия — когда поднимаешь груз веревкой через блок с колесом. Двигатель при этом работает без перегрузки и никогда не заглохнет! За нагрузкой на двигатель и своевременное переключение передач следит электроника, от ее алгоритма очень сильно зависит скорость работы АКПП.

Принцип работы гидротрансформатора

Режимы АКПП (P, R, N, D, 2, 1, M)

Продуманный и лаконичный селектор АКПП автомобиля Mazda3

Режим "P" (Parking) — двигатель отсоединен от трансмиссии и автомобиль заторможен. Используется при стоянке. В этом режиме разрешен запуск двигателя. Можно использовать "P" как стояночный тормоз для надежной фиксации автомобиля на стоянке на ровных участках при исправном механизме блокировки выходного вала АКПП. Но если автомобиль стоит на уклоне >15%, то включение ручного тормоза обязательно! Причем первым необходимо затянуть ручной тормоз и только после этого перейти в режим "Р", затем плавно отпустить педаль тормоза, чтобы авто встал на стопор мягко.

Режим R (Reverse) — включает режим движения задним ходом.

Режим "N" (Neutral) — двигатель отсоединен от трансмиссии, автомобиль не заторможен. Нейтральный режим предназначен исключительно для буксировки автомобиля на небольшие расстояния, но обязательно с работающим двигателем! Чтобы не перегрелось трансмиссионное масло ATF, скорость буксировки должна быть невысокой. Так же он используется при проведении специальных работ на автосервисах.
Если при длительных остановках в пробках устала нога, то лучше перейти в режим "P" (PARKING). Так же при остановке в жаркую погоду — для снижения тепловыделения и предотвращения перегрева масла в коробке.
Не рекомендуется двигаться накатом в режиме "N" (например, подкатываясь к перекрестку) — это грубая ошибка и во многих автошколах если катиться на нейтрали, то вождение не сдать!
При движении на длинных спусках устанавливать рычаг селектора в положение "N" нельзя — это не приведет к экономии топлива, но может вызвать перегрев коробки при возвращении в "D" на высокой скорости. Двигаясь накатом коробка в режиме "D" сама перейдет на высшую из разрешенных передач и обеспечит минимальное торможение двигателем, а на спуске переключится на низшую передачу и поможет торможением двигателем.
Таким образом, не рекомендуется использовать режим "N", кроме случаев запуска стартером вдруг заглохшего двигателя в движении (что странно при АКПП), а также буксировки автомобиля или перекатывания его вручную.

Режим "D" (Drive) — основной режим работы — разрешена езда на всех передачах (их в простом автомате всего 4): третья — прямая, с передаточным числом 1, четвертая — повышающая или овердрайв (overdrive), так как передаточное число у нее менее единицы (0,69). Четвертая передача в АКПП аналогична пятой или шестой в ручных коробках. Кроме того, в режиме D быстро блокируется гидротрансформатор (см. ниже примечание о блокировке гидротрансформатора), что благоприятно при езде по трассе (на 1,5-2 литра уменьшается расход).
Поигрывая педалью газа в режиме "D" можно самому управлять переключением передач: если при разгоне плавно утопить газ до 2/3 и держать, то двигатель будет раскручиваться на моменте на данной передаче, не переключая раньше времени вверх, если же приотпустить газ, то сразу переключит вверх.
Если снова нужно вниз, то быстро утопить педать на 2/3 хода и приотпустить, тем самым даем понять электронике что хотим придержать передачу.
В городе рекомендуется пользоваться преимущественно режимом "D3", "S" или ручной, особенно в зимнее время. Режим "D" рекомендован для загородной езды. Принудительно исключая из работы повышающую передачу вы делаете автомобиль более "живым" (АКПП быстрее переключается вниз при обгонах и перестроениях) и эффективнее используете торможение двигателем при сбросе газа.

Режим "D3" — включается отдельной кнопкой отключения овердрайва, переключение не выше третьей передачи. Используется в основном при езде с частыми остановками и на скорости не выше 80 км/ч.

Режим "S" (Sport) — спортивный режим АКПП, отличается от "D" тем, что в нем передачи переключаются при более высоких оборотах двигателя. Хорошо подходит в городе.

Режим "L" (Low) или "1" — включение понижающей передачи при движении по гололеду, на крутых подъемах и спусках, когда требуется передать на ведущие колеса максимальную тягу двигателя.

Режим "M" (Manual) — ручной режим переключения (типтроник) при сдвиге рычага влево, позволяет более точно управлять АКПП и реализовывать мощность двигателя, имитирует работу механической коробки с принудительным последовательным повышением или понижением передачи при движении рычага в положениях + и -, либо подрулевыми лепестками. В него можно переходить из режима "D" и обратно в любой момент, независимо от нажатия педали газа. Если в ручном режиме выбрать 1-ю передачу, то при сбросе газа на небольшой скорости происходит блокировка гидротрансформатора (переход в режим гидромуфты) и идет эффективное торможение двигателем — это очень удобно при небольших скоростях при рваном режиме в пробках — меньше приходится пользоваться педалью тормоза. Тормозить пониженными передачами можно. Перевод рычага осуществлять на соответствующих скоростях (диапазон 1 включать на скорости ниже 50 км\ч, диапазон 2 — ниже 90км\ч и т.д.), электроника не переключит на более низкую передачу при превышении допустимой для нее скорости.

Режим "Кик даун" (KickDown) — провал педали до пола. Автоматически срабатывает при резком утапливании педали газа, переключая вниз на 1-2 передачи для интенсивного обгона. При достижении максимально заданной изготовителями скорости для передачи автомат сам перейдет на следующую передачу. Исключение — ручной "честный" режим типтроник.

Режим "2" или "2L" — движение вперед не выше второй передачи. Используется при езде на извилистых горных дорогах или холмистой местности.

Режим "W" (Winter) — подразумевает трогание с места не с первой, а со второй передачи в целях предотвращения проскальзывания колес на скользком покрытии. Для активации этого режима в основном используется отдельная кнопка или переключатель, которые также могут иметь обозначения WINTER, HOLD или значок снежинки.

Правила эксплуатации АКПП
1. Переключения рычага селектора перед троганием вперед или назад должны производиться при нажатой педали тормоза и полностью заторможенном автомобиле.
При переводе рычага из режима "D" в "R" и обратно не нужно делать задержку в положении "N" (это не механика с синхронизаторами, где нужна небольшая пауза на нейтрали при переключениях вверх).
2. Начинать движение (снимать ногу с педали тормоза и нажимать на педаль газа) следует только после характерного толчка, свидетельствующего о полном включении передачи.
3. Во время остановок на светофорах, в пробках, непродолжительных стоянках не стоит использовать режим "N". Для этого есть режим "P", либо удерживать авто педалью тормоза. Не будет ни одного лишнего включения промежуточных режимов когда быстро переводится рычаг!
Также не рекомендуется использовать "N" при длительных спусках для обеспечения движения "накатом" — нарушение этого правила могжет привести к поломке АКПП.

На скользкой дороге во время принудительного понижения передачи ведущие колеса могут начать буксовать, что может привести к возникновению заноса. Ничего страшного во время буксования в АКПП не происходит.
Следует избегать лишь длительной пробуксовки ведущих колес. Повышенное тепловыделение в гидротрансформаторе в этом случае может быть критичным (особенно, если система охлаждения имеет низкую эффективность, например, радиатор охлаждения АКПП засорен).
Если автомобиль забуксовал, то давить на педаль газа бесполезно и вредно для АКПП. В таких случаях нужно включить понижающую передачу, и действуя педалью тормоза как сцеплением, обеспечивая медленное вращение колес, попробовать выбраться.
Новички, привыкнув ездить в основном по твердому покрытию, часто вязнут в снегу или грязи, потому что панически газуют. При "раскачивании" автомобиля с АКПП нужно не просто переключать селектор "вперед — назад", а обязательно останавливать движение в точке "зависания" тормозом. Если не пользоваться тормозом, АКПП сильно нагружается.

С АКПП нельзя транспортировать авто на сцепке — нужен эвакуатор. Дело в том, что в АКПП смазка осуществляется принудительно, т.е. масло подводится к каждой паре трения под давлением только при работающем двигателе. Если двигатель не работает или трансмиссия неисправна, значит нет и смазки. Косвенно работоспособность насоса оценить можно, сравнив уровень масла при заглушенном и работающем двигателе. Если уровень не меняется, о буксировке даже и не думайте. Буксировку можно производить только при работающем двигателе и в режиме “N”.
Автомобиль с АКПП нельзя завести принудительно с толкача, не используя стартер. Шестеренчатый насос получает энергию только от двигателя, и если двигатель не работает, то давления в системе нет, в каком бы положении ни находился рычаг выбора режима движения (если нет отдельного масляного насоса, работающего не от двигателя, а от карданного вала).

Заметно снижают ресурс АКПП:
а) Слишком частые кикдауны
б) Переключения, когда "газ в пол"
в) Переключения "вниз", когда высока скорость
г) Низкий или высокий уровень масла
д) Резкая езда на перегретой коробке в жару
е) Езда на "пограничных" режимах между передачами на коробках, где мал "гистерезис"
ё) Езда с очень частыми переключениями
ж) Слишком частое "поигрывание" педалью газа
з) Резкая "подача газа" во время переключения "вверх" до включения передачи
и) Резкий "сброс газа" в момент переключения "вниз" до включения передачи
й) Постоянная езда с "пробуксовками"
к) Включение задней передачи при скорости более +2 км/час
л) Включение передних режимов при скорости более -2 км/час
м) Переключения перед/зад при повышенных оборотах мотора (>1200 об/мин)
н) Езда на нисколько не прогретой коробке при любой температуре
о) Буксировка машины с АКПП на большие расстояния
п) Буксировка машины с АКПП с большой скоростью
р) Одновременное использование педалей "газа" и тормоза
с) Эксплуатация АКПП в паре с "троящим" мотором
т) Эксплуатация АКПП в паре с "хрустящими" ШРУСами
у) Частое трогание на высших передачах (на коробках, которые это в принципе позволяют)
ф) Длительная езда на АКПП, находящейся в "защищённых режимах"
х) Дальнейшая езда на очевидно неисправной коробке
ц) При трогании подача газа ДО того, как машина получила ощутимый толчок вперёд в результате включения передачи
ч) "Подталкивание" переключений с помощью добавления газа педалью
ш) Езда на некачественном старом масле
щ) Езда с частыми блокировками/разблокировками гидротрансформатора (переход в режим гидромуфты)
ъ) Езда на масле, не соответствующем мануалу (dexron вместо dexron-II, например)
ы) Резкая подача газа после торможения двигателем при включенной принудительно низшей передаче
ь) Езда с перегретым мотором
э) Резкая езда на свежеотремонтированной АКПП
ю) Быстрая резкая езда задом
я) Езда по своим делам, когда ехать уже надо в сервис.

Можно ли с АКПП буксировать другие автомобили?
• Вполне даже можно выручить кого-нибудь из беды. Включаешь на "L" (или "1"), и тянешь не торопясь. Вреда не больше, чем если бы у вас был автомобиль на ручной коробке. А вот буксовать долго на автомате вредно. Как, впрочем, и на ручке.

Допускается ли буксировка прицепа автомобилем с АКПП?
• Допускается. Но надо помнить, что чем выше нагрузка, тем больше выделение тепла в гидротрансфоматоре. Если вы постоянно пользуетесь прицепом, подумайте об установке дополнительного радиатора в систему охлаждения АКПП. Кроме того, в случае длительного буксирования прицепа использование повышающей передачи нежелательно. Лучше это делать на диапазонах «3» или «2».

Насколько надежна АКПП? Сколько обычно ходит без ремонта?
• Ресурс АКПП несколько меньше, чем механической и составляет для автомобилей среднего класса в основном 300 тыс. км, малого — 150-200 тыс. км. Отклонения этих показателей в сторону уменьшения или увеличения связаны с манерой езды и своевременным обслуживанием автоматической коробки. Частые интенсивные разгоны, неправильные переключения рычага селектора, несвоевременная замена фильтра и масла, понижение его уровня могут сильно сократить ресурс АКПП. Выполнение рекомендаций по эксплуатации и обслуживанию, движение в спокойном режиме существенно увеличивают ресурс коробки до капитального ремонта.

Нужно ли греть АКПП?
• Первое время после начала движения рекомендуется избегать динамичной езды, пока масло во всех агрегатах не прогрелось до рабочей температуры. В холодное время года, до начала движения не помешает немного прогреть масло в АКПП. Для этого необходимо переместить РВД во все положения, задерживаясь в каждом из них на несколько секунд. Затем включите один из диапазонов движения, и несколько минут удерживайте автомобиль тормозом, двигатель при этом должен работать на холостых оборотах.

Примечания
Блокировка гидротрансформатора (переход в режим гидромуфты) (Lock Up Torque Convertor Clutch) — это специальный режим работы АКПП, когда крутящий момент от двигателя передается непосредственно на планетарную передачу минуя гидравлическую связь через масло, т.е. передача становится полностью механической.
Блокировка гидротрансформатора на повышающей передаче сводит к минимуму потери при движении на высокой скорости, снижает рабочую температуру ATF и позволяет улучшить топливную экономичность автомобиля.
Муфта (Torque Convertor Clutch) автоматически блокируется при езде на высшей передаче только в режиме "D" и на прогретой коробке, если определенное время скорость постоянна и педаль акселератора не меняет положения. Это заметно по небольшому падению оборотов. В случае ускорения автомобиля или при торможении или подъеме в гору, муфта автоматически выключится.
Для того, чтобы ускорить блокировку в движении, можно немного приотпустить газ после включения 4-ой передачи.
АКПП тяжелее МКПП, сложнее в изготовлении и ремонте, дороже, потребляет на 3-5 процентов больше топлива.

«Stall Speed» тест для определения пробуксовок в АКПП и мощности двигателя

"Stall Speed" — это максимальные обороты двигателя при полностью нажатой педали газа, которые больше не увеличиваются — проверяются на неподвижном автомобиле (нажатой педали тормоза) и заблокированных ведущих колесах (башмаком).
Проверяются данные обороты во всех положениях рычага переключения передач, кроме «P» и «N».
Максимальные обороты во всех положениях рычага переключения передач АКПП должны быть одинаковыми.

Методика проведения Stall Speed Test
1. Установить рычаг переключения передач в положение «Р» (паркинг) и заблокировать колёса автомобиля тормозными башмаками.
2. Включить двигатель и прогреть его до нормальной рабочей температуры.
3. Проверить и при необходимости довести до нормального уровень трансмиссионной жидкости (масла) в АКПП.
4. Нажать на педаль тормоза и перевести рычаг переключения передач в положение «D». Удерживая нажатой педаль тормоза, быстро нажать педаль газа до упора (полное открытие дроссельной заслонки двигателя) и считать показания тахометра. Не удерживать педаль газа в нажатом состоянии дольше 5 секунд.
Если значение «Stall Speed» превысит указанное в технической документации на АКПП, следует немедленно отпустить педаль газа.
Повышенный «Stall Speed» — верный признак пробуксовок в АКПП!
5. После определения «Stall Speed» необходимо отпустить педаль газа (педаль тормоза удерживается нажатой) и перевести рычаг переключения передач в положение «N» (нейтраль).
6. Дать поработать двигателю в течение 2 минут в режиме 1000 — 1500 об./мин. для охлаждения масла в АКПП.
7. Аналогично «Stall Speed» тест проводится для всех других положений рычага переключения передач (кроме «P» и «N»).
8. После каждого замера «Stall Speed» необходимо повторить операции п. 5-6

Значение допустимой скорости вращения двигателя по тахометру нужно смотреть в мануале: 2100 rpm (допустимый диапазон: 1960 — 2250 rpm).

Результаты «Stall Speed» теста:
1. Если значение «Stall Speed» ниже заданного в документации на АКПП, это означает, что двигатель не функционирует как следует, развиваемая им мощность ниже номинальной;
2. Если значение «Stall Speed» выше заданного в документации на АКПП, следовательно, в пакетах фрикционов происходит пробуксовка между ведущими и ведомыми дисками;
3. Если значение «Stall Speed» в пределах нормы, то элементы АКПП, передающие крутящий момент (ГТ, пакеты фрикционов), а также двигатель работают нормально.

Компьютерная диагностика при неисправности фрикционов ничего не покажет, т.к. она фиксирует неполадки только электронных компонентов АКПП (датчиков и соленоидов).
Для начала, можно попробовать заменить масло в АКПП.
Если принято решение о ремонте, то необходимо заменять весь фрикционный пакет на все передачи! Есть «TRANSTAR», очень достойный полный кит на АКПП (фрикционы, резинки, сальники — всё в комплекте). Причём, есть усиленный, в котором основа фрикционов не бумага (как на оригинальном), а какой-то композитный материал, который не разваливается при попадании влаги в АКПП.
Наборы фрикционов в разобранной коробке могут быть визуально хорошими, но износ все равно есть! Проверяется просто. Замеряется пакет штангенциркулем, потом поднимается верхнее металлическое кольцо, высчитывается разница. Проверяется по таблице, должны быть размеры всех скоростей.

Очень часто мигающий индикатор на приборке "D" во время движения – это ошибка датчика средней передачи. Возможно, просто из-за попадания воды на датчик при мойке, а возможно и нет.
Если мигание "D" не прекратилось, то лучше всего сделать диагностику АКПП.
Формулировка: «Неисправен датчик средней передачи» не означает, что именно 3-ей передачи (может и 2-ой)!
Говорят, что если заморгала "D" после замены датчика, то для начала можно проверить давление (выкрутить датчик и вкрутить манометр):
— Если манометр покажет около 3-4 атм, значит может быть засор, например, проблема в фильтре.
— Если давление нормальное, около 7 атм, проблема может быть в электропроводке.
Если совместно с индикатором вокруг «D» не горит «Чек Энджин», то ошибка не существенная — ездить можно, но не агрессивно!

Зачем нужна пониженная передача в автомобиле

Как известно, основным назначением трансмиссии является передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса. При этом трансмиссия не только передает, но и преобразовывает крутящий момент. Большинство водителей знают, что ступенчатая коробка передач имеет низшие и высшие передачи. Условно, 1,2 и 3 можно считать пониженной, 4 принято считать прямой передачей, тогда как 5 и 6 повышенной.

Сразу отметим, что применительно к внедорожникам, грузовикам и различным видам техники такого условного деления недостаточно. Дело в том, что КПП на подобных машинах имеют не только «низшие» и «высшие» передачи, но и так называемые понижающие передачи. Далее мы рассмотрим, зачем нужна понижающая передача, что это такое и как работает, а также как пользоваться пониженной передачей.

Для чего нужна пониженная передача

Итак, остановимся на примере внедорожника. В данном случае понижающая передача позволяет значительно повысить проходимость машины. Простыми словами, наличие понижающей передачи позволяет такому автомобилю проехать там, где машины с обычной КПП не имеют возможности преодолеть препятствие и продолжить движение.

Чтобы было понятнее, нужно обратить внимание на следующее. Обычно силовой агрегат выдает максимальную мощность при определенном количестве оборотов. Также на определенных оборотах, причем отличных от оборотов максимальной мощности, достигается и максимум крутящего момента, который передается посредством трансмиссии на ведущие колеса.

Так вот, обычно коробки передач выполняются так, чтобы двигатель отдавал максимум момента и мощности достаточно равномерно на различных скоростях. Первая передача позволяет трогаться с места, причем на такой передаче «упор» сделан на максимальный крутящий момент, тогда как на 5-ой автомобиль может двигаться с высокой скоростью на оборотах максимальной мощности.

Результата — при нажатии на педаль газа машина «зарывается» колесами в снег или грязь, буксует и не может продолжить движение. Если же переключиться на вторую скорость и выше, двигатель попросту заглохнет, так как ему недостаточно оборотов и мощности для преодоления сложного участка.

Получается, в ситуации, когда нужна высокая мощность двигателя (высокие обороты), однако также необходима плавная езда с невысокой скоростью и небольшой частотой вращения колес, обычная КПП бессильна. Именно с учетом данных особенностей внедорожники получают раздаточную коробку с пониженной передачей.

Так вот, активная пониженная передача имеет высокое передаточное отношение. Это позволяет снизить частоту вращения колес и одновременно раскручивать двигатель до оборотов максимальной мощности. В результате машина получает возможность двигаться с низкой скоростью на оборотах максимальной мощности. Такая особенность незаменима на бездорожье, при движении на подъем, на крутых спусках и т.д.

Пониженная передача и особенности использования

Начнем с того, что пониженная (понижающая) передача может присутствовать как в устройстве механической, так и автоматической коробки. При этом наилучшим вариантом принято считать решение с раздаточной коробкой отдельного типа. К сожалению, обычно отдельную раздатку сегодня ставят на дорогостоящие полноценные внедорожники, так как такая коробка повышает вес и приводит к общему удорожанию авто. Если же отдельной раздатки (с собственным рычагом) нет, тогда пониженную передачу нужно включать отдельной кнопкой.

Также нужно помнить, что пониженная передача на разных авто имеет определенное передаточное число. Чем это число оказывается выше, тем лучше автомобиль «выгребает» на плохом покрытии под нагрузкой.

Еще следует учитывать, что наличие пониженной передачи накладывает на водителя определенные обязательства. Другим словами, нужно уметь пользоваться данным решением, так как некоторые необдуманные действия и грубые ошибки могут вывести КПП из строя. Давайте рассмотрим, если в авто есть пониженная передача, как пользоваться такой передачей правильно.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как устроена и работает полноприводная коробка передач, а также что представляет собой полноприводная трансмиссия. Из этой статьи вы узнаете об устройстве и принципах работы полного привода автомобиля.

• Прежде всего, включение пониженной передачи нужно осуществлять только тогда, когда автомобиль не движется. Например, на МКПП машину сначала нужно зафиксировать педалью тормоза, затем выжать сцепление и передвинуть рычаг раздатки для включения передачи (например, первой пониженной). Современные авто также могут иметь отдельную кнопку электронного включения.
• Запрещена езда на понижающей передаче по твердому покрытию. Дело в том, что в этом случае трансмиссия подвергается большим нагрузкам, двигатель также работает под большой нагрузкой и сильнее изнашивается.Получается, по грунтовому покрытию или снегу подниматься или спускаться с невысокой скоростью на пониженной можно, однако просто ездить с включенной понижающей передачей по ровной асфальтированной или грунтовой дороге настоятельно не рекомендуется.
• Чтобы эффект от понижающей передачи был наиболее ярко выраженным, нужно трогаться на высоких оборотах, раскручивая двигатель до оборотов максимального крутящего момента/мощности. Параллельно на авто с МКПП нужно уметь работать педалью сцепления, чтобы не сжечь само сцепление. Даже с учетом того, что нагрузки на сцепление после включения «понижайки» заметно снижаются по сравнению с обычной первой или второй передачей, сцепление все равно можно «подпалить» или даже вывести из строя.

Это возможно, если водитель слишком активно нажимает на педаль газа и держит ДВС в диапазоне оборотов максимальной мощности одновременной с интенсивной работой педалью сцепления.

Что в итоге

Как видно, пониженная передача в автомобиле, который позиционируется в качестве внедорожника, является необходимостью. При этом от передаточного отношения будет зависеть и эффективность работы самой понижающей передачи.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое дифференциал в устройстве трансмиссии. Из этой статьи вы узнаете о назначении, принципах работы, а также конструкции дифференциала.

ПОДРОБНО О РЕМЁННОЙ ПЕРЕДАЧЕ: история, виды, передаточное отношение

Ремённая передача – одна из древнейших и простых механических передач, в которой используются приводные ремни и специальные колеса — шкивы. По некоторым источникам, ременная передача впервые документально описана китайским философом, поэтом и политиком Ян Сюном (53 год до н. э. – 18 год н. э.) периода империи Хань в тексте «Словарь местных выражений». Описанное устройство использовали ткачи в своей работе с шелком.

Кстати, слово «ремённая» записывается через букву «ё», на которую и нужно ставить ударение. Но в печати, например, в нашем следующем заголовке, точки над «ё» могут опускать. Это не является ошибкой, но не забудьте ставить ударение правильно.

На средневековых картинах можно увидеть механизм — самопрялку, в которой принцип ремённой передачи используется для ускорения получения пряжи. Большое развитие ремённая передача вместе с другими механизмами получила во времена английской промышленной революции (1780-1830 гг.), которая началась с изобретения в 1769 году паровой машины. Небольшие кустарные ремесленные производства начали вытесняться фабричным трудом с большим количеством машин.

Рис. 1. Слева. Фрагмент из «Декреталий Григория IX». Примерно 1340 год. Справа. Мартен ван Хемскерк. Портрет женщины с прялкой. 1529 год

Рис. 2. Типография в 1870 году

На приведенной ниже картинке показаны примеры использования ремённой передачи в современных технических устройствах – от двигателя внутреннего сгорания автомобиля до 3D-принтера.

Рис. 3. Примеры использования ремённых передач. А – ремень ГРМ на электрогенераторе двигателя автомобиля. Б – механизм кассетного магнитофона. В – зубчатый ремень 3D -принтера. Г – ремень вместо цепи на велосипеде. Д – ремённая передача на роторной косилке мотоблока

Устройство ременной передачи

Ведущее и ведомое колесо – это шкивы. Их соединяет приводной ремень. Ведущий шкив — тот, который крутит мотор или другая внешняя сила, а ведомый – следующий за ним. Часто для предотвращения соскакивания ремня на ободе шкива делают канавку или бортики.

Чтобы ремень не проскальзывал, его нужно хорошо натянуть. Кто ездил на велосипеде хорошо знает проблему, что плохо натянутая цепь так и норовит слететь со звездочки, а если перетянешь – трудно ехать и она легко порвется. Для натяжения ремня или устранения его колебаний могут использоваться натяжные и прижимные ролики.

Диаметр ведущего шкива мы обозначим английской буквой d1, а ведомого — буквой d2. Нам это понадобится при расчетах.

Рис. 4. Общая схема устройства ремённой передачи

Ремень является самым дешевым устройством в данном механизме. Но за счет него ремённая передача обеспечивает плавность хода и снижение шума. Такая передача способна амортизировать рывки и снижать нагрузку на мотор. Так, если на циркулярном станке резко заклинит диск при распиливании дубовой доски, электромотор остановится не сразу, а с задержкой за счет упругости ремня и его проскальзывания.

Рассмотрим следующую схему.

Рис. 5. Общая схема устройства ремённой передачи

Ведущая ветвь ремня — та, которая набегает на ведущий шкив. Она при работе передачи испытывает растяжение.

Ведомая ветвь ремня — та, которая сходит с ведущего ремня и набегает на ведомый. Она при работе сжимается и расслабляется.

Сжатие и растяжение двух ветвей компенсируется. Иначе ремень рвется. При переходе с одной ветви на другую ремень упруго сжимается или растягивается. В этих зонах на шкиве происходит упругое скольжение ремня. Из-за изменения величины упругого скольжения передаточное отношение ремённой передачи непостоянное и может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от нагрузки. При очень большой нагрузке ремень может упруго скользить по всей поверхности шкива.

Также важно знать про угол обхвата ремнём шкива. Чем больше угол обхвата, тем больше площадь контакта, тем больше полезная сила трения. При большой разнице в диаметрах шкивов этот угол может быть очень маленьким. Ремень при этом может проскальзывать. Чтобы увеличить угол обхвата без увеличения межосевого расстояния можно использовать прижимной ролик (смотри картинку ниже). В таком случае устанавливают ролик на ведомую ветвь, которая расслаблена, иначе ведущая ветвь растянется еще сильнее и износ ремня значительно вырастет.

Рис. 6. Увеличение угла обхвата с помощью прижимного ролика.

Открытая, перекрестная и полуперекрестная передача

1. В открытой ременной передаче шкивы расположены в одной плоскости параллельно друг-другу. Такая передача не меняет направления вращения ведомого шкива.
2. В перекрестной ременной передаче приводной ремень закручен восьмеркой. Большой минус такого способа изменения направления вращения – большой износ ремня из-за дополнительного трения. Этот способ можно использовать при создании моделей из образовательного конструктора, но он редко используется в промышленных устройствах.
3. В полуперекрестной ременной передаче ось вращения одного из шкивов повернута на некоторый угол относительно другой оси (например, на 90 градусов).

Повышающая и понижающая передача

Рассмотрим нижнюю картинку. Зеленый шкив с помощью ручки крутит персонаж с силой F. Это ведущий шкив. Синий шкив крутится за счет ремня. Это ведомый шкив. К нему на вал подвешен груз с максимально возможной массой, которую может поднять механизм.

1. В первом случае диаметр ведущего и ведомого шкивов одинаковый. Скорость и сила на выходе не поменяется.
2. Во втором случае диаметр ведущего шкива меньше ведомого. Скорость на выходе упадет. Такая передача называется понижающей. Сила при этом увеличится и механизм сможет поднять груз большей массы, чем первый.
3. В третьем случае диаметр ведущего шкива больше ведомого. Скорость на выходе увеличится. Такая передача называется повышающей. Сила при этом уменьшится и механизм сможет поднять груз меньшей массы, чем первый и второй.

Почему так происходит? Любой сложный механизм можно представить через простые механизмы. В данном случае ручка, за которую тянет персонаж и радиус к точке на окружности, которую толкает приводной ремень, образуют рычаг. Посмотрите на следующий рисунок.

Рис. 9. Схема понижающей и повышающей ремённой передачи

Короче плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – больше сила, но меньше пройденный путь.

Длиннее плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – меньше сила, но больше пройденный путь.

Эти схемы с понижающей и повышающей ремённой передачей наглядно демонстрируют работу золотого правила механики — за выигрыш в силе приходится платить таким же проигрышем в расстоянии (схема 1) или за выигрыш в расстоянии приходится платить таким же проигрышем в силе (схема 2).

Как посчитать передаточное отношение для ремённой передачи

При создании ремённой передачи нужно понимать, во сколько мы выиграем или проиграем в скорости и силе, чтобы собрать устройство с нужными характеристиками.

Передаточное отношение обозначается буквой i. Оно показывает, во сколько раз снизилась скорость вращения на выходе. Согласно золотому правилу механики, во столько же раз увеличится сила (крутящий момент).

Формулу для расчета передаточного отношения можно вывести из правила рычага. Передаточное отношение для ремённой передачи рассчитывается так:

Таким же образом передаточное отношение можно посчитать через соотношения радиусов.

Узнать размеры шкивов можно с помощью линейки. Самый точный метод измерения диаметра – с помощью штангенциркуля.

Рис. 10. Два способа измерения диаметров шкивов

Передаточное отношение удобно записывать со знаком деления в виде i = 1 : 1. Эта запись показывает, что 1 оборот на входе даст 1 оборот на выходе. Передаточное отношение i = 5 : 1 показывает, что 5 оборотов на входе дает 1 оборот на выходе, то есть скорость упала в 5 раз (передача понижающая).

Если дробь можно сократить, её сокращают. Например, i = 5 : 25 = 1 : 5 (передача повышающая).

Передаточное число

Передаточное отношение можно записать в виде числа, поделив числитель на знаменатель. Например, i = 5 : 1 = 5, или i = 1 : 4 = 0,25. В данном случае говорят о передаточном числе.

Рассмотрим разные варианты передаточных чисел:

Передаточное отношение многоступенчатой ремённой передачи

Если передача многоступенчатая (двух-, трехступенчатая и т.д.), то общее передаточное отношение будет вычисляться как произведение отдельных передаточных отношений.

Эта формула справедлива для следующего рисунка:

Рис. 11. Многоступенчатая ремённая передача

Передаточное отношение для шкивов, жестко закрепленных на общей оси, не считается — скорость их вращения будет всегда одинаковой!

Виды приводных ремней

Видов ремней достаточно много, так как используются они в разных условиях. Где-то нужно передать очень большую мощность так, чтобы ремень не порвался и не растянулся. Где-то ремень не должен проскальзывать. Где-то ремень должен крутиться очень-очень быстро и мало изнашиваться со временем. А где-то нужно передать вращение на большое расстояние и под углом.

Очень распространенная классификация ремней – по поперечному сечению или форме. Основные виды: 1 — плоские ремни, 2 – клиновые ремни, 3 – ремни круглого сечения (пассики), 4 – многоручьевые ремни (или поликлиновые), 5 – зубчатые ремни.

Рис. 12. Виды приводных ремней

В крупной промышленной технике самые распространенные ремни – клиновые и поликлиновые. Они достаточно толстые по сечению и имеют увеличенную за счет боковой поверхности площадь сцепления со шкивами.

В небольших электронных устройствах чаще используются плоские ремни и пассики (ремни с круглым сечением).

Рис. 13. Четыре прядильные машины приводятся в движение от плоских приводных ремней с линейного вала. Лейпциг , Германия, около 1925 года

Плоские ремни широко использовались в 19-м и начале 20 века на фабриках для передачи движения на несколько машин с одного линейного вала (англ. line shaft). Они широко применялись и применяются в лесопильных станках, молотилках, электрогенераторах.

В станках с ЧПУ (3D-принтерах, плоттерах, лазерных станках) используются зубчатые ремни, так-так они сохраняют постоянное передаточное отношение и не проскальзывают.

Преимущества и недостатки ремённых передач

Как и у любого устройства, у ремённой передачи есть свои плюсы и минусы по сравнению с другими механизмами. Выделим важные из них.

• простота конструкции;
• малая стоимость:
• малая шумность;
• плавность работы;
• сглаживание ударных перегрузок за счет упругости ремня;
• возможность менять направление вращения под разным углом;
• возможность передавать вращение на большое расстояние.

• большие габариты конструкции;
• плохая работа на больших скоростях (появление вибраций);
• большая нагрузка на оси (валы, подшипники);
• непостоянное передаточное отношение при разной нагрузке (из-за упругого скольжения);
• малый срок службы ремня по сравнению с зубчатыми колесами;
• биение приводного ремня при его слабом натяжении;
• необходимость в дополнительных элементах при большой длине ремня или малом угле обхвата;
• увеличение износа приводного ремня или осей при неправильном натяжении.

Определения

• Ведущая ветвь ремня — набегает на ведущий шкив. При работе передачи растягивается.

• Ведомая ветвь ремня — сходит с ведущего ремня и набегает на ведомый. При работе передачи расслабляется.

• Межосевое (межцентровое) расстояние – кратчайшее расстояние между осями шкивов.

• Натяжной ролик (леникс, от нем. lenix, lenixrolle — натяжной ролик) – элемент ремённой или цепной передачи; свободно вращающееся на оси колесо (шкив, звездочка, ролик), которое используется для регулирования натяжения ремня или цепи. Например, используется в тракторах для натяжения гусениц или в двигателе автомобиля для натяжения ремня ГРМ (газораспределительного механизма).

• Пассик (от польского pasek — ремешок) – исторически вошедшее в наш оборот название приводного ремня круглого сечения. Слово «пассик» имеет польское происхождение. Его появление в русском словаре связывают с 80-ми годах 20-го века, когда им называли соответствующий элемент в импортном польском магнитофоне. Пассик, как правило, выполнен из резины или других полимерных материалов. Пассики использовались в устройстве протяжного механизма магнитной ленты старого кассетного магнитофона – он хорошо сглаживал рывки от электромотора и предохранял от искажений звука. «Пассики» входят в комплект конструктора Lego WeDo или ресурсного набора Lego MINDSTORMS Education EV3. В общем, всякий пассик — приводной ремень, но не каждый приводной ремень – пассик.

• Приводной ремень – гибкий замкнутый элемент (ремень) для передачи вращения между двумя шкивами. Вращение передается за счет силы трения (гладкий ремень) или силы зацепления (ремень с зубчиками). Может иметь разную форму: бывают плоские ремни, зубчатые ремни, клиновидные ремни.

• Ремённая передача (англ. belt drive)– механизм, предназначенный для передачи вращательного движения с помощью силы трения или зубчатого зацепления замкнутой гибкой связи (ремня) с помощью колес (шкивов), закрепленных на входном и выходном вале.

• Угол обхвата – угол прилегания ремня к шкиву.

• Шкив – фрикционное (англ. friction — трение) колесо с ободом или канавкой по окружности. Передает или принимает движение от приводного ремня. В отличие от блока, который имеет похожую форму, шкив всегда передавет усилие с оси на ремень, либо принимает усилие с ремня на ось. Блок же всегда свободно вращается на оси и обеспечивает изменение направления движения каната/троса, а также изменяет прикладываемую силу.

Вопросы

1. Что ты можешь сказать о ремённых передачах по этим двум изображениям? В чем их отличие и из каких элементов они состоят?

Задачи

1. Мальчик Ваня измерил штангенциркулем ведущий и ведомый шкив. Диаметр первого составил 12 миллиметров, второго – 32 миллиметра. Какое передаточное отношение у этой ремённой передачи?

2. Угловая скорость вращения вала мотора – 420 оборотов в секунду. Какая угловая скорость будет у ведомого шкива, если передаточное отношение i = 12 : 1?

3. Собери одноступенчатую понижающую ремённую передачу из деталей Lego. В качестве шкивов можно использовать диск узкого или большого колеса и желтые втулки. На ведущую ось установи ручку, на ось ведомого шкива установи стрелку, чтобы считать обороты.

Измерь с помощью линейки или штангенциркуля диаметры шкивов.

Заполни таблицу. Проверь опытным путем полученное значение с помощью стрелки.

4. Собери двухступенчатую понижающую ремённую передачу с ручкой и стрелкой (пример — в 3 задаче). Посчитай передаточное отношение через диаметры. Проверь полученное значение опытным путем.

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Содержание

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).
Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.
Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.
На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.