Jak działa skrzynia biegów. Zasada działania manualnej skrzyni biegów (manualna skrzynia biegów)

Skrzynia biegów, inaczej przekładnia, przenosi siłę obrotową – tzw. moment obrotowy – z silnika samochodu na koła. Jednocześnie w zależności od warunków jazdy auta może przenosić moment obrotowy w całości lub w części.

Pojazd jadący pod górę powinien być na niższym biegu niż pojazd poruszający się po płaskiej autostradzie. Na niższym biegu na koła przenoszony jest większy moment obrotowy. A jest to wymagane, gdy samochód jedzie wolno, bo jest mu ciężko. Wyższe biegi są odpowiednie do szybszego ruchu pojazdu.

Istnieją skrzynie manualne, ale są też skrzynie automatyczne. Aby zmienić bieg w manualnej skrzyni biegów, kierowca najpierw wciska pedał sprzęgła (zdjęcie po lewej). To odłącza silnik od skrzyni biegów. Kierowca następnie przełącza dźwignię sterującą na inny bieg i zwalnia pedał sprzęgła. Silnik jest ponownie połączony ze skrzynią biegów i może przekazywać swoją energię z powrotem do kół. W automatycznej skrzyni biegów położenie pedału przyspieszenia jest skorelowane z prędkością pojazdu, a biegi w razie potrzeby są automatycznie zmieniane.

Ręczna kontrola skrzyni biegów

Schematy obok pokazują, w jaki sposób można użyć dźwigni sterującej do zmiany biegu na inny. W zależności od zestawu przekładni, na koła stosowane są różne proporcje momentu obrotowego przechodzącego przez skrzynię biegów (czerwone linie ze strzałkami). Moc silnika nie jest przenoszona na koła.

Transmisja neutralna. Moc silnika nie jest przenoszona na koła.

Pierwszy bieg. Największe koło zębate na wale napędowym jest połączone z jego parą na wale napędzanym. Pojazd porusza się powoli, ale potrafi pokonywać trudne odcinki drogi.

Drugi bieg. Druga para kół zębatych współpracuje z mechanizmem sprzęgła. W takim przypadku prędkość pojazdu wynosi zwykle od 15 do 25 mil na godzinę.

Trzeci bieg. Trzecia para kół zębatych współpracuje z mechanizmem sprzęgła. Prędkość samochodu jest jeszcze wyższa, a moment obrotowy na kołach mniejszy.

Czwarty bieg. Wały wejściowe i wyjściowe są połączone bezpośrednio (napęd bezpośredni) - prędkość pojazdu jest maksymalna, a moment obrotowy najmniejszy.

Bieg wsteczny (5 bieg na zdjęciu) Gdy włączony jest bieg wsteczny, jego koło napędowe „obraca wał wyjściowy (napędowy) w przeciwnym kierunku.

Działanie akceleratora

Obroty silnika zależą od ilości paliwa pompowanego z gaźnika do cylindrów. Ruch paliwa jest kontrolowany przez przepustnicę gaźnika, a przepustnica jest kontrolowana przez pedał przyspieszenia na podłodze przed kierowcą.

Kiedy kierowca naciska nogą pedał przyspieszenia, przepustnica otwiera się i do silnika napływa więcej paliwa. Jeśli kierowca zwolni pedał gazu, klapka zostanie zamknięta, a ilość podawanego paliwa zmniejszona. Jednocześnie spada zarówno prędkość obrotowa silnika, jak i prędkość pojazdu.

Automatyczna skrzynia

Gdy używana jest automatyczna skrzynia biegów, kierowca nie ma pod stopami pedału sprzęgła. Zamiast tego konwerter momentu obrotowego w połączeniu z przekładnią planetarną (zdjęcie po prawej i poniżej) automatycznie odłącza silnik od wału napędowego, gdy w zależności od warunków jazdy konieczna jest zmiana biegu.

A po zmianie biegu wał napędowy jest ponownie podłączany. Gdy tylko kierowca ustawi dźwignię sterującą w pozycji roboczej, a sam mechanizm automatycznej skrzyni biegów wybierze żądany bieg zgodnie z aktualnymi warunkami jazdy samochodu.

W samochodzie są tysiące części i komponentów. Ale dlatego odgrywają ważniejszą rolę w porównaniu z innymi jednostkami pojazdu. Na przykład skrzynia biegów jest jedną z najważniejszych części każdego samochodu. Bez niego moment obrotowy z silnika nie byłby w stanie dotrzeć do kół, a samochód nie ruszyłby.

Tak, nie musimy mieć dogłębnej znajomości konstrukcji samochodu. Ale każdy kierowca musi wiedzieć, czym jest skrzynia biegów. Porozmawiamy o tym dzisiaj.

Istnieją dwa główne typy skrzyń biegów, które są używane w większości pojazdów na światowym rynku samochodowym - manualne i automatyczne. Dziś skupimy się na tych dwóch głównych skrzyniach biegów, choć warto zauważyć, że w ostatnich latach coraz większą popularność zyskują inne rodzaje skrzyni biegów. Na przykład dwusprzęgłowa skrzynia biegów, która działa jak skrzynia manualna, ale ze sprzęgłem sterowanym komputerowo. Sama elektronika automatycznie ściska sprzęgło, ale kierowca zmienia prędkość. Powszechne stały się również bezstopniowe automatyczne skrzynie biegów (CVT). Zasada działania takiego pudełka opiera się na napędzie pasowym, analogicznie do napędu łańcuchowego roweru. Również w ostatnich latach na rynku zaczęły pojawiać się samochody bez pudeł. Z reguły samochody bez skrzyni biegów wykorzystują tylko silnik elektryczny.

Zanim zagłębimy się w opis zasady działania gearboxa, nakreślmy podstawowe pojęcia:

Audycja: W tym rozumieniu bieg to zestaw określonych biegów w skrzyni, które współpracując ze sobą, regulują stosunek między prędkością obrotową silnika a prędkością koła. Termin ten jest również używany do opisania każdej prędkości skrzyni biegów. Na przykład w automatycznej skrzyni biegów elektronika automatycznie wybiera wałek zębaty, który ma być używany w celu optymalnego przeniesienia momentu obrotowego. W manualnej skrzyni biegów kierowca samodzielnie wybiera wymaganą prędkość.

Przełożenie: jest to stosunek prędkości wału napędzanego do prędkości jazdy.

Sprzęgło: Mechanizm do łączenia lub odłączania silnika do (z) układu transmisyjnego (skrzyni).

Transmisja: Mechanizm przenoszenia momentu obrotowego z silnika na koła pojazdu.

Dźwignia zmiany biegów: Dźwignia, której kierowca używa do sterowania skrzynią biegów i wyboru żądanej prędkości.

Przejdźmy teraz bezpośrednio do opisu działania dwóch najpopularniejszych gearboxów.

Ręczna skrzynia biegów

Niewątpliwie w tej chwili na całym świecie najpopularniejsza stała się automatyczna skrzynia biegów. Według światowych statystyk sprzedaży samochodów lwia część wszystkich nowych pojazdów sprzedanych w 2014 roku była wyposażona w automatyczną skrzynię biegów. Niemniej jednak,. Z reguły ręczna skrzynia biegów jest prostsza w konstrukcji i zasadzie działania. To z nią zaczniemy.

Skrzynka mechaniczna to w swojej podstawowej konstrukcji zespół kół zębatych i wałów (wał wejściowy i wyjściowy). Koła zębate jednego wału współdziałają z kołami zębatymi drugiego wału. W rezultacie przełożenie między włączonym kołem zębatym na wale wejściowym a włączonym kołem zębatym na wale wyjściowym określa całkowite przełożenie danego koła zębatego.

Kierowca wybiera żądany bieg poprzez ruch. Dźwignia steruje ruchem kół zębatych wzdłuż wału wejściowego. Przesuwając dźwignię do przodu lub do tyłu, wybierany jest żądany zestaw biegów, aby włączyć żądany bieg. Zazwyczaj podczas przesuwania dźwigni w górę lub w dół, dwa zestawy kół zębatych znajdują się na tym samym wale. Po przesunięciu dźwigni w lewo lub w prawo wybór zestawu kół zębatych następuje na różnych wałkach.

Aby włączyć bieg w manualnej skrzyni biegów, kierowca najpierw naciska pedał sprzęgła, w wyniku czego moment obrotowy silnika nie jest przenoszony na skrzynię biegów, gdy sprzęgło jest wciśnięte, ponieważ silnik jest odłączony od wału wejściowego skrzyni biegów. Pozwala to za pomocą dźwigni skrzyni biegów wybrać żądaną prędkość, podłączając żądany zestaw biegów. Po wybraniu odpowiedniego biegu kierowca zwalnia pedał sprzęgła, a moment zaczyna być przenoszony na wał wejściowy, a następnie na wybrany wał, który z kolei przenosi moment obrotowy na napędy i koła.

Automatyczna skrzynia

Jedną z najbardziej zauważalnych różnic między manualnymi i automatycznymi skrzyniami biegów jest to, że automatyczne skrzynie biegów nie wykorzystują sprzęgieł. Z reguły automatyczna skrzynia biegów wykorzystuje zmienniki momentu obrotowego, które odłączają silnik od skrzyni (od wału z zestawem kół zębatych).

Działanie zmienników momentu obrotowego opiera się na zasadach hydrodynamiki, co jest naprawdę trudne do wyjaśnienia w ramach tego artykułu. Aby to zrobić, musisz połączyć matematykę i inne nauki przyrodnicze. Ale główny punkt jest prosty. Gdy silnik pracuje na niskich obrotach, niewielka ilość momentu obrotowego jest przenoszona przez płyn i różne kanały na zestaw kół zębatych. Gdy silnik pracuje szybko, moment obrotowy jest przenoszony bezpośrednio na wały.

Dzięki konwersji momentu obrotowego koła zębate w skrzyniach mogą swobodnie wykonywać swoją pracę bez udziału kierowcy. Ale w jaki sposób skrzynka automatycznie wybiera wymaganą prędkość, którą kierowca wybiera ręcznie w manualnej skrzyni biegów?

W przeciwieństwie do mechaniki, gdzie z reguły konstrukcja skrzynki przedstawia dwa równoległe wały, wykorzystuje planetarny układ wałów z kołami zębatymi. W przeciwieństwie do manualnej skrzyni biegów, automatyczna skrzynia biegów wykorzystuje ogromny wybór różnych zestawów kół zębatych, które automatycznie łączą się z przeniesieniem momentu obrotowego w zależności od prędkości.

Zamiast ręcznej zmiany biegów zastosowano elektronicznie sterowaną hydrauliczną automatyczną zmianę biegów. Skrzynkę steruje specjalny moduł, w którym zaprogramowane są wszystkie przełożenia przełożeń. W zależności od zestawu przekładni planetarnej, która ma być podłączona, program elektroniczny określa, który bieg należy włączyć, korzystając z hydraulicznej automatyki sterującej.

Ręczna skrzynia biegów to urządzenie do stopniowej zmiany przełożenia prędkości obrotowej z silnika na koła napędowe. Podczas korzystania z manualnej skrzyni biegów kierowca wybiera i włącza żądany bieg ręcznie (w przeciwieństwie do automatycznej skrzyni biegów). Nazwa tego urządzenia odzwierciedla również fakt, że cała jego funkcjonalność realizowana jest wyłącznie dzięki elementom mechanicznym, bez udziału hydrauliki czy elektroniki (w przeciwieństwie do przekładni hydraulicznych czy elektrycznych). Popularna, ale technicznie niezawodna zasada manualnej skrzyni biegów została podkreślona w tej publikacji.

Dlaczego producenci samochodów muszą wdrożyć skrzynię biegów? Ponieważ każdy silnik spalinowy dowolnego samochodu może pracować tylko w ograniczonym i raczej małym zakresie obrotów. A częstotliwość obrotów kół – od ruszania do jazdy z dużymi prędkościami – występuje w znacznie szerszym zakresie. I nie da się wybrać jednego uniwersalnego przełożenia, które zapewniłoby cały ten zakres, jednocześnie rozsądnie wykorzystując zakres obrotów silnika.

Aby samochód ruszył i rozpędzony, a także podczas jazdy w terenie, trzeba włożyć więcej pracy w sensie fizycznym, czyli przełożyć większą moc na koła. Oznacza to, że przy niskich prędkościach potrzebne są wysokie prędkości obrotowe silnika.

Wręcz przeciwnie, przy równomiernym ruchu rozpędzonego samochodu po płaskiej drodze jego prędkość jest wysoka, a duża moc i wysokie obroty silnika nie są już potrzebne - do utrzymania pożądanej prędkości wystarczą zarówno niska moc, jak i niskie obroty. Wraz ze wzrostem prędkości rośnie również opór aerodynamiczny na ruch silnika, co wymaga wysokich obrotów i większego zużycia energii. To samo – jadąc pod górę trzeba zwiększyć siłę uciągu.

W związku z tym konieczne staje się przeniesienie obrotów z silnika na koła o określonym przełożeniu, które można zmieniać w zależności od warunków jazdy. Jeden z pionierów światowego przemysłu motoryzacyjnego, niemiecki inżynier Karl Benz, przekonał się o tym już podczas pierwszej długiej (80 km) podróży samochodem własnej konstrukcji.

Ta podróż odbyła się w 1887 roku. Karl Benz i jego żona Berta z synami udali się do teściowej wynalazcy. 80-kilometrowa podróż okazała się bardzo trudna ze względu na niedoskonałą konstrukcję pierwszego samochodu. Na niektórych, wydawałoby się niewielkich, podjazdach trzeba go było pchać ręcznie: nie było wystarczającej przyczepności. Po tej wyprawie Benz ulepszył samochód, wyposażając go w dodatkowy bieg pomocniczy – „downshift”, aby zwiększyć przyczepność.

Pomysł ten jest stosowany w skrzyni biegów do dziś: przełożenie powinno być zmienne, co pozwala na stosowanie różnych przełożeń między prędkościami obrotowymi wału korbowego silnika a kołami napędowymi.

Oczywiście pierwsza manualna skrzynia biegów Karla Benza była początkowo bardzo prymitywnym urządzeniem. Były to koła pasowe o różnych średnicach przymocowane do osi napędowej. Były one połączone z silnikiem paskiem, a za pomocą dźwigni można było przerzucać pasek z jednego koła pasowego na drugie. Następnie skórzany pasek i koło pasowe zostały zastąpione metalowym łańcuchem i zębatką, jak w nowoczesnych „zaawansowanych” rowerach.

Po raz pierwszy Wilhelm Maybach zainstalował w samochodzie przekładnię zębatą i skrzynię biegów. Równolegle z niemieckimi inżynierami samochodowymi mniej więcej w tych samych latach Francuzi byli również zaangażowani w podobne badania. Mechaniczna skrzynia biegów, stworzona przez Emila Levassora i Louisa Panarda, wykorzystywała już cały zestaw przełożeń o różnych przełożeniach do jazdy do przodu i jeden do jazdy do tyłu. Podobnie jak w naszych czasach, koła zębate biegów przednich zostały zamontowane na wale pomocniczym, który poruszał się wzdłuż swojej osi. Umożliwiło to zazębienie kół zębatych o różnych średnicach z nieruchomym kołem zębatym na wale wejściowym.

Oficjalnym wynalazcą mechanicznej skrzyni biegów, podobnej do współczesnej, był Louis Renault: w 1899 r. ten młody aspirujący producent samochodów opatentował pierwszą na świecie skrzynię biegów opartą na systemie ruchomych kół zębatych i wałów. To był trzybiegowy.

Pierwszy człowiek, który opatentował manualną skrzynię biegów – Louis Renault – w swoim „laboratorium”.

Zamorski pionier przemysłu samochodowego – Henry Ford – nie kopiował osiągnięć inżynierów niemieckich i francuskich, ale poszedł własną drogą. Jego manualna skrzynia biegów składała się z kilku przekładni planetarnych (satelitów), które obracały się wokół centralnego ("słonecznego") koła zębatego i były mocowane za pomocą nośnika. Pierwsze seryjne samochody „Ford A” były wyposażone w taką planetarną skrzynię biegów.

Nie mniej ważnym rozwiązaniem technicznym niż wynalezienie skrzyni biegów z kołami zębatymi o różnych średnicach było wynalezienie synchronizatora, którego dokonał w 1928 roku Charles Ketering z General Motors. Ułatwiło to obsługę manualnych skrzyń biegów, nadało im nowy impuls do rozwoju i „trwałości technicznej”.

Od wynalezienia Louisa Renault minęło ponad 120 lat, ale główna zasada przekładni stopniowej pozostała taka sama. Nowoczesne manualne skrzynie biegów są oczywiście znacznie doskonalsze: mają koła zębate nie bezpośrednie, ale śrubowe, są wygodniejsze, cichsze i trwalsze. Ogólnie rzecz biorąc, samochody z „mechaniką” są bardziej ekonomiczne niż samochody z automatyczną skrzynią biegów.

Ręczna skrzynia biegów składa się z zestawu śrubowych kół zębatych o różnych rozmiarach, które są sprzężone, aby stworzyć różne przełożenia między wałem korbowym silnika a kołami napędowymi. Przełożenie staje się kolejnym sposobem poruszania zarówno samych kół zębatych, jak i specjalnego urządzenia - synchronizatora. Jego zadaniem jest wyrównywanie (synchronizacja) prędkości obwodowych zazębionych kół zębatych.

Zasada jest taka, że ​​im wyższe przełożenie, tym niższy bieg. Pierwszy bieg nazywany jest najniższym i ma najwyższe przełożenie. Na nim przenoszenie obrotu odbywa się z małego koła zębatego na duży, a przy dużej prędkości wału korbowego prędkość pojazdu pozostaje niska, a siła trakcyjna jest wysoka. Na najwyższym biegu, odpowiednio, jest odwrotnie. W położeniu neutralnym moment obrotowy z silnika nie jest przenoszony na koła napędowe, a samochód toczy się bezwładnie lub stoi w miejscu.

Większość nowoczesnych samochodów seryjnych wyposażonych w ręczną skrzynię biegów ma 5 „biegów” lub prędkości do przodu. Kilkadziesiąt lat temu większość ręcznych skrzyń biegów w samochodach była czterobiegowa. Przekładnie mechaniczne z sześcioma lub więcej biegami są zwykle wyposażone w „naładowane” samochody sportowe lub jeepy.

Z technicznego punktu widzenia manualna skrzynia biegów jest skrzynią biegów z zamkniętym stopniem. Elementami roboczymi jego konstrukcji są koła zębate - koła zębate, które naprzemiennie zazębiają się, zmieniając obroty wału wejściowego i wyjściowego, a także ich częstotliwość. Przełączanie połączeń i kombinacji biegów odbywa się ręcznie.

Ręczna skrzynia biegów może działać tylko w połączeniu ze sprzęgłem. To urządzenie jest przeznaczone do tymczasowego odłączania silnika i skrzyni biegów. Ta operacja jest niezbędna do bezbolesnego i bezpiecznego przejścia z jednego biegu na drugi, bez wyłączania prędkości obrotowej silnika i przy ich całkowitym utrzymaniu.

Dwu- i trzywałowe przekładnie mechaniczne stały się wszechobecne. Nazywa się je tak liczbą równoległych wałków, na których znajdują się koła zębate śrubowe.

W trzywałowej skrzyni manualnej występują trzy wały: prowadzący, pośredni i napędzany. Pierwsza jest połączona ze sprzęgłem, na jej powierzchni znajdują się szczeliny. Tarcza sprzęgła porusza się wzdłuż nich. Z tego wału energia obrotowa jest przekazywana do wału pośredniego sztywno połączonego z nim za pomocą przekładni.

Wał napędzany jest współosiowy z wałem napędowym, połączony z nim poprzez łożysko umieszczone wewnątrz pierwszego wału. Dlatego te osie są wyposażone w niezależny obrót. Bloki kół zębatych „różnej wielkości” wału napędzanego nie mają sztywnego mocowania z nim, a także są ograniczone specjalnymi sprzęgłami synchronizacyjnymi. Tutaj są sztywno przymocowane do wału napędzanego, ale mogą poruszać się wzdłuż wału wzdłuż wypustów.

Na końce sprzęgieł nakładane są felgi zębate, które można połączyć z podobnymi felgami na końcach kół zębatych wału napędzanego. Nowoczesne standardy przekładni wymagają takich synchronizatorów na wszystkich biegach do ruchu do przodu.

W dwuwałowej ręcznej skrzyni biegów wał napędowy jest również połączony z blokiem sprzęgła. W przeciwieństwie do konstrukcji trzyosiowej oś napędowa ma zestaw kół zębatych, a nie tylko jedną. Nie ma wału pośredniego, a wał napędzany jest równoległy do ​​wału napędowego. Koła zębate obu wałów obracają się swobodnie i są zawsze sprzężone.

Na wale napędzanym znajduje się sztywno zamocowany główny wałek napędowy. Pomiędzy pozostałymi biegami znajdują się sprzęgła synchronizacyjne. Podobny schemat mechanicznej skrzyni biegów pod względem działania synchronizatorów jest podobny do układu trójwałowego. Różnica polega na tym, że nie ma przekładni bezpośredniej, a każdy stopień ma podłączoną tylko jedną parę kół zębatych, a nie dwie pary.

Na jednym końcu wału napędzanego zwolnica jest sztywno sprzęgnięta. W obudowie przekładni głównej pracuje mechanizm różnicowy.

Dwuwałowa skrzynia manualna ma wyższą sprawność niż trzywałowa, ale ma ograniczenia w zwiększaniu przełożenia. Dzięki tej funkcji dwuwałowa manualna skrzynia biegów jest stosowana wyłącznie w samochodach osobowych.

W rzadkich przypadkach w nowoczesnych pojazdach można również stosować czterowałowe skrzynie biegów. Ale zgodnie z zasadą ich działania odpowiadają one również dwuwałowym - bez wału pośredniego, z przeniesieniem obrotu z wału pierwotnego bezpośrednio na wtórny. Najczęściej są to skrzynie manualne z 6 biegami do przodu. W nich moment obrotowy przenoszony jest z wału wejściowego na koło zębate główne przez pierwszy, drugi i trzeci wał pomocniczy, których koła końcowe są stale zazębione z kołem zębatym głównego koła zębatego.

Zapewnienie biegu wstecznego samochodu jest przypisane do dodatkowego wału z własnym specjalnym biegiem. Kiedy wchodzi w sprzęgnięcie, napędzany wał zaczyna się obracać w przeciwnym kierunku. Nie ma synchronizatora na biegu wstecznym, ponieważ bieg wsteczny jest aktywowany tylko wtedy, gdy pojazd jest całkowicie zatrzymany. W każdym razie tak należy to zrobić. Dlatego też ręczna skrzynia biegów samochodów wielu producentów posiada zabezpieczenie przed przypadkowym biegiem wstecznym podczas jazdy (należy podnieść specjalny pierścień na dźwigni, aby przestawić ją do pozycji wstecznej).

Gdy tryb neutralny jest włączony, koła zębate obracają się swobodnie, a wszystkie sprzęgła synchronizujące są w pozycji otwartej. Kiedy kierowca ściska sprzęgło i przesuwa dźwignię na jeden z etapów, specjalny widelec w skrzyni biegów przesuwa sprzęgło do sprzężenia z odpowiednią parą na końcu biegu. A koło zębate jest sztywno zamocowane na wale i nie obraca się na nim, ale zapewnia przenoszenie energii obrotu i siły.

Podczas jazdy mechanizm zmiany biegów uruchamiany jest z fotela kierowcy za pomocą dźwigni zmiany biegów. Ta dźwignia przesuwa suwaki widelca, które z kolei poruszają synchronizatorami i włączają żądaną prędkość.

Pary biegów dwóch najniższych biegów mają największe przełożenia (w samochodach osobowych - zwykle od 5:1 do 3,5:1) i służą do ruszania z miejsca i stopniowego przyspieszania, a także gdy konieczne jest ciągłe poruszanie się z prędkością niska prędkość lub teren. Podczas jazdy na niższych biegach, nawet przy wysokich obrotach, samochód będzie jechał dość wolno, ale jednocześnie w pełni wykorzysta swoją moc i moment obrotowy. I odwrotnie, im wyższy bieg, tym wyższa prędkość pojazdu przy tym samym poziomie obrotów i mniejsza siła pociągowa. Na wyższych biegach pojazd nie będzie mógł się poruszać ani jechać przy niskich prędkościach. Ale może poruszać się z dużymi prędkościami, aż do przewidzianych maksymalnych, przy średnich obrotach silnika.

W zdecydowanej większości nowoczesnych skrzyń manualnych znajdują się koła zębate ze skośnym zębem, które są w stanie wytrzymać większe siły niż te o zębach prostych, a przy tym są mniej hałaśliwe podczas pracy. Koła zębate śrubowe są wykonane ze stali wysokostopowej, a na końcowym etapie produkcji wykonywane jest hartowanie prądem wysokiej częstotliwości i normalizacja w celu odprężenia, aby zapewnić trwałość części.

Przed pojawieniem się synchronizatorów, w celu bezwstrząsowego włączenia wyższego biegu, kierowcy musieli wykonać podwójne ściskanie, z obowiązkową kilkusekundową pracą na biegu jałowym, aby wyrównać prędkości obwodowe biegów. Aby przełączyć się na niższy bieg, konieczne było ponowne zagazowanie w celu wyrównania obrotów wału napędowego i napędzanego. Po wprowadzeniu synchronizatorów zniknęła potrzeba tych manipulacji. A koła zębate są chronione przed obciążeniami udarowymi i przedwczesnym zużyciem.

Jednak te „umiejętności z przeszłości” mogą się przydać również w przypadku nowoczesnego samochodu osobowego. Pomogą na przykład zmienić bieg w przypadku awarii sprzęgła lub w przypadku konieczności gwałtownego hamowania silnikiem w przypadku awarii głównego układu hamulcowego.

Każdy samochód z silnikiem spalinowym ma w swojej konstrukcji skrzynię biegów. Istnieje wiele odmian tego urządzenia, ale najczęstszym typem jest skrzynia manualna (manualna skrzynia biegów). Wyposażone są w nią zarówno samochody krajowe, jak i zagraniczne.

Skrzynia biegów służy do zmiany przełożenia prędkości obrotowej z silnika na koła. Sposób przełączania między stopniami (biegami) tego reduktora jest ręczny (mechaniczny), od którego wzięła się nazwa całego zespołu. Kierowca samodzielnie decyduje, które ze stałych przełożeń (włączanych) ma w danej chwili włączyć.

Nowoczesna manualna skrzynia biegów

Dodatkowo manualna skrzynia biegów pozwala przełączyć się w tryb cofania, w którym samochód jedzie w przeciwnym kierunku. Istnieje również tryb neutralny, gdy nie ma przenoszenia obrotów z silnika na koła.

Zasada działania i urządzenie

Przekładnia jest wielostopniową przekładnią zamkniętą. Śrubowe koła zębate mają możliwość naprzemiennego zazębienia i zmiany prędkości między wałem wejściowym a wałem wyjściowym. Tak działa transmisja.

Sprzęgło

Ręczna skrzynia biegów jest połączona ze sprzęgłem. Ten montaż pozwala na chwilowe odłączenie silnika od skrzyni biegów. Taka operacja umożliwia bezbolesną zmianę biegów (kroków) bez wyłączania obrotów silnika.

Sprzęgło jest konieczne, ponieważ znaczny moment obrotowy przechodzi przez manualną skrzynię biegów.

Koła zębate i wały

W każdej skrzyni biegów o tradycyjnej konstrukcji znajdują się one równolegle do osi wałów, na których oparte są koła zębate. Wspólny korpus jest zwykle nazywany skrzynią korbową. Największą popularnością cieszą się firmy trzyszybowe i dwuwałowe.

W trzech szybach są trzy szyby:

• pierwszy to prezenter;
• drugi jest pośredni;
• trzeci jest niewolnikiem.

Pierwszy wał jest połączony ze sprzęgłem, na jego powierzchni nacięte są wypusty, po których porusza się tarcza sprzęgła. Z tej osi obrót jest przenoszony na oś pośrednią sztywno połączoną z przekładnią wału wejściowego.

Wał napędzany ręcznej skrzyni biegów ma określone położenie. Jest współosiowy z czołowym i połączony z nim poprzez łożysko umieszczone wewnątrz pierwszego wału. Zapewnia to ich niezależną rotację. Bloki przekładni z osi napędzanej nie są z nią sztywno połączone, a koła zębate są ograniczone specjalnymi sprzęgłami synchronizacyjnymi. Te ostatnie po prostu siedzą sztywno na wale napędzanym, ale są w stanie poruszać się wzdłuż osi wzdłuż wypustów.

Końce sprzęgieł wyposażone są w wieńce zębate, które mogą łączyć się z tymi samymi wieńcami znajdującymi się na końcach kół zębatych wału napędzanego. Nowoczesna konstrukcja skrzyni biegów zakłada obecność takich synchronizatorów we wszystkich biegach do przodu.

Gdy tryb neutralny jest włączony, koła zębate obracają się swobodnie, a wszystkie sprzęgła synchronizujące znajdują się w pozycji otwartej. Kiedy kierowca ściska sprzęgło i przełącza dźwignię na jeden ze stopni, wówczas widelec w skrzyni biegów przesuwa sprzęgło do sprzężenia z jego parą na końcu biegu. Dzięki temu koło zębate jest sztywno połączone z wałem i nie obraca się na nim, ale zapewnia przenoszenie obrotu i siły.

Większość ręcznych skrzyń biegów wykorzystuje skośne koła zębate, które mogą wytrzymać większe siły niż koła zębate czołowe, a ponadto są mniej hałaśliwe. Wykonane są ze stali wysokostopowej, po czym są utwardzane prądem o wysokiej częstotliwości i normalizowane w celu odciążenia. Zapewnia to maksymalną żywotność.

W przypadku skrzyni dwuwałowej przewidziane jest również połączenie wału napędowego z blokiem sprzęgła. W przeciwieństwie do konstrukcji trzyosiowej, na osi napędowej znajduje się blok kół zębatych, a nie jeden. Nie ma wału pośredniego, a wał napędzany biegnie równolegle do wału napędowego. Koła zębate na obu osiach obracają się swobodnie i są zawsze włączone.

Wał napędzany jest wyposażony w sztywno zamocowany główny wałek napędowy. Sprzęgła synchronizacyjne znajdują się między resztą biegów. Taki schemat mechanicznej skrzyni biegów pod względem działania synchronizatorów jest podobny do schematu trójwałowego. Różnica polega na tym, że nie ma przekładni bezpośredniej, a każdy stopień ma podłączoną tylko jedną parę kół zębatych, a nie dwie.

Urządzenie dwuwałowe ręcznej skrzyni biegów ma wyższą sprawność niż trzywałowe, jednak ma ograniczenie w zwiększaniu przełożenia. Dzięki tej funkcji konstrukcja stosowana jest tylko w samochodach osobowych.

Synchronizatory

Wszystkie nowoczesne manualne skrzynie biegów są wyposażone w synchronizatory. Bez nich maszyny musiały wykonać podwójne ściskanie, aby prędkości obwodowe kół zębatych były równe, a możliwość przełączania stopni była zapewniona. Również synchronizatory nie są instalowane w punkcie kontrolnym z dużą liczbą biegów, czasami do 18 stopni, typowych dla sprzętu specjalnego, ponieważ jest to technicznie niemożliwe. Aby przyspieszyć zmianę biegów, samochody sportowe mogą nie mieć synchronizatorów w manualnej skrzyni biegów.

Ręczna skrzynia biegów synchronizatora

Samochody osobowe używane przez większość kierowców są wyposażone w synchronizatory, gdyż bez nich skrzynia biegów samochodu pracuje mniej przyjaźnie. Elementy te zapewniają cichą pracę i wyrównanie prędkości przekładni.

Wewnętrzna średnica piasty ma rowki wielowypustowe, dzięki którym ruch odbywa się wzdłuż osi wału pomocniczego. Jednocześnie taka sztywność zapewnia przenoszenie dużych sił.

Synchronizator działa w ten sposób. Kiedy kierowca włącza bieg, sprzęgło przesuwa się w kierunku żądanego biegu. Podczas ruchu siła przenoszona jest na jeden z pierścieni blokujących sprzęgła. Ze względu na różne prędkości między kołem zębatym a sprzęgłem, stożkowe powierzchnie zębów oddziałują z siłą tarcia. Przekręca pierścień blokujący na ogranicznik.

Działanie synchronizatorów

Zęby tego ostatniego są osadzone na zębach sprzęgła, więc późniejsze przemieszczenie sprzęgła staje się niemożliwe. Sprzęgło wchodzi bez oporu z małą obręczą na kole zębatym. Dzięki temu połączeniu przekładnia jest sztywno zablokowana ze sprzęgłem. Ten proces odbywa się w ułamku sekundy. Jeden synchronizator zwykle zapewnia dwa biegi.

Proces zmiany biegów

Za procedurę przełączania odpowiada odpowiedni mechanizm. W pojazdach z napędem na tylne koła dźwignia jest montowana bezpośrednio na obudowie manualnej skrzyni biegów. Cały mechanizm jest ukryty w korpusie urządzenia, a gałka zmiany biegów bezpośrednio nim steruje. Taki układ ma swoje zalety i wady.

• proste konstrukcyjnie rozwiązanie;
• zapewnienie przejrzystości zmiany;
• trwalsza konstrukcja do pracy.

• nie ma możliwości zastosowania konstrukcji z silnikiem montowanym z tyłu;
• nie jest używany w pojazdach z napędem na przednie koła.

Samochody z przednim mostem napędowym są wyposażone w dźwignię zmiany biegów w następujących miejscach:

• podłoga między fotelami kierowcy i pasażera z przodu;
• na kolumnie kierownicy;
• w obszarze tablicy rozdzielczej.

Zdalne sterowanie skrzynią samochodów z napędem na przednie koła odbywa się za pomocą drążków lub wahaczy. Ten projekt ma również swoje własne cechy.

• wygodne, bardziej niezależne ułożenie dźwigni zmiany biegów;
• wibracje ze skrzyni nie są przenoszone na dźwignię ręcznej skrzyni biegów;
• zapewnia dużą swobodę projektowania i projektowania układu.

• mniejsza trwałość;
• luz może pojawić się z czasem;
• wymagana jest okresowa wprawna regulacja prętów;
• czytelność jest mniej dokładna niż pozycjonowanie bezpośrednio na ciele.

Chociaż istnieją różne siłowniki mechanizmu włączania/wyłączania przekładni, sam mechanizm w większości gearboxów ma podobną konstrukcję. Opiera się na ruchomych prętach, które znajdują się w pokrywie obudowy, a także widłach sztywno zamocowanych na prętach.

Mechanizm zmiany biegów Lada Granta

Widły pasują półokręgiem do rowka sprzęgła synchronizatora. Dodatkowo manualna skrzynia biegów zawiera urządzenia, które zabezpieczą mechanizm przed wypięciem lub przed nieautoryzowanym wypięciem kół zębatych, a także przed jednoczesnym uruchomieniem dwóch stopni.

Zalety i wady manualnych skrzyń biegów

Wszystkie typy mechanizmów mają swoje zalety i wady. Rozważ je przy ręcznej skrzyni biegów.

Godność:

• projekt ma najniższy koszt w porównaniu z analogami;
• w przeciwieństwie do hydromechaniki ma mniejszą wagę i wyższą wydajność;
• nie wymaga specjalnych warunków chłodzenia w porównaniu z automatycznymi skrzyniami biegów;
• przeciętny samochód z manualną skrzynią biegów ma bardziej ekonomiczne parametry i dynamikę przyspieszenia w przeciwieństwie do przeciętnego samochodu z automatyczną skrzynią biegów;
• prostota i wyrafinowanie inżynierskie projektu;
• wysoki stopień niezawodności i długa żywotność;
• nie wymaga specjalnej konserwacji i rzadkich materiałów eksploatacyjnych lub materiałów naprawczych;
• kierowca ma szerszy zakres zastosowania technik jazdy w ekstremalnych warunkach oblodzenia, terenowych itp.;
• samochód można łatwo uruchomić przez pchanie i można go holować z dowolną prędkością i na dowolną odległość;
• istnieje techniczna możliwość całkowitego oddzielenia silnika i skrzyni biegów, w przeciwieństwie do hydromechanicznej automatycznej skrzyni biegów.

Wady:

• pełna separacja zespołu napędowego i skrzyni biegów służy do zmiany biegów, co wpływa na czas pracy;
• wymagane są szczególne umiejętności prowadzenia pojazdu, aby zapewnić płynną zmianę biegów;
• niemożność płynnej zmiany przełożenia, ponieważ liczba kroków jest zwykle ograniczona do liczby od 4 do 7;
• niski zasób zespołu sprzęgła;
• kierowca, jadąc samochodem z manualną skrzynią biegów przez długi czas, wydaje się bardziej zmęczony niż podczas jazdy „automatyczną” skrzynią biegów.

W większości krajów o wyższych dochodach ludności liczba produkowanych samochodów z manualną skrzynią biegów została zmniejszona do prawie 10-15%.

W drodze od powozów konnych do samochodu z silnikiem spalinowym, projektanci stanęli przed wieloma problemami, które należało rozwiązać. Jednym z nich była potrzeba połączenia zakresów prędkości silnika i kół. Zakres prędkości roboczych silnika od 800 do około 8000 obr/min. Prędkość koła do 1500 obr./min. Problemu tego nie da się rozwiązać bez wprowadzenia ogniwa pośredniego. W wyniku prac nad rozwiązaniem problemu zgodności prędkości pojawiła się manualna skrzynia biegów (skrzynia biegów). W Rosji został po raz pierwszy użyty przez I.P. Kulibin na swoim „wózku ze skuterami” pod koniec XVIII wieku. Pomimo późniejszego pojawienia się wygodniejszych automatycznych skrzyń biegów, ręczna skrzynia biegów jest nadal używana w samochodach.

Zalety i wady manualnej skrzyni biegów

Skrzynie biegów dzielą się na typy: stopniowe i bezstopniowe. Mechaniczny należy do pierwszego typu. W porównaniu z resztą stara dobra „mechanika” ma szereg zalet:

• prostota projektu;
• niezawodność;
• konserwowalność;
• najmniejsza utrata mocy podczas przenoszenia z silnika na koła;
• wysoka prędkość przełączania;
• niski koszt produkcji.

Dzięki tym właściwościom manualna skrzynia biegów pozostaje w służbie do dziś. Wady obejmują:

• potrzeba posiadania określonej umiejętności sterowania (płynne ściskanie sprzęgła);
• wysokie zmęczenie kierowcy przy dużej liczbie cykli start-stop.

Sprzęgło

Mechanizm sprzęgła jest koniecznie zawarty w urządzeniu wszystkich ręcznych skrzyń biegów. Służy do przerwania przepływu mocy z silnika do skrzyni biegów. Należy to zrobić, aby podczas zmiany biegów można było wyrównać prędkości obrotowe kół zębatych.

Większość pojazdów wykorzystuje suche jednotarczowe sprzęgło cierne. Jego części składowe:

Zasada działania sprzęgła: w stanie normalnym jest zamknięte, napęd i napędzane tarcze ściśle do siebie pasują. Kierowca otwiera go, naciskając odpowiedni pedał. Ponadto, za pomocą napędu hydraulicznego lub linowego, uderzenie jest przenoszone na widełki zwalniające sprzęgła, które poprzez łożysko wyciskowe odpycha napędzaną tarczę od tarczy napędowej, a silnik z ręczną skrzynią biegów zostaje odłączony.

Wielkość momentu obrotowego przenoszonego z silnika na wał napędowy musi być dostosowana do warunków jazdy. Aby to zmienić, zastosowano przekładnię mechaniczną, wewnątrz której obudowy znajdują się wały z kołami zębatymi. Zasada działania skrzyni biegów jest prosta: zmiana wartości przenoszonego momentu obrotowego następuje stopniowo poprzez zmianę zazębionych par kół zębatych.

Ręczna skrzynia biegów składa się z następujących części:

Urządzenie jednostek do maszyn z napędem na przednie i tylne koła jest inne. Wynika to z lokalizacji silnika. Silnik w pojazdach z napędem na przednie koła znajduje się w poprzek osi podłużnej. Ta sytuacja wymaga, aby skrzynia biegów była zwarta. Osiąga się to dzięki zastosowaniu konstrukcji z dwoma wałkami. Pojazdy z napędem na tylne i na wszystkie koła mają jednostkę napędową umieszczoną wzdłużnie, co pozwala na zastosowanie trzech wałów w konstrukcji skrzyniowej.

Koła zębate znajdujące się na wałkach manualnej skrzyni biegów mają różną średnicę i ilość zębów. Zmienia to przenoszony moment obrotowy. Jeżeli średnica i liczba zębów koła napędowego jest mniejsza niż koła napędzanego, wówczas moment obrotowy wzrasta, a wręcz przeciwnie, zmniejsza się. Stosunek liczby zębów napędzanego i napędzającego koła zębatego nazywa się przełożeniem. Im jest większy, tym mniejsza prędkość obraca się napędzane koło zębate. W trzywałowej manualnej skrzyni biegów jedno z kół zębatych ma przełożenie 1:1. W takim przypadku moment obrotowy przenoszony z silnika nie zmienia się. Zazwyczaj przełożenie to odpowiada czwartemu biegowi.

W celu uzyskania biegu wstecznego włączane są trzy biegi. Nieparzysta liczba biegów powoduje, że wał wyjściowy zmienia kierunek obrotów.

Nowoczesne manualne skrzynie biegów samochodu osobowego mogą mieć od czterech do siedmiu biegów. W skrzyniach samochodów ciężarowych stosowane są dodatkowe urządzenia: dzielniki i demultiplikatory, które umożliwiają uzyskanie liczby przełożeń wyrażonej w liczbach dwucyfrowych.

Zasada działania

Aby kierowca włączył wymagany bieg, konieczne jest chwilowe odłączenie silnika i wału wejściowego manualnej skrzyni biegów. W skrzynkach obsługiwanych mechanicznie służy do tego sprzęgło. W samochodach stosuje się sprzęgła tarczowe, które wykorzystują siłę tarcia pomiędzy powierzchniami roboczymi dwóch tarcz - głównej i napędzanej.

Wciskając pedał sprzęgła, kierowca odłącza silnik i skrzynię biegów, dzięki czemu może zmieniać sprzęgnięte pary biegów za pomocą dźwigni sterującej. Ale wały skrzyni, nawet po odłączeniu od silnika za pomocą sprzęgła, nadal się obracają. Jednocześnie prędkość obrotowa jest dla nich inna. Dlatego zęby zazębiających się kół zębatych nie są ustawione w jednej linii i zderzają się ze sobą z siłą. Naprężenia wynikające z tego są bardzo duże i skracają żywotność części. Aby zmniejszyć negatywny wpływ kolizji, konstruktorzy wprowadzili synchronizatory do urządzenia manualnej skrzyni biegów.

Synchronizator to sprzęgło z wewnętrznymi zębami i stożkowymi pierścieniami zębatymi. Koła zębate zsynchronizowanej skrzyni biegów mają powierzchnie stożkowe dopasowane do powierzchni pierścieni. Zasada działania: wyrównanie prędkości obrotowych następuje dzięki siłom tarcia powstającym między kołami zębatymi i pierścieniami sprzęgła synchronizatora.

Kontrola

W przypadku ręcznej skrzyni biegów kierowca musi wykonać następującą sekwencję czynności:

• wciśnij pedał sprzęgła;
• ustawić dźwignię zmiany biegów w położeniu neutralnym;
• bez opuszczania pedałów przesuń dźwignię do pozycji odpowiadającej wybranemu biegowi;
• płynnie zwolnij pedał sprzęgła.

Dla wygody na gałce dźwigni zmiany biegów zastosowano układ przełożeń. Każda transmisja ma swój własny numer, począwszy od pierwszego. Im jest większy, tym niższe przełożenie. Począwszy od piątego, przełożenia są mniejsze niż jeden. Takie transfery nazywane są nadbiegiem, ponieważ napędzane koło zębate w tym przypadku obraca się szybciej niż prowadzące. Służą do jazdy z dużymi prędkościami, dzięki czemu silnik może pracować z mniejszym obciążeniem. Wsteczny bieg jest oznaczony łacińską literą R.

Doświadczony kierowca nie potrzebuje schematu przełączania. Wystarczy raz go zapamiętać i nie ma już potrzeby sprawdzania. O wiele trudniej jest nauczyć się zmieniać biegi bez szarpania i ślizgania się sprzęgła. Umiejętność płynnej zmiany przełożeń wymaga wielu szkoleń i nie każdy otrzymuje od razu. Dlatego projektanci szukali i nadal szukają sposobów na uproszczenie procesu jazdy klasycznej „mechaniki” dla kierowcy.

Szczyt rozwoju - roboty

Elektronika przyszła na ratunek w trudnym zadaniu ulepszenia konstrukcji manualnej skrzyni biegów. Z jego pomocą zrealizowano kontrolę zmiany biegów bez udziału kierowcy. Takie punkty kontrolne nazywane są robotami. Pozostając konstrukcyjnie mechanicznie, a mając w swoim urządzeniu taki element jak sprzęgło cierne, przejmują proces ściskania i przesuwania.

Takie urządzenie pozwala zachować względną prostotę samej skrzyni i zbliżyć się do komfortu sterowania automatycznymi skrzyniami biegów. Ale pozbywszy się szeregu niedociągnięć ręcznej skrzyni biegów, nowe jednostki nabyły własne, nieodłączne tylko dla nich.

Ponieważ mechanizm sprzęgła nigdzie nie zszedł, pojawił się problem: podczas ruszania z pochyłości samochód toczy się do tyłu. Wynika to z faktu, że po otwarciu napędzanej i napędzającej tarczy nic nie trzyma samochodu - kierowca w tym momencie przenosi nogę z pedału hamulca na pedał gazu. Rozwiązują problem na dwa sposoby – wprowadzając poprawki w algorytmie sterowania, wymuszając z opóźnieniem zwolnienie ciśnienia w układzie hamulcowym lub wprowadzając do konstrukcji drugie sprzęgło. Następnie podczas przełączania jeden z nich pozostaje zamknięty.

Przyszłość manualnej skrzyni biegów

W rezultacie producenci samochodów nadal używają ręcznych skrzyń biegów w swoich projektach samochodów. Ze względu na połączenie prostoty i niskiego kosztu praktycznie nie ma dla niego alternatywy w segmencie niedrogich samochodów. Ceniony jest również przez fanów sportowej jazdy za umiejętność szybkiej zmiany, niezawodność i bezpretensjonalność. Pomimo czcigodnego wieku konstrukcji, której zasada działania praktycznie nie zmieniła się od dłuższego czasu, stara dobra „mechanika” pozostaje najczęstszą opcją przekładni w przemyśle motoryzacyjnym.