Cutia de viteze, sau altfel transmisia, transmite forța de rotație - așa-numitul cuplu - de la motorul mașinii către roți. În același timp, în funcție de condițiile de conducere ale mașinii, acesta poate transmite cuplu total sau parțial.
O mașină care merge în deal ar trebui să folosească o treaptă mai mică decât o mașină care coboară pe o autostradă plată. O treaptă inferioară trimite mai mult cuplu roților. Și acest lucru este necesar atunci când mașina se mișcă încet, pentru că îi este greu. Treptele de viteză superioare sunt potrivite pentru o mișcare mai rapidă a vehiculului.
Există transmisii manuale, dar există și automate. Pentru a schimba viteza într-o transmisie manuală, șoferul apasă mai întâi pedala de ambreiaj (imaginea din stânga). În acest caz, motorul este deconectat de la cutia de viteze. Apoi șoferul mută maneta de comandă într-o altă treaptă de viteză și eliberează pedala de ambreiaj. Motorul este reconectat la cutia de viteze și își poate transfera din nou energia către roți. Într-o transmisie automată, poziția pedalei de accelerație (accelerație) este corelată cu viteza mașinii, iar treapta de viteză se schimbă automat dacă este necesar.
Control manual transmisie
Diagramele alăturate arată modul în care maneta schimbătorului de viteze poate fi utilizată pentru a comuta dintr-o treaptă de viteză în alta. În funcție de setul de viteze, la roți ajung la roți diferite proporții ale cuplului care trece prin cutia de viteze (linii roșii cu săgeți). Puterea motorului nu este transferată roților.
Treapta neutră. Puterea motorului nu este transferată roților.
Primul transfer. Cea mai mare angrenare a arborelui antrenat este conectată la perechea sa de pe arborele antrenat. Mașina se mișcă lent, dar poate depăși porțiuni dificile de drum.
Al doilea transfer. A doua pereche de viteze lucrează împreună cu mecanismul de ambreiaj. În acest caz, viteza mașinii este de obicei între 15 și 25 mile pe oră.
Treapta a treia. A treia pereche de viteze funcționează împreună cu mecanismul de ambreiaj. Viteza mașinii este și mai mare, iar cuplul la roți este mai mic.
Treapta a patra. Arborele de intrare și de ieșire sunt conectați direct (transmisie directă) - viteza mașinii este maximă, iar cuplul este cel mai mic.
Marșarier. (treapta a 5-a în imagine) Când treapta de marșarier este cuplată, treapta sa de antrenare „rotește arborele de ieșire (de antrenare) în direcția opusă.
Funcționarea acceleratorului
Numărul de rotații ale motorului pe minut depinde de cât de mult combustibil curge din carburator în cilindri. Mișcarea combustibilului este controlată de clapeta de accelerație a carburatorului, iar funcționarea clapetei de accelerație este controlată de pedala de accelerație, care este situată pe podea în fața șoferului.
Când șoferul apasă pedala de accelerație cu piciorul, clapeta de accelerație se deschide și mai mult combustibil intră în motor. Dacă șoferul eliberează pedala de accelerație, amortizorul este închis și cantitatea de combustibil care intră este redusă. În același timp, atât turația motorului, cât și viteza vehiculului scad.
Transmisie automată
Când se folosește o transmisie automată, șoferul nu are pedala de ambreiaj sub picior. În schimb, un convertor de cuplu asociat cu un angrenaj planetar (figura din dreapta și de jos) deconectează automat motorul de la arborele de intrare atunci când, în funcție de condițiile de trafic, este necesară schimbarea vitezei.
Și după ce s-a schimbat treapta de viteză, arborele de antrenare este conectat din nou. De îndată ce șoferul pune maneta de comandă în poziția de lucru, mecanismul de transmisie automată însuși va selecta treapta dorită în conformitate cu condițiile de conducere ale mașinii în acest moment.
Există mii de piese și componente într-o mașină. Dar, prin urmare, ele joacă un rol mai important în comparație cu alte unități ale mașinii. De exemplu, o cutie de viteze este una dintre cele mai importante părți ale oricărei mașini. Fără el, cuplul motorului nu ar putea ajunge la roți și mașina ta nu s-ar mișca.
Da, nu trebuie să avem cunoștințe aprofundate despre structura mașinii. Dar ce este o cutie de viteze trebuie să știe fiecare șofer. Vom vorbi despre asta astăzi.
Există două tipuri principale de cutii de viteze care sunt utilizate în majoritatea mașinilor de pe piața auto mondială - transmisie manuală și transmisie automată. Astăzi ne vom concentra asupra acestor două transmisii principale, deși este de remarcat faptul că alte tipuri de transmisii au câștigat popularitate în ultimii ani. De exemplu, o transmisie cu dublu ambreiaj, care funcționează ca o transmisie manuală, dar cu un ambreiaj controlat de computer. Electronica în sine strânge automat ambreiajul, dar șoferul comută viteza. Transmisiile automate fără trepte (CVT) au devenit, de asemenea, răspândite. Principiul de funcționare al unei astfel de cutii se bazează pe o curea de transmisie, prin analogie cu o transmisie cu lanț de bicicletă. Tot în ultimii ani au început să apară pe piață mașini fără cutii. De regulă, vehiculele fără transmisie folosesc doar un motor electric.
Înainte de a aprofunda în descrierea principiului de funcționare a cutiei de viteze, să definim termenii principali:
Difuzare:În această înțelegere, transmisia este un set de anumite trepte din cutie, care, lucrând împreună sincron, reglează raportul dintre turația motorului și viteza roții. De asemenea, acest termen este folosit pentru a descrie fiecare viteză a cutiei de viteze. De exemplu, într-o transmisie automată, electronica selectează automat ce arbore de viteză să folosească pentru transmisia optimă a cuplului. Într-o transmisie manuală, șoferul alege independent viteza necesară.
Raport de transmisie: acesta este raportul dintre viteza arborelui condus și viteza de antrenare.
Ambreiaj: Mecanismul de conectare sau deconectare a motorului la (de la) sistemul de transmisie (cutie).
Transmisie: Mecanismul de transmitere a cuplului de la motor la roțile vehiculului.
Schimbator de viteze: O pârghie pe care o folosește șoferul pentru a controla transmisia și a selecta viteza dorită.
Acum să trecem direct la descrierea modului în care funcționează cele mai comune două cutii de viteze.
Transmisie manuală
Fără îndoială, peste tot în lume în acest moment transmisia automată a devenit cea mai populară. Potrivit statisticilor globale de vânzări de mașini, cea mai mare parte din toate vehiculele noi vândute în 2014 au fost echipate cu transmisii automate. Dar, cu toate acestea, . De regulă, o transmisie mecanică este mai simplă în design și în principiul său de funcționare. De aici vom începe.
Prin designul său de bază, o cutie mecanică este un set de angrenaje și arbori (arbori de intrare și de ieșire). Roțile dințate ale unui arbore interacționează cu angrenajele celuilalt arbore. Ca rezultat, raportul dintre angrenajul inclus de pe arborele de intrare și angrenajul inclus de pe arborele de ieșire determină raportul general de transmisie al unei anumite angrenaje.
Șoferul selectează treapta dorită prin mișcare. Pârghia controlează mișcarea vitezelor de-a lungul arborelui de intrare. Prin deplasarea manetei înainte sau înapoi, setul de viteze dorit este selectat pentru a cupla treapta dorită. De obicei, atunci când schimbați o pârghie în sus sau în jos, două seturi de viteze sunt pe același arbore. Când comutați pârghia la stânga sau la dreapta, selectarea unui set de viteze are loc pe arbori diferiți.
Pentru a cupla o treaptă de viteză într-o transmisie manuală, șoferul apasă mai întâi pedala de ambreiaj, drept urmare cuplul motorului nu este transmis cutiei de viteze atunci când ambreiajul este apăsat, deoarece motorul este deconectat de la arborele de intrare al cutiei de viteze. Acest lucru vă permite să selectați viteza dorită folosind maneta de viteze prin conectarea setului de viteze dorit. După selectarea treptei dorite, șoferul eliberează pedala de ambreiaj, iar cuplul începe să fie transmis arborelui de intrare și apoi arborelui selectat, care la rândul său transmite cuplul transmisiilor și roților.
Transmisie automată
Una dintre cele mai notabile diferențe dintre transmisiile manuale și automate este că transmisiile automate nu folosesc ambreiaj. De regulă, o transmisie automată folosește convertoare de cuplu, care deconectează motorul de la cutia de viteze (de la arborele cu un set de viteze).
Funcția convertoarelor de cuplu se bazează pe principiile hidrodinamicii, ceea ce este cu adevărat dificil de explicat în cadrul acestui articol. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați matematica și alte științe ale naturii. Dar sensul de bază este simplu. Când motorul funcționează la turații mici, o cantitate mică de cuplu este transmisă prin fluid și diverse canale către un set de viteze. Când motorul funcționează rapid, cuplul este transmis direct arborilor.
Datorită conversiei cuplului, angrenajele din cutii sunt libere să-și facă treaba fără participarea șoferului. Dar cum selectează automat cutia de viteze viteza necesară, care este selectată manual de către șofer într-o transmisie manuală?
Spre deosebire de mecanică, unde, de regulă, designul cutiei reprezintă doi arbori paraleli, se folosește un aranjament planetar de arbori cu roți dințate. Spre deosebire de o transmisie manuală, o transmisie automată folosește o selecție uriașă de diferite seturi de viteze care sunt conectate automat la transmisia cuplului în funcție de viteză.
În loc de schimbarea manuală a vitezelor, se folosește schimbarea automată hidraulică a treptelor, care este controlată de electronică. Cutia este controlată de un modul special în care sunt programate toate rapoartele de transmisie. În funcție de setul conectat al angrenajului planetar, programul electronic determină ce treaptă de viteză să selecteze folosind controlul automat hidraulic.
O cutie de viteze manuală este un dispozitiv pentru schimbarea treptată a raportului de viteză a vitezei de rotație de la motor la roțile motoare. Când folosește o transmisie manuală, șoferul selectează și cuplează manual treapta dorită (spre deosebire de transmisia automată). Denumirea acestui aparat reflecta si faptul ca toata functionalitatea lui este realizata doar de elemente mecanice, fara implicarea hidraulica sau electronica (spre deosebire de transmisiile hidraulice sau electrice). Popular, dar fiabil din punct de vedere tehnic, principiul de funcționare al transmisiei manuale este acoperit în această publicație.
De ce au trebuit producătorii de automobile să introducă o cutie de viteze? Pentru că orice motor cu ardere internă al oricărei mașini este capabil să funcționeze doar într-un interval limitat și destul de mic de viteză. Iar frecvența de rotație a roților - de la pornire până la conducerea la viteze mari - are loc într-un interval mult mai larg. Și nu este posibil să alegeți un raport de transmisie universal care să ofere întreaga gamă, utilizând în același timp în mod rezonabil intervalul de turații a motorului.
Pentru pornirea și accelerarea progresivă a mașinii, precum și atunci când conduceți off-road, este necesar să cheltuiți mai multă muncă în sens fizic, adică să aplicați mai multă putere roților sale. Adică, la turații mici, sunt necesare turații mari ale motorului.
Dimpotrivă, cu o mișcare uniformă a unei mașini care accelerează pe un drum plat, viteza acesteia este mare, iar puterea mare și turațiile mari ale motorului nu mai sunt necesare - pentru a menține viteza dorită sunt suficiente atât puterea mică, cât și turațiile reduse ale motorului. Odată cu creșterea vitezei, crește și rezistența aerodinamică la mișcarea motorului, ceea ce necesită rotații mari și un consum de putere mai semnificativ. Același lucru - atunci când conduceți în sus, trebuie să creșteți forța de tracțiune.
De aici apare nevoia de a transfera rotația de la motor la roți cu un anumit raport de transmisie, care ar putea fi modificat în funcție de condițiile de conducere. Unul dintre pionierii industriei auto globale, inginerul german Karl Benz, a fost convins de acest lucru chiar în prima călătorie lungă (80 km) într-o mașină de design propriu.
Această călătorie a avut loc în 1887. Karl Benz și soția sa Bertha și fiii lor erau în vizită la soacra inventatorului. Călătoria de 80 de kilometri s-a dovedit a fi foarte dificilă din cauza imperfecțiunii designului primei mașini. Pe unele ridicări, aparent mici, a trebuit să fie împins manual: nu era suficientă tracțiune. După această călătorie, Benz a îmbunătățit mașina, oferindu-i o treaptă suplimentară auxiliară - „inferioară”, pentru a crește tracțiunea.
Această idee este folosită în cutia de viteze până în zilele noastre: raportul de transmisie ar trebui să fie variabil, permițându-vă să utilizați rapoarte diferite între vitezele de rotație ale arborelui cotit al motorului și ale roților motoare.
Desigur, prima transmisie manuală a lui Karl Benz a fost la început un dispozitiv foarte primitiv. Acestea erau scripete de diferite diametre atașate la puntea motoare. Acestea erau legate de motor printr-o curea, iar cu ajutorul unor pârghii, cureaua putea fi aruncată de pe un scripete pe altul. Ulterior, cureaua și scripetele din piele au fost înlocuite cu un lanț metalic și un asterisc, ca la bicicletele moderne „avansate”.
Un tren de viteze și o cutie de viteze au fost montate pentru prima dată pe o mașină de Wilhelm Maybach. În paralel cu inginerii auto germani, cam în aceiași ani, francezii au fost și ei angajați în cercetări similare. Cutia de viteze mecanică creată de Emile Levassor și Louis Panhard folosea deja un set întreg de trepte cu rapoarte diferite pentru deplasarea înainte și o treaptă pentru deplasarea înapoi. Ca și în vremea noastră, angrenajele angrenajelor înainte erau montate pe arborele secundar, care se mișca de-a lungul axei sale. Acest lucru a permis ca angrenajele de diferite diametre să se cupleze cu o roată dințată fixă pe arborele de intrare.
Oficial, Louis Renault a devenit inventatorul unei cutii de viteze mecanice asemănătoare celei moderne: în 1899, acest tânăr industrial auto începător a brevetat prima cutie de viteze din lume bazată pe un sistem de angrenaje și arbori mobile. Era cu trei viteze.
Prima persoană care a brevetat transmisia manuală - Louis Renault - în „laboratorul” său.
Pionierul de peste ocean al industriei auto - Henry Ford - nu a copiat realizările inginerilor germani și francezi, ci a urmat propriul drum. Cutia sa manuală era formată din mai multe angrenaje planetare (sateliți), care se roteau în jurul angrenajului central („soarele”) și erau fixate cu suportul. Această cutie de viteze planetară a fost echipată cu primele mașini Ford A produse în serie.
Soluția tehnică nu mai puțin importantă decât inventarea unei cutii pe roți dințate de diferite diametre a fost inventarea unui sincronizator, care a fost realizat în 1928 de Charles Ketering de la General Motors. A făcut transmisiile manuale mai ușor de operat, le-a dat un nou impuls pentru dezvoltare și „longevitate tehnică”.
Au trecut peste 120 de ani de la inventarea lui Louis Renault, dar principiul principal al cutiei de viteze cu trepte a rămas același. Transmisiile manuale moderne, desigur, sunt mult mai perfecte: au trepte nu cu angrenaj direct, ci cu angrenaj elicoidal și sunt mai comode, mai silențioase și mai durabile. În general, mașinile cu „mecanică” sunt mai economice decât mașinile cu transmisie automată.
O cutie de viteze manuală constă dintr-un set de angrenaje elicoidale de diferite dimensiuni, care sunt cuplate pentru a crea diferite rapoarte de transmisie între arborele cotit al motorului și roțile motoare. Raportul de transmisie devine diferit prin mișcarea atât a vitezelor în sine, cât și a unui dispozitiv special - un sincronizator. Sarcina acestuia este de a egaliza (sincroniza) vitezele circumferenţiale ale angrenajelor incluse în cuplare.
Principiul este că cu cât raportul de viteză este mai mare, cu atât treapta de viteză este mai mică. Prima treaptă de viteză se numește treapta cea mai inferioară, iar raportul său de transmisie este cel mai mare. Pe acesta, transmisia de rotație se realizează de la o viteză mică la una mare și, la o viteză mare a arborelui cotit, viteza mașinii rămâne scăzută, iar forța de tracțiune rămâne ridicată. În treapta cea mai înaltă, respectiv, este adevărat invers. În poziția neutră, cuplul de la motor nu este transmis roților motoare, iar mașina se rostogolește prin inerție sau sta pe loc.
Majoritatea mașinilor moderne produse în serie echipate cu o cutie de viteze manuală au 5 „viteze”, sau viteze înainte. Cu câteva decenii în urmă, majoritatea transmisiilor manuale ale autovehiculelor erau cu patru trepte. Cutiile de viteze manuale cu șase sau mai multe viteze, de regulă, sunt echipate cu mașini sport sau jeep-uri „încărcate”.
Din punct de vedere tehnic, o cutie de viteze manuală este o cutie de viteze închisă în trepte. Elementele de lucru ale designului său sunt roți dințate - roți dințate care se cuplează alternativ, schimbând viteza arborilor de intrare și de ieșire, precum și frecvența acestora. Comutarea conexiunilor și a combinațiilor de viteze se face manual.
O cutie de viteze manuală poate funcționa doar în tandem cu ambreiajul. Acest ansamblu este conceput pentru a deconecta temporar motorul și transmisia. Această operațiune este necesară pentru o trecere nedureroasă și sigură a treptelor de viteză de la o treaptă la alta, fără oprirea turației motorului și cu păstrarea lor deplină.
Dispozițiile cutiilor de viteze mecanice care s-au răspândit sunt cu doi și trei arbori. Ele sunt numite astfel prin numărul de arbori paraleli pe care sunt amplasate angrenajele elicoidale.
Într-o transmisie manuală cu trei arbori există trei arbori: conducător, intermediar și antrenat. Primul este conectat la ambreiaj, există caneluri pe suprafața sa. Discul de ambreiaj se mișcă de-a lungul lor. Din acest arbore, energia de rotație este transferată către un arbore intermediar legat rigid de acesta printr-o roată dințată.
Arborele antrenat este coaxial cu arborele de antrenare, legat de acesta printr-un rulment, care se află în interiorul primului arbore. Prin urmare, aceste axe sunt prevăzute cu rotație independentă. Blocurile de angrenaje „diferite dimensiuni” ale arborelui antrenat nu au o fixare rigidă cu acesta și sunt, de asemenea, delimitate de cuplaje speciale de sincronizare. Aici sunt fixate rigid pe arborele antrenat, dar se pot deplasa de-a lungul arborelui de-a lungul canelurilor.
La capetele cuplajelor se aplică jante cu roți dințate, care pot fi conectate la jante similare de la capetele angrenajelor arborelui antrenat. Standardele moderne de producție a cutiei de viteze necesită prezența unor astfel de sincronizatoare în toate treptele înainte.
Într-o transmisie manuală cu doi arbori, arborele de antrenare este, de asemenea, conectat la unitatea de ambreiaj. Spre deosebire de designul cu trei axe, puntea motoare are un set de viteze în loc de doar una. Nu există arbore intermediar, iar arborele antrenat este paralel cu cel de conducere. Roțile de viteză ale ambilor arbori se rotesc liber și sunt întotdeauna cuplate.
Pe arborele antrenat există un angrenaj principal fixat rigid. Între treptele rămase sunt ambreiaje de sincronizare. O schemă similară a unei cutii de viteze mecanice în ceea ce privește funcționarea sincronizatoarelor este similară cu un aranjament cu trei arbori. Diferența este că nu există transmisie directă, iar fiecare treaptă are doar o pereche de viteze conectate, și nu două perechi.
La un capăt al arborelui antrenat, angrenajul principal este în cuplare rigidă. Un diferențial funcționează în cutia de viteze principală.
Dispunerea cu doi arbori a unei transmisii manuale are o eficiență mai mare decât cea cu trei arbori, dar are limitări în creșterea raportului de transmisie. Datorită acestei caracteristici, designul transmisiei manuale cu doi arbori este utilizat exclusiv la autoturisme.
În cazuri rare, cutiile de viteze cu patru arbori pot fi utilizate și pe mașinile moderne. Dar, conform principiului muncii lor, ele corespund și celor cu doi arbori - fără arbore intermediar, cu transferul de rotație de la arborele de intrare direct la cele secundare. Cel mai adesea, acestea sunt transmisii manuale cu 6 trepte înainte. În ele, cuplul este transmis de la arborele de intrare la transmisia finală prin primul, al doilea și al treilea arbore secundar, ale căror angrenaje de capăt sunt cuplate constant cu angrenajul final de antrenare.
Asigurarea că marșarierul mașinii este încredințată unui arbore suplimentar cu o treaptă specială proprie. Când intră în cuplare, rotația arborelui antrenat începe în sens opus. Nu există sincronizator în marșarier, deoarece marșarierul este activat numai atunci când mașina este complet oprită. În orice caz, așa ar trebui procedat. Prin urmare, transmisia manuală a mașinilor de la mulți producători are protecție împotriva marșarierului accidental din mers (trebuie să ridicați un inel special de pe pârghie pentru a o muta în poziția de marșarier).
Când modul neutru este activat, treptele se rotesc liber, iar toate ambreiajele sincronizatorului sunt situate în poziția deschis. Când șoferul apasă ambreiajul și schimbă maneta pe una dintre trepte, o furcă specială din cutia de viteze mută ambreiajul cu perechea corespunzătoare la sfârșitul treptei de viteză. Iar angrenajul este fixat rigid de arbore și nu defilează pe acesta, dar asigură transmiterea rotației și a energiei efortului.
În timpul conducerii, mecanismul de schimbare a vitezelor este acţionat de pe scaunul şoferului cu ajutorul manetei schimbătorului de viteze. Această pârghie mișcă glisoarele cu furcile, care la rândul lor mișcă sincronizatoarele și cuplează viteza dorită.
Perechile de viteze ale celor două trepte inferioare au cele mai mari rapoarte de transmisie (la mașinile de pasageri - de obicei de la 5:1 la 3,5:1) și sunt utilizate pentru pornire și accelerație înainte, precum și atunci când este necesar să se miște constant la joasă. viteza sau de-a lungul drumului. Când conduceți în trepte inferioare, chiar și la turații mari ale motorului, mașina va conduce destul de lent, dar puterea și cuplul vor fi utilizate pe deplin. Dimpotrivă, cu cât treapta de viteză este mai mare, cu atât viteza mașinii este mai mare la același nivel de turație a motorului, iar forța sa de tracțiune este mai mică. În treptele superioare, mașina nu va putea porni sau conduce la viteze mici. Dar se poate mișca la viteze mari, până la maximul prevăzut, la turații medii ale motorului.
În marea majoritate a transmisiilor manuale moderne sunt amplasate roți dințate cu dinte oblic, care sunt capabile să reziste la forțe mai mari decât roți dințate drepte și, în plus, sunt mai puțin zgomotoase în funcționare. Roțile dințate elicoidale sunt realizate din oțel înalt aliat, iar în etapa finală de producție se realizează călirea HDTV și normalizarea pentru detensionare, asigurând durabilitatea pieselor.
Înainte de apariția sincronismului, pentru trecerea fără denivelări, șoferii trebuiau să strângă dublu, cu munca obligatorie de câteva secunde în neutru, pentru a egaliza vitezele circumferențiale ale treptelor de viteză. Și pentru a trece la o treaptă de viteză inferioară a fost necesar să se facă o regazare pentru a egaliza viteza arborilor de antrenare și condus. După introducerea sincronizatoarelor, necesitatea acestor manipulări a dispărut. Și angrenajele au devenit protejate de sarcinile de șoc și uzura prematură.
Cu toate acestea, aceste „abilități din trecut” pot fi utile și pentru o mașină de pasageri modernă. De exemplu, acestea vor ajuta la schimbarea aceleiași trepte de viteză în cazul unei defecțiuni a ambreiajului sau dacă este nevoie de o frânare bruscă a motorului atunci când sistemul de frânare funcțional este defect.
Orice mașină cu motor cu ardere internă are o cutie de viteze în design. Există multe varietăți ale acestei unități, dar cel mai comun tip este o transmisie manuală (transmisie manuală). Este echipat atât cu mașini autohtone, cât și străine.
Cutia de viteze este folosită pentru a modifica raportul vitezei de rotație de la motor la roți. Metoda de comutare între treptele (treptele) acestei cutii de viteze este manuală (mecanică), care a dat denumirea întregului ansamblu. Șoferul decide independent care dintre valorile fixe ale raportului de transmisie (angrenaje) ar trebui să fie incluse în momentul actual.
Transmisia manuală modernă
În plus, transmisia manuală vă permite să treceți în modul marșarier, în care mașina se mișcă în direcția opusă. Există și un mod neutru, când nu există transmisie de rotație de la motor la roți.
Principiul de funcționare și dispozitiv
Cutia de viteze este o cutie de viteze închisă în mai multe trepte. Roțile dințate elicoidale au capacitatea de a bloca alternativ și de a schimba viteza dintre arborele de intrare și de ieșire. Acesta este principiul cutiei de viteze.
Ambreiaj
Cutia manuală funcționează în tandem cu ambreiajul. Acest ansamblu vă permite să deconectați temporar motorul de la transmisie. O astfel de operațiune face posibilă schimbarea fără durere a vitezelor (etapelor) fără a opri turația motorului.
Blocul de ambreiaj este necesar, deoarece cuplul semnificativ trece prin transmisia manuală.
Angrenaje și arbori
În orice cutie de viteze cu design tradițional, acestea sunt situate paralel cu axa arborilor pe care se bazează angrenajele. Corpul comun se numește carter. Cele mai populare sunt companiile cu trei și doi arbori.
În trei arbori există trei arbori:
- primul este liderul;
- al doilea este intermediar;
- al treilea este adeptul.
Primul arbore este conectat la ambreiaj, pe suprafața acestuia sunt tăiate caneluri, de-a lungul cărora se mișcă discul de ambreiaj. Din această axă, rotația este transmisă unei axe intermediare conectată rigid la angrenajul arborelui de intrare.
Arborele antrenat al transmisiei manuale are o locație specifică. Este coaxial cu transmisia și este conectat la acesta printr-un rulment situat în interiorul primului arbore. Acest lucru asigură rotația lor independentă. Blocurile de viteze cu axă antrenată nu au o fixare rigidă cu aceasta, iar angrenajele sunt delimitate de ambreiaje speciale de sincronizare. Aceștia din urmă se așează rigid pe arborele antrenat, dar se pot deplasa de-a lungul axei de-a lungul canelurilor.
Capetele cuplajelor sunt echipate cu jante dințate care pot fi conectate la aceleași jante situate la capetele angrenajelor arborelui antrenat. Designul modern al cutiei de viteze presupune prezența unor astfel de sincronizatoare în toate treptele înainte.
Când modul neutru este pornit, treptele se rotesc liber și toate ambreiajele sincronizatorului sunt în poziția deschis. Când șoferul strânge ambreiajul și comută maneta pe una dintre trepte, atunci furca din cutia de viteze mută ambreiajul cu perechea sa la sfârșitul treptei de viteză. Deci angrenajul este fixat rigid de arbore și nu defilează pe acesta, ci asigură transmiterea rotației și a forței.
Majoritatea transmisiilor manuale folosesc roți dințate elicoidale, care pot rezista la mai multă forță decât roți dințate drepte și sunt, de asemenea, mai puțin zgomotoase. Sunt fabricate din oțel înalt aliat, după care se efectuează călirea la HDTV și se normalizează pentru a reduce stresul. Acest lucru asigură o durată de viață maximă.
Pentru o cutie cu doi arbori, este prevăzută și o legătură a arborelui de antrenare cu blocul de ambreiaj. Spre deosebire de un design cu trei axe, un bloc de viteze este situat pe axa motoare, și nu unul. Nu există un arbore intermediar, iar arborele antrenat merge paralel cu cel de conducere. Treptele de viteză de pe ambele osii se rotesc liber și sunt întotdeauna cuplate.
Arborele antrenat este echipat cu un angrenaj de transmisie final fixat rigid. Ambreiajele de sincronizare sunt situate între treptele de viteză rămase. O astfel de schemă a unei cutii de viteze mecanice în ceea ce privește funcționarea sincronizatoarelor este similară cu o schemă cu trei arbori. Diferența este că nu există transmisie directă și că fiecare treaptă are doar o pereche de viteze conectate, mai degrabă decât două perechi.
Dispozitivul cu doi arbori al unei transmisii manuale are o eficiență mai mare decât cel cu trei arbori, totuși, are o limitare în creșterea raportului de transmisie. Datorită acestei caracteristici, designul este utilizat numai în mașinile de pasageri.
Sincronizatoare
Toate cutiile de viteze mecanice moderne sunt echipate cu sincronizatoare. Fără ele, mașinile trebuiau să facă o dublă strângere, astfel încât vitezele circumferențiale ale vitezelor să fie egale și să fie posibilă schimbarea vitezelor. De asemenea, sincronizatoarele nu sunt instalate pe cutiile de viteze cu un număr mare de viteze, uneori până la 18 trepte, tipice pentru echipamente speciale, deoarece acest lucru este imposibil din punct de vedere tehnic. Pentru schimbarea rapidă a vitezelor, este posibil ca mașinile sport să nu aibă sincronizatoare în transmisia manuală.
Sincronizator transmisie manuală
Mașinile folosite de majoritatea șoferilor sunt echipate cu sincronizatoare deoarece cutia de viteze a mașinii este mai puțin prietenoasă fără ele. Aceste elemente asigură funcționarea silențioasă și alinierea vitezelor de viteză.
Diametrul interior al butucului are caneluri canelare, datorită cărora se efectuează mișcarea de-a lungul axei arborelui secundar. În același timp, o astfel de rigiditate asigură transmiterea unor forțe mari.
Sincronizatorul funcționează în acest fel. Când șoferul pornește treapta de viteză, ambreiajul este condus către treapta dorită. În timpul mișcării, forța este transferată către unul dintre inelele de blocare ale ambreiajului. Datorită vitezelor diferite dintre angrenaj și ambreiaj, suprafețele conice ale dinților interacționează cu ajutorul frecării. Ea întoarce inelul de blocare până la oprire.
Munca sincronizatoarelor
Dinții acestuia din urmă sunt montați pe dinții cuplajului, astfel încât deplasarea ulterioară a cuplajului devine imposibilă. Ambreiajul se cuplează fără rezistență cu o coroană mică pe angrenaj. Angrenajul datorat unei astfel de conexiuni este blocat rigid cu ambreiajul. Acest proces are loc într-o fracțiune de secundă. Un sincronizator oferă de obicei două trepte.
Procesul de schimbare a vitezelor
Mecanismul corespunzător este responsabil pentru procedura de comutare. Pentru vehiculele cu tracțiune spate, maneta este montată direct pe carcasa transmisiei manuale. Întregul mecanism este ascuns în interiorul corpului unității, iar butonul de schimbare îl controlează direct. Acest aranjament are avantajele și dezavantajele sale.
- soluție simplă de proiectare;
- asigurarea clarității comutării;
- design mai durabil pentru funcționare.
- nu există posibilitatea de a utiliza un design cu un motor din spate;
- nu este utilizat la vehiculele cu tracțiune față.
Mașinile cu axă motoare față sunt echipate cu o pârghie de viteză în următoarele locuri:
- podea între scaunul șoferului și pasagerul din față;
- pe coloana de directie;
- lângă tabloul de bord.
Controlul de la distanță al cutiei pentru mașinile cu tracțiune față se realizează folosind tije sau în culise. Acest design are și propriile sale caracteristici.
- aranjare confortabilă mai independentă a pârghiei pentru schimbarea vitezelor;
- vibrațiile din cutie nu sunt transmise pârghiei transmisiei manuale;
- oferă mai multă libertate pentru proiectare și aspect ingineresc.
- durabilitate mai mică;
- reacția poate apărea în timp;
- este necesară reglarea periodică calificată a tijelor;
- claritatea este mai puțin precisă, spre deosebire de a fi localizată direct pe carcasă.
Deși există diverse acționări pentru mecanismul de pornire/oprire a vitezei, mecanismul în sine în majoritatea cutiilor de viteze are un design similar. Se bazează pe tije mobile, care se află în capacul carcasei, precum și pe furci fixate rigid pe tije.
Mecanism schimbare viteze Lada Granta
Furcile într-un semicerc intră în canelura ambreiajului sincronizatorului. În plus, în transmisia manuală există dispozitive care vor proteja mecanismul de necuplare sau de decuplare neautorizată a treptelor de viteză, precum și de activarea simultană a două trepte.
Avantajele și dezavantajele transmisiilor manuale
Toate tipurile de mecanisme au propriile avantaje și dezavantaje. Luați în considerare la transmisia manuală.
Avantaje:
- designul are cel mai mic cost în comparație cu analogii;
- spre deosebire de hidromecanica, are greutate mai mica si eficienta mai mare;
- nu are nevoie de condiții speciale de răcire în comparație cu transmisiile automate;
- o mașină medie cu transmisie manuală are parametri mai economici și dinamică de accelerație, spre deosebire de o mașină obișnuită cu transmisie automată;
- simplitatea și sofisticarea inginerească a designului;
- grad ridicat de fiabilitate și durată lungă de viață;
- nu necesită întreținere specifică și consumabile sau materiale de reparații limitate;
- șoferul are o gamă mai largă de tehnici de conducere în condiții extreme de gheață, off-road etc.;
- mașina se pornește ușor prin împingere și poate fi tractată cu orice viteză și pe orice distanță;
- exista posibilitatea tehnica de separare completa a motorului si transmisiei, spre deosebire de transmisia automata hidromecanica.
dezavantaje:
- pentru schimbarea vitezelor se folosește o separare completă a centralei electrice și a transmisiei, care afectează timpul de funcționare;
- sunt necesare abilități specifice de conducere pentru a asigura o schimbare lină a vitezelor;
- incapacitatea de a schimba fără probleme raportul de viteză, deoarece numărul de pași este de obicei limitat la un număr de la 4 la 7;
- resurse reduse ale ansamblului ambreiajului;
- șoferul, atunci când conduce o mașină cu transmisie manuală pentru o perioadă lungă de timp, are mai multă oboseală decât atunci când conduce cu o transmisie „automat”.
În majoritatea țărilor cu un venit mai mare al populației, numărul de mașini produse cu transmisie manuală a fost redus la aproape 10-15%.
Pe drumul de la trăsurile trase de cai la o mașină cu motor cu ardere internă, designerii s-au confruntat cu multe probleme care trebuiau rezolvate. Una dintre ele a fost necesitatea de a combina intervalele de viteză ale motorului și ale roților. Intervalul de turație a motorului este de la 800 la aproximativ 8000 rpm. Viteza roții de până la 1500 rpm. Fără introducerea unei verigi intermediare, o astfel de problemă nu poate fi rezolvată. Ca urmare a lucrărilor de rezolvare a problemei compatibilității vitezei, a apărut o transmisie manuală (cutie de viteze). În Rusia, a fost folosit pentru prima dată de I.P. Kulibin pe „căruța lui cu scuter” la sfârșitul secolului al XVIII-lea. În ciuda apariției ulterioare a transmisiilor automate mai convenabile, transmisiile manuale sunt încă folosite în mașini și astăzi.
Avantajele și dezavantajele transmisiei manuale
Cutiile de viteze sunt împărțite în tipuri: trepte și fără trepte. Mecanic se referă la primul tip. În comparație cu restul, vechiul „mecanic” bun are o serie de avantaje:
- simplitatea designului;
- fiabilitate;
- mentenabilitatea;
- cea mai mică pierdere de putere în timpul transmisiei de la motor la roți;
- viteză mare de comutare;
- cost de producție redus.
Datorită acestor calități, o transmisie manuală este încă în funcțiune. Dezavantajele includ:
- necesitatea de a poseda o abilitate specifică de control (eliberare lină a ambreiajului);
- oboseală ridicată a conducătorului auto cu un număr mare de cicluri pornire-oprire.
Ambreiaj
Mecanismul ambreiajului este inclus în mod necesar în dispozitivul tuturor transmisiilor manuale. Acesta servește la întreruperea fluxului de putere de la motor la cutia de viteze. Acest lucru trebuie făcut astfel încât vitezele de rotație ale vitezelor să poată fi egalizate la comutare.
Majoritatea vehiculelor folosesc un ambreiaj uscat cu frecare cu o singură placă. Părțile sale constitutive:
Principiul de funcționare al ambreiajului: în stare normală, este închis, discurile de antrenare și de antrenare se potrivesc perfect. Șoferul îl deschide apăsând pedala corespunzătoare. În plus, prin intermediul unei acționări hidraulice sau prin cablu, acțiunea este transmisă furcii de eliberare a ambreiajului, care, prin rulmentul de eliberare, îndepărtează discul antrenat de cel de antrenare, iar motorul cu transmisia manuală este deconectat.
Cantitatea de cuplu transmisă de la motor la arborele de antrenare trebuie să fie adecvată pentru condițiile de conducere. Pentru a-l schimba, se folosește o cutie de viteze mecanică, în interiorul corpului căreia se află arbori cu roți dințate. Principiul de funcționare al cutiei de viteze este simplu: modificarea cantității de cuplu transmisă are loc în trepte prin schimbarea perechilor de viteze care sunt în cuplare.
Transmisia manuală este formată din următoarele părți:
Dispunerea unităților pentru vehiculele cu tracțiune față și cu tracțiune spate este diferită. Are de-a face cu locația motorului. Motorul vehiculelor cu tracțiune față este situat pe axa longitudinală. Această situație necesită compactitate de la punctul de control. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui design cu doi arbori. Vehiculele cu tracțiune spate și cu tracțiune integrală au o unitate de putere amplasată longitudinal, care permite utilizarea a trei arbori în designul cutiei.
Angrenajele situate pe arborii unei transmisii manuale au un diametru și un număr diferit de dinți. Aceasta modifică cuplul transmis. Dacă diametrul și numărul de dinți ai angrenajului de antrenare este mai mic decât cel al angrenajului condus, atunci cuplul crește, dacă invers, scade. Raportul dintre numărul de dinți ai angrenajului condus și celui de antrenare se numește raport de transmisie. Cu cât este mai mare, cu atât angrenajul condus se rotește mai încet. La transmisiile manuale cu trei arbori, una dintre trepte are un raport de 1:1. În acest caz, cuplul transmis de la motor nu se modifică. De regulă, un astfel de raport de viteză corespunde celei de-a patra viteze.
Pentru a obține treapta de marșarier, sunt cuplate trei trepte. Un număr impar de viteze face ca arborele de ieșire să schimbe direcția de rotație în sens opus.
Transmisiile manuale moderne ale unei mașini de pasageri pot avea de la patru până la șapte trepte. În cutiile de camioane se folosesc dispozitive suplimentare: divizoare și demultiplicatoare, care fac posibilă realizarea numărului de viteze exprimat în două cifre.
Principiul de funcționare
Pentru ca șoferul să cupleze treapta necesară, este necesar să deconectați temporar motorul și arborele de intrare al transmisiei manuale. La cutiile de viteze cu control mecanic, ambreiajul servește în acest scop. În mașini, se folosesc ambreiaje cu disc, folosind forța de frecare între suprafețele de lucru a două discuri - master și condus.
Prin apăsarea pedalei de ambreiaj, șoferul deconectează motorul și cutia de viteze, putând schimba perechile de trepte care sunt cuplate cu maneta de comandă. Dar arborii cutiei, chiar și deconectați de la motor prin intermediul unui ambreiaj, continuă să se rotească. În același timp, au viteze de rotație diferite. Prin urmare, dinții angrenajelor care sunt cuplate nu sunt aliniați unul cu celălalt și se ciocnesc unul de altul cu forță. Sarcina rezultată este foarte mare și scurtează durata de viață a pieselor. Pentru a reduce efectul negativ al impactului, designerii au introdus sincronizatoare în dispozitivul de transmisie manuală.
Sincronizatorul este un ambreiaj cu dinți interni și inele dințate conice. Roțile de viteză ale unei cutii de viteze sincronizate au suprafețe conice corespunzătoare suprafețelor inelelor. Principiul de funcționare: alinierea vitezelor de rotație are loc datorită forțelor de frecare care apar între roți dințate și inelele ambreiajului sincronizator. 
Control
Pentru o transmisie manuală, șoferul trebuie să facă următoarea secvență de acțiuni:
- apăsați pedala de ambreiaj;
- mutați maneta schimbătorului de viteze în poziția neutră;
- fără a coborî pedala, deplasați maneta în poziția corespunzătoare vitezei selectate;
- eliberați ușor pedala de ambreiaj.
Pentru confort, aspectul treptelor este aplicat la mânerul manetei schimbătorului de viteze. Fiecare transmisie are propriul număr, de la unul încolo. Cu cât este mai mare, cu atât raportul de transmisie este mai mic. Începând de la a cincea rapoarte de viteză sunt mai mici de unu. Astfel de viteze se numesc overdrive, deoarece angrenajul condus în acest caz se rotește mai repede decât angrenajul de antrenare. Sunt folosite pentru a se deplasa la viteză mare, permițând motorului să funcționeze cu mai puțină sarcină. Treapta de marșarier este marcată cu litera latină R.
Un șofer experimentat nu are nevoie de o schemă de comutare. Este suficient să-l amintiți o dată și nu este nevoie să verificați cu el. Este mult mai dificil să înveți cum să schimbi treptele fără a smuci și a aluneca ambreiajul. Abilitatea de a face schimbarea lină necesită multă practică și nu toată lumea este dată imediat. Prin urmare, designerii au căutat și continuă să caute modalități de simplificare a procesului de control al „mecanicii” clasice pentru șofer.
Vârful dezvoltării - roboți
Electronica a venit în ajutor în sarcina dificilă de a îmbunătăți designul unei cutii de viteze mecanice. Cu ajutorul acestuia, controlul schimbătorului de viteze a fost implementat fără participarea șoferului. Astfel de puncte de control se numesc robotizate. Rămânând structural mecanic și având în dispozitivul lor o astfel de piesă precum ambreiajul de frecare, aceștia preiau procesul de strângere și comutare. 
Un astfel de dispozitiv vă permite să mențineți simplitatea relativă a cutiei în sine și să vă apropiați de confortul controlării transmisiilor automate. Dar după ce au scăpat de o serie de deficiențe ale transmisiei manuale, noile unități și-au dobândit propriile lor, inerente numai lor.
Deoarece mecanismul de ambreiaj nu a mers nicăieri, a apărut o problemă: la pornirea pe un deal, mașina se întoarce înapoi. Acest lucru se datorează faptului că atunci când discurile conduse și de conducere se deschid, nimic nu ține mașina - șoferul în acest moment își mișcă piciorul de la pedala de frână la accelerație. Ele rezolvă dificultatea în două moduri - prin ajustări ale algoritmului de control, forțând mașina să elibereze presiunea din sistemul de frânare cu întârziere sau prin introducerea unui al doilea ambreiaj în design. Apoi, la comutare, unul dintre ele rămâne închis.
Viitorul transmisiei manuale
Drept urmare, producătorii auto continuă să folosească transmisia manuală în designul mașinilor lor. Datorită combinației dintre simplitate și costuri reduse, practic nu există nicio alternativă la acesta în segmentul mașinilor la prețuri accesibile. Iubitorii de conducere sportivă o respectă și pentru capacitatea de a comuta rapid, fiabilitate și nepretenție. În ciuda vârstei venerabile a designului, al cărui principiu de funcționare nu s-a schimbat prea mult de-a lungul existenței sale îndelungate, vechea „mecanică” bună rămâne cea mai comună opțiune de transmisie în industria auto.