УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"

"ТРАНСМИССИЯ"

«КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ»

Трансмиссия автомобиля (силовая передача )

обеспечивает передачу усилий (крутящего момента) от двигателя на ведущие колёса, а также преобразование (трансформацию) этих усилий в зависимости от условий движения.
К трансмиссии относятся все узлы и механизмы автомобиля, связывающие двигатель с ведущими колёсами.
Следует различать трансмиссии автомобилей с приводом на заднюю ось (а/м классической компоновки), с приводом на передние колёса и полноприводных автомобилей. Так же, будет различаться трансмиссия полноприводного автомобиля, сконструированного для эксплуатации в условиях бездорожья (внедорожник), от трансмиссии полноприводного автомобиля, созданного для дорог с твёрдым покрытием.
Колёсные формулы автомобилей с приводом на задние или передние колёса, пишутся – 4х2 (т.е., четыре колеса, два из которых – ведущие).
Колёсная формула автомобиля с приводом на переднюю и заднюю ось, пишется – 4х4 (т.е., четыре колеса – все колёса ведущие).
К механизмам трансмиссии относятся: сцепление , коробка передач (в том числеи коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы), карданная передача, главная передача, дифференциал , приводы ведущих колёс и некоторые другие механизмы.
Главная передача, коробка передач и раздаточная коробка (при её наличии) обеспечивают суммарное передаточное число трансмиссии автомобиля.

Коробка передач

служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов), передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним ходом.
Коробки передач, по характеру изменения , классифицируются на ступенчатые и бесступенчатые .

По способу управления переключением передач различают коробки:

С ручным управлением;

С полуавтоматическим управлением;

С автоматическим управлением.

По конструкции агрегатной части различают коробки:

Вальные с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления;

Вариаторные;

Комбинированные.

Вальные шестерёнчатые ступенчатые коробки передач с ручным управлением.

На автомобилях с ручным управлением трансмиссией применяются вальные ступенчатые коробки передач с зубчатыми передачами. Зубчатые передачи КП характеризуются фиксированными передаточными числами, обеспечивающими на всех режимах работы нужное соответствие между рабочими характеристиками двигателя и трансмиссии.

К основным элементам «ручных» коробок передач и элементам их управления относятся:

агрегат коробки передач с набором валов и зубчатых передач постоянного зацепления;

механизм переключения передач.

Конструкции коробок передач могут различаться в зависимости от компоновочной схемы автомобиля.
Широкое применение имеют двухвальные и трёхвальные коробки с косозубыми шестернями постоянного зацепления.
В единый блок с КП могут входить главная передача и дифференциал, а у автомобилей с приводом на обе оси, ещё и раздаточный узел (раздаточная коробка). С единым блоком также может компоноваться коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы (например, на лебёдку).
Коробки передач грузовых автомобилей дополнительно оборудуются мультипликатором (делителем) и/или демультипликатором*

*Делителем (мультипликатором) называется повышающий редуктор трансмиссии.
Демультипликатором называют понижающий редуктор трансмиссии.
Многовальные КП с делителями и демультипликаторами широко используют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности для увеличения числа передач с целью улучшения тягово-экономических свойств. Делитель устанавливают перед КП; обычно он имеет две передачи – прямую и повышающую. Демультипликатор размещают за КП; обычно он имеет две или три передачи. При применении указанных устройств число передач КП увеличивается и может достигать значения 24 или выше.

Устройство ручной трёхвальной коробки передач показано на рисунке 1.

Рис. 1. Трёхвальная ступенчатая коробка передач с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и ручным управлением.

1 – сальник первичного вала; 2 – задний опорный подшипник первичного вала; 3 – картер сцепления (фрагмент); 4 – кольцо установочное; 5 – передний подшипник вторичного вала; 6 – упорная шайба пружины синхронизатора четвёртой передачи; 8 – сапун; 9 – скользящая муфта синхронизатора; 10 – ступица синхронизатора; 11 – стопорное кольцо блокирующего кольца синхронизатора; 12 – блокирующее кольцо синхронизатора; 14 – ведомая шестерня третьей передачи; 15 – ведомая шестерня второй передачи; 16 – вторичный (ведомый) вал; 17 – ведомая шестерня первой передачи; 18 – втулка шестерни первой передачи; 19 – промежуточный подшипник вторичного вала; 20 – стопорная пластина; 21 – ведомая шестерня заднего хода; 22 – рычаг переключения передач; 23 – упорная подушка рычага переключения передач; 24 – упругая подушка рычага переключения передач; 25 – дистанционная втулка; 26 – запорная втулка; 27 – ведущая шестерня привода спидометра; 28 – сальник ведомого вала; 29 – фланец; 30 – гайка; 31 – уплотнитель центрирующего кольца; 32 – стопорное кольцо; 33 – центрирующее кольцо; 34 – задний подшипник ведомого вала; 35 – грязеотражатель; 36 – ведомая шестерня привода спидометра; 37 – задняя крышка КП; 38 – привод спидометра; 39 – вилка включения передачи заднего хода; 40 – ведущая шестерня заднего хода; 41 – промежуточная шестерня заднего хода; 42 – ось промежуточной шестерни заднего хода; 43 – задний подшипник промежуточного вала; 44 – ведущая шестерня первой передачи; 45 – муфта синхронизатора первой и второй передачи; 46 – корпус коробки передач; 47 – ведущая шестерня второй передачи; 48 – ведущая шестерня третьей передачи; 49 – пробка заливного и контрольного отверстия; 50 – крышка картера коробки передач; 51 – промежуточный вал; 52 – шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 53 – передний подшипник промежуточного вала; 54 – болт; 55 – зажимная шайба подшипника; 56 – шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 57 – пружинная шайба; 58 – стопорное кольцо; 59 – передняя крышка коробки передач; 60 – первичный (ведущий) вал.

Для обеспечения плавного и бесшумного переключения передач коробки оснащаются синхронизаторами .
Синхронизаторы (позиция 9 и 45 на рисунке 1) , при включении передачи уравнивают (синхронизируют) частоту вращения соединяемых элементов (валов и шестерён).
Состав синхронизатора показан на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство синхронизатора.

1 – ступица; 2 – скользящая муфта; 3 – блокирующее кольцо; 4 – пружина; 5 – стопорное кольцо; 6 – шестерня передачи с косозубым венцом постоянного зацепления; а – дополнительный прямозубый венец шестерни передачи; б – внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Работа простой зубчатой передачи

Изменение соотношения между числами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колёс автомобиля и изменение вследствие этого тягового усилия на колёсах производится посредством зубчатых колёс (шестерён), из набора которых и состоит коробка передач.
При вращении малой ведущей шестерни находящаяся с ней в зацеплении большая ведомая шестерня (рис. 3) будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз её число зубьев больше числа зубьев ведущей шестерни.
Отношение числа зубьев (равно как, диаметра или скорости вращения) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру или скорости вращения) ведущей шестерни, называется передаточным числом (D 2/ D 1 = n , где n – передаточное число пары шестерён, D2 и D1 – диаметр ведомой и ведущей шестерни, соответственно).
Чем больше передаточное число пары шестерён, тем значительнее изменяются число оборотов и крутящий момент, получаемые на валу ведомой шестерни по отношению к ведущей шестерне.

Рис. 3. Простая зубчатая пара.

На изменении передаточных чисел путём введения в зацепление шестерён с различным диаметром основано действие коробки передач, раздаточной коробки и коробки отбора мощности.
Задний ход автомобиля осуществляется способом введения в зацепление между ведущей и ведомой шестернями, так называемой промежуточной шестерни , в результате чего вал ведомой шестерни будет вращаться в противоположную сторону (см. рис. 4 В).

При работе передачи некоторая часть передаваемой мощности теряется на преодоление сил трения в самих шестернях, в опорах их валов и на взбалтывание масла. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия (кпд) передачи , который представляет собой отношение мощности полученной на валу ведомой шестерни, к мощности на ведущей шестерне.
Для цилиндрической зубчатой передачи кпд составляет примерно 0,98, а для конической пары шестерён примерно 0,97. Общий кпд нескольких зубчатых передач будет равен произведению кпд отдельных пар шестерён.

Работу зубчатых передач поясняет рисунок 4.

Рисунок 4. Схемы зубчатых передач.

Дополнительная информация.
Шестерёнчатые передачи широко применяются в различных приводах, включая приводы валов. Типичным примером такого привода может служить шестерёнчатый привод распределительного вала двигателя, где коленчатый вал и шестерня КВ являются ведущими, а распределительный вал и его шестерня – ведомыми.

Рисунок 5. Шестерёнчатый привод валов двигателя

Работа ручной шестерёнчатой трёхвальной четырёхступенчатой коробки передач

Трёхвальная коробка передач (см. рис. 1), имеет первичный (60), вторичный (16) и промежуточный (51) валы, а также ось (42) промежуточной шестерни (41) передачи заднего хода. Валы опираются на подшипники качения (2, 19, 34, 43 и 53), установленные в корпусе (46) коробки. Передний носок первичного вала (60) опирается на подшипник, запрессованный в выточку фланца коленчатого вала двигателя. Передний носок вторичного вала (16) лежит в игольчатом подшипнике (5), установленном в торцевой выточке шестерни (56) ведущего вала (60). Шестерня (56) ведущего вала (60) располагается на его заднем конце и изготовлена с валом, как одно целое.

На вторичном (ведомом) валу установлены косозубые шестерни первой (17), второй (15) и третьей (14) передачи и синхронизаторы (9 и 45) в сборе. Все шестерни передач переднего хода имеют дополнительный прямозубый зубчатый венец для соединения с синхронизатором. Шестерни установлены на валу свободно (т.е., не закреплены и могут вращаться независимо от вала). Синхронизаторы (9 и 45), в отличие от шестерён первой, второй и третьей передач, подвижно закреплены на шлицах вторичного вала посредством ступиц (10) и поэтому могут вращаться с валом только совместно, а также могут передвигаться по шлицам ступицы в осевом направлении. Синхронизаторы управляются водителем посредством рычага переключения передач (22) через штоки и вилки механизма переключения (на рисунке 1 показана только вилка (39) включения заднего хода).
Промежуточный вал (51) имеет четыре косозубые шестерни (44, 47, 48 и 52), выполненные совместно с валом (как одно целое). Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями вторичного вала (16), образуя пары зацепления (44 – 17, 47 – 15, 48 – 14, и 52 – 56).
При работающем двигателе, включённом сцеплении и нейтральном положении синхронизаторов (т.е., муфты синхронизаторов не заблокированы ни с одной из шестерён), что соответствует нейтральной передаче в коробке передач, ведущий вал (60) через шестерню (56), находящуюся в постоянном зацеплении с шестернёй (52) промежуточного вала (51), вращает этот вал вместе с его шестернями 44, 47 и 48 и, входящие с ними в постоянное зацепление шестерни 17, 15 и 14 ведомого вала (16). Так как шестерни 14, 15 и 17 сидят на валу свободно и не могут передавать вращение, вторичный вал (16) остаётся неподвижным. Крутящий момент на ведущие колёса не передаётся.
При включении любой из передач (например, первой передачи), скользящая муфта синхронизатора (в рассматриваемом случае – 45) посредством механизма переключения передач вводится в зацепление с дополнительным зубчатым венцом шестерни первой передачи (17) и, тем самым, блокирует шестерню (17) на валу (16). Передача крутящего момента осуществляется по «цепи»: первичный вал (60) и его шестерня (56) – шестерня постоянного зацепления (52) промежуточного вала (51) – шестерня (44) промежуточного вала (51) – шестерня (17) первой передачи вторичного вала (16) – вторичный вал (16) – далее на трансмиссию.
При включении второй или третьей передачи в КП вращение на вторичный вал будет передаваться через заблокированные синхронизатором шестерни, соответственно, второй или третьей передачи.
При включении четвёртой передачи, первичный вал (60) и вторичный вал (16) блокируются синхронизатором (9) «на прямую» через шестерню (56) первичного вала (60).

Работа синхронизатора.

Синхронизатор (см. рис. 2) состоит из ступицы (1), скользящей муфты (2), блокировочного кольца (3) и пружины (4).
Ступица шлицами посадочного отверстия установлена на шлицах вторичного (ведомого) вала коробки передач (вал на рисунке не показан).
Скользящая муфта шлицами посадочного отверстия сидит на внешних шлицах ступицы и может перемещаться по ним в осевом направлении посредством рычага переключения передач через штоки и вилки механизма переключения. Внутренняя, рабочая поверхность скользящей муфты (б) гладкая и имеет конусность (сужение конуса – внутрь муфты).
Блокировочное кольцо, как правило, латунное (бронзовое), совместно с пружиной закреплено посредством стопорного кольца (5) на дополнительном прямозубом венце (а) шестерни передачи (6). Зубья внутренней части кольца находятся в предзацеплении с краем прямозубого дополнительного венца шестерни. Внешняя поверхность блокировочного кольца имеет конусность (сужение в сторону скользящей муфты). На поверхность кольца нанесена маслосгонная «резьба» (накатка) и имеются поперечные маслоотводящие канавки. Накатка и канавки способствуют снятию и отводу с рабочей поверхности скользящей муфты излишек масла. Шестерня свободно сидит на ведомом валу КП (вал на рисунке не показан).
При включении передачи скользящая муфта надвигается на шестерню (6), сжимая пружину (4) и воздействуя на наружную конусную поверхность блокировочного кольца (3) своей рабочей поверхностью, также имеющей конусность. При «затягивании» конусных рабочих поверхностей блокировочного кольца, закреплённого на шестерне передачи и скользящей муфты, закреплённой на шлицах вторичного вала через ступицу (1), за счёт возрастающих сил трения происходит «притормаживание» вращающихся деталей и, уравнивание угловых скоростей их вращения. Когда угловые скорости сравняются, зубья внутреннего венца скользящей муфты войдут в зацепление с зубьями дополнительного венца шестерни передачи. Передача будет включена.

Устройство и работа ручной шестерёнчатой двухвальной пятиступенчатой коробки передач

Устройство двухвальной пятиступенчатой коробки схематически показано на рисунке 6.

На первичном валу (10) КП размещается комплект шестерён 1, 2, 4, 5 и 8 из которых шестерни 5 и 8 являются свободными, а шестерни 1, 2 и 4 изготовлены совместно с валом. Совместно с валом изготовлена и шестерня заднего хода (находится между шестернями 2 и 3).
На вторичном валу (15) размещаются шестерни передач 14, 16, 17, 18, 19 и ведущая шестерня главной передачи (13). Шестерни 13, 14 и 16 выполнены вместе с валом, шестерни 17, 18 и 19 свободные.
Передача крутящего момента от КВ двигателя через сцепление передаётся на первичный вал (10) коробки и, через его шестерни (1, 2, 4, 5 и 8) на шестерни (14, 16, 17, 18 и 19) вторичного вала (15). При включении передачи свободные шестерни первичного/вторичного вала через детали синхронизатора (3, 7 и 20) блокируются с самим валом и, крутящий момент с двигателя поступает на вторичный (ведомый) вал и далее через шестерни 12 и 13 главной передачи на дифференциал и привод ведущих колёс (11).

Рисунок 6. Схема двухвальной коробки передач.

1 – шестерня пятой передачи первичного вала; 2 – шестерня первой передачи первичного вала; 3 – муфта синхронизатора включения первой, второй передачи и передачи заднего хода; 4 – шестерня второй передачи первичного вала; 5 – шестерня третьей передачи первичного вала; 6 – корпус КП; 7 - муфта синхронизатора включения третьей и четвёртой передачи; 8 – шестерня четвёртой передачи первичного вала; 9 – картер сцепления; 10 – первичный (ведущий) вал; 11 – шарнир привода передних колёс; 12 – ведомая шестерня главной передачи; 13 – ведущая шестерня главной передачи; 14 – шестерня четвёртой передачи вторичного вала; 15 – вторичный (ведомый) вал; 16 – шестерня третьей передачи вторичного вала; 17 – шестерня второй передачи вторичного вала; 18 - шестерня первой передачи вторичного вала; 19 – шестерня пятой передачи вторичного вала; 20 – муфта синхронизатора включения пятой передачи.

На рисунке 7 схематично показаны направления потока мощности при включении соответствующей передачи.

Рисунок 7. Направление потока мощности в двухвальной коробке при включении передач переднего и заднего хода.

Направление потока мощности показано стрелками. Муфты синхронизаторов и шестерни, находящиеся под нагрузкой подкрашены розовым цветом.

Сдвоенные шестерёнчатые вальные коробки передач с двумя сцеплениями и автоматическим управлением.

Механическая шестерёнчатая коробка передач, сконструированная по принципу «две в одной», концептуально объединяет в агрегатном узле две полностью синхронизированные между собой, коробки передач, каждая из которых образует, так называемый «делительный механизм». Каждый из двух делительных механизмов имеет свой первичный и вторичный вал с набором шестерён. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на первичные валы каждого делительного механизма передаётся через двухдисковое или сдвоенное многодисковое (пакетное) сцепление. При этом за привод первичного вала каждого из двух делительных механизмов отвечает свой (один из двух) пакет фрикционов.

Принципиальная схема коробки передач показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Принципиальная схема КП с двухдисковым сцеплением.

1, 3, 5, 7 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 1;
2, 4, 6 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 2;
ГП – шестерни главной передачи;
Д – дифференциал.

Работа сдвоенной коробки передач.

От КВ двигателя крутящий момент через сцепление 1 поступает на первичный вал 1 и шестерни передач с ним связанные, а через сцепление 2 на первичный вал 2 и его шестерни.
Конструкция КП позволяет одновременно включать две передачи, но так как одномоментно только одно из двух сцеплений может быть в состоянии «включено» и, в связи с этим, лишь один делительный механизм находится в состоянии силового замыкания – одна из этих передач будет неактивной. Данная особенность конструкции КП и сцепления позволяет переключать передачи в коробке без разрыва потока мощности.
Делительный механизм 1 отвечает за включение нечётных передач переднего хода (1, 3, 5 и 7).
Делительный механизм 2 отвечает за включение чётных передач переднего хода (2,4 и 6) и передачи заднего хода (R).

Включение передач осуществляется автоматически через блок управления КПП, посредством соленоидов (электрических клапанов) или гидроклапанов, классическим для механических коробок механизмом переключения и синхронизации.
Передача крутящего момента с любого из двух вторичных валов осуществляется на ведомую шестерню главной передачи (ГП) и далее через дифференциал (Д) на валы ведущих колёс.

Рисунок 9. Устройство многовальной КП с пакетным сдвоенным сцеплением.

Для наглядности все валы КП изображены на одной плоскости.
СЦ 1 и СЦ 2 – сцепление 1 и 2; R – шестерня заднего хода.

Для лучшего понимания устройства на рисунке 9 показана конструкция вальной шестиступенчатой коробки передач с пакетным сдвоенным сцеплением.
Особенностью устройства КП является сборная конструкция из первичных валов.

Первичный вал 2 имеет осевую полость, в которой размещается и свободно вращается первичный вал 1. В первичном вале 1 выполнен осевой канал, в котором размещается вал привода шестерёнчатого масляного насоса. Каждый первичный вал имеет шлицевой «носок», посредством которого вал соединяется со сцеплением. На первичном вале 1, помимо шестерён, выполнен зубчатый ротор (маркерный диск) для датчика частоты вращения вала.

Сборная конструкция первичных валов КП показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Первичный вал коробки передач .

Устройство и работа механизма переключения передач .

По способу воздействия рычагом на исполнительные механизмы переключения передач различают три основных типа привода управления ручными коробками.

Прямой (непосредственный);

1. Тросовый.

Прямой привод управления
обеспечивает непосредственное воздействие рычага переключения передач на детали переключения – штоки и вилки, а через них на муфты переключения.
Пример такого типа привода показан на рисунке 11 применительно к раздаточной коробке.
К основным деталям привода относятся: рычаг управления коробкой – 13; штоки переключения – 2 и 10; вилки переключения – 1 и 14; муфты переключения – 24 и 54.
От самопроизвольного выключения передачу удерживает механизм фиксации, имеющий в своём составе подпружиненный шарик – 16, помещённый во втулку – 17.
При включённой передачи пружина вдавливает шарик в специальное углубление, выполненное в штоке, тем самым не позволяя штоку произвольно перемещаться в ползунах вследствие воздействия на него сил, возникающих при работе механизма (толчки, вибрации и т.п.).
Применительно к рисунку 11 можно видеть, что в каждом штоке имеется два углубления (условно – 1 и 2) под шарик фиксатора. Положение шарика фиксатора в углублении 1 соответствует состоянию - «нейтраль» (передача выключена). Положение шарика фиксатора в углублении 2 соответствует состоянию – «передача включена».
Устройство привода тягового и тросового типа можно посмотреть здесь.

Раздаточная коробка

служит для распределения (раздачи) усилия на ведущие мосты автомобиля.
Коробка передач и раздаточная коробка могут конструктивно объединяться в одном корпусе.

Раздаточная коробка автомобилей повышенной проходимости

имеет устройство сходное с коробкой передач и, как правило, две передачи – высшую (прямую) и понижающую, что удваивает общее число передач в трансмиссии и позволяет более точно и правильно подбирать передаточные числа в соответствии с условиями движения. Передачи синхронизированы.
В раздаточную коробку помещают механизм для включения/выключения одного из мостов и главную передачу с межосевым дифференциалом, если предусматривается постоянный (неотключаемый) привод на все колёса, а также механизм блокировки межосевого дифференциала.
Раздаточная коробка легкового автомобиля повышенной проходимости с понижающей передачей и возможностью блокировки межосевого дифференциала, показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Устройство раздаточной коробки полноприводного автомобиля повышенной проходимости.

1 – вилка муфты блокировки дифференциала; 2 – шток вилки блокировки дифференциала; 3 – защитный чехол штока; 4 – стопорная шайба; 5 – втулка оси рычага; 6 – ось рычага; 7 - рычаг; 8 – стопорный болт вилки; 9 – выключатель контрольной лампы блокировки дифференциала; 10 – шток вилки переключения передачи; 11 – соединительный рычаг; 12 – кронштейн рычага управления раздаточной коробкой; 13 – рычаг управления раздаточной коробкой; 14 – вилка муфты переключения передач; 15 – дистанционная втулка; 16 – пружина и шарик фиксатора; 17 – втулка пружины фиксатора; 18 – фланец ведущего вала; 19 – передняя крышка корпуса; 20 – сальник ведущего вала; 21 – упорное кольцо подшипника; 22 – передний подшипник ведущего вала; 23 – шестерня высшей передачи; 24 – муфта синхронизатора передачи; 25 – картер (корпус) раздаточной коробки; 26 – шестерня низшей передачи; 27 – задний подшипник ведущего вала; 28 – установочное кольцо подшипника; 29 – ведущий вал; 30 – втулка; 31 – ступица синхронизатора; 32 – задняя крышка корпуса; 33 – задний подшипник промежуточного вала; 34 – промежуточный вал; 35 – подшипник вала привода заднего моста; 36 – задний подшипник корпуса дифференциала; 37 – фланец; 38 – сальник вала; 39 – корпус дифференциала (задняя часть); 40 – опорная шайба шестерни; 41 – шестерня вала привода заднего моста; 42 – ось сателлитов; 43 – стопорное кольцо оси сателлитов; 44 – пружинная шайба; 45 – кронштейн подвески; 46 – упорная шайба сателлита; 47 – картер дифференциала; 48 – сателлит; 49 – ведомая шестерня дифференциала; 50 – корпус дифференциала (передняя часть); 51 – стопорное кольцо; 52 – пружинная шайба; 53 – передний подшипник корпуса дифференциала; 54 – муфта синхронизатора дифференциала; 55 - установочное кольцо переднего подшипника дифференциала; 56 – маслоотражатель; 57 – сальник вала; 58 – подшипник вала привода переднего моста; 59 – вал привода переднего моста; 60 – фланец; 61 – пробка сливного отверстия; 62 – ведомая шестерня привода спидометра; 63 – передний подшипник промежуточного вала; 64 – ведущая шестерня привода спидометра; 65 – пробка заливного отверстия.

Раздаточные коробки автомобилей с полным приводом

для дорог общего назначения (с твёрдым или грунтовым покрытием) имеют менее сложную конструкцию.
В коробках, как правило, отсутствует понижающая передача и все те механизмы, которые отвечают за её включение. Устройство раздаточной коробки с цепным приводом показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Бесступенчатая дифференциальная раздаточная коробка с цепным приводом.

Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ "Русская Техническая Школа".

На пути перехода от экипажей на конной тяге к автомобилю с двигателем внутреннего сгорания конструкторы сталкивались со множеством проблем, которые требовали решения. Одной из них стала необходимость совместить диапазоны оборотов мотора и колес. Интервал рабочих оборотов двигателя от 800 до примерно 8000 об/мин. Частота вращения колес до 1500 об/мин. Без введения промежуточного звена такую задачу не решить. В результате работы над решением вопроса совместимости частоты вращения появилась механическая КПП (коробка перемены передач). В России ее впервые применил И.П. Кулибин на своей «самокатной тележке» в конце XVIII в. Несмотря на появление впоследствии более удобных автоматических КПП, механическая коробка передач используется в автомобилях и поныне.

Преимущества и недостатки механической КПП

Коробки передач подразделяются виды: ступенчатые и бесступенчатые. Механическая относится к первому виду. По сравнению с остальными старая добрая «механика» обладает рядом достоинств:

• простота конструкции;
• надежность;
• ремонтопригодность;
• самая маленькая потеря мощности при передаче от двигателя к колесам;
• высокая скорость переключения;
• невысокая стоимость изготовления.

Благодаря этим качествам механическая КПП остается до сих пор в строю. К недостаткам можно отнести:

• необходимость обладания специфическим навыком управления (плавный выжим сцепления);
• высокая утомляемость водителя при большом количестве циклов трогание-остановка.

Сцепление

Механизм сцепления обязательно входит в устройство всех МКПП. Служит он для прерывания потока мощности от двигателя к коробке передач. Это необходимо сделать для того, чтобы скорости вращения шестерен можно было уравнять при переключении.

В большинстве автомобилей используется сухое однодисковое фрикционное сцепление. Его составные части:

Принцип работы сцепления: в обычном состоянии оно замкнуто, ведущий и ведомый диски плотно прилегают друг к другу. Размыкает его водитель, нажимая соответствующую педаль. Далее посредством гидравлического или тросового привода воздействие передается на вилку выключения сцепления, которая через выжимной подшипник отодвигает ведомый диск от ведущего, и двигатель с МКПП оказываются разобщенными.

Величина крутящего момента, передаваемого от двигателя приводному валу, должна соответствовать условиям движения. Для ее изменения и служит механическая коробка передач, внутри корпуса которой находятся валы с шестернями. Принцип работы коробки передач прост: изменение величины передаваемого крутящего момента происходит ступенчато посредством перемены пар шестерен, находящихся в зацеплении.

Механическая коробка передач состоит из следующих частей:

Устройство агрегатов для переднеприводных и заднеприводных машин различно. Это связано с расположением двигателя. Мотор в переднеприводных автомобилях расположен поперек продольной оси. Такое положение требует от КПП компактности. Достигается это использованием конструкции с двумя валами. Задне- и полноприводные автомобили имеют продольно расположенный силовой агрегат, что позволяет использовать в конструкции коробки три вала.

Шестерни, расположенные на валах механической КПП, имеют разный диаметр и число зубьев. За счет этого меняется передаваемый крутящий момент. Если диаметр и число зубьев ведущей шестерни меньше, чем у ведомой, то момент увеличивается, если наоборот - то уменьшается. Соотношение количества зубьев ведомой и ведущей шестерни называется передаточным числом. Чем оно больше, тем с меньшей скоростью вращается ведомая шестерня. В трехвальных МКПП одна из передач имеет соотношение 1:1. В этом случае момент, передаваемый от двигателя, не изменяется. Как правило, такое передаточное число соответствует четвертой передаче.

Для получения заднего хода в зацепление входят три шестерни. Нечетное количество шестерен заставляет вторичный вал изменить направление вращение на противоположное.

Современные МКПП легкового автомобиля могут иметь от четырех до семи передач. В коробках грузовых автомобилей применяются дополнительные устройства: делители и демультипликаторы, которые позволяют добиться количества передач, выражаемого двузначными числами.

Принцип действия

Для того, чтобы водитель мог включить необходимую передачу, необходимо временно разъединить двигатель и первичный вал МКПП. В коробках с механическим управлением для этой цели служит сцепление. В автомобилях используют дисковые сцепления, использующие силу трения между рабочими поверхностями двух дисков - ведущего и ведомого.

Выжимая педаль сцепления, водитель разобщает двигатель и коробку, получая возможность с помощью управляющего рычага поменять пары шестерен, находящиеся в зацеплении. Но валы коробки, даже и отсоединенной от двигателя с помощью сцепления, продолжают вращаться. Скорость вращения при этом у них разная. Поэтому зубья шестерен, входящих в зацепление, не совмещены между собой и с силой соударяются друг об друга. Нагрузка, возникающая при этом, весьма велика и сокращает срок службы деталей. Чтобы снизить отрицательный эффект соударения, конструкторы ввели в устройство механической КПП синхронизаторы.

Синхронизатор представляет собой муфту с внутренними зубьями и конусными зубчатыми кольцами. Шестерни синхронизированной коробки передач имеют конические поверхности, соответствующие поверхностям колец. Принцип работы: выравнивание скоростей вращения происходит за счет сил трения, возникающих между шестернями и кольцами муфты синхронизатора.

Управление

Для в механической КПП водитель должен проделать следующую последовательность действий:

• выжать педаль сцепления;
• перевести рычаг КПП в нейтральное положение;
• не опуская педали перевести рычаг в положение, соответствующее выбранной передаче;
• плавно отпустить педаль сцепления.

Схема расположения передач для удобства наносится на рукоятку рычага переключения коробки. Каждая передача имеет свой номер, от единицы и далее. Чем он больше, тем меньше передаточное число. Начиная с пятой передаточные числа меньше единицы. Такие передачи называют повышающими, так как ведомая шестерня в этом случае вращается быстрее ведущей. Их используют для движения с высокой скоростью, позволяя двигателю работать с меньшей нагрузкой. Передача заднего хода маркируется латинской буквой R.

Опытному водителю схема переключения не нужна. Достаточно один раз ее запомнить, и сверяться с ней уже нет необходимости. Гораздо сложнее научиться переключать передачи без рывков и пробуксовки сцепления. Навык плавного переключения передач требует длительной тренировки, и не всем дается сразу. Поэтому конструкторы искали и продолжают искать способы упростить водителю процесс управления классической «механикой».

Пик развития - роботы

На помощь в нелегком деле совершенствования конструкции механической коробки передач пришла электроника. С ее помощью реализовали управление переключением передач без участия водителя. Такие КПП называют роботизированными. Оставаясь конструктивно механическими, и имея в своем устройстве такую часть, как фрикционное сцепление, процесс выжима и переключения они берут на себя.

Такое устройство позволяет сохранить относительную простоту самой коробки и приблизиться к комфорту управления автоматических трансмиссий. Но избавившись от ряда недостатков МКПП, новые агрегаты приобрели собственные, присущие только им.

Поскольку механизм сцепления никуда не делся, возникла проблема: при трогании на подъеме машина откатывается назад. Связано это с тем, что при размыкании ведомого и ведущего дисков автомобиль ничто не удерживает - водитель в этот момент переносит ногу с педали тормоза на акселератор. Решают возникшее затруднение двумя путями - внося коррективы в алгоритм управления, заставляя автомобиль сбрасывать давление в тормозной системе с задержкой, или вводя в конструкцию второе сцепление. Тогда при переключении одно из них остается замкнутым.

Будущее МКПП

В итоге автопроизводители продолжают использовать механическую коробку передач в конструкции своих машин. Благодаря сочетанию простоты и невысокой стоимости ей практически нет альтернативы в сегменте доступных по цене авто. Уважают ее и любители спортивной езды за возможность быстрого переключения, надежность и неприхотливость. Несмотря на почтенный возраст конструкции, принцип действия которой за долгое существование практически не изменился, старая добрая «механика» остается самым распространенным вариантом трансмиссии в автостроении.

Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.

Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.

Современная МКПП

Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.

Принцип работы и устройство

Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.

Сцепление

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.

Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.

Шестерни и валы

В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.

В трехвальных имеется три вала:

• первый – ведущий;
• второй – промежуточный;
• третий – ведомый.

Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.

Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.

Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.

Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.

В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.

Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.

Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.

Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.

Синхронизаторы

Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.

Синхронизатор МКПП

Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.

Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.

Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Работа синхронизаторов

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

Процесс переключения передач

За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.

• простое в конструкционном плане решение;
• обеспечение четкости переключения;
• более долговечная конструкция для эксплуатации.

• нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
• не используется на переднеприводных автомобилях.

Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:

• напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
• на рулевой колонке;
• в районе панели приборов.

Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.

• комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
• вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
• обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.

• меньшая долговечность;
• со временем могут появляться люфты;
• требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
• четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.

Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.

Механизм переключения передач Лада Гранта

Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.

Преимущества и недостатки механических коробок передач

Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.

Достоинства :

• конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
• в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
• не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
• среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
• простота и инженерная отработанность конструкции;
• высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
• не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
• водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
• авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
• есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.

Недостатки :

• для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
• необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
• неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
• невысокий ресурс узла сцепления;
• у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.

Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.

Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.

Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.

Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.

Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.

Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.

Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.

Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.

Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».

Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».

Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».

С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.

Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.

Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.

С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.

Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.

В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.

Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.

На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.

В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.

На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.

С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.

Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).

Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.

Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.

Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.

Существующие разновидности коробок переключения передач, по сути, являются ответом на спрос автолюбителей. Коробка совместно с рулевым колесом дает возможность эффективно управлять возможностями современного автомобиля. Кому-то нравится комфорт, кто-то быстро устает от управления, кто-то вообще ничего не умеет и всего боится. В современной классификации различают три основных вида коробок передач и их варианты:

• механическая система, ручного способа переключения передач;
• автоматическая многоступенчатая КПП;
• бесступенчатая система вариатора;
• роботизированная коробка.

Несмотря на то, что последний вид считают вариантом механической коробки передач, существующие отличия от классической схемы позволяют ее выделять в отдельной строке. Можно смело определять ее в отдельный вид коробки передач.

Двигатель внутреннего сгорания не способен эффективно работать в широчайшем диапазоне оборотов вращения, поэтому используют различные виды коробок передач, понижающие скорость вращения рабочих валов трансмиссии. Это происходит либо с помощью набора зубчатых шестерен и колес, как в основных видах коробок передач, либо с помощью толкающих ремней и шкивов - в вариаторной схеме коробки.

Вариаторная КПП более всего отвечает образу жизни современного человека и позволяет вообще отказаться от управления трансмиссией. Первая требует максимального участия водителя в управлении скоростью и крутящим моментом колес. Автомат сильно облегчил жизнь человека за рулем, но требует тщательного отношения к своей работе.

Прежде чем ответить на вопрос - какой вид коробки передач лучше выбрать, следует определить свое отношение к машине и степень своего участия в управлении автомобилем.

Простые и надежные ручные системы

Механическая система переключения, именуемая еще «механикой» или «ручкой» - самый распространенный и простой вид коробки переключения передач. В современных автомобилях она представлена двумя видами:

• многовальной, в которой шестерни находятся на двух или трех параллельных валах и входят в зацепление поочередно в зависимости от требуемого передаточного числа;
• планетарной, в которой шестерни и зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении в нескольких рядах, выбор пары с необходимым передаточным числом выполняется с помощью фрикционов или фрикционных пакетов.

В колесном транспорте планетарный вид механики используется только в автоматических коробках, в горных велосипедах и военной технике. Планетарка компактнее и легче многовального вида механизма, но значительно дороже в производстве.

Современные легковые машины с приводом на передние колеса имеют двухвальную схему и минимум 5 ступеней передач для движения вперед и одну назад. Более дорогие модели авто могут быть оснащены шестиступенчатыми коробками передач. При этом 5-я и 6-я являются повышающими - выходной вал коробки передач вращается с более высокими оборотами коленвала двигателя. Этого более чем достаточно для ручного управления.

Основная проблема механической коробки передач состоит в том, чтобы при переключении по команде ручки плавно и безударно вводить в зацепление пары косозубых шестерней, имеющих разные угловые скорости. Для выравнивания оборотов в коробке каждая пара шестерней оснащена кольцом синхронизации, изготовленным из бронзы.

При переключении передачи водитель выключает сцепление, тем самым дает возможность синхронизаторам выровнять скорости вращения шестерен. После чего ручкой переключения либо напрямую, либо через систему тяг или тросовых приводов, перемещают зубчатую муфту включения внутри корпуса коробки, тем самым введя в зацепление необходимую пару шестерен. Остается только отпустить педаль сцепления и продолжить движение.

Такие механические коробки называются синхронизированными. Управлять ими достаточно просто и удобно при наличии определенного навыка вождения автомобиля. Правда, неполное выключение сцепления, пробуксовка или иные проблемы с отключением трансмиссии приводят к тому, что синхронизаторы механики начинают интенсивно изнашиваться, вплоть до невозможности включения передачи без промежуточной постановки ручки на нейтральное положение. Переход на следующую передачу происходит после повторного выжимания сцепления. Подобный способ переключения широко использовался ранее и используется сейчас на грузовом транспорте с механикой, не оснащенной системой синхронизаторов.

Важно! Изношенные синхронизаторы, кроме затрудненного включения передачи, ведут к интенсивному износу венцов шестерен, местному выкрашиванию отдельных участков зубьев.

Механическая коробка передач - самая надежная и экономичная, требует от водителя достаточной квалификации и тяжелого труда по постоянному переключению передач в паре с отработкой педалью выключения сцепления. Но, как ни странно, многими водителями сознательно делается выбор в пользу механики. По их мнению, механика, даже при повышенной физической нагрузке, доставляет большее удовольствие от управления авто, чем роботизированные или автоматические коробки.

Секвентальная КПП, как высшая точка развития механики

Точнее будет назвать эту коробку - механической коробкой передач с секвентальным, или рядным способом переключения. Идея пришла из области разработок для спортивных скоростных машин. Современная секвентальная коробка передач построена по схеме обычной механической коробки с электронным управлением привода сцепления и гидравлическим приводом переключения передач. Особенностью секвентальной коробки является соблюдение строгой последовательности передач.

Из преимуществ секвентального механизма можно отметить:

• высочайшая скорость переключения передачи;
• соблюдение последовательности переключения дает возможность «безболезненно» работать с очень большими оборотами двигателя и мощностями;
• способ управления с помощью подрулевых лепестков позволяет достаточно комфортно контролировать движение даже на больших скоростях или в непростых дорожных условиях.

В подобных коробках используют прямозубые шестерни и не применяют синхронизаторы включения. Выравнивание скоростей вращения шестерни и колеса осуществляется компьютером по датчику скорости. Вместо зубчатой муфты стоит кулачковый механизм включения передач. Благодаря этому время включения скорости примерно на 70-80% меньше, чем у обычной механики. Для работы гидроприводов используют отдельный узел - аккумулятор рабочей жидкости высокого давления.

Роботизированные системы коробки передач

В отличие от секвентальных систем, роботизированный вид коробки имеет электромеханический привод включения пары шестерен. Основу схемы составляет механическая коробка передач, построенная на системе двух рабочих валов-рядов передач. Четные номера собраны на одном валу, нечетные - на другом. Каждый из валов имеет собственный диск сцепления и может включаться-выключаться независимо.

Такой вид коробки использует преселективный режим. Хитрость конструкции состоит в том, что компьютер заранее, используя данные о режиме работы трансмиссии, вычисляет наиболее подходящую для включения следующую передачу. С помощью соленоида выполняет ее зацепление на противоположном ряду передач при выключенном сцеплении. В момент переключения останется только включить сцепление и продолжить движение. Благодаря этому переключение происходит с очень высокой скоростью.

В своем роде коробки-роботы занимают промежуточное положение между автоматическими коробками и механикой. При этом по выполняемым функциям и степени компьютеризации этот вид коробки можно назвать более автоматическим, чем существующие гидромеханические системы.

Наиболее известным и разрекламированным роботизированным видом КПП называют семиступенчатые коробки системы DSG, устанавливаемые на модели VW с небольшим объемом двигателя. Отзывы о работе - от рекламно-хвалебных восторгов до открыто негативных.

Если вы надумали купить авто с подобной системой передач, стоит учитывать следующее:

1. Роботизированная коробка - очень сложный механизм, меньше всего этот вид коробки предназначен для скоростного прожига резины в сумасшедших гонках. Коробки сложно управляются, обслуживаются и ремонтируются.
2. К управлению на DSG следует привыкать не менее двух недель. Поклонникам механики этот вид кажется медленным и непредсказуемым, водителям, пересевшим с гидромеханических коробок - дергающим невпопад.
3. Уже сейчас качество роботов позволяет предоставлять 5-ти летнюю гарантию и 150 тыс. пробега.

Интересно! При всех критических замечаниях роботы дешевле в изготовлении, имеют более высокий КПД и, по заявлениям экспертов, возможно, именно этот вид вытеснит устаревшую гидромеханику с рынка легковых автомобилей.

Самый сложный вид трансмиссии - автоматы и вариаторы

Чем больше функций выполняет коробка передач, тем сложнее ее производство, ниже надежность и выше стоимость. Наиболее дорогими и неэкономичными всегда были и остаются все виды автоматических коробок передач автомобиля. Конструкция этого вида представлена гидромеханическими и адаптивными коробками передач. В основе схемы лежат два основных агрегата - гидротрансформатор и планетарная коробка передач.

В современных автоматических коробках передач гидротрансформатор исполняет роль компенсатора, увеличивающего или уменьшающего на небольшую величину основную передачу планетарного механизма. Таким образом, совместная работа двух агрегатов обеспечивает оптимальное число передачи трансмиссии в конкретных условиях.

Большие потери в гидравлике заставили инженеров несколько усовершенствовать работу этого вида автомата. Теперь работа гидротрансформатора на скоростях более 20 км/ч блокируется муфтой, а передача крутящего момента выполняется напрямую через фрикционы на планетарную коробку.

В ряде случаев, вместо подключения гидротрансформатора, его функции на переходных режимах обеспечиваются пробуксовкой пакетов фрикционных накладок, что проще и эффективнее.

Одной из разновидностей автоматической трансмиссии является адаптивная автоматическая коробка, в которой компьютерным блоком управления осуществляется подбор наиболее подходящего передаточного числа в планетарной коробке.

Этот вид автоматической коробки пока остается вне конкуренции в трансмиссии авто повышенной проходимости, внедорожниках и машинах с большим объемом двигателя. В обслуживании и ремонте сложен, требует высокой квалификации и качественных расходных материалов.

Вариаторные системы

В результате 30 лет эволюции первых вариаторов для маломощных мотоколясок и скутеров технологам удалось довести уровень надежности и долговечности толкающего ремня (основного элемента бесступенчатого вариатора) до вполне приемлемой величины пробега в 150 тыс. км. Сам толкающий ремень представляет чудо инженерной мысли. Он изготовлен из большого числа абсолютно одинаковых металлических элементов, благодаря чему ремень может быть гибким и жестким одновременно.

В работе он взаимодействует с двумя шкивами - входным и выходным, обеспечивая практически любое передаточное значение коробки передач. Современные вариаторы получили приемлемо высокий КПД и возможность работать с двигателями мощностью до 100 л.с. Вариатор можно назвать первой из систем, по-настоящему способных непрерывно изменять передаточное число трансмиссии.

Этот вид автоматики не любит пробуксовки, крайне уязвим при низком качестве гидравлической жидкости. В большинстве случаев вариатор комплектуют с гидротрансформатором.

Преимущества - очень точный подбор необходимого передаточного числа трансмиссии. Этот вид коробки капризен, дорог в изготовлении и обслуживании и в ближайшем будущем вряд ли выйдет из ниши малолитражных автомобилей.

Еще информации о различных видах КПП на видео: