Для чего нужна коробка передач в автомобиле – для чего нужна коробка передач в машине
для чего нужна коробка передач в машине
Практический каждый, кто имел дело с автомобилем или другим видом колесной техники, хорошо знает, что кроме двигателя в устройстве ТС также используется коробка передач. Коробка передач (КПП или трансмиссия) по важности является вторым агрегатом после двигателя на разных видах транспортных средств.
При этом существует несколько видов коробок передач, однако основной задачей данных агрегатов на машине является получение, преобразование и дальнейшая передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса автомобиля. Далее мы подробно рассмотрим назначение коробки передач и для чего нужна коробка передач в устройстве трансмиссии авто.
Читайте в этой статье
Для чего нужна коробка передач в автомобиле
Итак, коробка передач считается основным элементом трансмиссии автомобиля. Как уже было сказано, основным ее предназначением является изменение крутящего момента от двигателя, а также скорости движения и направления движения авто. Также коробка позволяет «отсоединять» двигатель от трансмиссии во время переключения передач.
Именно благодаря КПП автомобиль получает возможность двигаться вперед и назад, движение можно осуществлять с разной скоростью, при этом двигатель стабильно работает на разных скоростях и нагрузках, а также достигается плавное переключение передач в процессе езды.
Чтобы было понятно, основной задачей КПП является необходимость обеспечивать как требуемые динамические показатели автомобиля, так и показатели топливной экономичности двигателя. При этом учитываются разные условия движения, нагрузка, скорость и т.д.
- Идем далее. Диапазон оборотов двигателя отличается от диапазона вращения колес. Также применительно к ДВС нужно учесть обороты максимальной мощности и максимального крутящего момента.
Так вот, для старта и разгона нужен крутящий момент, тогда как для езды с высокой скоростью и преодоления больших нагрузок нужны обороты мощности. При этом особенностью ДВС является то, что обороты крутящего момента «средние» (3000-3500 об/мин) тогда как на «мощностные» обороты двигатель выходит ближе к максимальным значениям (5500-6000 тыс. об/мин.).
Простыми словами, если нагрузка на мотор будет большой, а обороты слишком низкие, двигатель «не вытянет» по мощности и заглохнет. Если же обороты будут слишком высокими, при этом езда с высокой скоростью не нужна, сильно возрастает расход топлива. Чтобы добиться оптимального баланса, в коробке предусмотрено изменение передаточных чисел (передаточное отношение).
Благодаря такой возможности можно уверенно стартовать с места, двигаться с небольшой скоростью, осуществлять движение задним ходом и т.д. Также удается поддерживать обороты двигателя в оптимальном диапазоне применительно к постоянно меняющимся дорожным условиям и нагрузкам.
Например, разгон автомобиля предполагает необходимость преодолеть высокие значения сил сопротивления (преодоление повышенного трения и сил инерции). Наличие КПП делает возможным трогание с места и разгон до средних и высоких скоростей, который предполагает плавный или ступенчатый переход с низких на повышенные передачи (переключение передач).
В результате скорость нарастает постепенно, сильно снижаются динамические нагрузки на двигатель и трансмиссию. При этом обороты оптимально удерживать именно в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя.
С учетом веса и особенностей ТС, установленного двигателя, целевого назначения транспорта и ряда других характеристик и особенностей конструкторы производят подбор количества передач и передаточных чисел в коробке, главной передаче, раздаточной коробке и т.д. (при наличии).
Разновидности КПП: типы коробок передач
Разобравшись с назначением коробки, следует отметить, что сами КПП бывают ступенчатыми, бесступенчатыми и комбинированными. Давайте рассмотрим указанные виды коробок более подробно. Прежде всего, наиболее распространенным типом КПП являются ступенчатые коробки передач. В таких КПП крутящий момент изменяется ступенчато. К данному типу можно отнести МКПП (механика) и РКПП (коробка-робот).
- Механическая коробка передач является многоступенчатым цилиндрическим редуктором, где предусмотрено переключение передач самим водителем вручную. МКПП бывают четырехступенчатыми, пятиступенчатыми, шестиступенчатыми и т.д. Главным плюсом такой коробки считается надежность и простота, а также полный контроль во всех режимах.
Минусом можно считать необходимость постоянного ручного переключения передач и связанные с этим сложности. По этой причине коробки с автоматизированным управлением в последнее время сильно теснят «механику».
- Коробка-робот (роботизированная коробка передач) является все той же механикой, однако функции выключения сцепления и переключения передачи полностью автоматизированы благодаря использованию отдельных исполнительных механизмов под управлением ЭБУ коробкой (например, коробки АМТ).
В результате такая коробка переключается быстрее, чем это смог бы сделать водитель-профессионал или опытный пилот на гоночном авто. Машина с таким «роботом» (например, DSG) отличается быстрым разгоном, а также поддержанием оптимальных оборотов мотора и одновременно высокой топливной экономичностью. Недостатком принято считать сложность ремонта, сниженный ресурс, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость отдельных запчастей и элементов.
- Также существуют бесступенчатые коробки CVT. Под таким типом следует понимать КПП вариатор (CVT или вариаторная коробка передач). Главное отличие таких трансмиссий в том, что фиксированных физических ступеней в них нет.
Такая особенность позволяет изменять передаточное число в вариаторе плавно, по сравнению со ступенчатыми коробками. Также крутящий момент от двигателя передается за счет гидравлического или механического сцепления (намного сильнее в данном случае распространен первый вариант в виде гидротрансформатора).
Коробка вариатор уверенно разгоняет автомобиль с места, тяга постоянно передается на колеса, передаточное число изменяется плавно, достигается максимальный комфорт при езде. Основной минус такой КПП – вариатор не рассчитан на большой крутящий момент, его не ставят в паре с мощными двигателями, так как отмечается сильное снижение надежности и ресурса.
Автоматы данного типа могут иметь 6, 7 или даже 8 ступеней или скоростей (например, распространенная 8-и ступенчатая коробка ZF). Такие КПП достаточно быстро и плавно переключают передачи, отличаются высокой надежностью и большим ресурсом, хорошо выдерживают большой крутящий момент и нагрузки.
К минусам данных АКПП можно отнести увеличенный расход топлива, снижение КПД по причине потерь в ГДТ, худшую динамику разгона по сравнению с вариатором или роботом с двойным сцеплением. При этом новейшие версии гидромеханических автоматов не сильно уступают другим типам АКПП.
Еще добавим, что большинство автоматических коробок (кроме старых гидромеханических автоматов) независимо от типа (вариатор, робот или «классическая» АКПП), имеют режим Типтроник. Данный режим полуавтоматический, имитирует ручное переключение передач самим водителем. Также коробка автомат может быть адаптивной (отдельно подстраивается под манеру езды конкретного водителя).
Что в итоге
Как видно, коробка передач предназначена для передачи крутящего момента, а также для его преобразования с учетом разных условий движения, нагрузки на мотор, скорости и т.д.
Основная задача и назначение КПП – позволить подобрать оптимальные обороты двигателя с учетом скорости, нагрузок и конкретных условий, чтобы двигатель работал в диапазоне оптимальных оборотов, не подвергался большим нагрузкам, а также не перерасходовал горючее.
Что касается видов КПП, сегодня можно выделить не только МКПП и классические автоматы, но также вариаторы и роботы. При этом роботизированная коробка с двойным сцеплением и электронным управлением считается наиболее перспективной и современной разработкой, однако на практике, особенно после выхода на рынок «классических» 8-ступенчатых АКПП ZF и Aisin, гидромеханический автомат продолжает оставаться серьезным конкурентом для других типов автоматических трансмиссий.
Читайте также
krutimotor.ru
Коробка переключения передач автомобиля. Зачем она нужна?
Приобретая новую машину, покупатели в первую очередь обращают внимание на тип коробки переключения передач автомобиля – механическая или автоматическая? Однако, мало кто из автомобилистов, особенно из тех, кто недавно сел за руль, знает, для чего же автомобилю нужна коробка передач?Коробка переключения передач автомобиля — зачем она нужна?
Коробка переключения передач автомобиля предназначена для изменения передаточного числа, проще говоря, чтобы при одних оборотах двигателя ведущие колеса автомобиля могли вращаться с разной скоростью.
Для чего это надо, если скорость автомобиля так же можно регулировать нажатием на педаль газа? Все дело в двух свойствах всех двигателей внутреннего сгорания – это малый диапазон рабочих частот и невысокая мощность агрегата.
Действительно, стандартный двигатель внутреннего сгорания работает в диапазоне 800 – 6000 оборотов в минуту, а вот при движении транспортного средства диапазон сужается еще больше — от 1500 до 4000. Если поддерживать обороты менее полутора тысяч, то агрегат довольно быстро выйдет из строя, так как давление масла в системе будет недостаточным для смазки. При работе на больших оборотах же происходит активный износ деталей, что тоже приводит к выходу двигателя из строя.
Если же соединить двигатель с колесами напрямую, то машина даже не сможет тронуться с места — это второе свойство ДВС – слишком низкая мощность.
{typography legend_blue}Простой пример – попробуйте включить 4 передачу и тронуться с места, в большинстве случаев у Вас ничего не получится, так как во многих автомобилях 4 передача – прямая, то есть двигатель напрямую вращает ведущие колеса. Для этого и предназначена КПП – чтобы облегчить нагрузку на мотор, а так же позволить ему работать в узком диапазоне частот коленчатого вала. {/typography}
А вот на следующих передачах скорость будет больше, а тягловая мощность меньше, к примеру, въехать на крутой склон на 4 скорости очень трудно – двигатель может попросту заглохнуть.
Помимо этого, коробка переключения передач автомобиля позволяет выбирать режим движения – вперед или назад. Некоторые неопытные автолюбители считают, что при движении назад, двигатель автомобиля вращается в обратную сторону, однако, это не так – коленчатый вал всегда вращается в одну сторону, движение задним ходом осуществляется лишь за счет дополнительной системы шестерней в КПП.
Обычно, задний ход имеет одну передачу, однако, на некоторых старых моделях автомобилей существовал рычаг «реверса», то есть, при его переключении водитель имел либо 4 передачи вперед, либо 4 передачи назад.
Нейтральное положение рычага коробки передач позволяет отсоединить двигатель от ведущих колес, фактически, КПП служит связующим звеном между двигателем и колесами. В автоматических трансмиссиях имеется и режим «парковка», который выполняет функцию «стояночного тормоза».
Теперь Вы знаете, для чего предназначена коробка переключения передач автомобиля.
Коробка переключения передач автомобиля
auto-observer.ru
Как работает коробка передач в автомобиле?
Простое объяснение, что такое коробка передач.
В автомобиле тысячи запчастей и компонентов. Но некоторые части любого автомобиля, контролируют именно то, что делает вашу машину именно движущимся транспортным средством, поэтому они играют более важную роль по сравнению с другими агрегатами автомобиля. К примеру, к очень важным частям любой машины относится коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы достичь колес и ваш автомобиль не тронулся бы с места.
Да, мы не должны владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но, что такое коробка передач обязан знать каждый водитель. Об этом сегодня и поговорим.
Смотрите также: Десять самых странных коробок передач
Есть два основных типа коробок передач, которые используются в большинстве автомобилей на мировом авторынке — ручная КПП и автоматическая. Сегодня мы остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя стоит отметить, что в последние годы набирают популярность другие виды трансмиссий. К примеру, коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника сама автоматически выжимает сцепление, но скорости переключает водитель. Также получили распространение бесступенчатые автоматические коробки вариатор (CVT). Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. Также в последние годы на рынке стали появляться автомобили без коробок. Как правило, автомашины без трансмиссии используют только электрический двигатель.
Прежде чем углубиться в описание принципа работы коробки передач, давайте обозначим основные термины:
Передача: В данном понимании передача представляет в коробке набор определенных шестерёнок, которые работая синхронно вместе, регулируют соотношение между скоростью двигателя и скоростью колеса. Также этот термин используется для описания каждой скорости коробки передач. К примеру, в автоматической коробки электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической трансмиссии водитель самостоятельно выбирает необходимую скорость.
Передаточное отношение: это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего.
Сцепление: Механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передачи (коробки).
Коробка передач: Механизм передачи крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.
Рычаг переключения передач: Рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и выбора нужной скорости.
Теперь перейдем непосредственно к описанию, как работают две наиболее распространенные коробки передач.
Механическая коробка передач
Несомненно, во всем мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, львиная доля всех проданных новых транспортных средств в 2014 года, были оснащены автоматической трансмиссией. Но тем не мене, механическая коробка передач вопреки прогнозам пока, что по-прежнему используется в мировой промышленности. Как правило, механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и по своему принципу работы. Именно с нее мы и начнем.
Технологии, которые экономят расход топлива
По своей основной конструкции механическая коробка представляет собой набор зубчатых шестерен и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношения между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу определяет общее передаточное число определенной передачи.
Водитель выбирает нужную передачу на механической коробке передач, перемещая рычаг переключения скоростей. Рычаг управляет движением передач вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад, выбирается нужный набор шестеренок для включения необходимой передачи. Как правило, при переключении рычага верх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит на разных валах.
Как ездить на механике: Десять простых шагов
Чтобы включить передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления, в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на коробку, поскольку двигатель отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную скорость, подключив нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления, и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и колеса.
Автоматическая коробка передач
В автоматической коробке передач процесс работы намного сложнее в отличие от механики. Одно из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой, это то, что автоматическая трансмиссия не использует муфты. Как правило, автоматическая коробка использует гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки (от вала с набором шестерен).
Функция гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую в рамках этой статьи объяснить реально сложно. Для этого необходимо подключить математику и другие естественные науки. Но основной смысл прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и различные каналы на набор шестеренок. Когда двигатель работает быстро, то крутящий момент передается на валы напрямую.
Благодаря преобразованию крутящего момента, шестерни в коробки могут свободно делать свою работу без участия водителя. Но как коробка автоматически выбирает необходимую скорость, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную?
В отличие от механики где, как правило, конструкция коробки представляет два параллельных вала, автоматическая коробка использует планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от скорости.
Вместо ручного переключения скоростей используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется электроникой. Коробка управляется специальным модулем, в который запрограммированы все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма, электронная программа определяет какую передачу включить с помощью гидравлического автоматического управления.
www.1gai.ru
Коробка передач в автомобиле
Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.
КПП: функции и основные типы
Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).
На данный момент существует четыре основных типа коробки:
- механические;
- роботизированные;
- автоматические;
- вариатор.
Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.
Роботизированная коробка передач («робот») – это обычная «механика», в которой функции включения и выключения сцепления, переключения скоростей полностью автоматизированы. Управление данными процессами осуществляется специальными сервоприводами, которые контролируется электроникой.
Автоматическая КПП («коробка-автомат», АКПП) включает в себя гидротрансформатор, который заменяет сцепление и обеспечивает функцию регулирования крутящего момента, и механическую коробку передач (чаще всего, планетарный редуктор).
Вариатор – это бесступенчатая коробка передач, в которой используется гидравлический или механический принцип работы при преобразовании крутящего момента. Для вариатора, вообще, не существует понятия «передача»; он выдает их бесчисленное множество.
В настоящий момент и вариатор, и «робот», и «автомат» объединяют одним понятием — автоматическая коробка передач, которая в споре с «механикой» начинает постепенно одерживать верх. Однако до сих пор самой популярной остается МКПП. Это обусловлено следующими факторами:
- максимальной простотой конструкции;
- надежностью деталей и узлов к механическому воздействию и перегрузкам;
- относительной дешевизной обслуживания и ремонта (даже капитального).
Благодаря данным качествам, механическая КПП – это самый распространенный тип коробки передач. Поэтому, не зря, современные автоматические АКПП снабжают функцией ручного переключения передач (например, типтроник).
Основные виды МКПП
Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.
«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.
Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:
- четырехступенчатые;
- пятиступенчатые;
- шестиступенчатые и более.
Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».
Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).
Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы
Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:
- первичный (или ведущий) вал;
- блок шестерен первичного вала;
- вторичный (или ведомый) вал;
- блок шестерен вторичного вала;
- механизм переключения передач;
- муфты синхронизаторов;
- картер;
- главную передачу;
- дифференциал.
Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.
Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.
Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.
Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.
Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.
Основные неисправности МКПП
Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.
1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.
2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.
3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:
- шум при работе коробки;
- шум при работе только одной конкретной передачи;
- шум коробки при нейтральном положении рычага управления.
Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.
4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.
Основы эксплуатация и обслуживания МКПП
При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.
В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки, которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.
Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов, и валов с шестернями.
И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.
znanieavto.ru
Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно
Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.Наглядное пособие
Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.
Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП
Изобретая велосипед
Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.
Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.
Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.
От велосипеда к автомобилю
К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.
Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.
А теперь – к самой коробке передач
Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.
В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.
Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.
Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.
Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.
Включаем передачу
Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача
Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.
Синхронизаторы
Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.
Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.
Прямая и повышающая передачи
Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача
Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.
А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.
Задний ход
Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.
На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача
Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.
Двухвальные коробки передач
Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.
Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.
Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.
Вместо заключения
Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.
<a href=»http://polldaddy.com/poll/9116941/»>Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?</a>
Читайте также:
www.kolesa.ru
Механическая коробка передач: принцип работы для чайников
Автоликбез19 апреля 2017
Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).
Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.
Зачем нужна МКПП?
Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.
Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.
Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:
- Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
- Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
- Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.
Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.
Работа сцепления
Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.
Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.
Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:
- На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
- Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
- Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.
Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.
Работа механической коробки
Агрегат состоит из таких основных элементов:
- корпус с масляным картером;
- три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
- устройства синхронизации;
- рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.
С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения. На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.
Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.
Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.
autochainik.ru
назначение и типы коробок переключения передач в автомобиле
КПП — коробка переключения передач (КП, коробка передач) является основным агрегатом в устройстве трансмиссии на различных видах ТС, а также других механизмах.
Если говорить об автомобилях, других видах наземного колесного транспорта и спецтехнике, основной задачей КП на транспортных средствах является передача крутящего момента от ДВС на ведущие колеса, а также изменение величины такого момента и частоты вращения колес.Также коробка передач позволяет ТС двигаться задним ходом. Еще одной особенностью является возможность отключить (отсоединить) трансмиссию от двигателя, что позволяет силовой установке работать на холостом ходу, не передавая крутящий момент на ведущие колеса.
Читайте в этой статье
Для чего нужна коробка передач в автомобиле: назначение КПП
Итак, необходимость установки КПП продиктована тем, что двигатель внутреннего сгорания способен работать в ограниченном диапазоне оборотов. Такой диапазон составляет, в среднем, от минимальных 750 оборотов до 7.5-8 тыс. об/мин.Если же говорить о скоростях, которые развивает ТС, эти скорости напрямую зависят от частоты вращения ведущих колес. Как правило, колеса при эксплуатации раскручиваются от 50 до 1500 об/мин (когда сцепление полностью включено, нет пробуксовки колес и т.д.).
Становится понятно, что диапазоны вращения коленвала ДВС и самих колес никак не совместимы. Другими словами, не представляется возможным подобрать единое передаточное число, способное обеспечить весь диапазон скоростей вращения ведущих колес и при этом также эффективно использовать полный диапазон оборотов мотора.Идем далее. Тяга, благодаря которой автомобиль приводится в движение, напрямую зависит от мощности двигателя и крутящего момента, который развивает ДВС. Под мощностью двигателя следует понимать полезную энергию, которую можно использовать для движения авто, а под крутящим моментом тяговую силу на колесах.
Получается, моментная и мощностная характеристики двигателя взаимосвязаны. При этом как динамика разгона и максимальная скорость, так и тяговые показатели напрямую зависят от числа оборотов коленвала.
Если обороты низкие, мощность двигателя не высока, так как максимум мощности агрегат развивает в верхнем диапазоне оборотов (ближе к максимальным). Что касается крутящего момента, этот показатель не так сильно зависит от числа оборотов, как мощность.
Однако и максимальная тяга достигается только тогда, когда двигатель выходит на обороты максимального крутящего момента. Обычно это средний диапазон рабочих оборотов, причем как для бензиновых, так и многих дизельных ДВС.
При этом чтобы машина тронулась с места и начала ускоряться, двигателю нужно подать на колеса большую мощность, которая достигается только на высоких оборотах. Опять же, скорость автомобиля при старте низкая, то есть «крутить» двигатель до оборотов максимальной мощности нецелесообразно.
Получается, необходимо сделать так, чтобы добиться наиболее эффективного использования мощности мотора как при низких оборотах на малой скорости, так и на высоких оборотах с малой скоростью, а также на высоких скоростях с низкой или высокой частотой оборотов коленвала.
Именно для реализации такой задачи используется трансмиссия. В частности, за преобразование крутящего момента от ДВС на колеса отвечает КПП. Это становится возможным благодаря тому, что передаточное число переменное, благодаря чему удается эффективно использовать соотношения между скоростью вращения коленвала и ведущих колес автомобиля.
С учетом различных особенностей и характеристик того или иного ТС, для разных КПП выполняется отдельный подбор передаточных чисел, количество самих ступеней (передач) и т.д.
Какие бывают коробки переключения передач на автомобилях
Применительно к автомобилям, КПП различаются на механические и автоматические, а также делятся на ступенчатые и бесступенчатые коробки передач. При этом основными отличиями можно считать саму конструкцию и способ передачи потока мощности.- Наибольшее распространение получили механические коробки передач (МКПП), в которых использованы зубчатые передачи. В таких КПП переключение является ручным, то есть водитель самостоятельно выбирает, а также включает/выключает передачу. Еще «механика» может быть выполнена с использованием в конструкции планетарных рядов (планетарная передача), однако на современных авто такие решения не используются.
- Гидромеханическиекоробки передач (АКПП) являются агрегатами, в которых механические передачи (планетарная передача) работают в паре с гидравлической передачей (ГДТ, гидротрансформатор, гидромуфта). При этом переключение передач происходит автоматически (коробка-автомат), то есть без участия водителя.
Вариаторные коробки передач (CVT, вариатор) представляют собой бесступенчатую механическую фрикционную передачу. Данный тип КПП также является разновидностью автоматических трансмиссий.
- Сравнительно недавно МКПП стали автоматизированными. Речь идет о роботизированных коробках передач (РКПП, коробка-робот), которые фактически являются механической коробкой, однако выбор и переключение передачи происходит автоматически.
Еще добавим, что многие автоматические и роботизированные, а также вариаторные коробки зачастую имеют возможность ручного управления, то есть водитель может самостоятельно понижать или повышать передачу. Например, автоматическая коробка Tiptronic (Типтроник) или роботизированная DSG, а также вариаторы с возможностью ручного переключения передач.
Читайте также
krutimotor.ru