Описать принцип работы коробки передач. Механическая коробка передач
Когда новички садятся за руль автомобиля, у них на этапе обучения вождению возникают проблемы с коробкой передач, а точнее, с необходимостью постоянных переключений. Многие не раз задумывались, что без этой «кочерги» автомобиль был бы более идеальным. Но, к сожалению, без автомобиль не смог бы эффективно работать. Связано это с особенностями ДВС. Давайте узнаем назначение ее виды, устройство и принцип действия.
Зачем нужна КПП в машине?
Если открыть справочники, то там написано, что данный механизм применяется, чтобы изменять вращательный момент, вырабатываемый ДВС. Также КПП служит для временного отключения крутящего момента с мотора и для движения задним ходом.
А теперь рассмотрим назначение с точки зрения далеких от устройства и теории автомобиля людей. Также стоит разобраться, зачем каждый раз при движении нужно менять ступени КПП.
Необходимость постоянно менять передачи напрямую связана с особенностями моторов внутреннего сгорания. В отличие от электрических агрегатов, вращательный момент у ДВС имеет неравномерную характеристику.
ДВС и электромотор
Главное различие между электромоторами и двигателями внутреннего сгорания в характеристике тяги. Этой характеристикой описывается, как изменяются мощность и вращательный момент в зависимости от оборотов. В случае с электромоторами вращательный момент доступен сразу же, а по мере того, как обороты будут вырастать, момент будет падать.
Данная характеристика больше подходит для автомобиля - в момент начала движения и при разгоне, когда нужно прилагать массу усилий на преодоление инерции, лучше иметь большой вращательный момент. Чтобы далее двигаться равномерно, требуется приложить значительно меньшие усилия. Мощность электромоторов в любом диапазоне оборотов ротора близка к максимуму, и на любых режимах она реализуется и используется практически полностью. Поэтому электродвигатели более подходят для использования в качестве силовой установки автомобиля. В ДВС все немного иначе. Когда обороты коленчатого вала низкие, мощность также низкая. Вращательный момент практически не меняется.
Если вырастет сопротивление для движения и обороты станут снижаться, то электрический мотор повысит вращательный момент. В случае с ДВС момент увеличится только совсем немного, а затем снизится.
Тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания считается полностью неудовлетворительной. Но даже сейчас в плане экономичности, габаритных размеров, а также других качеств значительно они превосходят современные электрические силовые агрегаты. Исходя из этих соображений инженеры приняли недостаток ДВС и для решения этой проблемы создали коробку передач. Назначение ее - изменять передаточное отношение между коленвалом и ведущей парой колес. В результате максимальный крутящий момент доступен в узком диапазоне оптимальных оборотов, но на разных передачах. Так двигатель работает более эффективно.
Передаточные числа
Для лучшего понимания назначения коробки передач в автомобиле следует вспомнить школьный курс физики и некоторые разделы механики.
В системах передач на базе шестеренок, где работают две шестерни, диаметр и количество зубьев будет определять число оборотов и вращательный момент. Отношение количества зубьев на ведомой шестеренке к числу зубьев на ведущей - это передаточное число. Когда ведущая шестерня имеет меньший диаметр, чем ведомая, то обороты на последней будут ниже, а вращательный момент, наоборот, выше.
При выигрыше в силе будет потеря в скорости. А выиграв в скорости, мы заметим потери в силе. Если шестеренок в механизме передачи несколько, то передаточное число определяется умножением чисел каждой пары шестерен. Назначение коробки передач как раз и состоит в том, чтобы изменять передаточные числа.
Чтобы получить различный крутящий момент, который нужен для движения авто в разных дорожных условиях, в КПП имеется несколько пар шестеренок. Они идут с разным передаточным числом. Если в пару из ведущей и ведомой шестеренки установить промежуточную, то последняя будет вращаться в обратную сторону - это задняя передача.
Любые типы коробки передач автомобиля необходимы для того, чтобы ДВС мог функционировать на оптимальных оборотах и в нормальных для него режимах работы, а также для того, чтобы можно было эффективно использовать мощность двигателя в любых дорожных ситуациях при помощи простого изменения передаточного отношения.
Когда и как переключать КПП?
Для того чтобы начать двигаться на автомобиле и набрать начальную небольшую скорость, а также для передвижения в условиях бездорожья, необходим близкий к максимальному вращательный момент. Его можно достичь в среднем диапазоне оборотов коленвала двигателя. В высокой скорости в данном случае нет никакой необходимости. Для этого в КПП имеются низшие передачи - первая, вторая, иногда третья. При этом даже на высоких оборотах на первой передаче машина будет ехать довольно медленно.
Чтобы равномерно двигаться на большей скорости, колеса должны вращаться на высокой частоте. При этом обороты двигателя должны быть оптимальны. Для этого имеются высшие передачи - четвертая, пятая (а если коробка передач 6-ступенчатая, то и шестая). Здесь передаточные числа более низкие. Авто будет при тех же оптимальных оборотах двигаться быстро, пока ДВС не достигнет максимальных или предельно допустимых оборотов. На высших передачах разгон будет уже не такой эффективный. Также на высших передачах не получится ехать на малой скорости. Автомобиль не сможет тронуться с места. Двигатель просто не сможет обеспечить необходимый крутящий момент.
Принцип действия
Устройство механической КПП
В мире сейчас существует масса разных конструкций МКПП. На большинстве переднеприводных авто установлены двухвальные механизмы. На заднеприводные устанавливают трехвальные. Нужно сказать, что даже в наше время, когда технологии развиваются очень быстро, механика очень популярна. Дело в том, что ремонт такого типа простой и недорогой, в отличие от АКПП и вариаторов.
Двухвальная коробка
В основе лежит первичный и вторичный вал коробки переключения передач. Также в устройстве КПП автомобиля имеется и блок шестеренок вместе с синхронизаторами. В металлическом картере трансмиссии установлен механизм главной передачи и дифференциал.
С помощью первичного вала трансмиссия автомобиля может соединяться с узлом сцепления. На валу жестко закреплен блок с шестернями. Еще в КПП имеется вторичный вал. Он расположен параллельно первичному. Он также оснащен блоком из шестерен. Последние постоянно находятся в жестком зацеплении с элементами из блока на первичном валу. Также вторичный вал трансмиссии соединен через шестерню с главной передачей. Блок шестеренок оснащен синхронизаторами. В разных конструкциях вторичных валов может быть несколько.
Дополнительно коробка оснащена механизмом переключения передач. Чаще всего он дистанционный. Так как корпус трансмиссии автомобиля небольшой, элементы расположены под капотом.
Трехвальная КПП
Первичный вал служит для того, чтобы соединить механизм коробки переключения передач с узлом сцепления. На валу находятся шлицы, на которые надевается ведомый диск. Момент от двигателя передается посредством шестерни КПП, находящейся в зацеплении с данным элементов. Параллельно находится промежуточный элемент. Он оснащен блоком шестерен, находящихся в жестком зацеплении с валом.
Вторичный вал находится на одной оси с первичным. Шестерни не имеют жесткого зацепления и свободно вращаются. Шестерни промежуточного и вторичного вала, а также деталь на первичном валу, зацеплены постоянно.
Между шестеренками установлены синхронизаторы. Механизм переключения установлен непосредственно в корпусе трансмиссии автомобиля. Он представляет собой рычаг переключения, а также ползуны и вилки.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет коробка передач. Как видите, это очень важный узел в конструкции любого автомобиля. Именно он позволяет осуществить движение автомобиля с разным усилием и скоростью. Движение машины во многом определяется именно коробкой переключения передач.
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.
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.
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%.
У большинства ДВС есть один большой недостаток. Это несовпадение скорости вращения маховика с скоростью вращения колес. Зачастую большинство силовых агрегатов вращается с оборотами до 6000, вращать колеса на таких оборотах просто недопустимо. Для тех, кто знает устройство автомобиля, коробка передач - механизм знакомый. Для тех, кто не знает, эта статья прояснит ситуацию.
Кроме этого, максимум крутящего момента в большинстве агрегатов возможен лишь в небольшом промежутке оборотов. Это где-то посередине минимального числа оборотов и максимального. Наибольшую мощность можно развить лишь на максимальных оборотах маховика.
К примеру, мотор ВАЗ-2106 выдает рабочие показатели в 800-5400 оборотов. Но максимальный уровень крутящего момента появляется на средних оборотах. Для того чтобы двигатель мог работать в оптимальных режимах при различных условиях, применяют системы трансмиссии. В автомобилях в качестве системы трансмиссии применяется МКПП. Давайте рассмотрим назначение и устройство коробки передач.
Как это работает?
Если кратко рассказать о принципах работы, то здесь несколько зубчатых шестерен в корпусе коробки могут входить и выходить из зацепления по воле водителя. При этом образуются передачи с различными передаточными отношениями.
Механическая коробка всегда используется и работает вместе с системой сцепления. Это отключение ДВС и трансмиссии. Отключать мотор нужно в момент переключения передач. Устройство механической коробки передач не предусматривает возможности, когда в момент смены передачи через систему трансмиссии проходит большой крутящий момент.
Валы и зубчатые колеса
Традиционные механические КПП - это определенный набор валов, которые смонтированы в корпусе или же картере. Эти валы посредством подшипников вращаются вокруг своих осей. Шестерни установлены непосредственно на валах. Устройство коробки передач может быть разным, в зависимости от количества валов. Так, различают двухвальную систему и трехвальную.
Трехвальные системы
Эти коробки переключения передач применяются в составе трансмиссий авто, оснащенных задним приводом. Здесь можно выделить наличие устройств для синхронизации, а также специальные колеса, которые жестко на обычных передачах. Еще здесь же есть реверсивная шестерня для движения задним ходом.
Устройство коробки передач подразумевает наличие специальных валов. Это первичный, вторичный валы, а также специальный вал между ними.
Итак, главный, или первичный, вал через систему сцепления работает напрямую с мотором. Ведомый вал работает в паре с карданом. А вот промежуточный предназначен для того, чтобы передать энергию вращения с ведущего вала на ведомый.
Особенности конструкции трансмиссии
В большинстве конструкций коробок и первичный вал, и вторичный смонтированы друг за другом. При этом ведомый имеет опору на базе подшипника, который, в свою очередь, смонтирован в хвостовой части ведущего вала. Устройство механической коробки передач не предусматривает какой-либо жесткой связи между этими валами. Они могут свободно работать вне зависимости друг от друга.
Что касается промежуточного вала, то он располагается в большинстве конструкций между ведущим и ведомым. Все эти валы оснащены блоком зубчатых колес. Для того чтобы снизить шумы и вибрации при работе этой системы, зубцы на колесах сделаны косыми.
На ведущем валу установлено всего одно зубчатое колесо. Оно смонтировано жестко. Оно отвечает за передачу крутящего момента промежуточному валу. Вторичный, или ведомый, вал оснащен блоком шестеренок, которые могут свободно вращаться, однако по продольной оси они перемещаться не способны. Для того чтобы включить передачу, они при помощи блокировочного устройства могут блокироваться. В этом состоянии они смогут получить энергию вращения от вала.
Против каждого колеса первичного и вторичного валов располагаются шестеренки, которые жестко смонтированы на промежуточном валу. Они находятся в зацеплении с другими шестернями постоянно. Ведущий вал оснащен лишь одним зубчатым колесом, момент с первичного вала на промежуточный передается всегда. Включение той или иной передачи идет благодаря подключению определенной шестерни, установленной на ведомом валике.
Как переключаются передачи?
Устройство коробки передач - это не только набор валов и зубчатых колес. Это еще и специальные муфты. Они не похожи на зубчатые колеса и имеют другую конструкцию. Они прочно крепятся каждая к своему валу и находятся во вращении вместе с ним. Они могут двигаться по продольной оси.
Со стороны шестеренок ведомого вала, которые направлены к муфтам, установлены специальные венцы или вилки. Другие венцы расположены непосредственно на муфтах.
Когда водитель двигает рычаг и хочет выбрать другую передачу, то через специальный привод при помощи ползунов срабатывают вилки, которые двигают муфты продольно. Специальная замковая система не позволяет при этом включить несколько передач сразу. Это вполне возможно, если бы рычаг включал два ползуна. Замковый механизм фиксирует ползуны в нейтральной позиции в тот момент, когда движется третий ползун. Так исключается работа двух передач одновременно.
Затем муфта направляется к нужной шестеренке. Венцы их встречаются. Муфта все это время вращается вместе со своим валом. Она соединяется с шестерней, тем самым блокируя ее. Затем они начинают вращаться вместе, и КПП передает вращение на колесный привод.
Синхронизаторы
Устройство коробки передач включает в себя также специальные устройства. При том принципе работы, который описан выше, КПП будет работать с шумами, вибрациями и ударами. Также водитель должен будет сам угадывать, когда муфта и шестеренка будут работать на одних и тех же оборотах. А иначе нужная передача просто не включится.
Современные коробки не используют обычные и самые простые муфты. В таких моделях применяют так называемые синхронизаторы. Они призваны уравнять скорость вращения зубчатого колеса и муфты. Также они не позволяют муфте блокировать колесо.
Устройство и принцип работы коробки передач двухвального типа
Здесь есть все те же, уже знакомые, ведомый и ведущий вал, а вот промежуточный отсутствует. Эти коробки устанавливают на переднеприводные авто. Валы вращаются в параллельных осях, а смонтированы они друг за другом. Момент вращения отдается с одного из зубчатых колес на фиксированную на ведомом валу при помощи синхронизатора ведомую шестеренку. Здесь отсутствует возможность прямой передачи, а принцип работы такой же, как и в трехвальной системе.
Преимущества
Среди преимуществ можно выделить компактные размеры и высокий коэффициент полезного действия. Это получается благодаря меньшему количеству зубчатых колес. В качестве недостатка можно выделить невозможность использования прямой передачи. И еще такая коробка может применяться лишь с легковыми авто в силу сложностей с большими передаточными числами.
Устройство коробки передач ВАЗ
В автомобилях ВАЗ применяются пятиступенчатые механические КПП. Зачастую конструкция представляет собой двухвальную систему. Эта система также снабжена дифференциалом. На первичном валу установлены ведущие зубчатые колеса с 1 по 4 передачи, а 5-я шестерная - съемная. Они соединяются c ведомыми шестеренками.
Конструкция системы переключения состоит из рычага, шаровой опоры, системы тяг, механизма для подбора необходимой передачи.
В целом, большинство моделей оснащаются именно такой коробкой. Она представляет собой модернизированную версию 4-ступенчатой модели, а детали оттуда максимально унифицированы.
От механики к автомату
Когда устройство и работа коробки передач более-менее понятны, можно рассмотреть работу автоматической коробки. Это гораздо интересней. Многие новички уверены, что автомат - это непосредственно коробка и гидротрансформатор.
Гидротрансформатор- это отдельная система. Состоит он из двух машин с лопастями. Это центробежный насос, а также турбины. Между этих двух машин расположен реактор. Это специальное направляющее устройство. Колесо насоса жестко скреплено с коленвалом ДВС. Турбинное колесо находится в жестком соединении с валом КПП. В зависимости от того, в каком режиме работает двигатель, реактор может как вращаться, так и быть блокированным обгонной муфтой.
Устройство автоматической коробки передач немного сложней. Энергия расходуется на перекачку масла. Здесь съедаются приличное ее количество. Кроме того, много полезной энергии съедается и работой насоса, который создает давление в масло-каналах. В этих коробка КПД ниже, чем в механике.
Энергия вращения передается при помощи масляных потоков. Они отбрасываются на турбину насосом. Между насосом и турбиной есть зазоры, а лопасти имеют специальную геометрию, которая улучшает циркуляцию жидкости. Так как здесь нет жесткой связи с мотором и КПП, то можно останавливать мотор даже с включенной передачей.
Планетарные передачи
Если вращать одни элементы, но при этом фиксировать другие, тогда можно менять передаточные числа. Планетарные системы получают вращение от вала гидротрансформатора.
Устройство автоматической коробки передач отличается от стандартной "механики" тем, что любую передачу можно включить, и при этом не будет разрыва потоков мощности. Если одна передача выключается, другая тут же включается. При этом водитель не чувствует рывков. Но это не про спортивные коробки.
Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним из чего состоит механическая коробка передач - как работает.
Механическая «коробка» автомобиля состоит из :- картера;
- первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
- дополнительного вала и шестерни заднего хода;
- синхронизаторов;
- механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
- рычага переключения.
Схема работы:
1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения; 3 - механизм переключения; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер.
Картер содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом .
Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.
Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.
Механизм переключения служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает их от самопроизвольного выключения.
Требования к коробке передач
- Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
- высокий КПД
- легкость управления
- безударное переключение и бесшумность работы
- невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
- надежное удержание передач во включенном положении
- простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
- удобство обслуживания и ремонта
Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие - зубчатыми муфтами.
Как работают шестерни?
Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.
а) Передаточное отношение одной пары шестерен
Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).
б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б)
у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») - 20, у четвертой («Г») - 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее - 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит - 2000 об/мин, а выходит - 500 об/мин. На промежуточном валу в это время - 1000 об/мин.
В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже - двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.
Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала в другую сторону
, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:
Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи:
1 - первичный вал; 2 - шестерня первичного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - шестерня и вал передачи заднего хода; 5 - вторичный вал.
Передаточные числа
Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:| Передачи | ВАЗ 2105 | ВАЗ 2109 |
|---|---|---|
| I | 3,67 | 3,636 |
| II | 2,10 | 1,95 |
| III | 1,36 | 1,357 |
| IV | 1,00 | 0,941 |
| V | 0,82 | 0,784 |
| R(Задний ход) | 3,53 | 3,53 |
Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой . Как правило, это - четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.
Первая и передача заднего хода - самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.
Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) - они самые скоростные и экономичные.
Какие бывают неисправности?
Обычно они появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением - это приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в «коробке», она не сломается до конца срока службы.
Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.