Коробка передач и двигатель - Automotoworld.ru

Коробка передач и двигатель

Коробка переключения передач: виды, чем отличаются и как работают

Коробка переключения передач (КПП) — элемент трансмиссии автомобиля, который передает мощность от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на ведущие колеса, при этом расширяя диапазон частоты вращения и крутящего момента мотора. Этот узел отвечает за эффективную работу мотора, влияет на динамику движения и расход топлива. Базовым для КПП считается предустановленный набор передаточных чисел — это коэффициент, на который увеличивается или уменьшается крутящий момент, поступающий от двигателя.

Передача, а в современных авто их может быть от 5 до 10, помогает работе двигателя в каждом из диапазонов скоростей. Для старта обычно применяется 1-я передача, но реже — 2-я (например, на грузовиках).

В зависимости от степени участия водителя, «коробка» может быть с ручным управлением (механическая) или автоматическая, где выбор передачи выполняет электроника. К таким агрегатам, как правило, относят не только классическую гидромеханику, но также «роботов» и вариаторы [1]. Отдельный класс — секвентальные КПП, которые чаще всего используют для гоночных автомобилей. Разбираемся в устройстве каждой из них и в том, как они работают.

Механическая

Прообраз «механики» впервые использовал на своем авто Карл Бенц. Сегодня ее ставят на все марки от ВАЗа до Porsche

Самый простой и надежный в эксплуатации тип трансмиссии. Визуально определить МКПП несложно: по третьей педали (это педаль сцепления) и рычагу переключения передач. В современных автомобилях ступеней может быть 5, 6 или даже 7, плюс нейтральное положение и режим заднего хода.

Основные рабочие элементы механической коробки, в самом упрощенном варианте, это:

  • корзина сцепления, что позволяет «соединять/отсоединять» ДВС и трансмиссию;
  • пары косозубых шестерен, отвечающих за передаточное число и нужную скорость;
  • синхронизаторы, обеспечивающие плавное включение передачи.

Все они расположены на валах, которых может быть два или три.

При выжатой левой педали вал отсоединен от ДВС. Если нога убрана, он соединен, и крутящий момент передается на колеса

Первичный или ведущий вал напрямую связан с двигателем через сцепление. Это сделано для возможности «отсоединять/присоединять» трансмиссию к ДВС. Для передачи крутящего момента на конце входного вала жестко зафиксирована шестерня, которая вращает следующий, промежуточный вал.

На нем равно числу передач установлены разноразмерные ведущие зубчатые шестерни. Каждая работает в сцепке с шестеренками (ведомыми) на вторичном или выходном валу. На нем шестерни, в отличие от первых двух валов, свободно вращаются на оси. Образованные зубчатые пары отвечают за передаточное число и динамические характеристики передачи («короткая», «длинная» итд).

В МКПП переключение происходит в ручном режиме. Переводя в салоне рычаг в нужное положение, водитель двигает в сторону соответствующей зубчатой пары муфту. Чтобы избежать удара при смыкании, нужно выровнять частоты вращения валов — для этого применяются синхронизаторы.

Плюсы: долгий опыт эксплуатации в автопроме, простое устройство и ремонт, возможность вручную влиять на динамику авто.

Минусы: утомительное «втыкание» передач и нажатие педали сцепления в плотном трафике, ограниченный набор передач.

Автоматическая

Этот тип трансмиссии появился в начале 1940-ых годов и активно вытесняет «ручку»

Под классической АКПП, как правило, подразумевают гидромеханическую коробку переключения передач. В этом случае у водителя всего две педали, а вместо рычага КПП — селектор, который может быть выполнен в виде шайбы или кнопок, или подрулевой переключатель режимов: P — парковка, D — движение, N — нейтральная и R — задний ход.

В отличие от «механики» передача крутящего момента здесь сложнее, а электронный блок управления (ЭБУ) отвечает за выбор передачи. В современных автоматических трансмиссиях их может быть до 10 включительно.

Принцип работы строится на силе давления трансмиссионной жидкости, отсюда и слово «гидро» в названии. Главные рабочие элементы — гидротрансформатор и планетарная КПП [2].

<p>АКПП &mdash; это сложный технический механизм, который состоит нескольких сотен деталей</p>

  1. Гидротрансформатор или «бублик» (неофициальное название из-за тороидальной формы) отвечает за передачу крутящего от двигателя. В его состав входят три лопастных колеса — насосное, турбинное и реакторное. Все элементы заключены в герметичный кожух и погружены в рабочую жидкость. Насосное колесо соединено с коленчатым валом двигателя, а турбинное — с первичным валом КПП. Когда двигатель заведен, масло в «бублике», нагнетаемое насосом, начинается непрерывно рециркулировать, проходя через крыльчатки реактора. В итоге механическая сила от маховика ДВС переходит в гидравлическую, а крутящий момент передается на планетарный механизм.
  2. Планетарная КПП — это зубчато-шестерной механизм, состоящий из центральной шестерни, сателлитов и неподвижной коронной шестерни. Вращение происходит в одной плоскости относительно центральной шестерни, подобно ходу планет вокруг Солнца. Сателлиты вращают водило, через которое крутящий момент передается на выходной вал КПП. Чтобы обеспечить смену передаточных чисел, эти шестерни имеют разные размеры, а потому движутся внутри короны каждая со своей скоростью.

<p>Планетарный механизм</p>

Плюсы: за редким исключением — надежный и проверенный временем агрегат; обычно обеспечивает плавную и тихую езду.

Минусы: очень привередлив к качеству трансмиссионной жидкости, простые агрегаты могут быть «задумчивыми», дорогой и сложный ремонт в случае поломки.

Бесступенчатая

Принцип работы вариатора придумал еще в XV веке Леонардо да Винчи. Первые автомобили с такой трансмиссией выпустил 1950-ых годах завод DAF

CVT или вариатор — это кардинально другой в техническом плане тип КПП [3], который, по большому счету, даже нельзя называть коробкой передач, так как передач в нем как раз-таки нет.

В отличие от классического «автомата» или «механики», он не имеет фиксированного количества предустановленных передач и выдает по сути неограниченное количество передаточных чисел. Такая гибкость достигается за счет работы двух противоположных шкивов конической формы, которые соединены цепью или ремнем.

В бесступенчатой коробке один конус соединен с валом двигателя, а другой — направляет мощность на ведущие колеса. Передаточные числа изменяются по мере того, как шкивы перемещаются все ближе и дальше друг от друга. Решение, на сколько сдвинуть шкивы, принимает электроника.

Эти изменения теоретически происходят все время, чтобы двигатель работал на наиболее эффективных оборотах. Однако современные CVT умеют имитировать фиксированные ступени, так как такое поведение более привычно водителям.

Плюсы: теоретически вариаторы считаются более капризными, чем классические «автоматы», однако наиболее удачные варианты по сроку службы не уступают гидромеханическим КПП.

Минусы: вариаторы не любят пробуксовки и заезда на высокие препятствия, от чего цепь (или ремень) стачивает поверхность шкивов.

Роботизированная

РКП применяются как на грузовых, так и легковых автомобилях

РКПП или просто «робот» — это гибрид автоматической и механической коробки передач. Для начала движения водитель, также как и на «автомате», выбирает один из режимов (D, P, N, R).

Механическая схема в ней аналогична МКПП, но для переключения передач и смыкания/размыкания сцепления здесь отвечают сервоприводы. Момент выбора нужной ступени контролируется электроникой.

Проще говоря, вместо педали сцепления и рычага коробки стоят электромоторы, которые по команде электроники «выжимают» сцепление и меняют ступени.

Плюсы: недорогая в обслуживании; освобождает водителя от необходимости переключать передачи вручную

Минусы: электронике нужно время, чтобы понять действия водителя и включить передачу, из-за этого разгоны происходят с характерными провалами потока мощности; высокая стоимость актуаторов.

Преселективная

Часто все такие коробки называют DSG. Хотя это только товарный знак Volkswagen, такой же как PowerShift для Ford, S tronic у Audi и PDK на авто Porsche

По сути это та же роботизированная коробка переключения передач. Главное ее отличие в количестве сцеплений — их два [4]. Этот тип трансмиссии относительно новый — активно внедрение началось с 2003 года. Сегодня их ставят на все классы автомобилей: от небольших хэтчбеков до спорткаров.

Принцип работы такой коробки заключается в том, что каждое из сцеплений управляет своим набором передач: четными и нечетными. В итоге, когда автомобиль работает на одной передаче, следующая уже выбрана и готова к включению.

Например, машина едет на второй передаче и ускоряется. В этот момент электроника подает сигнал, и автоматика двигает муфту к следующей, 3-й передаче. Когда приходит время муфта, которая была включена для 2-й передачи, отключается, и теперь включается та, на которой была предварительно выбрана 3-я передача. В это время освободившееся сцепление уже выбирает 4-ю передачу.

Плюсы: быстрое переключение передач; высокая экономичность.

Минусы: инженерам не сразу удалось сделать этот тип КПП надежным, из-за чего автомобилисты часто избегают таких коробок; «преселективы» не всегда аккуратно работают на низких скоростях — в пробках могут чувствоваться толчки.

Секвентальная

Секвентальные коробки устанавливют на &laquo;заряженные&raquo; модели, например, BMW и Mercedes-Benz

Секвентальная или последовательная коробка передач — это разновидность механической трансмиссии, которая чаще всего используется в спортивных и гоночных автомобилях.

В отличие от классической «механики», где переключение происходит по Н-образной схеме, здесь «движение» возможно только последовательно [5]. То есть водитель не может стартовать со 2-й и сразу уйти на 4-ю передачу. В случае с «секвенталкой» ему понадобится пройти все передачи по очереди: от 1-й до 4-й.

Техническое устройство такой коробки схоже с классической «механикой», но есть ряд существенных отличий:

  • отсутствует педаль сцепления, а за отключение вала отвечает электроника;
  • используются прямозубые шестерни (вместо косозубых);
  • переключение между передачами осуществляется гидравлическими сервоприводами.

Плюсы: очень высокая скорость переключения между передачами; нет потери мощности в момент смены; экономия топлива.

Минусы: высокий износ деталей; дорогая в ремонте.

Неисправности коробки переключения передач

Как и любой рабочий элемент, КПП подвержены износу и поломкам. Хотя при бережном уходе некоторые «коробки» готовы служить по несколько сотен тысяч километров. Причину неисправности и особенно ремонт данного узла лучше доверять проверенным мастерам, например, официальным дилерам или специалистам в клубных сервисах.

Коробка передач и двигатель

  • Главная
  • Авто
  • Как работает автомобиль (двигатель, трансмиссия, кпп…)

Как работает автомобиль (двигатель, трансмиссия, кпп…)

Двигатель – это устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу т.е. устройство обеспечивающее движение автомобиля. Он создаёт движущую силу автомобиля .

Трансмиссия – это все механизмы автомобиля, соединяющие двигатель с колесами, а также всё, что обеспечивает работу этих механизмов. Она обеспечивает передачу движущей силы от двигателя к колёсам.

Коробка переключения передач – это часть механизма трансмиссии автомобиля, предназначенная для:

  • передачи и преобразования движущей силы;
  • расширения диапазона частоты вращения и крутящего момента применяемого двигателя, посредством переключения передач (переключения скоростей);
  • обеспечения реверсивного движения (движения назад);
  • длительного отсоединения работающего двигателя от трансмиссии.

Крутящий момент – это усилие, которое развивает двигатель. Его значение определяет силу тяги, обеспечивающую разгон автомобиля и его движение. Чем больше крутящий момент, тем автомобиль резвее(динамичнее). Сила, воздействующая на поршень при сгорании топлива, растет с увеличением рабочего объема двигателя, то есть чем он больше, тем выше крутящий момент.

Читайте также  Уровень охлаждающей жидкости на холодном или горячем двигателе

Величина крутящего момента, создаваемая двигателем внутреннего сгорания, сильно варьируется в зависимости от текущей скорости вращения двигателя и достигает своего максимума в определённом диапазоне оборотов.

Обороты двигателя – это количество оборотов коленчатого вала двигателя в единицу времени (в минуту).

Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток.

Мощность и крутящий момент – величины не постоянные, они имеют сложную зависимость от оборотов двигателя.

Простой пример для понимания крутящего момента и мощности двигателя – это человек прибивающий штакетины к забору.

Число оборотов двигателя – это количество ударов молотком, которые человек может сделать за минуту.

Крутящий момент двигателя – это с какой силой человек бьёт молотком по гвоздям.

Мощность двигателя – это взаимозависимость крутящего момента и оборотов двигателя. Представляет собой количество штакетин, которые человек может прибить за определенное время.

Человек может использовать очень маленький молоток (низкий крутящий момент) и быть очень быстрым (высокие обороты), или использовать большой молоток и наносить несколько (низкие обороты) очень мощных ударов (высокий крутящий момент). При этом количество прибитых штакетин может быть одинаковым даже при очень разных значениях «крутящего момента».

Коробка переключения передач предназначена для передачи крутящего момента, а также для его преобразования с учетом разных условий движения, нагрузки на мотор, скорости автомобиля и силы инерции. Поскольку крутящий момент может быть умножен на передаточное число (передачу), тем самым либо увеличивая, либо уменьшая крутящий момент в зависимости от оборотов двигателя. Поэтому величина крутящего момента сама по себе становится совершенно бессмысленна.

Автоматическая коробка переключения передач (АКПП) – это коробка передач транспортного средства, устройство и механика работы которой позволяют ей в процессе движения самостоятельно:

  • определять наиболее подходящее (из доступных) передаточное отношение (передачу);
  • переключаться с одной передачи на другую;
  • обеспечивать упрощённую для водителя процедуру трогаться с места.
  • хорошую плавность хода автомобиля в текущих дорожных условиях;
  • комфорт управления, за счёт упрощения управления автомобилем;
  • работу себя и двигателя в щадящем режиме, за счёт компенсации квалификации водителя.

Механическая коробка переключения передач (МКПП) – это коробка передач транспортного средства, в которой переключение передач организовано посредством механического привода, а управление её работой всегда целиком и полностью возложено на водителя.

Водитель должен самостоятельно:

  • определять и выбирать передачу под текущие условия движения, за счёт своих знаний и полученного опыта езды;
  • осуществлять выбор передачи посредством комбинированной работы педалями (газа, сцепления, тормоза) и рычагом коробки переключения передач транспортного средства.
  • большой ресурс эксплуатации, относительную дешевизну обслуживания и ремонта, за счёт простоты конструкции;
  • экономию топлива по сравнению с транспортными средствами, оснащёнными АКПП;
  • позволяет использовать всю мощность двигателя и его крутящего момента.

Движение автомобиля построено на передаче крутящего момента от двигателя к колёсам посредством трансмиссии. Если сделать жёсткую связь двигателя и колёс, то в момент включения двигателя машина сразу же начнёт движение. Чтобы произвести остановку такого автомобиля или переключить передачу, требовалась бы остановка двигателя. Чтобы постоянно не включать и выключать двигатель, автомобиль был оснащён сцеплением. В АКПП сцеплением управляет сама коробка переключения передач, а в МКПП человек.

Сцепление – это механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке переключения передач за счет силы трения.

Сцепление автомобиля предназначено для:

  • плавного разъединения и соединения двигателя и коробки передач;
  • передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач с минимальными потерями;
  • компенсации вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя;
  • снижения нагрузок на элементы двигателя и коробки передач.

Главной задачей сцепления является временное разъединение (разобщение) двигателя и коробки переключения передач, и их плавное соединение. Эти операции позволяют водителю осуществлять:

  • управление динамикой движения автомобиля;
  • управление механической коробкой передач (переключение передач);
  • начало движения (трогаться с места);
  • торможение;
  • остановку.

Понимание устройства и работы автомобиля облегчает его: эксплуатацию, обслуживание, ремонт и управление.

Чем опасен перегрев или недогрев АКПП: как избежать и того, и другого – простые советы

Как известно, между двигателем и валами коробки передач находится гидротрансформатор. Он позволяет остановить валы при работающем двигателе. В отличие от сцепления в машинах с механическими коробками, крутящий момент при включенном режиме D или R продолжает передаваться. Автомобиль удерживается от перемещения только тормозами. В зависимости от режима работы коэффициент полезного действия гидротрансформатора может изменяться от нуля при остановленном первичном вале коробки до 95 и более процентов при заблокированном гидротрансформаторе. А там, где полезного действия нет, вся энергия переходит в тепло.

Чем опасен перегрев или недогрев АКПП: как избежать и того, и другого – простые советы

Hand driver shifting gear stick before driving car.

При трогании с места, разгоне или движении в гору гидротрансформатор трансформирует крутящий момент. Статор неподвижен, насосное колесо гонит жидкость на турбинное колесо, скорость которого более низкая, а крутящий момент большой. В таком режиме интенсивно выделяется тепло. При движении с постоянной нагрузкой гидротрансформатор работает как гидромуфта, реактор начинает вращаться в том же направлении, что насосное и турбинное колеса, при этом их скорость постепенно выравнивается. Тепловыделение значительно уменьшается. Наконец, в режиме блокировки насосное и турбинное колеса фактически соединяются – при этом тепловыделение минимальное.

Чем опасен перегрев или недогрев АКПП: как избежать и того, и другого – простые советы

Рабочая жидкость автоматов очень боится перегрева. При температурах выше 115 – 120 °С ее ресурс сокращается, следствием чего может быть снижение долговечности коробки в целом. Кроме того, от перегрева страдают клапаны управления, фрикционы и другие неметаллические элементы. При этом у АКП часто нет ни радиаторов, ни термостатов, способных поддерживать нормальную температуру. Поэтому очень многое зависит от поведения водителя, который своими действиями может как максимально продлевать жизнестойкость АКП, так и фактически убивать ее.

Сильнее всего АКП греется у приверженцев псевдоспортивного, рваного стиля езды: такие часто носятся по городу, чередуя максимальные ускорения с резкими торможениями. Частые переключения при высокой нагрузке приводят к быстрому росту температуры. На автобанах такого нет: даже при высоких скоростях хороший обдув не дает температуре подниматься выше критической.

Очень тяжело приходится автоматическим коробкам на полноприводных кроссоверах. Кроссовер сам по себе тяжелее легковушки, у него плохая аэродинамика, а у тяжелой полноприводной трансмиссии большой момент инерции. Мало того, температурный режим работы таких псевдовездеходов часто ухудшается их владельцами, которые устанавливают дополнительную защиту силового агрегата, серьезно ухудшающую охлаждение.

Чем опасен перегрев или недогрев АКПП: как избежать и того, и другого – простые советы

Во избежание перегрева, водитель может применять некоторые простые правила. При длительной вынужденной остановке (закрылся шлагбаум, пропускаем кортеж и т.п.) есть смыл переводить селектор коробки в положение N. Кроме того, не спешите отключать режим «Старт-Стоп»: от него может быть реальная польза. И, конечно же, старайтесь, по возможности, избегать буксования.

С наступлением холодов коробку ждут другие неприятности. Как уже отмечалось, на неподвижном автомобиле ее прогрев, по сравнению с двигателем, почти не идет. Но водитель этого не замечает и не понимает: ему важнее температура в салоне и разогрев мотора (да и то не всегда). В итоге ледяную коробку пытаются «пришпорить», хотя она к этому совсем не готова. Вместо необходимых 70 – 90 °С она находится в глубоком «минусе»: о каком ресурсе может идти речь? Чтобы помочь АКП быстрее нагреться, есть смысл немного подержать машину на тормозах в режимах D или R. Первичный вал будет неподвижен, а потому вся энергия рассеется в гидротрансформаторе, способствуя разогреву. С началом движения прогрев, естественно, ускорится.

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Содержание

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).
Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Читайте также  Чем отмыть внутри двигатель

Устройство

Механическая коробка передач 1.jpg

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.
Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.
На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.

Коробка передач. Сравнение трансмиссий, плюсы и минусы

Коробка переключения передач является неотъемлемой частью любого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Назначение коробки передач — это передача и преобразование крутящего момента с двигателя на колеса, а так же осуществление отбора мощности на привода других агрегатов и дополнительного оборудования. Этот процесс позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а так же движение задним ходом. Более того коробка помогает разъединять коленчатый вал двигателя от ведущих колес, что обеспечивает холостой ход автомобиля или его полную остановку.

Нужно отметить, что коробки передач получили распространение не только в транспортных средствах. Широко применяют коробки переключения в промышленных механизмах, станках на производстве.

С момента появления автомобилей на дорогах производители совершенствовали не только двигатели, но и коробки переключения передач. Развитие данного направления привело к появлению современных автомобилей с разными видами трансмиссий.

Виды трансмиссий

Более чем столетняя история развития автомобилестроения принесла в современный мир не только экологичные и мощные двигатели, но и усовершенствованные коробки переключения передач. На сегодняшний день на автомобили устанавливаются четыре основных типа коробок переключения передач:

Читайте также  Какой герметик лучше для системы охлаждения двигателя

1. Механическая коробка переключения передач

2. Автоматическая коробка переключения передач

3. Роботизированная коробка переключения передач

4. Вариативная (бесступенчатая) коробка переключения передач

Разберем подробнее каждый тип коробки.

Механическая коробка передач (Механика, МКПП)

Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.

История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.

Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.

Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.

Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.

· Простая и надежная конструкция

· Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья

· Движение в экономичном режиме

· Недорогое обслуживание

Минусы МКПП:

· Неудобство управления в сложном городском режиме

Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)

Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.

Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.

Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента — это планетарный редуктор и гидравлическая система управления.

Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.

Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.

Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.

Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.

· Комфорт и удобство управления

· Способность менять передачи при полной мощности двигателя

· Плавность хода во время переключения передач

· Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи

Минусы АКПП:

· Стоимость и периодичность обслуживания

· Больший расход топлива

· Низкий КПД

· Меньшая динамика автомобиля

Роботизированные коробки передач (Роботы)

Роботизированная коробка передач — это логическое продолжение развития механической коробки. Робот это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической кпп и удобство автомата.

Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.

В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.

Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.

Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.

В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:

· С мокрым сцеплением — используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.

· С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.

Плюсы Робота:

· Плавность переключения и хода

· Высокий КПД

· Экономичный расход топлива

· Высокая динамика

· Возможность выбора режима работы трансмиссии

Минусы Робота:

· Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям

Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)

Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.

К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.

Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя. Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.

Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.

Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT — это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму. Принцип работы заключается в следующем — сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.

Плюсы Вариатора:

· Переключение передач происходит незаметно, без рывков

· Экономичный расход топлива

· Высокая динамика

Минусы Вариатора:

· Несовместимость с мощными моторами

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Большое количество датчиков влияющих на работу CVT

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке

Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: