Механическая коробка передач устройство принцип работы типы схемы

Назначение МКПП

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне.

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

https://www.youtube.com/watch?v=FITVjH2s8es

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

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

Еще несколько десятилетий назад каждое транспортное средство оснащалась механической коробкой передач. Сегодня автомобиль может быть наделен и другим агрегатом, но от этого его назначение не меняется. Всё дело в том, что силовой агрегат машины способен работать только в ограниченном и сравнительно небольшом диапазоне оборотов. В начале движения и с последующим развитием скорости транспортного средства увеличивается частота обращения колёс.

При небольшой скорости движения необходимы более высокие обороты двигателя, чтобы создать необходимое усилие и сдвинуть машину с места. С набранной скоростью машина не нуждается в высоких оборотах, следовательно, для поддержания динамики движения хватает небольшой мощности и низких оборотов. Но уже обратная ситуация, когда транспортное средство движется в гору или развивает скорость, преодолевая аэродинамическое сопротивление.

Механическая коробка передач устройство принцип работы типы схемы

С учетом всего вышесказанного, следует, что автомобиль нуждается в передаче вращения с двигателя на колёса с определенным передаточным числом, которое может меняться в зависимости от условий и режима движения машины. Выбрать одно определенное передаточное число можно, но с технической точки зрения нерационально.

Устройство механической коробки переключения передач

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

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

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой.

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

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

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

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

Читать далее:  Замена подушек двигателя, как заменить подушки двигателя своими руками

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

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент.

Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

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

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов.

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

Устройство механической коробки не вызовет каких-либо сложностей даже у начинающего автолюбителя. Стоит понимать, что все системы машины связаны между собой и не могут функционировать отдельно друг от друга. Механическая коробка в этом плане не является исключением. Все ключевые детали устройства помещены в корпус, который также именуют «картером».

Как говорилось выше, в любую механику входят оси валов, блоки шестерней, синхронизаторы, а также специальный рычаг управления, который выводят в салон автомобиля. Также каждая разновидность агрегата оснащена специальными блокираторами, предотвращающими одновременное включение двух передач.

  1. Водитель жмет педаль сцепления — прекращается передача момента от двигателя на коробку.
  2. После чего выбирается нужная передача, путем перемещения рычага управления в салоне машины и его установки в определенном положении.
  3. Происходит перемещение ползунов с вилками, передвигающих муфты-синхронизаторы продольно.
  4. Их движение ограничено блокираторами – включить одновременно две передачи такая конструкция не позволит.
  5. Муфта направляется к определенному блоку шестерней, после чего соединяется с их венцами.
  6. Соединяясь с шестерней, муфта блокирует её, после чего происходит их одновременное вращение.

Как видим, принцип работы КПП прост – передача крутящего момента с маховика мотора на колеса. Отличительная особенность современных механик – наличие косозубых шестерней. Однако передачи постоянно приобретаю новые схемы в силу определенных конструктивных задач. Тем не менее, косозубые изделия справляются с большими механическими усилиями, при этом не издают шума. С включением нейтральной передачи шестерней свободно вращаются, а все синхронизаторы размыкаются.

С нажатием на педаль сцепления, и перемещением механизма переключения в определенное положение, муфта перемещается вилкой в зацепление с торцом шестерни. Благодаря жесткой фиксации происходит обратная передача крутящего момента. Для обеспечения заднего хода машиной достаточно в коробку между шестерен ведомого вала (ведущей и ведомой) поместить третью – промежуточную.

Читать далее:  Коды ошибок ваз 2114 - самодиагностика бортового компьютера (1602, 0300, 0340, 0030, 0335, 0504 и другие)

Без валов в принципе невозможна работа механики. Не менее важными конструктивными деталями считаются шестерни. Благодаря большому количеству шестерней в коробке водитель может приводить в зацепление разные пары, то есть, имеет возможность изменять передаточное отношение. Подробней остановиться нужно и на синхронизаторах. За последние несколько десятилетий их роль в МКПП значительно выросла.

Если бы не эти механизмы, водителю пришлось бы постоянно делать двойной выжим для уравнения окружных скоростей вращения шестерней. Некоторые спортивные автомобили с механикой лишены синхронизаторов для обеспечения максимально быстрого включения определенной скорости. Впрочем, это модернизированные коробки, встречающиеся не так часто.

Об истории возникновения МКПП

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

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

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

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад.

Устройство трансмиссии

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

Об истории возникновения МКПП

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

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

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

Сцепление

Механическую коробку передач невозможно представить без сцепления. Этот механизм создан с целью «мягкого» соединения двигателя с ведущими колесами. Конструктивно состоит из пары дисков: один соединим с силовой установкой машины, а второй с колесами. Выжимая педаль сцепления, водитель разводит диски сцепления, в результате чего между ними образуется небольшой промежуток.

Если в самом начале движения резко бросить педаль сцепления, двигатель может заглохнуть. Происходит это в силу того, что ведомый диск с большой силой прижимается к маховику, происходит затормаживание последнего, вплоть до того, что мотор останавливается. Педаль сцепления необходимо отпускать плавно, что часто вызывает трудности у начинающих водителей.

Виды компоновки механических КПП

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

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

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

Читать далее:  Смешивание масел для КПП можно ли смешивать трансмиссионные масла

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

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

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

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

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

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать.

Прямая и повышающая передача

Первая скорость и задняя передача обладают самым большим передаточным отношением, например, в автомобилях ВАЗ 2105 и ВАЗ 2109 это отношение равняется 3.67 и 3.636 соответственно. Объясняется это тем, что двигателем внутреннего сгораниядолжно создаваться в начале движения большое усилие, иначе машина просто не сдвинется с места.

Уже в движении водитель переключает коробку на четвертую или пятую скорость – они самые быстрые, экономичные, следовательно, обладают меньшим передаточным отношением. В модели ВАЗ 2105 на четвертой передаче такое число равняется 1 – прямая передача, при которой уравниваются показатели угловой скорости первичного и вторичного вала.

Если пойти дальше, и выставить передаточное число меньше единицы – повышающая передача, – ведомая шестерня зацепляется с ведущей меньшего размера. Двигатель, работая на той же скорости, которую обеспечивает прямая передача, станет экономичней, уменьшится уровень шума и износ деталей цилиндро-поршневой группы.

Фактически силовая установка будет функционировать на меньших оборотах. Повышающая передача, или как её еще называют – овердрайв, – предназначена для поддержания уже набранной скорости движения автомобиля с меньшими затратами топлива и ресурса. Идеальным образом подходит во время езды по магистралям. Но, если возникнет необходимость совершения обгона впереди идущей машины, придется перейти на пониженную передачу.

Преимущества и недостатки МКПП

  1. Стоимость МКПП существенно ниже стоимости автоматического аналога или  DSG-коробки.
  2. Не нуждается в особых условиях охлаждения, обладает большим КПД в отличие от гидромеханического устройства.
  3. Конструктивная простота, хорошо изучена специалистами.
  4. Надежность, высокий эксплуатационный ресурс.
  5. Легко ремонтируется, не требует особенного обслуживания.
  6. Автомобиль с механикой легко заводится толканием.
  7. Обеспечивает машине динамичность, при этом не требует серьёзных топливных затрат, чего не скажешь об АКПП, авто с которыми потребляет топлива больше.
  8. Значительно меньшие габариты и вес.
  1. Механические коробки конструктивно надежные, а вот сцепление часто выходит из строя преждевременно.
  2. Начинающим водителям требуется время для понимания, как работает коробка передач.
  3. При переходе с одной передачи на другую при малых оборотах происходит потеря мощности силовой установки.
  4. Во время длительных переездов водитель автомобиля с механикой быстро утомляется в силу постоянной необходимости перехода с повышенной на пониженную передачу и наоборот.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector