Кпп автомобиля – Механическая коробка переключения передач — это… Что такое Механическая коробка переключения передач?
Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно
Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.Наглядное пособие
Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.
Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКППИзобретая велосипед
Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.
Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.
Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.
От велосипеда к автомобилю
К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.
Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.
А теперь – к самой коробке передач
Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.
В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.
Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.
Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.
Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.
Включаем передачу
Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача
Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.
Синхронизаторы
Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.
Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.
Прямая и повышающая передачи
Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.
На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача
Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.
А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.
Задний ход
Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.
На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача
Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.
Двухвальные коробки передач
Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.
Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.
Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.
Вместо заключения
Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.
<a href=»http://polldaddy.com/poll/9116941/»>Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?</a>
Читайте также:
Механическая коробка передач устройство как правильно переключать передачи
Все автомобили с двигателями внутреннего сгорания непременно оснащены коробками передач. Любой автолюбитель знает, сколько всего существует и каких разновидностей этого устройства, а также принимает факт, что самой распространенной на сегодняшний день является механическая коробка передач. Ее краткое обозначение – МКПП. Основное отличие, помимо конструкционных и показательных, заключается в том, что переключение передач полностью контролируется водителем. Разберемся подробнее, что собой представляет названная разновидность КП.
МКПП
Подробнее о том, что представляет собой «механика»
Как работает механическая КП? Что она из себя представляет? Давайте разберемся.
Механическая коробка передач выполняет простую и понятную функцию: смена передаточного отношения скорости вращения колесам от мотора. Важная составляющая часть её – передаточный механизм зубчатого (чаще всего) вида. Мы уже выяснили, что функционирует механическая КП путем манипуляций водителя, который самостоятельно решает, какое в настоящий момент значение передаточных чисел требуется для корректной работы всего авто.Отсюда и название – механическая, что предполагает полностью ручное управление.
Принцип работы МКПП
В общем и целом, КП – это ступенчатые редукторы закрытого типа. В себе они содержат зубчатые шестеренки, которые в зависимости от востребованности в данный момент могут быть сцеплены и могут изменять обороты и меж входным и выходным валами, а так же их частоту.
Как работает механическая КП
Важно! «Проще говоря, принцип действия механической коробки передач состоит в том, что на различных ступенях входного и выходного валов происходит переключение (вручную) и соединение различных комбинаций шестеренок». Следует рассмотреть ещё один важный вопрос: устройство МКПП.
Устройство механической коробки передач
Стоит понимать, что сама по себе любая коробка передач не сможет функционировать отдельно от других, не менее важных узлов автомобиля. Одним из них является сцепление. Данный узел осуществляет разъединение мотора и трансмиссии в требуемый момент времени. Это позволяет осуществлять переключение передач без последствий для автомобиля при сохранении оборотов двигателя.Наличие сцепление и необходимость его применения обусловлена тем, что МКПП пропускает через свои шестерни большой по значению крутящий момент.Так же важно знать, что любая коробка передач при условии классической конструкции имеет оси валов, на которые нанизаны зубчатые шестеренки. О них мы упоминали ранее. Корпус при этом обычно называют «картером». А самыми распространенными компоновками являются трех- и двухвальные.
устройство МКПП
В первых расположены:
- ведущий вал;
- промежуточный вал;
- ведомый вал.
Ведущий вал обычно соединяется со сцеплением, а уже по нему осуществляются перемещения особого диска (его называют диском сцепления). Далее вращение уходит к промежуточному валу, который крепко соединен с шестеренкой первичного вала.При рассмотрении конструктивных особенностей МКПП следует брать во внимание особое расположение ведомого вала. Часто он соосен с ведущей осью, и соединены они посредством подшипника, что находится внутри ведущего вала. Такое устройство обеспечивает независимость их вращений. Блоки шестерней с ведомого вала не зафиксированы, а сами шестерни ограничены специальными муфтами. Они так же могут смещаться по оси.При включенной нейтральной передаче обеспечивается свободное вращение шестеренок. Тогда муфты приобретают разомкнутое положение. После того, как водителем выжато сцепление, а передача переключена, скажем, на первую, специальная вилка в КП переместит муфту таким образом, что она зацепится за требуемую пару шестеренок. Так осуществляется передача вращения и усилия, направленного от двигателя.
Устройство механической коробки передач
От ведомой оси происходит передача крутящих моментов и оборотов двигателя посредством карданного вала (в случае с задним приводом) на ведущие колеса. В момент зацепления синхронизатором ведущего и ведомого вала при условии, что шестерни не участвуют в процессе, достигается наивысший коэффициент полезного действия.Для осуществления движения назад механика оснащена «паразитной» шестеренкой, приводя в действие которую водитель может сменить путь вращения на обратный.Многие из коробок передач механического типа снабжены косозубыми шестернями. Это обусловлено их способностью справляться с большими усилиями и при этом создавать меньше механического шума.Что касается 2-вальной КП, там точно так же предусматривается соединение ведущего вала со сцеплением. Разницей между двуосной и трехосной является наличие блока шестерней на ведущем валу. Ну и, конечно же, отсутствие промежуточного вала.На ведомой оси находится жестко закрепленная шестерня главной передачи. Другие из шестерней оснащены синхронизационными муфтами.
Такое устройство и принцип работы очень похожи с трехосной версией МКПП.Стоит отметить, что двухвальные механические коробки передач обладают большим коэффициентом полезного действия, но из-за особенностей своей конструкции и связанного с этим ограничения на допустимо возможное повышение передаточного числа используются только в легковых автомобилях.Также важным элементом в конструкции механических коробок переключения передач являются синхронизаторы.
Подробнее о МКПП
Ранее, когда первые образцы таких КП ими не оснащались, водителям приходилось осуществлять двойной выжим для равнения окружных скоростей шестерней. С появлением синхронизаторов эта необходимость исчезла.Следует отметить, что синхронизаторы не применяются для коробок передач с большим их числом (когда речь идет, скажем, о 18 ступенях), ведь с технической точки зрения комплектации такого формата просто невозможна. Так же для увеличения скорости переключения передач синхронизаторы не применяются при конструировании спорткаров.Синхронизаторы функционируют таким образом: когда управляющий переключает передачи, муфта смещается к нужной шестерне. Усилия поступают на блокировочное кольцо муфты, и при имеющейся силе трения поверхности зубьев начинают своё взаимодействие.Механическая коробка передач принцип работы имеет, как мы выяснили, доступный и ясный. Рассмотрим теперь вопросы, касающиеся переключение передач.
Переключение передач
Теперь, когда мы знаем, как работает коробка передач механического принципа управления, важно разобраться с самим процессом переключения. За этот процесс ответственным выступает специальный механизм.Автомобили с задним приводом оснащаются рычагом переключения именно на самой МКПП. Механизм же скрыт в корпусе, а рычаг позволяет производить управление. Этот вариант расположения характеризуется некоторыми преимуществами и недостатками. Среди достоинств:
- доступность и простота с точки зрения конструкционных решений;
- четкое переключение;
- высокий срок службы.
К недостаткам относятся:
- невозможность расположить мотор в задней части машины;
- невозможность применения на автомобилях с передним приводом.
Если автомобили оснащены передним приводом, то рычаги предусмотрены на полу между сидением водителя и сидением пассажира, на панели руля или же на приборной панели.Конструктивные особенности в переключении передач автомобилей с передним приводом тоже обладают своими преимуществами и недостатками. Среди первых выделяются особенный комфорт в расположении и удобство переключения, отсутствие вибраций на рычаге, относительно высокая свобода с точки зрения дизайнерской и инженерной компоновки.
Переключение передач МКПП
Недостатки, главным образом, представлены относительно небольшой долговечностью, вероятностью возникновения люфтов, а так же потребности регулировки тяги. К тому же, такой вариант в конструкции и расположении рычага обладает меньше четкостью, чем при расположении на корпусе МКПП.Любому, кто интересуется темой разнообразия коробок передач, следует ознакомиться с плюсами и минусами конкретно механической КП, ведь она – это своего рода «мать» всех последующих вариантов исполнения и функционала коробок переключения.
Плюсы и минусы механических коробок передач
Разумеется, идеальной коробки передач просто не существует. Но несравненными преимуществами именно механической являются:
- Относительная дешевизна конструкции по сравнению с аналогами.
- Небольшая масса и завидный КПД (коэффициент полезного действия).
- Отсутствие особых требований к охлаждению.
- Преимущество с точки зрения экономии и лучшая среди аналогов динамика разгона.
- Легкость и простота с точки зрения инженерии.
- Высокая надежность и высокий ресурс эксплуатации.
- Наличие возможности применять различные техники (что важно для асов и водителей со стажем) и стили вождения при некоторых условиях (например, во время гололедицы и при езде по бездорожью).
Устройство механической коробки передач
- Машину с МКПП можно завести посредством толчка и осуществить её буксировку максимально легко и удобно на большие расстояния при любой скорости.
- Наличие возможности рассоединения двигателя и трансмиссии.
Впечатляющий список. Поговорим о недостатках. Среди них:
- Потребность при переключении полного разобщения между силовым механизмом и трансмиссией, а это оказывает влияние на время осуществления переключения.
- Для достижения плавности переключения, придется долго набивать руку и копить опыт.
- Идеальной плавности добиться не получится вообще, так как число ступеней в современных авто с механической коробкой передач колеблется от 4 до 7.
- Относительно малый ресурс на узле сцепления
- Статистические данные, говорящие о том, что водители, предпочитающие механику, более подвержены утомлениям в пути.
В завершение статьи рассмотрим краткий курс езды на МКПП для не имеющих опыта водителей.
Механическая коробка для «чайников». 9 важных деталей
Плюсы и минусы МКПП
Новичку, приобретшему авто с механической коробкой, требуется ознакомиться с важными нюансами в обращении с коробкой и уяснить некоторые моменты.Начнем по порядку. Для чего нужны передачи? Для того, чтобы выбирать, какая именно и при каких условиях будет наилучшей для применения в требуемой вам ситуации (погодные условия, качество дорожного покрытия и т.п.)
Важно! Освоение расположения передач. Важным моментом является синхронное нажатие педали сцепления с одновременным переключением скоростей.
1. Запуск мотора. Схема: «нейтралка» — сцепление – запуск двигателя. И никак иначе.
2. Правильное применение сцепления. Выжимать – строго до конца и не больше 2 секунд. Бережем машину.
Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.
НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.
Читать далее >>
3. Похвальная координация и гладкие действия. Сцепление. Скорость (например, первая). Бросаем сцепление (медленно, конечно же), при этом так же медленно принимаемся за газ.
4. «Дауншифтинг». Проще говоря, при понижении скорости важно понижать и передачи, точно так же, как осуществлялось их повышение при разгоне.
5. Задний ход. Никогда и ни при каких обстоятельствах не рекомендуется включать заднюю передачу до момента, пока авто не остановится.
Важные детали МКПП
6. Паркуемся. Мотор заглушен, выжато сцепление, включена первая передача, ручной тормоз в рабочем положении. Все просто.
Непонятно, трудно и нудно? Больше практики! Только при условии постоянного и непрерывного вождения описанные принципы и тонкости будут не просто сводом правил или законов, а чем-то естественным и понятным.
Заключение
Механической коробки передач устройство и принцип работы, как мы выяснили, довольно интересны, хоть вместе с тем и сложны для восприятия. Работает МКПП исключительно вкупе с двигателями внутреннего сгорания. Такой тип конструкции и принципов в управлении наделяет рассмотренный тип коробки передач определенными превосходствами перед своими аналогами, которые всё чаще начинают занимать лидирующие по продажам места на рынке. Однако не стоит забывать, что наиболее практичной, хоть и не совсем на первый неопытный взгляд простой в использовании, является именно МКПП.
Познакомьтесь с «механикой» поближе, и вы будете приятно удивлены!
Выводы про МКПП
Механическая коробка передач: принцип работы
«Механика»: 120 лет в машиностроении
Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.
Предназначение коробки передач
Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.
Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.
Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.
Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.
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. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.
Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.
Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».
Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».
Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».
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. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.
Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют 5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.
С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.
Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.
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.
На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.
В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.
На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.
С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.
Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.
В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.
Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).
Последовательность работы МКПП. Роль синхронизаторов
Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.
Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.
Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.
В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.
До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.
Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.
Что такое МКПП в автомобиле
Современный автомобиль является сложным решением, которое состоит из большого количества различных узлов, механизмов и агрегатов. В конструктивном плане, машина сконструирована из тысяч всевозможных деталей. Что касается агрегатов, в основе любого ТС лежит двигатель и трансмиссия.
Если говорить о трансмиссии, основным элементом является коробка передач, которая осуществляет преобразование крутящего момента двигателя с последующей передачей указанного момента на ведущие колеса.
При этом коробки бывают разными: МКПП, АКПП, РКПП, CVT и т.д. Далее мы рассмотрим МКПП в машине, что это такое, а также преимущества и недостатки трансмиссии данного типа.
Читайте в этой статье
Коробка МКПП: особенности
Итак, дословно МКПП — механическая коробка переключения передач. Также данный тип трансмиссии называется просто коробка — механика или ручная коробка передач, механическая КПП и т.д.
Основным отличием от других типов трансмиссии (как правило, автоматических) является то, что на МКПП водитель самостоятельно выбирает и переключает передачи в соответствии с оборотами двигателя, нагрузками на ДВС, условиями движения и рядом других факторов.
Если иначе, механическая коробка переключения передач МКПП — агрегат, который предназначен для ступенчатого изменения передаточного отношения, причем переключение передачи осуществляется водителем вручную.
Общее назначение любой коробки (как МКПП, так и других типов трансмиссий) заключается в преобразовании крутящего момента. Такая необходимость обусловлена тем, что ДВС имеет ограниченный диапазон оборотов, который оказывается более узким по сравнению с тем диапазоном, в котором на практике могут вращаться колеса автомобиля.
Также двигатель развивает крутящий момент и максимальную мощность на разных оборотах, (максимум крутящего момента обычно доступен на средних оборотах, тогда как максимальная мощность достигается на высоких оборотах).
Например, рабочий диапазон мотора составляет 6 тыс. об/мин, при этом обороты макс. крутящего момента составляют 3 тыс. об/мин, а максимальной мощности 5900-6000 тыс. об/мин. Так вот, трансмиссия позволяет двигателю работать в оптимальных условиях применительно к постоянно меняющимся условиям движения.
На автомобиле с механической трансмиссии изменение ступеней (скоростей, передач, имеющих разное передаточное число), необходимо выполнять самостоятельно. При этом выделяют высокие и низкие передачи (повышенные и пониженные).
- Низкие передачи (пониженные) нужны для старта и последующего разгона, при движении с малой скоростью, а также при езде, когда автомобиль испытывает нагрузки (например, буксировка прицепа) преодолевает затяжные подъемы, препятствия и т.д.
В этом случае передаточное отношение низких передач подобрано так, чтобы двигатель «выдавал» высокий крутящий момент на средних оборотах. При этом машина не сможет набрать высокую скорость даже при учете того, что двигатель будет раскручен до высоких оборотов.
- Что касается высоких передач (повышенных), для движения с высокой скоростью нужно обеспечить более высокую частоту вращения колес при одновременном удержании оборотов двигателя в среднем диапазоне. Также для поддержания набранной скорости и увеличения скорости необходима мощность двигателя, которая достигается на более высоких оборотах.
Высшие передачи имеют меньшие передаточные числа по сравнению с низкими передачами, что позволяет автомобилю двигаться быстро даже на средних оборотах и ускоряться вплоть до достижения максимальных оборотов.
При этом на повышенных передачах машина не может двигаться с невысокой скоростью (для каждой передачи существует условный минимум скорости и оборотов, при которой на выбранной ступени мотор еще не глохнет). Также на высоких передачах авто не способно трогаться с места и т.д., так как двигатель не способен «выдать» нужный крутящий момент.
Так вот, в случае с МКПП в салоне имеется переключатель скоростей в машине. В отличие от селектора АКПП, называется данный элемент рычаг КПП, ручка КПП и т.д. Также в машинах с такой коробкой кроме педалей газа и тормоза присутствует педаль сцепления.Перед включением каждой передачи водитель сначала выжимает сцепление, затем выбирает нужную передачу и переводит рычаг КПП в положение включения данной передачи. Затем педаль сцепления можно отпустить.
Если сравнивать МКПП с автоматическими КПП, именно первый вариант дает полный контроль над автомобилем. Водитель может раскручивать двигатель до максимальных оборотов, активно применять различные приемы (например, торможение двигателем и коробкой), удерживать силовую установку в диапазоне необходимых оборотов, переключаться через одну или две ступени как «вверх», так и «вниз» и т.д.
Плюсы и минусы МКПП
На фоне других типов трансмиссий следует выделить ряд преимуществ коробки МКПП по сравнению с аналогами. Прежде всего, конструкция дешевая, простая, вполне ремонтопригодная и надежная.
Машины с МКПП изначально дешевле, также «механика» не требует дорогостоящего обслуживания в процессе эксплуатации. Данный агрегат имеет небольшое количество трансмиссионного масла (зачастую, 2-3 литра), саму смазку нужно менять каждые 60 тыс. км.
При этом ресурс при должном уходе и соблюдении правил эксплуатации вполне может доходить до отметки в 250-300 тыс. км и выше. Еще можно добавить, что на водителя не накладываются особые ограничения в рамках эксплуатации авто с МКПП.
Машину можно заводить с «толкача», свободно буксировать автомобиль без вывешивания ведущих колес, буксировать прицеп и другие авто, подвергать трансмиссию различным нагрузкам (буксовать, преодолевать препятствия на дороге и т.д.).
Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, МКПП или АКПП. Из этой статьи вы узнаете, какая коробка передач лучше, «механика» или «автомат», а также в каком случае лучше остановить свой выбор на том или ином типе трансмиссии.Единственное, из строя при повышенных нагрузках может выходить сцепление, ресурс которого обычно составляет 100-150 тыс. км., а также иногда возникают проблемы с кулисой и отдельными элементами.
- Теперь о минусах «механики». Прежде всего, МКПП предполагает прямое управление всеми процессами самим водителем. На практике это создает определенные неудобства, особенно для новичков.
Также при езде на механике водитель постоянно отвлекается на переключение передач, необходимо правильно подбирать ступень с поправкой на различные дорожные условия и т.д. В результате даже опытные автолюбители допускают ошибки, что приводит к преждевременным поломкам МКПП, усиленному износу трансмиссии и двигателя, а также в отдельных случаях к ДТП.
Что в итоге
Как видно, механическая коробка передач МКПП является разновидностью трансмиссии, где водитель переключает передач вручную. Такая коробка имеет относительное простое устройство, не требует дорогостоящего обслуживания, а также отличается высокой надежностью и большим ресурсом.
Рекомендуем также прочитать статью о том, чем отличается коробка робот от автомата. Из этой статьи вы узнаете об основных отличиях коробки АТ от АМТ, какие плюсы и минусы имеют данные типы КПП, а также что лучше выбрать.Основным недостатком МКПП по сравнению с другими типами трансмиссий можно считать сложность в управлении ТС, которое оборудовано «механикой». От водителя требуется особое умение трогаться на машине с механической коробкой, важен правильный выбор передачи при езде, а также навыки обращения с такой коробкой в различных дорожных ситуациях и условиях.
Читайте также
Трансмиссия — Википедия
Трансми́ссия (силовая передача) — ( от лат. transmissio — пересылка, передача) в машиностроении совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колёсами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка, а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач) входит в состав силового агрегата.
Совокупность агрегатов, соединяющих мотор с рабочим органом станкаВ состав трансмиссии автомобиля в общем случае входят:
Также, опционально в трансмиссии автомобиля могут быть:
В состав трансмиссии гусеничных машин в общем случае входят:
Ременная трансмиссия от локомобиля к сельскохозяйственной машине
Редукторы и валы в трансмиссии от водяного колесаК трансмиссиям транспортных средств предъявляются следующие требования:
- обеспечение высоких тяговых качеств и скорости машины при прямолинейном движении и повороте;
- простота и лёгкость управления, исключающие быструю утомляемость водителя;
- высокая надёжность работы в течение длительного периода эксплуатации;
- малые масса и габаритные размеры агрегатов;
- простота (технологичность) в производстве, удобство в обслуживании при эксплуатации и ремонте;
- высокий КПД;
- в машинах высокого класса добавляется требование бесшумности.
По способу передачи и трансформирования момента трансмиссии делятся на механические, гидромеханические и электромеханические.
Механические трансмиссии[править | править код]
В механических трансмиссиях мощность на всех режимах работы мотора передаётся только посредством различных механических передач вращательного движения: зубчатых передач, цепных передач, планетарных передач, фрикционных муфт, валов, шарниров, и т. п. Механические трансмиссии обладают наивысшим КПД среди прочих, наименьшей массой, наиболее просты в производстве.
Термин «механическая трансмиссия» в речевом обиходе может иметь двойное толкование. Ввиду того, при рассмотрении конструкции автомобиля в контексте оценки его потребительских или эксплуатационных качеств одним из наиболее важных параметров является тип коробки передач, под механической трансмиссией машины нередко понимается трансмиссия именно с механической коробкой передач — то есть, коробкой, в которой отсутствует какая-либо вспомогательная гидравлика или электроника, а переключение передач осуществляется водителем. А вся совокупность элементов, передающих мощность от двигателя к колёсам, в таком случае называется просто «трансмиссия» без дополнительного определения «механическая». То есть, тип и конструкция коробки передач оказывается решающим для классификации трансмиссии конкретной машины. Антиподом механической трансмиссии при использовании критерия оценки по типу коробки передач является автоматическая трансмиссия (см.ниже). Эта классификация на два класса широко распространена не только в разговорах, но и в технической литературе, посвящённой автомобилям, и ввиду этого имеет право на существование. Но при этом она вносит неопределённость в такие вопросы, как например, к какому типу относить некоторые танковые трансмиссии с планетарными неавтоматическими коробками передач (танк Т-72, танк Чифтен), в которых мощность от двигателя к гусеницам передаётся только через механические передачи, но сама КП не является механической ни по конструкции, ни по общепринятому смыслу определения «механический».
Гидромеханические трансмиссии[править | править код]
В гидромеханических трансмиссиях по крайней мере на части режимов работы мотора мощность передаётся посредством кинетической энергии потока жидкости. Подобное усложнение трансмиссии обусловлено разными конструктивными целями, например, улучшением приспособляемости транспортного средства под различные условия движения, или устранение жёсткой связи между двигателем и движителем для снижения ударных нагрузок, фильтрации крутильных колебаний, облегчения управления. Гидромеханические трансмиссии применяются только на транспортных средствах и не применяются на технологических машинах (станках). В роли преобразователя потока мощности вращением в поток жидкости и обратно обычно используется гидротрансформатор (как в виде комплексной гидропередачи, так и без блокировки), реже — гидромуфта. Зачастую в составе гидромеханической трансмиссии будет присутствовать автоматическая коробка передач. В современных механизмах поворота гусеничных машин именно для целей поворота могут применяться гидрообъёмные насос-машины, позволяющие на некоторых режимах движения пропускать через себя практически всю передаваемую мощность.
При использовании комплексной гидропередачи гидромеханические трансмиссии имеют КПД близкий к КПД механической трансмиссии. В случае использования гидротрансформатора без блокировки или гидромуфту КПД может быть на уровне 0,8. Широко применяются на различных наземных транспортных средствах, от легковых машин до грузовых локомотивов.
Гидравлические трансмиссии[править | править код]
Гидромашина с наклонным блоком трансмиссии асфальтового каткаВ гидравлической трансмиссии вся мощность на всех режимах работы передаётся посредством различных объёмных насос-машин, в первую очередь — аксиально-плунжерных гидромашин. Механические передачи мощности вращением здесь играют вспомогательную роль или даже могут отсутствовать. Достоинства такой трансмиссии — малые габариты машин, малая масса и отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, что позволяет разносить их на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы. Недостаток гидрообъёмной передачи — значительное давление в гидролинии и высокие требования к чистоте рабочей жидкости.
Гидростатическая передача используется на дорожно-строительных машинах (особенно катках — из-за необходимости обеспечивать очень большое передаточное число, а также зачастую приводить вальцы с торца, построение механической передачи затруднено), как вспомогательная — на тепловозах, авиационной технике (благодаря малой массе и возможности размещать мотор далеко от насоса), металлорежущих станках.
Электромеханические трансмиссии[править | править код]
Электромеханическая трансмиссия для бензиново-гибридных автомобилей Toyota Prius и Lexus CT200hЭлектромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.
Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.
Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике — на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах («Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии правильнее называются теплоэлектробус, например ЗИС-154).
Автоматические трансмиссии[править | править код]
Под таковой в контексте применения на транспортных средствах понимается трансмиссия, способная автоматически изменять общее передаточное отношение потока передаваемой вращением мощности. В случае ступенчатого изменения передаточного отношения основным исполнительным узлом автоматической трансмиссии является автоматическая КП. В случае бесступенчатого — вариатор. Автоматическая трансмиссия может быть как механической, так и гидромеханической. Во втором случае в составе гидромеханической автоматической трансмиссии обязательно присутствует гидротрансформатор.
- Чобиток В. А., Данков Е. В., Брижинев Ю. Н. и др. Конструкция и расчёт танков и БМП. Учебник. — М.: Военное издательство, 1984
- Анатомия автомобиля: Трансмиссия
- Устройство тепловоза ТГМ6А — М., «Транспорт», 1980
Коробка передач автомобиля. Виды КПП
Коробка передач является важным узлом в устройстве автомобиля и предназначена для передачи мощности двигателя к ведущим колесам. В процессе передачи мощности, в виде крутящего момента, происходит его трансформация (увеличение или уменьшение), изменение направления и т.д. Второе предназначение коробки передач – отключение крутящего момента от трансмиссии, исключение – механическая коробка. В этом виде коробок отключение крутящего момента происходит при помощи отдельного узла – сцепления.
Рассмотрим ниже все концепты коробок передач, их основные плюсы и минусы, перспективы.
Различают основные виды коробок передач:
Механическая коробка управляется ручным способом, это более старый вид, но очень хорошо себя зарекомендовавший, особенно у водителей, которые любят ощутить всю мощь своего железного коня. Естественный недостаток таких КПП низкий КПД, из-за трения зубьев шестерен, сопротивления трансмиссионного масла.
Автоматическая коробка, так же известна и применяется давно в автомобилестроении. Переключение ступеней скорости происходит в автоматическом режиме, а вот команда на начало движения или движение задним ходом требует команды водителя. Как и у МКПП, у «автомата» небольшой КПД по тем же причинам и из-за наличия планетарных механизмов в устройстве коробки.
Любителями таких коробок являются, конечно, наши дамы. Многие просто не знают, что раньше существовала и третья педаль – сцепление. К дамам можно отнести и «американского потребителя», американцы очень редко покупают авто с механикой.
Как говорилось выше, МКПП наилучший вариант коробки, и даже роботизированная коробка передач изготовлена на её основе, но с автоматическим управлением. Управление «роботом» может даже подстраиваться под стиль вождения. Недостатки те же, что и у механики, а вот плюсов, гораздо больше. Применив два вала, удалось повысить КПД, уменьшить габаритные размеры, повысить надежность коробки.
Автолюбителям пришлась по душе роботизированная коробка, а для любителей механики или просто принципиальных противников РКПП, есть возможность перехода на ручной режим управления.
Вариатор – новое слово в коробках передач. Главным недостатком вариатора остается пока невозможность применения на более тяжелых моделях авто, чем малолитражки. Неоспоримое достоинство, это, конечно, простота, плавное изменение крутящего момента, довольно высокий КПД, поскольку отсутствуют пары шестерен передач, кроме «заднего хода».
Автолюбители разделились практически поровну, на скептиков и любителей вариаторов, но времена МКПП постепенно уходят в прошлое и, пока будущее за «роботом» и вариатором! А там поживем – увидим!
|
РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:
|
Какие бывают коробки передач
Механические
КОРОБКИ передач появились на заре автомобильной эры. Конструкция “механики” постоянно совершенствовалась и сейчас отработана до мелочей. Есть несколько видов МКПП. На машинах с продольным расположением двигателя обычно применяют трехвальные коробки. Главная их особенность – при включении прямой передачи (как правило, это четвертая ступень) входной и выходной валы жестко соединяются между собой. То есть потери мощности не происходит и экономичность автомобиля при равномерном движении улучшается. Но это преимущество сошло на нет с появлением в КПП повышающей передачи. Таким образом на сегодняшний день кроме удобства компоновки других достоинств у трехвальных коробок не осталось.
На моделях с поперечным расположением мотора используются так называемые двухвальные КПП. Такая конструкция проще и дешевле в производстве. Правда, при условии, что передач в коробке не более пяти. Однако инженеры стремятся как можно полнее использовать возможности двигателя. Поэтому на современных моделях можно встретить и шестиступенчатую “механику”. Построить ее по традиционной двухвальной схеме в силу компоновочных и технологических причин не всегда получается. Вот и приходится создателям дополнительно усложнять конструкцию. Но игра стоит свеч – такие коробки получаются компактными и позволяют поперечно разместить в подкапотном пространстве даже рядные шестицилиндровые моторы (как, например, у “Volvo S80”), но о простоте и дешевизне речи уже не идет.
Однако, в любом случае “механика” сохраняет свои главные преимущества – достаточно высокий коэффициент полезного действия и небольшую массу. Поэтому автомобили с МКПП более экономичны и обладают хорошей динамикой разгона.
“При обычной езде трансмиссия моего автомобиля работает достаточно тихо. Но если двигаться задним ходом, салон наполняется гулом. Причем чем выше скорость, тем громче шум. Кроме того, я обратил внимание, что иногда задняя передача включается с характерным хрустом. Так и должно быть или моя машина неисправна?
К. Сараев, Махачкала”.
– Скорее всего с вашей машиной все в порядке. Дело в том, что в механических КПП задняя передача обычно не синхронизирована. Поэтому автопроизводители разрешают включать ее только через 10-15 с после полной остановки автомобиля. Если же слышен хруст, значит, вы не выдержали требуемую паузу и при соприкосновении шестерен произошел удар.
Что касается нарастающего гула при езде задним ходом, то это тоже особенность “механики”. Как правило, ради упрощения и удешевления конструкции КПП шестерни задней скорости делают прямозубыми. Такая передача при работе издает сильный шум. Но поскольку задним ходом машина передвигается недалеко и достаточно редко, то инженеры обычно не обращают внимания на этот недостаток.
Автоматические
“Lexus LS460” первым в мире получил восьмиступенчатый “автомат”.
ТАКИЕ КПП стали широко применяться с середины прошлого века как альтернатива тогда еще неудобным в управлении механическим трансмиссиям. С тех пор с каждым годом автоматические коробки передач становятся все популярнее. Причем сегодня для многих престижных моделей МКПП не предусмотрена в принципе.
Такие коробки полностью избавляют водителя от заботы переключать передачи и нажимать педаль сцепления и тем самым сильно упрощают процесс управления автомобилем. Об этом главном преимуществе АКПП знают все. Но вдобавок “автомат” повышает долговечность других деталей и узлов трансмиссии, поскольку передачи переключаются плавно, без рывков и ударов. Да к тому же – без разрыва потока мощности, благодаря чему автомобиль стабильнее ведет себя на дороге.
Но за удобство надо платить. Конструкция автоматических коробок передач такова, что они изначально обладают множеством недостатков. Основной из которых – низкий коэффициент полезного действия. Дело в том, что гидротрансформатор, заменяющий у АКПП сцепление, способен эффективно работать лишь при определенных условиях. Стоит коробке выйти из этого оптимального для нее режима, как расход топлива у машины возрастает, а динамика разгона соответственно падает. С этой проблемой борются увеличением числа передач. Например, если еще недавно четыре ступени считались нормой, то сегодня “автомат” на автомобиле “Lexus LS460” имеет уже восемь передач.
Увеличение количества ступеней неизбежно влечет за собой усложнение управляющий электроники и гидравлики. А значит – растет стоимость и без того недешевой коробки. Кроме того, некоторых водителей раздражает своенравность “автомата”, который переключает передачи по своему усмотрению, да к тому же с заметной задержкой. Даже современная электроника, умеющая подстраиваться под стиль вождения, и “автоматы” с режимом “ручного” управления смогли побороть эти недостатки лишь отчасти.
Кроме того, АКПП требует грамотного обслуживания и бережного отношения. Несоблюдение правил ее эксплуатации может привести к дорогостоящему ремонту.
Тем не менее покупатели готовы платить за комфорт. Поэтому “автоматы” постепенно вытесняют МКПП. В частности, на рынке США львиная доля продаж приходится на машины с АКПП. “Механика” для заокеанских водителей – экзотика.
“Летом поехали с друзьями на пляж. Я случайно заехал на песок. При попытке тронуться с места ведущие колеса закопались и остановились. Двигатель продолжал работать, и при нажатии на педаль газа его обороты росли, но машина все равно не двигалась. Приятели сказали, что это особенность большинства “автоматов”. Они правы?
А. Антонов, Москва”.
– ПРАВЫ. В отличие от автомобилей с механической коробкой передач на моделях с “автоматом” нет жесткой связи между двигателем и колесами. Функции сцепления на таких машинах выполняет гидротрансформатор. Он напоминает полый внутри бублик, заполненный специальной жидкостью. Внутри у него три колеса с лопастями. Первое (насосное) связано с мотором, второе (турбинное) – с КПП, а третье (реактор) – неподвижно (оно перенаправляет поток масла). Когда двигатель работает, насосное колесо крутится, жидкость циркулирует внутри гидротрансформатора и, ударяясь о лопатки турбинного колеса, заставляет его тоже вращаться. Если же колеса встретят очень большое сопротивление (как в вашем случае), то турбинное колесо просто остановится и двигатель начнет крутить насосное колесо вхолостую.
Роботизированные
Роботизированные коробки передач обычно ставят на компактные доступные модели типа “Peugeot 107”.
ПОДОБНЫЕ устройства – это компромисс между механическими и автоматическими коробками передач. От первых “роботы” позаимствовали техническую “начинку”, от вторых – удобство управления. По су ти, это обычные МКПП, в которых по команде электроники сервоприводы выжимают сцепление и переключают передачи.
В итоге роботизированные КПП получаются проще и дешевле традиционных “автоматов”, но сравниться с ними по плавности и четкости работы, особенно при активной езде, тем не менее не могут. Поэтому сегодня “роботов” применяют в основном на недорогих массовых моделях (например, “Peugeot 107”). Исключение – эксклюзивные суперкары, например “Bugatti EB 16.4 Veyron”. Управляющая электроника на таких моделях справляется с переключением передач лучше иного опытного водителя. Но стоят подобные устройства очень дорого.
Особняком среди роботизированных коробок передач стоит трансмиссия DSG (“Direct Shift Gearbox”) фирмы “Borg Warner”, которую использует концерн “Volkswagen” на многих своих моделях. Подробно об этой КПП мы недавно рассказывали, поэтому лишь напомним, что она переключает передачи так же плавно и быстро, как “автомат”, сохраняя при этом хорошую топливную экономичность и динамику разгона. Но высокая стоимость такой коробки не позволяет применять ее на недорогих моделях.
“У меня автомобиль с роботизированной коробкой. В инструкции сказано, что при парковке надо включать нейтральную передачу и ставить машину на “ручник”. Но соседи по стоянке говорят, что зимой так делать не стоит. Мол, тормозные колодки примерзнут, и я не смогу тронуться с места. Как быть в такой ситуации?
И. Фомова, Санкт-Петербург”.
– ДЕЙСТВИТЕЛЬНО, колодки могут примерзнуть. Причем скорее даже не зимой, а в межсезонье, когда днем влажно и относительно тепло, а ночью – заморозки. Однако избежать подобной проблемы очень просто. Приехав на стоянку, надо всего лишь заглушить двигатель при включенной передаче. Но помните, что при таком положении рычага мотор не заведется. Поэтому перед запуском, как и предписывает инструкция, обязательно переведите селектор в режим “нейтраль”.
Вариаторы
Вариаторы пока используют только с относительно маломощными двигателями. Например, на “Audi A8” бесступенчатая трансмиссия предлагается только для версий с шестицилиндровыми моторами.
ЭТО особый вид автомобильных трансмиссий, интересный тем, что в такой коробке передач нет вообще. Передаточное число здесь меняется бесступенчато, в зависимости от нагрузки на двигатель и ряда других параметров. В результате мотор всегда работает в оптимальном режиме. Например, при равномерном движении – на оборотах максимальной мощности. В итоге без ущерба для динамики снижается расход топлива.
Вариаторы уже давным-давно применяются на мотороллерах и другой легкой двухколесной технике, но на автомобилях бесступенчатые трансмиссии стали широко использоваться относительно недавно – в конце прошлого века. Дело в том, что крутящий момент в таких “коробках” обычно передает специальный ремень. “Переварить” большую мощность он просто не может. Ремень начинает проскальзывать по шкивам. Автопроизводители пытаются решить проблему разными способами. Например, “Audi” вместо ремня использует особую цепь, а “Nissan” на некоторых своих моделях применяет тороидный вариатор. Тем не менее для многолитровых моторов бесступенчатая трансмиссия, как правило, не подходит.
И это не единственная проблема вариаторов. Потери мощности в таких “коробках” все же есть, поэтому экономичность и динамика разгона у машин с подобной трансмиссией все же чуть хуже, чем у аналогичных моделей с МКПП. К тому же не всем нравится то, что вариатор всегда поддерживает постоянные обороты двигателя. Ведь при разгоне, вместо того чтобы постепенно раскручиваться, мотор сразу выходит на максимальные обороты и все время работает на них, монотонно гудя. В результате у человека за рулем создается впечатление, будто машина ускоряется недостаточно быстро. Поэтому многие автомобильные компании на свои модели ставят вариаторы с режимом ручного переключения виртуальных передач.
Бесступенчатые трансмиссии очень удобны в управлении. Ведь режимы работы у них выбираются, как и у обычных “автоматов”, – с помощью селектора. При этом по сравнению с АКПП вариаторы относительно просты и недороги. Поэтому в будущем такие трансмиссии скорее всего найдут самое широкое распространение.
“Я знаю, что в случае поломки автомобили с АКПП разрешено буксировать только на небольшие расстояния и с ограниченной скоростью. А распространяются ли подобные требования на машины с вариаторами?
М. Васиков, Сургут”.
– ДА, распространяются. По словам специалистов, к автомобилям с бесступенчатыми трансмиссиями при буксировке применимы все те же требования, что и для моделей с “автоматами”. Причина так же сходна – из-за недостаточного давления в системе смазки возможны перегрев и поломка вариатора. Поэтому перед тем, как тащить неисправную машину на буксире, обязательно изучите ее инструкцию по эксплуатации.
- Автор
- Юрий УРЮКОВ
- Издание
- Клаксон №20 2007 год
- Фото
- фото фирм-производителей