Механическая коробка ПП
Механическая коробка переключения передач (МКПП) – механизм, осуществляющий ступенчатое изменение передаточного отношения, после выбора передачи водителем (оператором). Переключение передач ведется вручную. На данный момент, механическая коробка переключения передач является самым популярным устройством для регулирования крутящего момента двигателя.
Крутящий момент в МКПП изменяется ступенями, поэтому она относится к ступенчатым коробкам. Передача или ступень – это пара взаимодействующих шестерен. Каждая передача обеспечивает вращение со своей, определенной угловой скоростью, или, как можно сказать, обладает своим передаточным числом т.е. отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Таким образом, высшая передача имеет наименьшее передаточное число, а низшая передача – наибольшее передаточное число.
В зависимости от количества ступеней
различают следующие конструкции:
• четырехступенчатая коробка передач;
• пятиступенчатая коробка передач;
• шестиступенчатая коробка передач;
• и далее.
Самая популярная на сегодняшний момент – пятиступенчатая коробка передач.
Конструкции МКПП подразделяют на два вида:
• трехвальная коробка передач;
• двухвальная коробка передач.
Трехвальную коробку передач устанавливают, как правило, на заднеприводные автомобили, а двухвальную — на переднеприводные.
Предыстория…
Как мы уже говорили в предыдущей статье «Коробка переключения передач», главной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что нужную рабочую мощность они способны развивать лишь при небольшом диапазоне частот. Именно поэтому, для изменения крутящего момента двигателя обязательно необходимо использование специального механизма.
Самое интересное заключается в том, кому принадлежит идея изобретения этого механизма. По общеизвестным данным, до создания этого устройства, первым додумался Карл Бенц, получивший в 1886 году патент на автомобиль. Через пару лет, его жена, Берта, вместе с сыновьями, тайно отправилась к своей матери, которая жила, без малого, в 80 километрах от них. Множество хлопот Берте вызвали несовершенства конструкции этого автомобиля. Маломощность автомобиля являлась главным его недостатком. Дело даже доходило до абсурда, ведь Берте с пассажирами приходилось толкать автомобиль с 0,8-сильным двигателем под горку самостоятельно. Даже и речи нет об удобстве. Помимо малой мощности, автомобиль страдал и быстроизнашивающимися кожаными тормозными механизмами. В результате, после этой поездки, Карл Бенц установил на автомобиль дополнительную передачу.
Превью — увеличение по клику.
По нынешним меркам, первое устройство имело очень примитивную конструкцию. Оно состояло всего из двух шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущей оси и соединены с валом двигателя ремнем. При необходимости, с помощью рычагов, ремень переставлялся с одного шкива на другой. В результате, даже такой простой механизм, позволял регулировать крутящий момент на ведущих колесах. При вращении большого колесного шкива, меньшим шкивом, расположенным на валу мотора, крутящий момент двигателя увеличивался. Это соединение использовалось для того, чтобы тронуться с места. Когда же диаметр шкива на оси был меньше, чем на валу двигателя, то угловая скорость колес возрастала, а усилие двигателя уменьшалось. Немного позже, ремень был заменен на более износостойкую цепь, а вместо шкивов использовали звездочки. Наверное, такой механизм известен всем, ну, по крайней мере тем, кто хоть раз катался на велосипеде.
Устройство коробки передач.
Трехвальная коробка передач:
• ведущий (первичный) вал;
• шестерня ведущего вала;
• промежуточный вал;
• блок шестерен промежуточного вала;
• ведомый (вторичный) вал;
• блок шестерен ведомого вала;
• муфты синхронизаторов;
• механизм переключения передач;
• картер (корпус) коробки передач.
Ведущий вал предназначен для соединения со сцеплением. На валу прорезаны пазы для ведомого диска сцепления. От ведущего вала, крутящий момент предается через шестерню, которая в данный момент зацеплена с ним.
Промежуточный вал параллелен первичному. На валу расположен блок шестерен, находящихся в жестком зацеплении с ним.
Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим. Это возможно благодаря торцовому подшипнику на ведущем валу, который включает ведомый вал. Блок шестеренок ведомого вала не закреплен с валом и свободно вращается на нем, но блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а еще и шестерня ведущего вала находится в постоянном зацеплении.
Муфты синхронизаторов расположены между шестернями ведомого вала. Их работа основана на выравнивании угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. За счет шлицевого соединения, муфты могут двигаться продольно по ведомому валу, поскольку имеют с ним жесткое зацепление. Торцы муфт имеют форму зубчатых венцов, которые входят в соединение с соответствующими зубчатыми венцами шестерен ведомого вала. Сейчас, новые коробки передач, оборудованы синхронизаторами на всех передачах.
Механизм переключения трехвальной коробки передач расположен на корпусе коробки. Он состоит из ползунов с вилками и рычага управления. Блокиратор необходим, для того, чтобы предотвратить одновременное включение двух передач. Так же механизм переключения может иметь дистанционное управление.
Картер коробки передач необходим для размещения конструктивных частей и механизмов и для хранения масла. В качестве материла, для изготовления картера используют алюминиевый или магниевый сплав.
Двухвальная коробка передач:
• ведущий (первичный) вал;
• блок шестерен ведущего вала;
• ведомый (вторичный) вал;
• блок шестерен ведомого вала;
• муфты синхронизаторов;
• главная передача;
• дифференциал;
• механизм переключения передач;
• картер коробки передач.
Ведущий вал, как и в трехвальной коробке, служит для соединения со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестеренок. Ведомый вал, вместе с блоком шестерен расположен параллельно ведущему валу. Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и могут свободно вращаться на валу. К ведомому валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Муфты синхронизаторов расположены между шестернями ведомого вала.
Для уменьшения линейных размеров и увеличения числа ступеней, во многих конструкциях коробок передач устанавливается по два, и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, находящаяся в зацеплении с одной ведомой шестерней – так сказать, три главных передачи.
Крутящий момент от вторичного вала коробки передач к ведущим колесам автомобиля передают главная передача и дифференциал. При необходимости, дифференциал может обеспечивать вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм переключения передач двухвальной коробки, является дистанционным, так как располагается отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом осуществляется за счет различных тяг или тросов. Самым простым является соединение при помощи тросов, именно поэтому его чаще используют в механизмах переключения.
Механизм переключения передач двухвальной коробки
имеет следующее устройство:
• рычаг управления;
• трос выбора передач;
• рычаг выбора передач;
• трос включения передач;
• рычаг включения передач;
• центральный шток переключения передач с вилками;
• блокирующее устройство.
Выбор передачи осуществляется за счет поперечного движения рычага управления, относительно оси автомобиля, а включение передачи – продольное движение рычага, т.е. к конкретной передачи.
Принцип работы трехвальной механической коробки передач
В нейтральном положении рычага управления, не происходит передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса. С перемещением рычага управления, происходит соответствующее перемещение муфты синхронизатора. Муфта же, в свою очередь, обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. Уже после, зубчатый венец муфты зацепляется с венцом шестерни и происходит блокировка шестерни ведомого вала. В итоге, коробка передач осуществляет передачу оборотов с двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Задний ход обеспечивается соответствующей передачей коробки. Сменить направление движения, удается благодаря промежуточной шестерни заднего хода, которую устанавливают на отдельной оси.
Принцип работы двухвальной механической коробки передач
Двухвальная и трехвальные коробки передач работают по схожему принципу, главное в чем они отличаются – особенности работы механизма переключения передач.
Все, что требуется от оператора (водителя), это изменять положение рычага, двигая им продольно или поперечно. Передвигая рычаг поперечно, усилие передается на трос выбора передач. Тот же, воздействует на рычаг выбора передачи. Рычаг, в свою очередь, поворачивает центральный шток вокруг оси и, таким образом, позволяет выбрать передачу.
При продолжении поперечного движения рычага, усилие передается на трос переключения передач, а далее на рычаг переключения передачи. За счет движения рычага, происходит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и блокирует шестерню ведомого вала. В итоге, крутящий момент передается от двигателя на ведущие колеса.
Топ-5 заблуждений о механической коробке передач
Парк автомобилей с механической КПП в России весьма солидный по своим размерам, в нем много не только возрастных машин, но и относительно современных авто, оснащенных «механикой». У машин с механическими коробками передач много приверженцев, людей, которые считают, что автомобиль на «ручке» лучше управляется, он более отзывчив на действия водителя. А среди механиков бытует мнение, что механические коробки передач менее проблемные, чем те же АКПП, и более ремонтопригодные. Так ли это?
Юрий Зубко/РГ
Автомобилисты с небольшим стажем вождения часто выбирают себе автомобиль с автоматической коробкой передач. Они знают, что для езды в городских условиях такой вариант — наиболее удобный. Тогда как любители «механики» — это зачастую люди, которые эксплуатируют или специализированные автомобили, или часто ездят в особых условиях.
С прошлых лет еще живет убеждение в том, что по стоимости обслуживания механические коробки — одни из самых доступных. Это было справедливо, например, для прежних «ВАЗов», у которых еще лет 20 тому назад обслуживание коробки ограничивалось заменой раз в 150 тыс. километров диска сцепления и выжимного подшипника.
Но не забываем, что на таких машинах массово использовались самые обычные механические коробки. На современных автомобилях, не только премиального уровня, но и более бюджетного С-сегмента, где во главу угла становится комфорт передвижения, используемые МКПП — это чаще всего «коробки» с 2-массовым маховиком. В зависимости от условий эксплуатации автомобиля такая коробка передач «ходит» от 120 до 150 тыс. км. После этого приходится или ремонтировать КПП или проводить ее замену. Надо понимать, что ремонт маховика — весьма затратное дело, да и покупка нового оригинального компонента также может обернуться ощутимыми затратами.
Бытует ошибочное мнение, что масло в МКПП менять не надо, и что оно работает одинаково хорошо на всем сроке службы «коробки». Но масло все же нужно менять, хотя и делать это можно намного реже, чем в случае с автоматической коробкой передач.
Лучше проводить замену масла в МКПП на пробеге 70-80 тыс. км. Часто автопроизводители, чтобы снизить затраты, используют для первой заливки в механические КПП не самое качественное и надежное масло. Так что в интересах автовладельца — поменять его на более качественный продукт. Скорее всего, переход на более прогрессивное, синтетическое масло улучшит работу коробки и сделает плавным переключение передач. Регулярно меняя масло в МКПП, можно продлить срок ее службы, так как вместе с маслом из узла будут уходить и продукты износа компонентов «коробки». Кроме того, хорошее масло будет лучше смазывать элементы трансмиссии и снизит риски, которые возникают из-за перегрева узла.
Ошибочно считать автомобили с МКПП наиболее экономичными по расходу топлива. В этом случае возможность снизить расход отчасти зависит от привычек автомобилиста и от его манеры езды. Однако все равно этого недостаточно, чтобы заметно повлиять на потребление горючего. И современные механические коробки передач, впрочем, так же, как и автоматические КПП и вариаторы, назвать экономичными едва ли можно. В этом смысле «механика» сильно уступает все той же роботизированной КПП с двумя сцеплениями.
А что с надежностью МКПП? Этот стереотип прочно укрепился среди автомобилистов. Однако и это по большей части миф, который происходит от старых, самых простых механических КПП. На деле же, если сама по себе коробка обычно служит долго, то ее основные компоненты — диск сцепления, корзина сцепления, выжимной подшипник, маховик — подвержены износу и требуют замены раз в 120-150 тыс. км.
Некоторые специалисты авторемонтной сферы убеждены, что именно механическая коробка передач является самой перспективной с точки зрения развития новых технологий. Однако это не совсем так. За годы развития технологий механической трансмиссии производители автокомпонентов, кажется, «выжали» максимум из этого узла. Они делали его отдельные элементы наиболее оптимальными и по конструкции, и по сроку службы, чтобы современные автомобили на «механике» работали наиболее комфортно, безопасно, и по возможности экономично и экологично. С точки зрения работы всего узла его дальнейшая эволюция на уровне лучшего функционирования отдельных компонентов уже сильно сомнительна. Вряд ли можно увеличить быстроту переключения передач и еще больше снизить вибрации в коробке.
С точки зрения эволюции автомобильной трансмиссии больше шансов выйти на новую ступень развития у роботизированной 2-дисковой коробки. Эта коробка уже отличается плавностью в переключении передач, так что инженерам остается придумать решение для того, чтобы увеличить ее надежность.
Механическая КПП: виды, конструкция, принцип работы
Название «механическая коробка передач» было дано агрегату из-за использования данного способа переключения. Новичкам часто достаточно сложно научиться быстро управлять автомобилем с МКПП в отличие от «автомата». Однако трансмиссии этого типа отличаются надежностью. «Механика» имеет довольно простую конструкцию, также можно выделить ее ремонтопригодность. При этом в автомобилестроении механическая коробка передач сегодня утратила лидирующие позиции.
Принцип работы
Используемый в работе МКПП принцип заключается в передаче на первичный вал крутящего момента. Передача осуществляется от двигателя через сцепление. В конструкции механической коробки передач есть пары шестерен, которые между собой взаимодействуют. С помощью этих пар (ступеней) крутящий момент преобразуется для последующей передачи на колеса. Ступени имеют свое передаточное число. Так происходит преобразование скорости вращения и крутящего момента коленчатого вала ДВС. Различают понижающие и повышающие передачи. Первые крутящий момент увеличивают, при этом происходит уменьшение скорости вращения. Включение повышающей передачи, наоборот, уменьшает крутящий момент.
Пары состоят из двух шестерен, входной и выходной. Передаточное число зависит от количества зубьев. Понятно, что у шестерни большего диаметра и количество зубьев будет больше, здесь существует прямая зависимость. В качестве примера можно привести первую передачу с самым большим передаточным числом. У этой пары шестерен минимальный размер имеет входная, расположенная на первичном валу. Максимальный размер имеет выходная шестерня первой передачи. Поток мощности, который передается от мотора, при переключении скоростей МКПП нужно прервать. Для этого водитель нажимает педаль сцепления. Автомобиль с механической коробкой передач начинает движение с включения первой передачи.
Примечание: некоторые модели тяжелых грузовых автомобилей могут начинать движение со второй передачи.
Водитель рукой устанавливает селектор рычага переключения передач в нужное положение. Дальнейшее переключение на повышенные передачи выполняется водителем последовательно. Необходимо учитывать скорость автомобиля и показания тахометра. Это связано с тем, что каждому диапазону оборотов двигатель соответствует определенная передача.
Разновидности МКПП
Механические КПП различают по количеству передач. К числу основных относятся коробки с 4, 5 и 6 ступенями. Большинство автомобилей с механикой в мире выпускается с трансмиссией 5МТ, другими словами, с 5-ступенчатой МКПП.
Выпускаются механические коробки передач с двухвальной и трехвальной конструкцией. Первые предназначены для легковых автомобилей с передним приводом. Вторые устанавливают на грузовики и легковые автомобили с задним приводом.
Особенности конструкции
Конструктивно отличаются друг от друга двухвальная и трехвальная коробки передач. Есть различия и в принципе работы. Двухвальная трансмиссия состоит из первичного и вторичного валов. Эти валы также называют ведущим и ведомым. Отличием конструкции трехвальной МКПП является промежуточный вал. В агрегате также есть шестерни первичного и вторичного валов. Остальные детали конструкции коробки передач: картер, главная передача, синхронизаторы, механизм выбора передач, дифференциал.
Особенности конструкции двухвальной МКПП
В двухвальных коробках передач, которые относятся к самым распространенным, на первичный вал агрегата крутящий момент поступает от мотора через муфту сцепления. В разных конструкциях механических КПП некоторые из шестерней жестко закрепляются на двух валах. Остальные шестерни свободно вращаются.
Важно: по меньшей мере один синхронизатор устанавливается как на первичном, так и вторичном валах.
Постоянным является зацепление шестерен двух валов. Для понимания, находится ли шестерня в зафиксированном положении, надо просто посмотреть на них ― свободно вращаются шестерни, находящиеся около синхронизаторов.
Особенность конструкции ― жесткое закрепление шестерни главной передачи на вторичном валу. Задача главной передачи и дифференциала состоит в передаче крутящего момента к колесам автомобиля. При этом дифференциал придает колесам разную угловую скорость.
В корпусе МКПП находится механизм выбора передачи. Перемещение синхронизатора выполняется с помощью штоков и вилок. Предусмотрена защита от попытки включения двух передач одновременно.
При рычаге переключения передач в нейтральном положении не происходит передачи крутящего момента на ведущие колеса. Это означает, что шестерни на валах не зафиксированы.
Включая передачу, водитель переводит синхронизатор с помощью нужной вилки. Перемещение осуществляется через систему тяг или тросиков.
Функция муфты заключается в синхронизации угловых скоростей определенной шестерни и вала, на котором муфта установлена.
Передача крутящего момента с ведущего на ведомый вал происходит при зацеплении синхронизатора с шестерней.
Важно: крутящий момент передается от силового агрегата на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Автомобиль может двигаться задним ходом, для этого задействуется дополнительный вал, на котором установлена промежуточная шестерня заднего хода.
Особенности конструкции трехвальной МКПП
Отличительная особенность трехвальной трансмиссии ― наличие в конструкции дополнительного промежуточного вала. Передача крутящего момента происходит с первичного вала, который соединен со сцеплением, на третий вал. Для передачи задействована нужная шестерня.
Важно: зацепление валов не прерывается, оно постоянно. Это обеспечивается жесткой фиксацией шестерен на промежуточном валу, параллельном ведущему валу.
В установленный на первичном валу упорный подшипник входит ведомый вал. Получается, что оба вала, первичный и вторичный, находятся на одной оси. Особенность вторичного вала в том, что его шестерни имеют свободный ход, отсутствует жесткая фиксация с валом. Между шестернями промежуточного и ведомого валов есть постоянное зацепление. При нахождении селектора рычага переключения передач в нейтральном положении происходит передача крутящего момента от ведущего вала на промежуточный. Затем крутящий момент передается на шестерни ведомого вала. Однако свободное вращение этих шестерен не может заставить автомобиль начать движение.
Функция синхронизаторов, жестко закрепленных на валу между шестернями и имеющих возможность зубчатому соединению перемещаться в осевом направлении, состоит в том, чтобы выравнивать угловые скорости шестерен с угловой скоростью ведомого вала. Выравнивание угловых скоростей происходит за счет использования силы трения.
В трехвальной трансмиссии механизм переключения установлен в корпусе КПП. В состав механизма входят штоки с вилками, рычаг управления и устройство, позволяющее блокировать возможность включения сразу двух передач.
Выпускаются механизмы с дистанционным управлением с помощью кулисы или шарнирных тросов.
В двухвальной и трехвальной трансмиссиях используется аналогичный принцип включения передач.
Роль синхронизаторов
Задача синхронизатора заключается в обеспечении безударного включения передач. Это достигается путем выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Элементы синхронизатора: муфта, кольца блокировочные и проволочные (по два), три сухаря.
При включении передачи перемещение муфты к соответствующей шестерне выполняется с помощью вилки. Сначала туда передвигается блокировочное кольцо. Появляется сила трения, благодаря которой происходит поворот блокировочного кольца из-за разности угловых скоростей элементов. Кольцо поворачивается до упора. Затем должны выровняться угловые скорости, после этого муфта двигается дальше и происходит зацепление.
Достоинства и недостатки механической КПП
Среди достоинств МКПП надо назвать:
- меньшую, по сравнению с другими видами трансмиссий, стоимость;
- меньшую массу КПП;
- высокий КПД;
- высокую динамику разгона автомобиля;
- топливную экономичность;
- простоту и ценовую доступность обслуживания.
Важные достоинства механической КПП ― возможность буксировки автомобиля и достаточно эффективное движение в условиях бездорожья.
Однако у МКПП есть и ряд недостатков:
- механические КПП не могут обеспечить такой же уровень комфорта, как другие трансмиссии;
- более сложный и требующий внимания процесс переключения передач;
- плавность хода автомобиля с МКПП хуже, чем у других трансмиссий;
- сцепление требуется периодически менять.
Выводы
Механическая КПП надежна и экономична. Такая трансмиссия отлично подойдет любителям быстрой езды и поездок по бездорожью. Для водителей, готовых «обменять» эти достоинства на меньший в сравнении с другими КПП комфорт, покупка автомобиля с МКПП ― очевидное решение.
Коробка переключения передач
Коробка переключения передач, или трансмиссия, в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания служит для изменения частоты крутящего момента, в больших пределах, чем может двигатель. Также агрегат служит для обеспечения движения автомобиля задним ходом.Сегодня существует два вида трансмиссии – механическая и автоматическая. На создание и усовершенствование этих функциональных устройства автомобиля понадобился фактически целый век.
Впервые коробку передач изобрел Карл Бенц – автор первых автомобилей. История рассказывает, что супруга инженера отправилась на его первом автомобиле в длительную поездку по тем временам поездку – 80 км. Справиться с автомобилем было крайне тяжело – он не хотел двигаться самостоятельно под горку, даже если наклон был незначительным. Тогда Карл Бенц добавил в конструкцию дополнительную передачу. Механизм был невероятно прост – два шкива разного диаметра были расположены на ведущей оси, ремень соединял их с валом двигателя. Даже такое примитивное устройство позволяло увеличить скорость колес, а значит более уверенно тронуться с места. Позже ремень был заменен на более прочную цепь из металла.
Карл Бенц
Сегодня механическая коробка передач имеет сложную конструкцию – она состоит из нескольких валов, рычагов переключения, шестеренок и других деталей. Современные механические трансмиссии бывают 4-х ступенчатыми, 5-ти ступенчатыми, 6-ти ступенчатыми и даже более.Автоматическая коробка передач отличается от механической тем, что здесь для переключения скоростей не требуется участия водителя, рычаг переключения не нужно использовать постоянно. Принцип работы такой трансмиссии также иной – роль сцепления здесь играет гидротрансформатор.
Автоматическую коробку передач изобрели также довольно рано – 1928 году. Однако изобретение достаточно долго существовало лишь на бумаге. Лишь в 1947 году этот тип трансмиссии был впервые использован на автомобиле Buick Roadmaster.
Buick Roadmaster
В 1960 году в США утвердили общепринятый тип переключения АКПП – P-R-N-D-L, который известен нам и сегодня. Изменение положения рычага регулирует работу приводного вала и гидротрансформатора, в результате чего автомобиль стоит неподвижно, движется с увеличением скорости, едет задним ходом или медленно передвигается без возможности разгона.Современные коробки передач создают комфорт во время передвижения, а также служат большей экономичности двигателя.