Устройство коробки передач

МКПП (механическая коробка передач)

МКПП, она же механическая коробка передач, иногда, в кругах автомехаников можно услышать как «коробка» или «коробас» — представляет собой устройство, составленное из набора шестерен, зацепляющихся между собой в различных вариациях, образуя передачи с различающимися передаточными числами.

Каждая передача предназначается для определенного скоростного режима и нагрузки на двигатель, их поочередное использование позволяет применять двигатель максимально эффективно с минимальным риском его перегрузки. Чем больше в автомобиле передач, тем лучше его приспосабливаемость к разным условиям движения.

Устройство коробки передач

Устройство и принцип работы коробки передач

Механическая коробка устроена таким образом:

• Внизу коробки находится картера (конструктивно это корпус КПП);
• Внутри валы с шестернями — первичный, вторичный и промежуточный валы;
• Так же в МКПП стоит дополнительный вал и шестерня задней передачи;
• Синхронизаторы;
• Сверху коробки расположен механизм переключения передач (кулиса) с замковым и блокировочным устройствами;
• В салоне выведен рычаг переключения скоростей.

Картер в месте со всем корпусом содержит все основные узлы и детали. Картер наполовину заполнен трансмиссионным маслом, которое нужно для смазки внутреннего механизма. Поскольку во время работы, шестерни коробки передач, подвергаются большим нагрузкам и должны смазываться дабы исключать трение и охлаждать детали.

Валы вращаются в подшипниках, которые впрессованы в картере. Валы коробки передач имеют большой наборы шестерен с разным числом зубьев.

Синхронизаторы нужны чтобы плавно и бесшумно переключались передачи, путем уравнивания угловых скоростей шестерней.

Механизм переключения передач предназначен менять передачи и управлять ею из салона с помощью рычага. Замковое устройство, при этом, не дает включать две передачи одновременно, а блокировочное держит передачу от самопроизвольного выключения.

Так как передаточное число определяется через соотношение количеству зубьев шестерен, находящихся во взаимодействии. Все механические КПП делятся на виды по количеству ступеней. Существуют 4-х, 5-ти и шести ступенчатые коробки. Помимо ступеней, МКПП делятся также на виды по числу валов.

Виды и конструкция МКПП

Коробка МКПП может быть выполнена по одной из двух распространенных концепций: трехвальной или двухвальной. Коробки первого типа устанавливаются преимущественно на заднеприводные машины, а вторые применяются на заднемоторных и переднеприводных авто. Схема коробки передач каждого типа имеет свои принципиальные отличия, поэтому рассматривать их следует по отдельности.

Схема механической коробки передач.

Трехвальная КПП

Схема коробки передач этого типа предполагает наличие трех валов, именуемых ведомым, промежуточным и ведущим. Ведущий вал через шлицы подключается к сцеплению. Промежуточный вал, расположенный параллельно. Момент на него передается жестко закрепленной шестерней.

Ведомый вал с целым рядом шестерней вращается независимо от ведущего. Шестерни этого вала крепятся не жестко. Между ними устанавливаются жестко закрепленные муфты синхронизаторов, имеющие возможность только продольного скольжения по валу.

Работа механической трансмиссии

В любой современной МКПП все три вала постоянно соприкасаются через шестерни. При включенной нейтральной передаче ведомый вал ничем не фиксируется, вращаясь свободно. Включение передачи приводит к продольному перемещению синхронизатора до стыковки с шестерней, что обеспечивает жесткое соединение ведомого вала и всей КПП с двигателем. Это позволяет начать передавать выбранный крутящий момент непосредственно на колеса. Для включения заднего хода применяется отдельный вал со своей шестерней.

Как правило, трехвальная коробка передач механика имеет косозубые шестерни, что гарантирует их прочность, бесшумность и износостойкость.

Двухвальная КПП

Здесь на подключаемом к сцеплению ведущем валу размещены неподвижные относительно него шестерни. Основное различие с предыдущей конструкцией – отсутствие промежуточного вала, поскольку здесь параллельно ведущему сразу идет ведомый, также снабженный подвижными шестернями, постоянно соприкасающимися с элементами ведущего вала.

Принцип работы здесь такой же, как и в 3-х вальных коробках за исключением отсутствия прямой передачи. Такие коробки отличаются большей надежностью и продолжительностью эксплуатации с хорошим КПД, но меньшей вариативностью передаточных чисел, чем обуславливается то, что 2-х вальная коробка механика применяется исключительно в легковых автомобилях.

Достоинства и недостатки

Механическая коробка является не единственным, но самым распространенным типом КПП. У нее есть как очевидные достоинства, так и явные недостатки, которых все же гораздо меньше.

Ремонт коробки передач достаточно сложная процедура и доверить её стоит лишь специалисту.

Так, преимуществами МКПП можно назвать:

• минимальную стоимость и массу;
• хорошую динамику разгона;
• простоту и понятность конструкции;
• надежность;
• дешевизну в обслуживании.

Механическая ступенчатая коробка передач жестко подключает силовой агрегат к ведущей паре, что позволяет достичь максимальной эффективности езды на гололедице и в условиях бездорожья. Кроме того, механическая коробка передач может полностью разъединяться с двигателем, что позволяет запускать автомобиль с применением внешнего усилия (буксирование, толкание) без ограничений.

Но есть у данной системы и определенные недостатки, среди которых:

• необходимость постоянно переключать передачи, что утомляет при продолжительном нахождении за рулем;
• продолжительная выработка навыков правильного переключения передач;
• только ступенчатое изменение передаточных чисел;
• относительно невысокий ресурс сцепления.

По этим причинам сегодня коробка механика является основной, но не единственной востребованной системой переключения скоростей.

Распространенные неисправности МКПП

Механическая коробка передач может иметь самые разнообразные неисправности, являясь сложной системой с большим числом подвижных деталей. Чаще всего коробка выходит из строя, из-за:

Для продления строка службы кроме щадящего режима езды рекомендуется своевременно менять масло.

1. износа определенных узлов;
2. стабильного недостатка масла в коробке;
3. ослабления крепления элементов коробки.

Причинами данных поломок могут быть следующие факторы:

1. неправильная эксплуатация;
2. некачественные механизмы;
3. естественный эксплуатационный износ;
4. некачественный ремонт или отсутствие ТО.

Практически всегда неисправная механическая коробка определяется по определенным внешним признакам. Например, шум в нейтральном положении КПП говорит об износе подшипника на ведущем валу или просто недостатке масла в коробке. Если шумы наблюдаются при включении передач, это может быть признаком износа муфт синхронизаторов или проблем с отсоединением сцепления.

Эти же проблемы могут привести к самопроизвольному выключению передачи.

Какой бы простой и надежной не была механическая коробка, она также периодически выходит из строя, особенно при ненадлежащем уходе или неправильном стиле вождения, и к этому нужно быть готовым.

Как пользоваться механической коробкой

Эксплуатация автомобиля с такой коробкой передач требует определенных навыков и умений, так что у многих, особенно женщин переключение передач на механике вызывает затруднение.

Как переключать передачи

Переключение передач

Первое что нужно запомнить это положение рычага КПП для каждой передачи. Второе – научится выбирать скоростной режим, и диапазон работы каждой из передач.

• На 1-й передаче 15-20 км/ч;
• На 2-й передаче 30-40 км/ч;
• На 3-й передаче 50-60 км/ч;
• На 4-й до 80 км/ч;
• 5-я для скоростей свыше 80 км/ч.

Но лучше всего, при переключении передачи, ориентироваться на тахометр. Переключатся на повышенную скорость можно раскрутив обороты двигателя 1500 – 2000 об/мин дизельный мотор, или если это бензиновый, то до 2000 – 2500 тыс.

Прежде чем начинать движение всегда убеждаемся в нейтральном положении рычага переключения. Затем левой ногой выжимать сцепление и передвинуть ручки КПП в положение соответствующее первой передаче. Чтобы тронутся с места без рывков и рева мотора, нужно, плавно отпускать сцепление и также легенько давить не педаль акселератора (газа). Далее по достижению скоростного порога, переключаемся на вторую передачу, снова выжав сцепление и отпустив педаль «газ», затем плавно все повторяем.

При замедлении нажатием педаль «тормоз» или при торможении двигателем, передачи таким же образом понижаются, только включать уже не следующую вниз по порядку, а выбрать наиболее подходящую по скоростному режиму.

3 совета по правильной эксплуатации МКПП

Несмотря на то, что механическая коробка надежный агрегат, при не правильной его эксплуатации коробка очень быстро может выйти из строя. Поэтому рекомендуется придерживаться таких советов:

1. Переключать передачи плавно и осторожно, больше половины поломок механической коробки связаны с выходом из строя шестерней и синхронизаторов через небрежное переключение передач.
2. Следите за уровнем масла в коробке. Количество и строки замены регламентированы в руководстве по ремонту.
3. Защитить картер КПП. Поддон очень хрупкий и его можно нечаянно повредить, зацепившись об какое-то препятствие, поэтому, как правило, картер двигателя и коробки передач защищаю от механического повреждения дополнительным экраном.

Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене

Еще больше полезных советов в удобном формате

Устройство и работа механической коробки передач

КПП (коробками переключения передач) называют механизмы, отсоединяющее трансмиссию от двигателя, изменяющие скорость транспортного средства. Исключение составляет МКП (механическая коробка передач) в виде многоступенчатого редуктора, которая лишь меняет скорость (двигатель отсоединяется сцеплением). Обычно это узел в отдельном корпусе, содержащий механизм, передающий выбранную водителем мощность. МКПП (механическая коробка переключения передач) может имеет несколько ступеней, всегда переключается вручную.

Назначение и устройство МКПП

МКП на данный момент не самые распространенные, хотя тоже широко используются благодаря надежности, простоте конструкции, ремонтопригодности. Скорость выбирает и переключает водитель вручную. Главное назначение МКПП — преобразование крутящего момента и его передача от мотора на колеса, изменяя передаточное число.

Устройство МКПП:

1. корпус, он же картер;
2. два, три или больше валов: ведущий, ведомый (может быть два или больше), промежуточный (если модель с тремя валами);
3. шестерни валов;
4. рычаг переключения скоростей;
5. синхронизатор (2 блокировочных кольца, муфта, сухари),
6. проволочные кольца;
7. подшипники, сальники.

По количеству валов МКП делятся на:

По количеству ступеней бывают

Неотъемлемая часть МКП сцепление, отсоединяющая коробку от мотора, не повреждая в процессе переключения агрегаты. Говоря упрощенно, сцепление выключает крутящий момент, переключая двигатель и колеса на холостую работу.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

МКПП с двумя валами устанавливаются в легковые авто с передним приводом. Какое-то количество шестеренок вращаются, остальные закреплены, шестерни ведущего и ведомого валов зацеплены. На каждый вал обязательно установлен хотя бы один синхронизатор.

Принципиальная схема устройства двухвальной коробки передач

Для чайников принцип работы можно объяснить как соединение шестерен с разным количеством зубьев, чтобы приспособить работу двигателя (обороты) к постоянно меняющейся скорости автомобиля при разгоне или торможении.

Первичный вал через маховик соединен с коленвалом двигателя, передаточные числа передаются с него на вторичный, потом на передние колеса через главную передачу и дифференциал. Благодаря отсутствию промежуточного вала у такой КПП небольшие размеры.

Для соединения шестерен используются муфты синхронизаторов. При необходимости увеличить количество ступеней в КП устанавливают 2 или 3 вторичных вала.

Переключающий скорости механизм располагается отдельно от трансмиссии, связывается с ней тягами или тросиками.

Устройство механизма для переключения скоростей:

• рычаг выбора передачи, оснащенный тросом для ее включения;
• шток, оснащенный вилками;
• рукоятка для переключения скорости;
• блокирующий замок.

В процессе изменения скорости рычаг перемещается вертикально и горизонтально, переводя усилие на устройство, выбирающее нужную передачу.

Трехвальная коробка передач — устройство и принцип работы

Трехвальные коробки передач монтируются на автомашины с задним приводом, устройство и принцип работы мало отличается от агрегата с двумя валами, основное отличие конструкции — присутствие дополнительного (промежуточного) вала.

Устройство 3-вальной, 5-ступенчатой коробки передач

1 — первичный вал; 2 — крышка подшипника; 3 — выключатель света заднего хода; 4 — манжета первичного вала; 5 — задний подшипник первичного вала; 6 — шестерня привода промежуточного вала; 7 — сапун; 8 — шестерня 3-й передачи; 9 — передний картер; 10 — шестерня 1-й передачи; 11 — шестерня заднего хода; 12 — штоки переключения передач; 13 — шарик-фиксатор; 14 — пружина; 15 — рычаг переключения; 16 — защитный уплотнитель; 17 — колпак рычага; 18 — корпус рычага переключения; 19 — задний картер; 20 — вторичный вал; 21 — манжеты удлинителя заднего картера; 22 — сталебаббитовая втулка; 23 — шестерня привода спидометра; 24 — привод спидометра; 25 — задний подшипник промежуточного вала; 26 — шестерня 5-й передачи; 27 — болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода; 28 — промежуточная шестерня заднего хода; 29 — промежуточный вал; 30 — маслозаливная пробка.

Соединенный со сцеплением первичный вал через шестеренчатую передачу передает крутящий момент промежуточному, все шестерни которого жестко зафиксированы. Первичный и вторичный валы вращаются в одной оси, но независимо друг от друга. Шестерни первичного вала не зафиксированы, вторичный с промежуточным сцеплены постоянно. Между шестеренками вторичного вала монтируются выравнивающие скорость вращения синхронизаторы.

Механизм переключения (шток, рычаг, вилки), монтируется на корпус коробки. Устанавливается так же устройство, предотвращающее одновременное включение двух скоростей.

Существуют типы механических КПП с большим количеством ступеней (от 4-х до 6-и), оснащенные дополнительными коробками передач, которые называют редукторами. Они бывают понижающие (демультипликаторы), повышающие (мультипликаторы). Первые с двумя, тремя скоростями монтируются за КПП, до 3-х раз уменьшает передаточное число. Вторые монтируются перед КПП, в 2 раза увеличивают количество передач.

Принцип работы КПП

Устройство любой коробки передач:
сцепление (которое в автоматической коробке называются гидротрансформатором);
передаточный механизм из шестерен (планетарный ряд);
компоненты, переключающие передачи;
система управления.

Принцип работы механической КПП более или менее понятен: водитель вручную переключает передачи, создавая различные комбинации шестерен. Ведущий вал через сцепление соединен с коленвалом двигателя, с ведомым валом соединение не фиксированное.

Нужная пара шестерен выбирается при помощи вилок управляющего механизма. Рукояткой передвигаются приводы, муфты, ползуны. Механизм выбора передачи устанавливается в трансмиссии, на руле или в кузове.

На коротком видео ниже показана вся суть механической коробки передач

Синхронизатор, уравнивающий вращением валов, дает возможность менять скорость без вреда агрегату. Чтобы поменять передачу, нужно нажать на сцепление, отсоединяющее коробку от двигателя. Затем включаем нужную передачу (при старте — первую). Педаль отпускается после изменения скорости.

Как работает синхронизатор:

1. при расположении рычага на нейтральной, двигатель не взаимодействует с колесами, шестерни свободно крутятся;
2. после того, как водитель включил передачу, кулиса соединяет рычаг с коробкой, вилка двигает муфту к нужной шестерне через тросики;
3. одновременно сухари двигают блокирующее кольцо;
4. вращением шестерни и вала создается трение, благодаря которому до упора проворачивается кольцо;
5. муфта перестает двигаться из-за того, что кольцо и шестерня расположились друг против друга;
6. скорости выравниваются, муфта может пройти через кольцо, чтобы соединиться с нужной шестерней, передать крутящий момент;
7. шестерня и вал блокируются, скорость включается.

Устройство синхронизатора

1 — ступица; 2 — скользящая муфта; 3 — блокировочное кольцо; 4 — пружина; 5 — стопорное кольцо; 6 — косозубая шестерня передачи; а) прямозубый дополнительный венец шестерни; б) внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Иногда синхронизатор включает 2 шестерни одновременно. Чтобы авто двигалось задним ходом, монтируется дополнительный вал, оснащенный промежуточной шестерней.

Виды механических коробок передач

Кроме количества валов и ступеней КПП классифицируются в зависимости от наличия-отсутствия синхронизаторов. Если их нет, переключение скоростей требует определенного времени, которое сокращается при регулировании коробки и манипуляций с педалями газа и сцепления. Такие МКПП более надежны при высоких нагрузках, поэтому устанавливаются на мотоциклах, спортивных авто, сельхозтехнике, тяжелых грузовиках, в которых синхронизацию невозможно использовать по техническим причинам.

К механическим относят и роботизированные коробки. Их конструкция такая же, включая наличие диска сцепления, но управление осуществляется электроникой, выполняющей функции педали. Схема переключений тоже не отличается.

Схемы переключений

Есть довольно много разных схем переключения передач. Ниже некоторые из них.

Назначение и устройство коробки передач автомобиля

Коробка передач служит для изменения тяговой силы на колесах автомобиля в зависимости от сопротивления движению и дает автомобилю возможность двигаться задним ходом. Коробка передач позволяет, кроме того, при выключении передач отсоединять ведущие колеса автомобиля от двигателя, обеспечивая тем самым возможность запуска двигателя и его работу на холостом ходу.

Коробка передач представляет собой механизм, состоящий из набора шестерен, которые могут вводиться в зацепление в различных сочетаниях.

Каждое сочетание зацепления шестерен коробки называется ступенью или передачей. Число ступеней (передач) в коробке передач зависит от конструкции автомобиля и обычно бывает от трех до пяти (не считая передачи заднего хода). В соответствии с этим коробки передач называются трехступенчатыми, четырехступенчатыми и пятиступенчатыми.

Рис. Коробка передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: 1 — сальник; 2 — задняя крышка картера; 3 — шарикоподшипник вторичного вала; 4 — картер коробки передач; 5 — маслоотражательное кольцо; 6 — вторичный вал; 7 — вилка переключения шестерни (каретки) первой передачи и заднего хода; 8 — шестерня (каретка) первой передачи и заднего хода; 9 — рычаг переключения передач; 10 — верхняя крышка картера; 11 — шестерня второй передачи; 12 — втулка шестерни второй передачи; 13 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 14 — каретка второй и третьей передач; 15 — вилка каретки второй и третьей передач; 16 — зубчатая ступица; 17 — регулировочные прокладки; 18 — упорное кольцо; 19 — зубчатый венец шестерни третьей передачи; 20 — шестерня третьей передачи; 21 — роликоподшипник; 22 — шарикоподшипник первичного вала; 23 — первичный вал; 24 — передняя крышка картера; 25 — маслоотражательное кольцо; 26 — роликоподшипник промежуточного вала; 27, 29, 32 и — шестерни промежуточного вала; 28 — пробка сливного отверстия картера; 30 — ось промежуточного вала; 31 — промежуточный вал; 34 — промежуточная шестерня заднего хода

Зацепление различных пар шестерен осуществляется при помощи кареток (шестерен), передвигаемых вдоль валов коробки. В зависимости от числа подвижных кареток коробки разделяются на двухходовые (две каретки) и трехходовые (три каретки).

Принцип работы автомобильных коробок передач

Принцип работы автомобильных коробок передач независимо от их конструктивного оформления и числа передач одинаков. Рассмотрим их устройство и работу на примере трехступенчатой двухходовой коробки передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69.

Первичный (ведущий) вал 23 выполнен заодно с шестерней 20 третьей передачи и с зубчатым венцом 19. Первичный вал через сцепление соединяется с коленчатым валом двигателя.

Вторичный (ведомый) вал 6 является как бы продолжением первичного вала и расположен с ним на одной оси. Хвостовик вторичного вала сидит в роликоподшипнике 21, установленном в конце первичного вала. Вторичный вал вследствие этого может вращаться независимо от первичного.

На вторичном валу установлены две шестерни 8 и 11 и зубчатая ступица 16. Шестерня 8 (каретка) сидит на валу на шлицах и может перемещаться вдоль его оси. Шестерня 11 имеет зубчатый венец 13. Она посажена на вторичном валу на бронзовой втулке 12, поэтому свободно вращается на валу. На ступице установлена каретка 14 второй и третьей передач, которая перемещается по ступице.

Промежуточный вал 31 представляет- собой блок шестерен 27, 29, 32 и 33, свободно вращающийся на оси 30.

Промежуточная шестерня 34 заднего хода посажена на ось на бронзовой втулке и свободно вращается на оси.

Первичный и вторичный валы установлены в гнездах картера коробки на шарикоподшипниках 22 и 3. Ось 30 промежуточного вала закрепляется в гнездах картера неподвижно, промежуточный же вал 31 вращается на оси на роликоподшипниках 26. Ось промежуточной шестерни заднего хода неподвижно закреплена в специальных гнездах картера.

Шестерня 20 первичного вала с шестерней 27 промежуточного вала, а также шестерня 33 с промежуточной шестерней 34 заднего хода находятся в постоянном зацеплении. В постоянном зацеплении находятся также шестерня 29 промежуточного вала и шестерня 11 вторичного вала. Каретки 8 и 14 могут перемещаться по вторичному валу и вводиться в зацепление: каретка 14 своими внутренними зубьями с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала или с зубчатым венцом 13 шестерни 11; каретка 8 с шестерней 32 или 34.

При положении кареток, изображенном на рисунке, крутящий момент от двигателя будет передаваться с первичного вала через шестерни 20 и 27 на блок шестерен промежуточного вала.

Однако на вторичный вал крутящий момент передаваться не будет, так как при изображенном положении кареток 8 и 14 вторичный вал разобщен как с первичным, так и с промежуточным валами. Такое положение кареток называется нейтральным. В нейтральное положение каретки ставятся при запуске двигателя и работе двигателя на холостом ходу (на месте или при движении автомобиля накатом).

Рис. Схема включения шестерен и передачи крутящего момента в трехступенчатой коробке передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: а — первая передача; б — вторая передача; в — третья передача; г — задний ход; I — положение рычага при включении первой передачи; II — положение рычага при включении второй передачи; III — положение рычага при включении третьей передачи; IV — положение рычага при включении заднего хода

Чтобы привести автомобиль в движение, надо передать крутящий момент вторичному валу. Для этого каретку 8 или 14 следует ввести в зацепление с одной из шестерен промежуточного вала, при котором обеспечивалось бы получение наибольшего передаточного отношения, а следовательно, и наибольшего крутящего момента на вторичном валу. Передвинем каретку 8 вправо и введем ее в зацепление с шестерней 32 промежуточного вала, как это показано на рис. а. Такое положение кареток соответствует первой передаче.

Чтобы включить вторую передачу, необходимо вывести каретку 8 из зацепления с шестерней 32, а затем, передвинув (по рис. б влево) каретку 14, ввести последнюю в зацепление с зубчатым венцом 13 шестерни 11, постоянно находящейся в зацеплении с шестерней 29 промежуточного вала.

Переходить со второй передачи на третью нужно в той же последовательности, что и с первой передачи на вторую. При этом каретка 14 выводится из зацепления с зубчатым венцом 13 шестерни 11 и вводится в зацепление с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала (рис. в), первичный и вторичный валы начинают вращаться как одно целое.

Для движения задним ходом следует перевести обе каретки в нейтральное положение, а затем каретку 8 передвинуть влево и ввести в зацепление с промежуточной шестерней 34 заднего хода. При этом направление вращения вторичного, вала изменится на обратное.

Для легкого и безударного переключения передач необходимо, чтобы окружные скорости шестерен, вводимых в зацепление, были одинаковы. Окружная скорость шестерни зависит от числа оборотов вала, на котором она сидит, и от ее диаметра: чем больше диаметр шестерни и число оборотов вала, тем больше ее окружная скорость. Для облегчения безударного переключения передач и уменьшения износа зубьев шестерен в коробках передач, в частности в коробке передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69, предусмотрено специальное устройство — синхронизатор каретки включения второй и третьей передач.

Синхронизатор выравнивает окружные скорости вращения шестерен перед вводом их в зацепление. Устроен он следующим образом. На конце вторичного вала 1 установлена на шлицах и закреплена стопорным кольцом 14 зубчатая ступица 6 синхронизатора. На наружных зубьях ступицы установлена каретка 10 второй и третьей передач, охватываемая вилкой 8. В трех пазах ступицы установлены ползуны 11 блокирующего устройства, соединяемые при помощи шариков 9 фиксаторов с кареткой 10. По обеим сторонам ступицы расположены блокирующие бронзовые кольца 4. Каждое блокирующее кольцо имеет зубчатый венец и пазы 47 для ползунов; внутренняя поверхность кольца выполнена конусообразной.

Синхронизатор расположен между зубчатым венцом 13 шестерни 15 первичного вала и зубчатым венцом 3 шестерни 2 второй передачи. Основания зубчатых венцов шестерен 2 и 15 имеют конусные поверхности.

Рис. Устройство и схема работы синхронизатора коробки передач: а — положение деталей синхронизатора при Выравнивании окружных скоростей; б — положение деталей синхронизатора при включенной передаче; в — детали синхронизатора; 1 — вторичный вал коробки передач; 2 — шестерня второй передачи; 3 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 4 — блокирующее кольцо; 5 — упорная шайба; 6 — зубчатая ступица; 7 — пружина; 8 — вилка каретки второй и третьей передач; 9 — шарик фиксатора; 10 — каретка второй и третьей передач; 11 — ползун; 12 — регулировочные прокладки; 13 — зубчатый венец шестерни первичного вала; 14 — стопорное кольцо зубчатой ступицы; 15 — шестерня первичного вала; 16 — первичный вал; 17 — паз для ползуна ступицы

При включении второй или третьей передачи каретка 10 синхронизатора при помощи переключающего устройства перемещается вместе с ползунами 11 по ступице 6. Ползуны, входящие в пазы 17 блокирующих колец 4, прижимают кольцо к конусной поверхности соответствующего зубчатого венца шестерни. Вследствие трения, возникающего между соприкасающимися конусными поверхностями, блокирующее кольцо немного сдвигается в сторону вращения зубчатого венца до упора пазов в боковые поверхности ползунов. При этом скошенная поверхность.торцов зубьев каретки 10, упираясь в скошенную поверхность торцов зубьев кольца 4, не дает зубьям войти в зацепление, вследствие чего обеспечивается сильное прижатие кольца 4 к конусной поверхности зубчатого венца. В результате сильного трения конусов скорости вращения валов уравниваются, каретка 10 сдвигается дальше, выжимая шарики 9 фиксаторов, и своими зубьями входит в промежутки зубьев венца 13, бесшумно включая соответствующую передачу.

Управление коробкой передач осуществляется при помощи рычага 6; качающегося в шаровой опоре крышки картера коробки передач.

В той же крышке в гнездах установлены, два ползуна 3 и 12, которые могут перемещаться вдоль своих осей, скользя при этом в гнездах крышки коробки. Каждый из этих ползунов соединен с вилкой: ползун 12 каретки первой передачи и заднего хода с вилкой 11, ползун 3 каретки второй и третьей передач с вилкой 10.

Концы вилок вмещаются в кольцевых проточках, имеющихся в каретках, и не мешают кареткам свободно вращаться вместе со вторичным валом. При продольном же перемещении вилок, каретки передвигаются вдоль вала и тем самым вводят в зацепление соответствующие шестерни. Посредством перемещения рычага, а следовательно, и вилок с каретками происходит переключение передач в коробке.

Для предотвращения произвольного выключения передач и одновременного включения нескольких передач в механизме переключения передач предусмотрены специальные устройства фиксаторы (стопоры) — для фиксирования рычага в определенном положении и замки, не позволяющие одновременно включать несколько передач.

В трехступенчатых коробках передач с двумя ползунами фиксатор одновременно выполняет и роль замка.

Рис. Механизм переключения передач коробки передач автомобилей ГАЗ-60 и ГАЗ-69А: 1 — пружина фиксатора; 2 — боковая крышка картера коробки передач; 3 — ползун вилки каретки второй и третьей передач; 4 — отжимная скоба; 5 — пружина отжимной скобы; 6 — рычаг переключения передач; 7 — пружина рычага переключения передач; 8 — колпак; 9 — шаровая опора; 10 — вилка каретки второй и третьей передач; 11 — вилка каретки первой передачи и заднего хода; 12 — ползун вилки каретки первой передачи и заднего хода; 13 — сухари фиксатора

Фиксатор состоит из двух полых сухарей 13, скользящих в специальном гнезде, сделанном в крышке коробки передач. Под действием пружины 1 сухари заскакивают в углубления, имеющиеся в соответствующих местах ползунов. Сухари надежно удерживают ползуны от самопроизвольного перемещения, а также предотвращают возможность одновременного перемещения, обоих ползунов.

Передвинуть оба ползуна сразу и включить, таким образом, одновременно две передачи нельзя по следующей причине. Как только один из ползунов передвинется настолько, что сухарь выйдет из углублений, оба сухаря окажутся придвинутыми друг к другу вплотную. Общая длина сдвинутых сухарей подобрана так, что второй сухарь уже не сможет выйти из углубления примыкающего к нему ползуна и тем самым надежно заперт ползун.

Чтобы не произошло случайное включение заднего хода, в крышке коробки передач, несколько ниже шаровой опоры, расположена отжимная скоба 4 с пружиной 5, нажимающей на конец рычага 6. Поэтому для включения заднего хода (и первой передачи) к рычагу нужно приложить повышенное усилие, чтобы отвести скобу в сторону.

В картер коробки передач заливается трансмиссионное масло до уровня отверстия контрольной пробки.

Механическая коробка передач (МКПП) — устройство и принцип работы простыми словами

Механическая коробка передач (механическая КПП, или МКПП) представляет собой узел трансмиссии автомобиля. Его назначение – изменение значения передаточного отношения. В настоящее время МКПП является самым распространенным видом КПП. В первую очередь это объясняется ее относительно невысокой стоимостью, а также простотой эксплуатации. Поговорим более подробно о том, что это такое, для чего нужно, как работает и от каких неисправностей чаще всего страдает.

Принцип работы и устройство МКПП

Для того, чтобы понять, по какому принципу работает МКПП, нужно уяснить ее устройство. Абсолютно любая коробка передач состоит из трех основных валов:

• ведущего (или первичного);
• ведомого (или вторичного);
• промежуточного.

Ведущий и ведомый вал установлены в одну линию, один следует за другим. При этом второй опирается на специальный подшипник, который облегчает его вращение. Они не имеют соединения между собой и двигаются независимо. Под ними расположен третий, промежуточный.

Вдоль оси каждого вала расположено несколько шестеренок различного диаметра. Одна из них смонтирована на ведущем и носит название такое же название, поскольку передает движение на остальные элементы конструкции. А на нее движение поступает от сцепления, которое располагается перед КПП. На промежуточном вале размещено несколько шестеренок, которые также именуются промежуточными. Они передают вращение на шестерни ведомого вала. Различные шестерни обеспечивают разное передаточное число и, как следствие, разную скорость движения транспортного средства.

Вдоль ведомого вала смонтированы муфты. Они приводятся в движение с помощью привода рычага переключения передач (непосредственно контактирует с ней вилка). При передвижении муфт обеспечивается сцепление шестерен ведомого вала разного диаметра с промежуточными шестернями различного диаметра. Благодаря этому происходит изменение передаточного числа. А вместе с ним и скорости передвижения транспортного средства. Если говорить научным языком, обеспечивается переменное передаточное число.

Все элементы конструкции МКПП закрыты металлическим корпусом. Он носит название картер. Его заполняют маслом, чтобы шестерни и другие элементы конструкции, расположенные внутри, не испытывали меньшее трение при взаимодействии друг с другом.

Также КПП содержит еще один элемент – синхронизатор. Он делает переключение передач более мягким и плавным. Тем самым он предотвращает повышенную нагрузку на них и преждевременный износ.

Похожие статьи

Если необходимо наглядно понять принцип функционирования механической КПП, то для этого лучше всего подойдет кинематическая схема. Она отражает, как элементы устройства взаимодействуют между собой. Сейчас можно найти в том числе и анимированные кинематические схемы, посвященные КПП. Они еще более наглядны.

Виды механических коробок передач

В зависимости от количества валов в механизме МКПП могут быть двух видов:

• трехвальные;
• двухвальные.

Первый тип описан выше. Он имеет три вала: ведомый, ведущий и промежуточный. Вторая разновидность МКПП имеет всего 2 вала – наличие промежуточного конструкция не предусматривает. Таким образом, первичный контактирует непосредственно со вторичным.

Во всех автомобилях с МКПП 3 педали: газ, тормоз и сцепление. Здесь они перечислены в порядке расположения справа налево. Такое размещение педалей не только на «леворуких», но и на «праворуких» машинах.

Сцепление – это как раз та педаль, которая после нажатия на нее разъединяет прижатые друг к другу диски сцепления. В результате этого вращение, создаваемое двигателем, перестает передаваться с карданного вала на другие элементы ходовой части транспортного средства. В автомобилях, на которые установлена МКПП, ее обязательно надо нажать перед тем, как переключать передачу.

Чтобы запустить двигатель на транспортном средстве, оснащенном механической КПП, потребуется выполнить следующие действия:

• нажать педаль сцепления;
• с помощью рычага установить нейтральную передачу в соответствии со схемой переключения;
• запустить двигатель, продолжая нажимать на педаль.

После этого педаль можно отпускать.

Для начала движения потребуется:

• при работающем двигателе полностью выжать педаль сцепления;
• переключиться на 1-ю передачу;
• плавно отпустить сцепление, одновременно с этим нажав на педаль газа.

После выполнения этих действий транспортное средство начнет движение.

Для переключения передач во время езды необходимо также выжимать сцепление. Нужно быть внимательным и следить, чтобы педаль была утоплена в пол авто до конца. Если между дисками сохраниться даже незначительный контакт, велик шанс повреждения валов МКПП.

Для того, чтобы понять, когда нужно переключать скорость, надо следить за тахометром. Если обороты мотора находятся в диапазоне от 2 500 до 3 000 в минуту, можно оставить текущую. Когда их число превысило эти значения, требуется переключение. Если его не произвести, транспортное средство начнет ощутимо вибрировать, управлять им станет существенно сложнее.

В ситуации, когда обороты снизились, то, наоборот, необходим переход на более низкую передачу.

Рекомендуется переключать передачи последовательно – от более низкой к более высокой. Тем не менее, допустимо «перепрыгнуть» через 1 – 2. Однако все-таки делать подобного не стоит – это сказывается и на общей динамике езды, и на состоянии МКПП.

Для того, чтобы снизить скорость и остановиться, потребуется выполнить следующие действия:

• выжать сцепление;
• отпустить акселератор;
• нажать на тормоз;
• переключить передачу на нейтральную.

Преимущества и недостатки механической КПП

У механической коробки есть как плюсы, так и минусы. К ее преимуществам можно отнести следующие.

• Простота. Конструкция МКПП гораздо проще конструкции автомата. В первую очередь это означает, что подобные узлы авто обходятся дешевле. А значит, оснащенные ими машины тоже стоят меньше. Но это еще не все. Чем проще узел, тем он надежнее работает, реже ломается и проще (а главное, дешевле) чинится. Все это справедливо и для МКПП.
• Продолжительный срок службы. Этот плюс обусловлен первым. Благодаря более простому устройству МКПП служит гораздо дольше АКПП.
• Экономия ГСМ. При использовании механики автомашина расходует в среднем на 10 – 15% меньше топлива, чем при использовании автомата. Это достигается благодаря высокому КПД. Механика позволяет по максимуму использовать энергию, которую производит в ходе совей работы автомобильный мотор.
• Запуск двигателя без аккумулятора. Если на авто стоит МКПП, то двигатель можно запустить даже при севшем аккумуляторе путем толкания авто. С АКПП это невозможно.
• Возможность буксировки. Транспортные средства, оборудованные АКПП, невозможно буксировать на тросе. Если они по каким-либо причинам не способны передвигаться самостоятельно, поможет исключительно эвакуатор.
• Большая вариативность вождения. Используя механику, водитель лучше контролирует машину, в результате чего он может избирать собственные стиль и технику вождения.

Есть у механики и недостатки. Вот основные.

• Сложность для новичков. Людям, которые только недавно получили права или пересели на механику с автомата, зачастую сложно разобраться в управлении. Они невовремя нажимают педаль сцепления, путаются в передачах.
• Повышенный износ двигателя при несвоевременном переключении (или не переключении) передачи. Это тоже в первую очередь касается неопытных автовладельцев, которые не до конца понимают, когда требуется переключать скорость.
• Неудобство в городе. Передвижение по городским дорогам сопряжено с постоянными кратковременными остановками из-за пробок или сигналов светофора. Во время них требуется постоянно включать и выключать передачи. Это может сильно утомить водителя.

Возможные неисправности МКПП

О неисправностях узла могут свидетельствовать следующие «симптомы»:

• шум при езде или во время переключения скоростей;
• невозможность установки какой-то одной передачи (или всех одновременно);
• необходимость прикладывать повышенное усилие при перемещении рычага;
• самопроизвольное выключение какой-либо передачи;
• утечка масла из картера.

Все перечисленные признаки могут быть вызваны одной из следующих поломок.

• Износ подшипника, на котором закреплен ведущий вал. Чаще всего приводит к шуму во время езды.
• Деформация или поломка одного из валов либо шестерней. Приводит к невозможности переключения скоростей или невозможности включить одну из них.
• Выход из строя синхронизатора. Последствия – как и в предыдущем случае.
• Ослабление крепления МКПП к кузову транспортного средства или разрушение опор. Результат подобной неисправности – сильная вибрация при езде.
• Пробитие картера. Вызывает утечку масла.
• Ослабление или износ уплотнительных колец. Также приводит к потере масла.
• Поломка вилки. Влечет невозможность включить одну или несколько передач.

В целом при наличии определенного опыта неисправности МКПП можно устранить самостоятельно, в «гаражных» условиях. Однако начинающим автомобилистам этого делать не рекомендуется – лучше доверить этот узел авто профессионалам из центра технического обслуживания.

Подведем итог

Механическая коробка передач – это узел транспортного средства, который входит в трансмиссию изменяет значение передаточного числа. Это достигается за счет того, что вращение карданного вала передается ведущим колесам путем сопряжения между собой шестерней различного диаметра. Управлять МКПП сложнее, чем автоматом, зато она предоставляет водителю больше маневренности, позволяет выбирать собственный стиль езды. Сколько ступеней у КПП, зависит от модели авто. В настоящее время наиболее распространены 5- и 6-ступенчатые варианты.

МКПП – надёжность, проверенная временем

Практически любой современный автомобиль (кроме электрокаров) обязательно оснащается коробкой передач. Наиболее популярными являются следующие виды коробок передач:

1. Механическая коробка передач;
2. Автоматическая коробка передач;
3. Вариатор;
4. Роботизированная коробка передач.

Наиболее распространённой в России является механическая коробка передач. Коробками данного типа оснащены практически все отечественные автомобили и большая часть иномарок.

Назначение и устройство механической коробки передач

Механическая коробка переключения передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения от мотора к колёсам. Переключение скоростей происходит за счёт мускульной силы водителя, его механических усилий по отношению к МКПП. Именно поэтому такая КПП и называется ручная коробка передач. Водитель сам контролирует, когда следует переключать селектор МКПП на более высокую или низкую передачу. Современные МКПП бывают 5, 6 и даже 7-ми ступенчатыми. Наиболее часто в современных автомобилях используется 6-ти ступенчатая коробка передач.

Кроме этого, каждая МКПП коробка имеет заднюю и нейтральную передачу. Задняя позволяет машине двигаться назад, нейтральная передача – это когда отсутствует вращение от мотора к приводу ведущих колёс.

Принцип работы механической коробки передач

Устройство механической коробки передач включает в себя:

1. Саму коробку, которая представляет собой многоступенчатый редуктор;
2. Сцепление;
3. Различные валы и шестерни.

Если объяснять принцип работы МКПП для чайников, то можно сформировать его так:

1. Шестерни меняют частоту оборотов между валами. Путём замены размеров шестерен, происходит переключение на повышенную или пониженную передачу;
2. Без сцепления переключение передач на ходу невозможно. Его работа состоит в разъединении мотора и трансмиссии. Данная процедура помогает переключать передачи, не разбивая шестерни и вал.

Каждая МКПП (если это не инновационная модель) устроена по схожей конструкции. На валах (на их осях) располагаются зубчатые шестерни. МКПП бывают с двумя или тремя валами, а корпус называется картером.

Устройство трёхвальной системы

Трёхвальная система оборудована тремя валами:

1. Ведущим валом;
2. Промежуточным валом;
3. Ведомым валом.

Принцип работы механики заключается в том, что на ведущем валу имеются шлицы, а сам вал соединяется со сцеплением. На шлицах перемещается диск сцепления, а сама ось передаёт свою энергию промежуточному валу, который соединяется с шестерней ведущего.

Ведомый вал механической коробки передач с помощью подшипника внутри первого вала соединяется с ведущим и располагается таким образом, что оси ведомого и ведущего соотносятся между собой. В свою очередь такое строение позволяет им вращаться независимо друг от друга. Шестеренки ведомой оси жестко не зафиксированы по отношению к ведомому валу, а сами шестерни имеют специальные разграничители – синхронизатор-муфту. Такие разграничители, в отличие от блоков шестеренок, крепко прикреплены к ведомому валу. Однако это не мешает им перемещаться по шпицам вдоль оси.

Торцы муфты-синхронизатора имеют форму зубчатых венцов, что позволяет им соприкасаться с венцами на торцах шестеренок ведомого вала. В настоящее время устройство передач оснащается такими синхронизаторами на всех передних передачах.

Разграничители-муфты при нейтральном режиме, который характеризуется плавным вращением шестерен, разымаются. В момент переключения рычага на одну из возможных ступеней при полном выжимании сцепления, вилка в коробке передач направляет муфту-синхронизатор на соприкосновение со своей парой на торце шестеренки. Такое зацепление дает жесткую фиксацию шестерни с валом и, как следствие, передачу усилия и вращения.

При заднеприводном типе авто передача крутящего момента и оборотов на ведущие колеса происходит через карданный вал, а при переднеприводном – с помощью ШРУСов и редуктора. В случае, если отсутствует шестерня, и муфта цепляет напрямую ведомый и ведущий валы, коробка переключения передач дает максимально возможный коэффициент полезного действия. Для задней передачи устройство коробки оснащается шестерней, позволяющей менять направление вращения в обратном порядке.

В последнее время производители механических коробок передач отдают предпочтение шестеренкам с косым зубом. В отличие от прямозубых, такие шестерни производят минимум шума при работе и отличаются большей износостойкостью. Срок годности таких шестерен обусловлен материалом, из которого они изготавливаются: сталь высоколегированная, закаленная током высокой частоты и нормализированная для снятия напряжения.

Устройство двухвальной коробки

Работа МКПП, оснащённой двухвальной коробкой, проходит по тому же принципу, что и трёхвальной. Единственным отличием является схема расположения шестерёнок. Вместо одной на ведущей оси, тут расположен целый блок из шестерен. Промежуточный вал отсутствует, зато два оставшихся вала идут параллельно друг к другу.

В целом, двухвальная система отличается большим коэффициентом полезного действия, но передаточное число на таких системах довольно низкое. Именно по этой причине двухвальные КПП устанавливаются лишь на легковые автомобили. Для грузовиков величина передаточного числа должна быть выше.

Для чего служит синхронизатор в МКПП

Большинство легковых автомобилей, как отечественных, так и иномарок, имеют МКПП, в которых есть синхронизатор. Данный элемент помогает выравнивать скорость шестерен, что приводит к снижению уровня шума и более лёгкому переключению передач, чего невозможно добиться, если в коробке не стоит синхронизатор.

Как происходит процесс переключения передач

Неважно, какой привод в вашем автомобиле, передний или задний, за процесс переключения передач всегда отвечает специальный рычаг. Если посмотреть на МКПП в разрезе, можно заметить, что расположение рычага на переднем приводе значительно отличается от его же расположения на заднем приводе.

Автомобили с задним приводом имеют более простую схему расположения рычага переключения КПП, что упрощает их ремонт и техническое обслуживание. Рычаг расположен прямо на корпусе КПП, механизм переключения спрятан внутри корпуса. Данное расположение имеет множество плюсов, но, к сожалению не лишено минусов.

1. Очень простое решение, что существенно упрощает процесс ремонта своими руками;
2. Переключение передач происходит очень чётко;
3. Ввиду отсутствия «лишних» узлов, данная конструкция очень долговечна.

1. Невозможно установить данную систему на автомобили с передним приводом;
2. Если у автомобиля с задним приводом двигатель расположен сзади, то это так же делает невозможным применение данной конструкции (таких автомобилей очень мало).

В машинах с передним приводом рычаг переключения коробки передач может располагаться в следующих местах:

1. На полу, в промежутке между передними креслами;
2. Непосредственно на рулевой колонке;
3. Возле панели приборов.

Такая особенность приводит к тому, что многоступенчатая механическая коробка передач на автомобилях с передним приводом работает только дистанционно, с использованием кулис или тяг. Такая особенность конструкции также имеет свои плюсы и минусы:

1. Рычаг расположен более комфортно для водителя, так как его положение не зависит от того, где находится МКПП;
2. Вибрация, которая создаётся в КПП, не передаётся на рычаг переключения скоростей;
3. Открывает широкое поле деятельности для автомобильных дизайнеров, которые могут поместить рычаг КПП в любое удобное для них место.

Минусы данной конструкции заключаются в следующем:

1. Более сложная в техническом плане система требует больше внимания и является менее долговечной;
2. После длительной эксплуатации часто появляются люфты;
3. Нет такой чёткости переключения передач, как в варианте с КПП на заднеприводном автомобиле;
4. Периодически приходится регулировать тяги, что может потребовать квалифицированного вмешательства специалистов автосервиса.

Достоинства и недостатки МКПП

Любая система, в том числе и КПП, имеет несколько различных конструкций, обладающих различными плюсами и минусами. Рассмотрим, чем МКПП отличается от других типов КПП:

• Главным плюсом использования МКПП является её цена. Большинство бюджетных автомобилей комплектуются именно механикой. Конечно, не стоит ожидать того, что на «бюджетник» вам установят шестиступенчатые МКПП или новейшую механику с семью ступенями (такие коробки иногда ошибочно называют коробками седьмого поколения);
• Если сравнивать МКПП с гидромеханикой, то МКПП будет намного легче по весу и обладать более высоким КПД;
• МКПП не требует такого охлаждения, как АКПП;
• Простота и надёжность конструкции (даже в варианте с МКПП для автомобилей с передним приводом);
• Автомобили с МКПП более экономичны, чем с АКПП (это не относится к новейшим моделям АКПП, которые могут быть экономичнее «механики»);
• Ремонт автомобиля с МКПП не вызывает сложностей и может быть произведён самостоятельно;
• МКПП больше подходит для спортивных автомобилей, позволяя применять техники экстремального вождения, контролируемого заноса и так далее;
• Автомобиль, оборудованный МКПП можно завести толканием, а если не получится, то отбуксировать на любое нужное расстояние.

Недостатки МКПП заключаются в следующем:

• Переключение передач занимает больше времени, чем при использовании АКПП, так как происходит разобщение двигателя и трансмиссии в момент переключения;
• Для плавного переключения передач необходимы навыки вождения с таким типом КПП;
• Сцепление часто выходит из строя и нуждается в замене;
• При езде на автомобиле с МКПП водитель больше устаёт, так как вынужден постоянно переключать передачи. Особенно эта проблема актуальна в больших городах.

Постепенно мировая автомобильная промышленность сокращает количество автомобилей с МКПП, особенно для рынков стран с высоким уровнем жизни.

Техническое обслуживание МКПП

ТО для МКПП заключается, как правило, в проверке уровня масла в ней. Необходимо следить, нет ли подтёков на картере, стыках и заливных и сливных пробках.

Автомобили, оборудованные бортовым компьютером, могут сигнализировать владельцу о проблемах с узлом МКПП. Каждых сигнал компьютера расшифровывается, после чего принимаются соответствующие меры. Расшифровка может быть в мануале к вашему авто или в специальной программе на ноутбуке, который можно подключить к бортовой системе автомобиля. В большинстве иномарок масло в коробке не меняется, если нет никаких неполадок. Необходимо только изредка проверять его уровень (если нет следов утечек).

МКПП – система достаточно простая и ремонтопригодная. Если вам нужен простой и надёжный автомобиль, то выбирайте машину, оборудованную МКПП.

Устройство механической коробки передач

Потребность в наличии коробки передач (КПП) вызвана фактом: любой современный двигатель имеет относительно неширокий диапазон оборотов коленвала, в котором и крутящий момент, и мощность имеют свои максимальные значения при заданной величине расхода топлива. Помимо того, любой двигатель нельзя раскручивать беспредельно – для любого мотора существует некая «красная зона», то есть такая частота вращения коленвала, которую превышать просто недопустимо, иначе не избежать серьезных поломок.

Что это — коробка передач?

Коробкой передач принято называть механизм, главным предназначением которого является передача движения вращательного характера с коленвала двигателя на кардан или передние полуоси (в задне- или переднеприводных моделях соответственно), тем самым управляя этим автомобилем посредством изменения таких параметров, как скорость вращения и крутящий момент, а также направление движения (вперед или назад).

Естественно, никакая коробка не способна увеличить мощность мотора, но зато она способна изменять то, что есть, для наилучшего его согласования с реальными условиями эксплуатации, изменяя для этого передаточное число между своими входом и выходом так, чтобы обеспечивались наивыгоднейшие топливо-экономические и тягово-скоростные свойства. Кроме того, к «обязанностям» коробки передач относится реализация холостого режима работы мотора и способности автомашины передвигаться задним ходом.

Необходимость применения коробок передач обусловлена различием угловых скоростей коленвала и ведущих колес, которое не позволяет осуществлять привод ведущих колес непосредственно от коленвала. Так, коленвал современного двигателя имеет, как правило, угловую скорость в диапазоне между 500 и 9000 об/мин, а угловая скорость ведущих колес может находиться в диапазоне между 0 и 1800 об/мин.

Из этого следует, что совместить одно с другим по этому параметру, не применяя коробку передач, никак не получится. Наконец, современные ДВС имеют довольно узкий диапазон, в котором они обладают выгодными характеристиками по крутящему моменту – от 3000 до 7000 об/мин, «привязать» который к реальным условиям эксплуатации никак не получается, если пытаться обойтись без устройств типа КПП.

Как обойти эти проблемы?

Проще всего — изменяя такие параметры, как частота вращения ведомой шестерни и крутящий момент на ее валу при помощи специально подобранных шестерен. Теперь, начиная движение, выбор первой передачи будет означать, что мы выбрали пару шестерен с тем значением передаточного числа, которое соответствует включенной первой передаче. Поскольку обычно передаточные числа уменьшаются с ростом номера передачи, то в данном случае будем иметь наибольшее значение передаточного числа, наименьшую частоту вращения ведущих колес, но зато максимально возможное значение крутящего момента.

В течение дальнейшего разгона одна за другой включаются следующие передачи, благодаря чему повышается частота вращения колес, но падает крутящий момент. Даже это краткое описание показывает — коробка передач выполняет важные функции, без которых ни о какой езде не было бы никакого разговора. Итак, коробка передач, по существу, является многоступенчатым редуктором, с помощью которого обеспечивается возможность преобразования вращательного движения коленвала в поступательное движение автомобиля.

Передаточное число – что за зверь?

Этим понятием обозначается отношение скоростей вращения двух взаимодействующих шестерен. Иначе говоря, отношение между количествами зубьев у ведущей и у ведомой шестерен – это и есть передаточное число. Различные передачи, естественно, требуют разных передаточных чисел — максимальное передаточное число применяется на самой низкой передаче (1-й), а минимальное — на высшей. «Прямая» передача соответствует передаточному числу, равному 1. При подборе передаточных чисел их стремятся выбрать такими, чтоб они не были целыми.

Можно привести такой пример: имеем две связанные друг с другом шестерни, на каждой из которых ставим маркером по отметке – друг против друга. Если данная пара шестерен имеет передаточное число, равное, к примеру, двум, то это означает, что ровно через два оборота от начала вращения нанесенные на шестерни метки опять совпадут. И каждые два оборота эта картина будет повторяться – совпадать будет одна и та же пара зубьев, то есть именно эта пара нагружена больше других, и по этой причине гораздо быстрее сломается или износится. По этой причине подбор передаточных чисел – довольно ответственная операция, а их значения выбираются дробными.

Устройство механической коробки

Схема трёхвальной коробки передач заднего привода автомобиля

Устройство механической коробки передач трехвального исполнения (об отличиях двухвального исполнения упомянем далее) предусматривает размещение в картере коробки трех валов — первичного, вторичного и промежуточного. Первичный вал (или ведущий) благодаря механизму сцепления может сочленяться с маховиком и вращаться вместе с ним. Вторичный вал (или ведомый) имеет постоянное соединение с карданным валом. Вращение первичного вала с помощью вала промежуточного может передаваться вторичному.

Расположены первичный и вторичный валы последовательно, а опорой вторичного вала является подшипник, запрессованный в хвостовик первичного вала. Таким образом, жесткой связи между собой два этих вала не имеют, а их вращение происходит независимо. Промежуточный вал смонтирован параллельно названным валам.

На всех валах установлены шестерни. Первичный вал несет на себе ведущую шестерню, вращающую промежуточный вал. Последний несет на себе блок шестерен, жестко с ним соединенный и часто выполняемый с ним как единое целое. Вторичный вал несет на себе ведомые шестерни – эти шестерни имеют возможность перемещения по шлицам вдоль вала.

На последнем валу располагаются также муфты, включающие те или иные передачи. В зависимости от числа муфт коробки передач бывают двухходовые, трёхходовые и т.д. Современная четырёхходовая коробка, например, может иметь 6 или 7 прямых передач плюс задний ход.

В ручной коробке переход от одной передачи к другой осуществляет водитель с помощью специального рычага, находящегося внутри салона автомашины. Дабы избежать включения двух передач одновременно (чревато поломкой коробки), в ней установлен специальный замок, а во избежание самопроизвольного выключения передач имеется специальный блокирующий механизм.

Принципы функционирования

Допустим, скорость вращения коленвала составляет 1000 об/мин, и благодаря механизму сцепления соответствующий крутящий момент получает первичный вал коробки передач. Если теперь включить первую передачу, то жесткозакрепленная на этом валу шестерня войдет в зацепление с другой шестерней, которая крупнее по размеру и имеет в четыре раза, например, больше зубьев.

Следовательно, вал, на котором установлена вторая шестерня, будет вращаться со скоростью в четыре раза меньше скорости коленвала, то есть 250 об/мин. Скорость вращения уменьшилась в четыре раза согласно соотношению зубьев шестерен, а крутящий момент в такое же число раз увеличится на второй шестерне.

Применение различных передаточных чисел пар шестерен позволяет получать от двигателя и передавать далее на ведущие колеса автомобиля разные крутящие моменты. Иначе говоря, вращение коленвала двигателя в 1000 об/мин можно преобразовать, при выборе соответствующих передач, во вращение ведущих колес автомобиля со скоростью, например, в 333 или 250 об/мин и т.д.

Реализация возможности передвижения автомобиля задним ходом обеспечивается наличием в коробке передач соответствующего механизма, состоящего из дополнительного вала и установленной на нем шестерни заднего хода. Если выбрать задний ход, то между вторичным и промежуточным валами будет дополнительно включена эта шестерня, благодаря которой вторичный вал коробки передач будет вращаться в противоположную, по сравнению с обычным направлением, сторону за счет нечетного количества сцепленных друг с другом шестерен.

Классификации современных ручных коробок

По числу передач

Все коробки условно делятся на виды в зависимости от количества реализуемых ими ступеней передач. Различают 4-, 5-, 6-, и даже 7-ступенчатые коробки. Увеличение числа передач зиждется на необходимости передавать крутящий момент в наиболее эффективных пределах. Так, если двигатель имеет наибольшее значение крутящего момента на сравнительно невысоких оборотах, то разгонять его до более высоких оборотов нет смысла – развиваемая им мощность будет лишь падать при повышении частоты вращения. В таких ситуациях гораздо более эффективным решением будет применение соответствующей коробки;

По числу валов

Коробки передач бывают 3- и 2-вальными в зависимости от того, сколько валов они содержат. 3-вальными коробками (описаны выше) оборудуются автомашины как с передним, так и с задним приводом, а 2-вальными коробками оборудуются, в основном, переднеприводные легковые автомобили. 2-вальная коробка, как следует из названия, содержит в себе лишь два вала, хотя в целом их расположение и назначение аналогичны 3-вальной коробке. Отличия заключаются в расположении валов относительно друг друга – оно параллельное в 2-вальной коробке. Второе отличие состоит в схеме создания передач – в 3-вальной коробке одна передача реализуется двумя парами шестерен, а в 2-вальной – лишь одной парой. 2-вальные коробки не имеют прямой передачи, зато могут иметь не один, а сразу несколько ведомых валов.

Достоинства механических коробок:

• стоимость и масса «механики» относительно ниже, чем те же параметры у других типов коробок;
• КПД «механики» выше, нежели у коробок других типов;
• благодаря своей высокой надежности, «механика» имеет большой срок службы;
• механическая коробка предоставляет большой выбор стилей езды в различных условиях эксплуатации автомобиля, например, бездорожье, грязь, гололед;
• машину с «механикой» при необходимости можно буксировать куда угодно, не опасаясь неприятных последствий со стороны коробки;
• наличие именно ручной коробки обеспечивает возможность запуска автомобиля с «толкача» и допускает отсоединение трансмиссии от двигателя.

Недостатки механических коробок:

• в условиях длительной езды по городу или в пробках значительно больше утомляет водителя;
  нуждается в наличии у водителя определенных навыков управления автомобилем типа плавного перехода между передачами;
• сравнительно большое время смены передач, поскольку оно нуждается во временном отключении коробки от двигателя (выключении сцепления);
• относительно небольшой ресурс механизма сцепления.

Новые разработки в мире КПП

Нынешнее разнообразие коробок передач – это не застывший металлосборник, а впитывающий в себя все новое — мир коробок передач. Тем не менее, обычные коробки, появившиеся одновременно с появлением автомобиля, имеют наименьшие темпы развития, а роботизированные – наивысшие, при этом последние перестают быть обычными модернизированными коробками, все далее уходя от них – сказывается полное управление электроникой и приводами, а их проектирование идет уже по своей особой технологии. То есть эти коробки, фактически, все больше удаляются от механики, их породившей.

Это видно и по результатам — лучшие коробки-роботы от Ferrari обеспечивают переключение передач за время не более 60 мс, а коробки передач типа DSG (Volkswagen) способны включать отдельные передачи за 8 мс! Благодаря этому Volkswagen Golf, например, оснащенный 7-ступенчатой коробкой этого типа, примерно на 20% экономичнее, нежели такой же автомобиль, но оборудованный традиционной «механикой».

В последние годы резко улучшились характеристики систем смазки – ныне выпускаемые коробки передач нередко оснащены системой смазки под давлением, а иногда – еще и совместного использования с двигателем. Такое решение дает возможность резко увеличить ресурс работы коробки передач относительно привычной всем системы смазки за счёт присутствующего в картере двигателя масла, а также обеспечить необходимое охлаждение коробки передач благодаря постоянной циркуляции масла. Сегодня существует уже довольно большое число механических коробок, но использующих для своей смазки масло ATF, то есть масло для коробок-автомат.

В заключение стоит сказать, что тенденцией нашего времени является и то, что устройство механической коробки передач все больше усложняется в погоне за динамикой, скоростью, экономичностью… Какой она будет в будущем, трудно сказать, наверное, никто и не скажет.