Как работает коробка передач механика

Как работает механическая коробка передач?

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

1. Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
2. Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
3. Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

• корпус с масляным картером;
• три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
• устройства синхронизации;
• рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения. На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Как работает механическая коробка передач

В устройстве любого автомобиля имеется коробка передач. Она бывает нескольких типов. Это вариатор, автомат, робот, механика. Последняя является наиболее старой, так как применялась на авто более 100 лет назад. Эта КПП имеет простое устройство и популярная по сей день. Как работает механическая коробка передач и как она устроена, рассмотрим далее в статье.

Виды МКПП

Существует несколько видов МКПП по числу ступеней:

• Четырёхступенчатая.
• Пятиступенчатая.
• Шестиступенчатая.

На легковых авто сегодня популярны 5- и 6-ступенчатые механические трансмиссии. На коммерческом транспорте используются МКПП с числом ступеней до 8. Также МКПП делится на два вида в зависимости от числа валов:

• Двухвальные. Применяются на переднеприводных авто (преимущественно легковых).
• Трёхвальные. Используются на заднеприводных легковых авто и на коммерческом транспорте.

Устройство

В конструкцию МКПП входят:

• Первичный и вторичный вал.
• Промежуточный (присутствует только на трёхвальных КПП).
• Шестерни вторичного и первичного вала.
• Картер.
• Синхронизаторы (о них поговорим отдельно).
• Узел выбора передач.
• Дифференциал.
• Главная передача.

Синхронизаторы

Это важная составляющая любой механической трансмиссии. Служат синхронизаторы для сглаживания скорости вращения шестерни и вала. Переключение передач благодаря синхронизаторам происходит быстро и мягко. В устройство входит:

• Блокировочное кольцо.
• Ступица.
• Шестерня, имеющая фрикционный конус.
• Муфта включения.

Ступица – это главный элемент узла. Она имеет два шлица (наружные и внутренние). За счет них механизм соединяется с валом трансмиссии, двигаясь по нему в разную сторону. Благодаря наружному шлицу элемент соединяется с муфтой включения. Также устройство ступицы предполагает наличие трёх пазов. Каждый установлен под углом в 120 0 относительно друг друга. Данные пазы служат для установки «сухарей». Что это такое? Это подпружиненные элементы, фиксирующие муфту в положении «нейтраль». При такой установке муфты синхронизатор коробки не работает. Маховик свободно вращается, не передавая момент на коробку. Сама муфта соединяет шестерни с валом коробки. Деталь устанавливается на ступице. С внешней стороны она соединяется с вилкой КПП.

Изображение взято с сайта carnovato.ru

Для выравнивания угловых скоростей используется блокировочное кольцо. Сглаживание вращения происходит за счёт трения. Кольцо не дает муфте замкнуться, пока шестерня и вал не будут иметь равные обороты вращения. Внутренняя часть блокировочного кольца обладает конусной формой.

Как работает синхронизатор в МКПП:

• Муфта при нерабочем состоянии находится в среднем положении. Шестерни на валах трансмиссии свободно вращаются.
• При выборе водителем передачи, муфта двигается к шестерне посредством вилки. При этом муфта двигает блокировочное кольцо. Последнее прижимается к конусу шестерни.
• Кольцо прокручивается и блокирует последующее движение муфты.
• За счет трения, обороты вала и шестерни выравниваются.
• Муфта зацепляет вал и шестерню КПП.
• Передается крутящий момент от маховика ДВС.

Как работает двухвальная МКПП, особенности конструкции

Во время работы ДВС, энергия вращения передается через узел сцепления на ведущий вал коробки. Одна часть шестерен на вторичном и первичном валу может свободно вращаться, а другая – устанавливаться на валу неподвижно. Это зависит от модели КПП. Также для сглаживания угловых скоростей и плавного включения передач на каждом валу есть синхронизатор.

Шестерни валов (вторичного и первичного) постоянно взаимодействуют между собой. Определить, какие из них вращаются, а какие жестко зафиксированы, можно следующим образом. Шестерни у муфт синхронизаторов вращаются на валу постоянно. А на главной передаче они неподвижны.

Для передачи момента от валов КПП на колеса, задействуется дифференциал и главная передача. Для чего служит дифференциал? Он предназначен для изменения угловой скорости вращения ведущих колес. Это актуально при прохождении поворотов и при любой другой смене траектории движения авто. Дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость авто на дороге и равномерный износ шин протектора.

Узел выбора передач находится в корпусе трансмиссии. Он являет собой набор штоков и вилок, двигающий муфту синхронизаторов. Узел выбора передач имеет защиту от включения сразу двух скоростей.

Что происходит во время включения передачи

• Когда рычаг находится в положении «нейтраль», маховик не передает вращательный момент и крутится свободно от диска сцепления. При этом шестерни валов МКПП свободно прокручиваются.
• Если водитель включает передачу, в данный момент перемещается муфта синхронизатора через систему тяг или тросиков.
• Муфта выравнивает обороты вала и используемой шестерни.
• Муфта входит в зацепление с шестерней КПП.
• Вращательный момент передается от первичного на вторичный вал трансмиссии.
• Энергия вращения передается в полном объеме от ДВС на колеса с определённым передаточным числом. Каждая передача имеет свое число. Чем ступень КПП выше, тем оно меньше.

Для того, чтобы выполнить движение назад, применяется дополнительный вал. Он имеет промежуточную шестерню реверсивного движения. Синхронизаторы у данной передачи отсутствуют, поэтому включать ее необходимо только после полной остановки авто.

Трёхвальная МКПП

Главная ее особенность – число валов. В конструкции используется три вала. Это:

• Ведущий (он же первичный).
• Ведомый (иное название – вторичный).
• Промежуточный.

Первичный соединен с узлом сцепления. Энергия от него передается на промежуточный посредством определенной шестерни. Ведущий и промежуточный вал всегда находятся в зацеплении. Промежуточный находится параллельно относительно первичного. Ведомый установлен на одной оси с первичным. В устройстве КПП имеется упорный подшипник. Элемент установлен на ведущем валу, в который входит вторичный. Шестерни первичного при этом могут свободно вращаться, поскольку они не закреплены жестко. Шестерни вторичного вала МКПП взаимодействуют с шестернями промежуточного постоянно. Это значит, что на «нейтралке» вращательный момент от первичного вала идет на промежуточный, а затем на шестерни вторичного. Но автомобиль не совершает движения, так как шестерни КПП не закреплены и вращаются свободно.

На трёхвальной МКПП синхронизаторы расположены на валу и не вращаются. Но они могут перемещаться в осевом направлении благодаря шлицевому соединению. Чем еще особенный данный тип МКПП? Узел переключения скоростей находится на корпусе КПП. Он состоит из:

• Рычага.
• Нескольких штоков с вилками.

Дополнительно данный узел оснащается блокирующим устройством, которое защищает от включения нескольких скоростей сразу.

Управление вилкой КПП может осуществляться дистанционно. Такая конструкция используется, когда нет возможности установить рычаг напрямую в коробку. В этом случае конструкция предполагает наличие шарнирных тросов или кулисы. Данный вариант часто используется на автобусах и грузовиках.

Как работает трёхвальная МКПП:

• Когда рычаг КПП находится в «нейтрали», вращательный момент не передается от ДВС на колеса. Когда водитель меняет положение рычага КПП, вилка двигает синхронизатор.
• Муфта выравнивает обороты ведомого вала коробки и шестерни, а далее входит в зацепление.
• Шестерня вторичного вала МКПП блокируется.
• Трансмиссия передает вращательный момент на колеса с определенным передаточным числом.

Переключения осуществляются менее, чем за полсекунды. Каждая ступень работает в определенном диапазоне скорости движения авто.

Понравилась статья? Поделитесь в соц. сетях:

Механическая коробка передач: принцип работы для чайников

Что такое механическая коробка передач и её принцип работы для чайников, плюсы и минусы МКПП. Разберем более подробно в этой статье.

Механическая и гидромеханическая коробка передач — что это такое

Машина – организм достаточно сложной концепции. В его основе шасси лежит трансмиссия, ходовая часть, тормозная система и рулевое управление. Каждая деталь тесно взаимосвязана с остальными и имеет свое особое значение в запутанной системе.

Если двигатель – сердце автомобиля, то именно в трансмиссии находиться его рычаг для запуска – КПП.

Разберём, зачем предназначена сама коробка передач:

1. Для смены в широком диапазоне крутящего момента, который передается от сцепления до карданной передачи автомобиля.
   Проще говоря, механизм позволяет сдвинуть машину с места, а так же изменить скорость движения, при помощи переключения передач (например, с первой на вторую, или с третьей на вторую).
2. Для изменения направления вращения карданного вала;
   Это подразумевает собой движение задним ходом, с чем мы встречаемся при парковке или развороте.
3. Для разъединения сцепления от карданной передачи.
   Образец «холостого хода» — работающий двигатель не развивает достаточно мощных оборотов, чтобы машина поехала.

Механическая коробка передач имеет такой принцип работы: водитель, чтобы задействовать передачу перемещает рукоятку в салоне.

Этим он заставляет шестерни или по очереди зацепиться с зубчатыми колёсами, или при помощи синхронизатора блокироваться на валу.

Поскольку операция происходит при помощи человека, механическая коробка так и получила свое название.

В случае с гидромеханической КП это же действие осуществляется автоматически, без использования водителем педали сцепления, которая просто-напросто отсутствует.

Устройство механической коробки передач

Как бы стремительно эволюция автомобиля не развивалась, а на сегодняшний день механическая система не спешит уступать свое место электромеханической трансмиссии. МКП используется в образцах разных поколений отечественных автомобилей, таких как ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, МАЗ-5335, ГАЗель-3302.

В зависимости от количества передач при движении вперёд различают три-, четыре-, пяти- шести-, семиступенчатую коробку.

Устройство механической коробки передач состоит из таких главных ингредиентов:

• шестерни и зубчатые колёса: ними выполняется непосредственная передача крутящего момента (цепная реакция любого механизма, например, часов).
• ведомый вал: своеобразный «портал» для крутящего момента от коленвала до ведущих колёс.
• промежуточный вал: размещает на себе шестерни, которые находятся в постоянном контакте с «напарниками» на конце ведущего вала.
• синхронизаторы: выравнивают частоту вращения шестерен, что включаются, и блокирует одну из них на валу.
• картер КП: ванночка для масла, без которого трение напрочь убило бы детали.
• другие компоненты, в числе которых муфта, вилки, масляный насос, картер сцепления и др.

Для предотвращения включения двух передач одновременно, предусмотрен замок – блокирующее устройство, а для устранения произвольного движения назад специальный предохранитель.

Гидромеханическая коробка передач — что это такое

Нынешние производство транспортных средств радует покупателей новыми технологиями, которые заметно упрощают процесс вождения. Одной из них является автоматическая коробка передач.

На больших грузовиках, таких как БелАЗ, или автобусах ЛиАЗ, ЛАЗ применяется эта технология. Но давайте разберёмся: гидромеханическая коробка передач — что это такое?

ГМП совмещает в себе функции сцепления и коробки передач. Она убивает одним выстрелом двух зайцев, или говоря иными словами: работает за двоих. Таким образом переключение является полностью или же частично автоматическим.

Гидромеханическая АКПП характерна такими составляющими:

1. Двухступенчатой механической коробкой передач с автоуправлением;
2. Гидротрансформатором (ГТ).

ГТ, находясь между двигателем и МКП, служит для самодействующего изменения передаточного числа и крутящего момента.

Когда его частота вращения достигает пикового числа, он переходит в режим гидромуфты. Другими словами – прекращает менять крутящий момент, и автомобиль плавно набирает скорость.

Групповая работа коробки передач с гидротрансформатором совершается благодаря объединению с приводом дроссельной заслонки. В целом за конструкцией эта система достаточно сложная и имеет целый ряд пневматических, электрических и гидравлических механизмов.

Механическая коробка передач: принцип работы для чайников

Для того, чтобы разобраться как работает механическая коробка передач достаточно представить несложную систему.

Вал с шестернями напоминает украшение: есть бусинки с зубцами (они же шестерни) нанизанные на основу (вал). И таких украшений два (хотя ныне более распространенные трёхвальные варианты).

Правильно расположив их в механизме, при взаимодействии шестерни на параллельно размещённую «бусинку» другого вала происходит изменение передаточного числа.

Оно в свою очередь определяется числовым отношением зубцов ведущей шестерни к количеству ведомой. Каждая «бусинка» имеет свое число, поэтому комбинации не однотипные.

Водитель при помощи рычага сам выбирает, какое зубчатое колесо приступит к работе. Рукоятка для переключения скоростей распоряжается ходом передач по ведомому валу. Проще говоря, она двигает «бусинки» к их партнёрам на выходном валу.

Для менее шумной работы в «механике» зубцы на производстве изготовляют под определённым углом и называют их косозубыми.

Что показывает практика

Преимущества МКПП

Люди отдают предпочтение машинам с механическим приводом из-за массы положительных факторов.

Дело не только в сравнительно небольшой массе и простоте конструкции, а в том, что при этих показателях себестоимость трансмиссивного агрегата является относительно небольшой.

Авто с «механикой» расходует топлива меньше, чем его популярные заместители «автоматы». К тому же, последние уступают МКП в динамичности разгона и уровню КПД.

Открытая, понятная конструкция механической коробки передач делает скидку владельцу касательно обслуживания или ремонта. Не создает хлопот с отдельной системой охлаждения.

Часто можно услышать, что обучение езде стоит начинать именно на машине с такой коробкой передач и это так. Ведь если человек обуздает лошадь, ничто не стоит ему пересесть на осла, что в обратном случает весьма тяжело.

Минусы

Своими большими по значимости, но малыми по количеству недостатками МКПП уступает гидромеханической КП. Минусы «механики» заключаются в следующих фактах:

• необходимо иметь достаточный запас навыков, чтобы сдвинуться с места без рывков;
• при интенсивном движении на дорогах оперировать механической коробкой переключения передач затруднительно;
• плавно изменить передаточное отношение ступенчатых трансмиссий практически невыполнимо;
• для переключения скоростей необходимо дополнительно отвлекаться на нажатие педали, чтобы разъединять сцепление;

Интересно, что в некоторых страна разницу между «механикой» и «автоматом» воспринимают настолько серьезно, что выдают специальные права для авто с МКПП, либо для машины с полуавтоматом.

Гидромеханическая КП стала рывком для современной «автоначинки», а это значит, что миру в будущем предстоит узнать много новинок. Остается главный вопрос: забудут ли при этом «механику»?