Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.
Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.
Современная МКПП
Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.
Принцип работы и устройство
Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.
Сцепление
Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.
Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.
Шестерни и валы
В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.
В трехвальных имеется три вала:
- первый – ведущий;
- второй – промежуточный;
- третий – ведомый.
Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.
Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.
Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.
Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.
В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.
Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.
Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.
Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.
Синхронизаторы
Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.
Синхронизатор МКПП
Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.
Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.
Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.
Работа синхронизаторов
Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.
Процесс переключения передач
За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.
- простое в конструкционном плане решение;
- обеспечение четкости переключения;
- более долговечная конструкция для эксплуатации.
- нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
- не используется на переднеприводных автомобилях.
Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:
- напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
- на рулевой колонке;
- в районе панели приборов.
Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.
- комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
- вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
- обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.
- меньшая долговечность;
- со временем могут появляться люфты;
- требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
- четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.
Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.
Механизм переключения передач Лада Гранта
Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.
Преимущества и недостатки механических коробок передач
Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.
Достоинства :
- конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
- в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
- не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
- среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
- простота и инженерная отработанность конструкции;
- высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
- не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
- водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
- авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
- есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.
Недостатки :
- для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
- необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
- неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
- невысокий ресурс узла сцепления;
- у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.
В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.
Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач .
Содержание:
Что такое АКПП?
Автоматическая коробка переключения передач — это важный конструктивный элемент трансмиссии транспортного средства, служащая для изменения крутящего момента, направления, а также скорости движения т.с. и для длительного разъединения двигателя от трансмиссии. Различают бесступенчатые (Вариатор), ступенчатые (Гидроавтомат) и комбинированные коробки передач (Роботизированные ) .
Не секрет, что трансмиссия оказывает основное влияние на динамику автомобиля. Производители постоянно испытывают и внедряют новейшие технологии в наши автомобили. Тем не менее большинство автомобилистов предпочитают эксплуатировать автомобили с механической коробкой передач, так как считают, что головной боли последняя приносит гораздо меньше. Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.
Что лучше МКПП или АКПП
Как правило, наш отечественный автолюбитель к автоматическим коробкам передач относится с определенными предубеждениями. Видимо причиной тому наше хроническое нежелание перекладывать на чужие плечи свою проблему и попытка самостоятельного ее устранения. К примеру, американцы, а ведь именно они придумали АКПП, этим не страдают. В Америке весьма не популярны механические коробки переключения передач и только 5% американских автолюбителей из ста пользуются механикой. Популярность АКПП и в Европе растет из года в год огромными темпами. Конечно же поклонники автомата есть и среди наших соотечественников, вот только правильно эксплуатировать их получается далеко не у всех. По утверждению автомехаников, именно несвоевременное тех. обслуживание и неправильная эксплуатация, зачастую служит первопричиной всех неисправностей автоматической коробки передач.
Как работает АКПП?
Для того, чтобы понять принцип работы автоматической коробки передач - мы условно распределим ее на три части: гидравлическая, электронная и механическая. Как можно догадаться, механическая часть отвечает непосредственно за переключение передач. Гидравлическая передает крутящий момент и создает воздействие на механическую. Электронная - это мозг, который отвечает за переключение режимов (селектор) и обратную связь с системами автомобиля.
Как известно сердцем машины является двигатель, в случае с коробкой передач это так же уместно. Трансмиссия должна преобразовывать мощность и крутящий момент двигателя таким образом, чтобы обеспечить для движения транспортного средства необходимые условия. Большую часть этой тяжелой работы выполняет гидротрансформатор (он же "бублик") и планетарные передачи.
Гидротрансформатор в зависимости от частоты вращения колес и нагрузки изменяет крутящий момент автоматически и выполняет функции сцепления (как в механической коробке). В свою очередь состоит из пары лопастных машин - центростремительной турбины и центробежного насоса, а также между ними расположен направляющий аппарат-реактор.
Турбина с насосом максимально сближены, а их колеса имеют форму, которая обеспечивает непрерывный круг циркуляции рабочих жидкостей. Именно благодаря этому у гидротрансформатора минимальны габаритные размеры и минимальны потери энергии при перетекании жидкостей от насоса к турбине. Коленвал двигателя связан с насосным колесом, а вал коробки передач с турбиной. В виду этого в гидротрансформаторе нет жесткой связи между ведомыми и ведущими элементами, потоки рабочих жидкостей осуществляют передачу энергии от двигателя к трансмиссии, которая с лопаток насоса отбрасывается на лопасти турбины.
Как работает АКПП видео:
Гидромуфта и гидротрансформатор
Собственно говоря, гидромуфта работает по такой же схеме, не трансформируя его величину она передает крутящий момент. Реактор введен в конструкцию гидротрансформатора для того чтобы изменять момент. В принципе это такое же колесо с лопатками только жестко посаженное на корпус и до определенного времени не вращающееся. На пути по которому возвращается масло из турбины в насос расположен реактор. Особый профиль имеют лопатки реактора, сужаются постепенно межлопаточные каналы. Благодаря этому скорость рабочих жидкостей текущих по каналам направляющего аппарата, понемногу увеличивается, а выбрасываемая в сторону вращения насосного колеса из реактора жидкость подгоняет и подталкивает его.
Из чего состоит АКПП?
1. Гидротрансформатор
— сходен со сцеплением в мех.коробке, но управления непосредственно водителем не требует.
2. Планетарный ряд
— сходен с блоком шестерен в мех.коробке и изменяет придаточное отношение в автомате при переключении передач.
3. Тормозная лента, задний фрикцион, передний фрикцион
— они служат для непосредственного переключения передач.
4. Устройство управления
— это целый узел состоящий из шестеренчатого насоса, клапанной коробки и маслосборника. Клапанная плита (гидроблок) — это система каналов с клапанами (соленоидами) и плунжерами, выполняющими функции контроля и управления, также преобразует нагрузку двигателя, степень нажатия на акселератор и скорость движения в гидравлические сигналы. На основании таких сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически меняются передаточные числа.
Гидротрансформатор Планетарный ряд
Отличия в устройстве АКПП заднеприводных и переднеприводных автомобилей
Есть также несколько различий в устройстве и компоновке автоматических трансмиссий заднеприводных и переднеприводных автомобилей. У переднеприводных автомобилей АКПП более компактна и внутри корпуса имеет отделение главной передачи т. е. дифференциал. В остальном функции и принципы действия всех АКПП одинаковы. Для обеспечения движения и выполнения всех функций АКПП оснащена такими узлами, как: гидротрансформатор, узел управления и контроля, коробка передач и механизм выбора режима движения.
Заднеприводный автомобиль Переднеприводный автомобиль
Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним из чего состоит механическая коробка передач - как работает.
Механическая «коробка» состоит из :- картера;
- первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
- дополнительного вала и шестерни заднего хода;
- синхронизаторов;
- механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
- рычага переключения.
Схема работы:
1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения; 3 - механизм переключения; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер.
Картер
содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом .
Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.
Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.
Механизм переключения служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает их от самопроизвольного выключения.
Требования к коробке передач
- Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
- высокий КПД
- легкость управления
- безударное переключение и бесшумность работы
- невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
- надежное удержание передач во включенном положении
- простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
- удобство обслуживания и ремонта
Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие - зубчатыми муфтами.
Как работают шестерни?
Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.
а) Передаточное отношение одной пары шестерен
Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).
б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б)
у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») - 20, у четвертой («Г») - 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее - 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит - 2000 об/мин, а выходит - 500 об/мин. На промежуточном валу в это время - 1000 об/мин.
В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже - двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.
Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала в другую сторону
, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:
Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи:
1 - первичный вал; 2 - шестерня первичного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - шестерня и вал передачи заднего хода; 5 - вторичный вал.
Передаточные числа
Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:| Передачи | ВАЗ 2105 | ВАЗ 2109 |
| I | 3,67 | 3,636 |
| II | 2,10 | 1,95 |
| III | 1,36 | 1,357 |
| IV | 1,00 | 0,941 |
| V | 0,82 | 0,784 |
| R(Задний ход) | 3,53 | 3,53 |
Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой . Как правило, это - четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.
Первая и передача заднего хода - самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.
Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) - они самые скоростные и экономичные.
Какие бывают неисправности?
Обычно они появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением - это приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в «коробке», она не сломается до конца срока службы.
Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.
