Принцип работы механической коробки передач (МКПП).

Если вы водите автомобиль с механической коробкой передач, то у вас, вероятно, может возникнуть несколько вопросов...

Что движется внутри коробки передач, когда я передвигаю переключатель? Когда я что-нибудь напутаю с передачами, то слышен ужасный скрежет, что на самом деле так скрипит? И наконец, самый волнующий нас вопрос: что бы произошло, если бы я включил заднюю передачу во время движения вперед? 

В этой статье мы рассмотрим внутреннее устройство механической коробки передач и постараемся ответить на все вышеперечисленные вопросы. 

Автомобилю коробка передач необходима исходя из особенностей бензинового двигателя. Во-первых, каждый двигатель имеет предельную допустимую частоту оборотов – максимальное значение оборотов в минуту, превысив которое он просто взорвется. Во-вторых, двигатели имеют узкий диапазон оборотов, при которых крутящий момент и мощность находятся на максимуме. Например, двигатель может выдавать максимальную мощность при 5500 оборотах в минуту. Коробка передач позволяет измениться передаточному отношению между двигателем и ведущими колесами во время ускорения и замедления автомобиля. Переключая передачи, вы позволяете двигателю не достигать предельно допустимой частоты оборотов. 

В идеале, передача станет настолько гибкой в коэффициенте, что двигатель сможет работать в одном, наиболее оптимальном для производительности значении количества оборотов. Такова идея бесступенчатой коробки передач (CVT) или вариатора.

Бесступенчатая коробка передач

CVT имеет практически бесконечный диапазон передаточных чисел. В прошлом, CVT не могла конкурировать с 4- и 5-ступенчатыми коробками передач с точки зрения стоимости, размеров и надежности, поэтому бесступенчатая коробка крайне редко встречалась в производстве автомобилей. В наши дни, улучшенный дизайн сделал CVT более распространенным явлением. Например, гибридный автомобиль Toyota Prius использует именно такую коробку передач.

Коробка передач связана с двигателем через муфту.  Именно поэтому входной вал коробки передач делает столько же оборотов сколько и двигатель. 

Пятиступенчатая коробка передач применяет одно из пяти передаточных чисел к входному валу, чтобы произвести различное значение количества оборотов на выходном валу. Вот несколько типичных передаточных чисел:

 

ПЕРЕДАЧА

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО

КОЛИЧЕСТВО ОБОРОТОВ В МИНУТУ НА ВЫХОДНОМ ВАЛУ С ДВИГАТЕЛЕМ В 3000 ОБОРОТОВ

1-ая

2.315:1

1,295

2-ая

1.568:1

1,913

3-яя

1.195:1

2,510

4-ая

1.000:1

3,000

5-ая

0.915:1

3,278

Основы конструкции на примере двухступенчатой коробки передач

Для того чтобы понять основную идею стандартной коробки передач, на рисунке ниже приведен пример очень простой двухступенчатой коробки передач в нейтральном положении. 

Рисунок коробки передач в нейтральном положенииДавайте рассмотрим каждую часть, изображенную на данном рисунке, чтобы разобраться в том, как они взаимодействуют.

Вал зеленого цвета идет от мотора машины через сцепление. Зеленая зубчатая передача и зеленый вал соединены в единое целое. (Сцепление являет собой устройство, позволяющее соединять и рассоединять двигатель и коробку передач. Когда вы нажимаете на педаль сцепления, двигатель машины и коробка передач рассоединяются, таким образом, двигатель может продолжать работу, даже если автомобиль никуда не движется. Когда вы убираете ногу с педали сцепления, мотор и зеленый вал напрямую связываются друг с другом. Зеленый вал и зубчатая передача вращаются с тем же значением количества оборотов в минуту, что и двигатель.) 

Красный вал и зубчатые передачи называются промежуточным валом. Они также связаны между собой и образуют единое целое, поэтому все зубчатые передачи промежуточного вала и сам промежуточный вал вращаются как единое целое. Зеленый и красный валы связаны между собой через зацепляющие шестерни, поэтому, если вращается зеленый вал, то вращается и вал красного цвета. Таким образом, вал промежуточного звена получает питание непосредственно от двигателя автомобиля при включенном сцеплении.

Желтый вал – шлицевой вал (или вторичный вал или ведомый вал), который подключен непосредственно к ведущему валу через дифференциал и к ведущим колесам автомобиля. Если вращаются колеса, то вращается и желтый вал. 

Синие зубчатые передачи (или ведомые шестерни) вращаются на желтом валу на подшипниках, поэтому не зависимы от него. Если двигатель выключен, но автомобиль движется по  инерции, желтый вал может крутится внутри  шестерен синего цвета, но сами синие шестерни и промежуточный вал останутся неподвижными.

Маховик (муфта включения передач) связан в единое целое с желтым валом и вращается вместе с ним. Функцией маховика является подключение к одной из синих зубчатых передач для передачи их инерции на колеса машины.  Для того чтобы присоединиться к синей шестерне, зубчики маховика, которые называют «собачьими зубами», входят в специальные отверстия по бокам шестерни. 

Теперь, давайте рассмотрим, что же происходит, когда вы переключаетесь на первую передачу.

Включим первую передачу

На рисунке ниже показано как маховик присоединяется к синей шестерне, расположенной справа, на первой передаче.

первая передача коробки передачНа этой иллюстрации, вал зеленого цвета, который подключен к двигателю, вращает вал промежуточный, который, в свою очередь, крутит шестерню синего цвета, расположенную справа. Эта шестерня через маховик передает свою энергию желтому валу и вращает его. Тем временем, синяя шестерня, которая находится слева, свободно вращается на подшипниках, никак не влияя на желтый вал.

Когда маховик находится между двумя синими шестернями (как показано на первом рисунке), коробка передач находится в нейтральном положении, а обе шестерни свободно вращаются вокруг ведомого вала, при этом с разной скоростью.

Когда вы делаете ошибку при переключении передач и слышите ужасный скрежет, то знайте, что неприятный звук издают «собачьи зубы», которые напрасно пытаются найти отверстия, для присоединения к синей шестерне, так как она вращается быстрее чем крутятся колеса машины и как следствие маховик не может захватить шестерню.

В коробке передач, показанной выше, нет синхронизатора (о нем речь пойдет позже), поэтому при использовании такой коробки необходимо выжимать сцепление дважды. Двойное сцепление было распространено в старых автомобилях и все еще широко используется в некоторых современных гоночных авто, но в уже более усовершенствованной форме. При двойном сцеплении вы выжимаете педаль сцепления первый раз для того чтобы отсоединить двигатель от коробки передач. Это уберет давление с собачьих зубцов, чтобы перевести маховик в нейтральное положение. Затем вы убираете ногу с педали сцепления и увеличиваете число оборотов двигателя до «правильной скорости». Понятие "правильная скорость" – это значение количества оборотов в минуту, при котором двигатель будет работать на следующей скорости. Идея состоит в том, чтобы скорость вращения синей шестеренки следующей передачи и маховика совпадали для облегчения вхождения собачьих зубцов в соответствующие отверстия (т.е. что бы не было пресловутого скрежета). Затем вы выжимаете педаль сцепления во второй раз и попадаете "собачьими зубами" в следующую передачу. При каждом переключении передач вам необходимо выжать сцепление два раза, отсюда и понятие «двойное сцепление».

Вы также можете видеть, как малые линейные движения ручки переключения передач позволяют менять скорость автомобиля. Все дело  в том, что ручка переключения передач движет стержень, который соединен с вилкой. Вилка перемещает маховик по желтому валу, чтобы тот мог присоединить одну из двух передач.

 Далее мы рассмотрим реальную коробку передач. 

Конструкция 5 ступенчатой коробки передач

Пятиступенчатая механическая коробка передач является довольно распространенной среди современных автомобилей. Внутри пятиступка выглядит таким образом:

схема работы МКПП  

Существуют три вилки, которые управляются стержнями, которые, в свою очередь, управляются рычагом переключения передач. Если смотреть на смещение стержней сверху, то передачи идут в обратном порядке. Вот, что мы имеем в виду:

схема позиций рычага передач МКПП

Как вы видите, при передвижении рычага влево-вправо вы привлекаете к процессу разные вилки (и, как следствие, разные маховики). Перемещая рычаг промежуточная шестерня заднего ходавперед-назад вы передвигаете один и тот же маховик, но только присоединяете его к шестеренкам разных передач.

Задняя передача осуществляется с помощью маленькой промежуточной шестерни (на рисунке изображена фиолетовым цветом). Синяя шестеренка, изображенная на рисунке, постоянно движется в противоположном ко всем остальным синим шестеренкам, направлении. Таким образом, становится понятно, что невозможно переключить коробку передач на заднюю передачу, когда автомобиль движется вперед. 

 

Синхронизаторы для МКПП

схема переключения передачЧтобы исключить необходимость в двойном сцеплении, механические коробки передач в современных легковых автомобилях оснащены синхронизаторами. Целью синхронизатора является предоставить маховику и синей шестерне вступить во фрикционный контакт до того, как собачьи зубцы присоединятся к шестеренке. Это позволяет маховику и шестерне синхронизировать скорость вращения, до вовлечения в процесс собачьих зубцов. 

 

Конус на синей шестеренке соответствует конусообразному  углублению в маховике, таким образом, трение между конусом шестерни и маховиком синхронизирует скорость вращения синей шестерни и маховика. Затем, внешняя часть маховика цепляется к нужной передаче с помощью все тех же собачьих зубцов. Нужно отметить, что каждый производитель реализует синхронизацию собственным способом, но мы описали главный принцип этого процесса.

Теперь, для закрепления, взглянем, как работает механическая коробка передач в этом видео - ролике.

Рейтинг: 
5

© Все права защищены

Комментарии

Денис (не проверено)
"передают свое передаточное число промежуточному валу" - что курил, автор? Если переключатель в нейтральном положении, ведомый вал получает вращающий момент от промежуточного?
Денис (не проверено)
"При каждом переключении передач вам необходимо выжать сцепление два раза, отсюда и понятие «двойное сцепление»." - а я думал, это понятие идет от двух сцеплений DSG... Желтый вал по ходу статьи то ведомый, то промежуточный... красный вал то ведущий, то промежуточный В общем, статейка прямо перл! А уж стилистика, правописание, орфография - просто улет! Автор,если Ваш учитель русского языка и литературы прочтет эту статью, он застрелится
Семен (не проверено)
Денис, ну, вы уж не разносите автора в пух и прах. Никто не идеален, возможно, у него был просто плохой день. Если Вы так хорошо знакомы с устройством КПП, изложите нам свое видение. Несомненно есть некоторые ошибки, но, в первую очередь, путаница с ведущими и промежуточными валами происходит из-за неправильных обозначений на картинках, а суть изложена достаточно правильно. Что касается замечания о двойном сцеплении, то ваше мнение тоже ошибочно. DSG - это одна из конструкций коробок передач, в котором используется данный вид сцепления, и эта конструкция никак не является "истоком" понятия "двойное сцепление". Нет ничего проще, чем сказать, что автор жжет, укурен и т.п. Возможно, во всем виноват Волан Де Морт :) Всем добра!
Лариса (не проверено)
Семён, Вы, как я поняла разбираетесь в коробках скоростей. Мне нужна помощь. Подскажите, пожалуйста, в коробке, состоящей из 4-х валов, один вал ступенчатый, два шлицевых, четвёртый должен быть ступенчатым или шлицевым?
Саймон (не проверено)
Вы где такие коробки видели ?

Добавить комментарий (появится после одобрения администратора)