Устройство коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.
Устройство механической коробки передач (кликабельно). Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности.

Устройство механической коробки передач

Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер. Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

• 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.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки.
Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
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.

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.

Виды механических КПП

По количеству ступеней (передач) механические коробки в основном подразделяются на:

• 4-ступенчатую;
• 5-ступенчатую;
• 6-ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается 5МТ, то есть пятиступенчатая коробка переключения передач.

По количеству валов МКПП подразделяются на:

• двухвальные, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные, устанавливаемые на легковые заднеприводные, а также на грузовые автомобили.

Принцип работы МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.

Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.

Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Преимущества и недостатки МКПП

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

• выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
• при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
• при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

• отпустить педаль газа;
• левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
• рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
• аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Заключение

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%. Связано это в первую очередь с комфортом во время вождения — при использовании АКПП он несомненно выше. Механическая КПП имеет самый простой принцип работы. Из-за этого она дешевле и экономичнее. МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Трансмиссия

Что такое трансмиссия? Какое ее назначение, устройство? Чем отличаются разные виды трансмиссий: механическая, гидравлическая, гидростатическая, электромеханическая. Какие поломки трансмиссии встречаются чаще всего?

Трансмиссия автомобиля – это целый комплекс механизмов, который обеспечивает функционирование всех его движущих механизмов, передаёт им энергию ДВС. Дословно слово «transmission» с английского языка на русский можно перевести следующим образом: «перенос», «передача», «перевод». Фактически даже простая цепная передача на велосипеде – это уже трансмиссия. Но применительно к велосипедам слово «трансмиссия» не прижилось. Принято говорить именно «передача». А вот в сфере машиностроения, транспортных технологий понятие «трансмиссия» применяется и к механизмам, соединяющим ДВС с движущимися элементами, и к системам, которые обеспечивают функционирование таких механизмов.

Хотя, если речь уже зашла о велосипеде, то на его примере легче всего наглядно объяснить суть трансмиссии как-таковой. Чтобы передвигаться быстро на велосипеде, нужна высокая частота вращения заднего ведущего колеса. Цепная передача идеально позволяет решить эту задачу, не прибегая к изменению диаметра колеса. Правда, если мы рассматриваем устройство автомобилей, то уже появляется двигатель, и конструкция усложняется, как и спектр её «обязанностей». Например, во время движения авто ДВС постоянно нужно затрачивать энергию на преодоление всевозможных сопротивлений, в том числе преодоление инерции самого автомобиля.

От качества механизмов трансмиссии (МТ) зависит расход топлива, безопасность и комфорт водителя, пассажиров транспортного средства, эффективность выполнения тех или иных задач. Например, МТ погрузчика обеспечивают оператору комфортное взаимодействие с погрузчиком, беспрепятственно подъезжать к стеллажам и аккуратно разгружать его. От МТ комбайна зависит отлаженность передачи действий от ДВС механизмам жатвенной части. От МТ карьерного самосвала зависит то, сможет ли он обеспечить эффективный старт после полной загрузки кузова или движение в гору с высокой скоростью.

Назначение и схемы трансмиссий

Прямое назначение трансмиссии автомобиля — пошагово регулировать крутящий момент от маховика и распределять его по ведущим колёсам.

МТ позволяют согласовать работу ДВС с сопротивлением движению транспортного средства, расширяя тяговое усилие на ведущих колесах, диапазон изменения оборотов.

Схема трансмиссии автомобиля зависит от того – переднеприводный или заднеприводный автомобиль перед нами.

У транспортного средства с приводом на задние ведущие колеса в составе трансмиссии чаще всего можно встретить сцепление, коробку передач, карданный механизм, задний ведущий мост в сборе. Такой вариант очень популярен у коммерческого транспорта (включая, грузовики, автобусы).

У транспорта с приводом на передние колеса (самый распространённый вариант у легковых авто) в состав трансмиссии чаще всего входят: сцепление, трансэксл, карданный привод на передние ведущие колеса и шарниры равных угловых скоростей.

Уточнение «чаще всего» при описании конструкции сделано по той причине, что некоторые элементы могут «перекочёвывать». Например, трансэксл можно встретить в конструкции некоторых автомобилей и с задним приводом. К такому конструктивному решению не раз прибегали при производстве некоторых моделей Chevrolet, Nissan Alfa Romeo. Особенно решение популярно у спорткаров с независимой подвеской. Трансэксл может соединяться с ДВС при помощи различных валов (карданного, с резиновыми муфтами).

В трансмиссионную схему всех полноприводных авто с ручным управлением и ряда транспортных средств с дополнительным оборудованием (например, коммунальной техникой) также входит раздаточная коробка.

Отдельно стоит обратить внимание на гидромеханические схемы. У них нет сцепления, но каждая ступень КПП оснащается автономным элементом переключения.

Что входит в трансмиссию автомобиля?

Узлы трансмиссии автомобиля:

• Сцепление, муфта сцепления или фрикцион (последний вариант часто встречается на сельскохозяйственной технике, например, тракторах). Разъединяет двигатель от трансмиссии и плавно соединяет их при переключении передач, при старте движения. Основа большинства сцеплений — фрикционный диск или диски, прижатых к маховику или сжатых друг с другом. Управлять сцеплением можно механическим способом (педалью), посредством гидро-, электропривода.
• Коробка передач (КПП). Главная функция любой КПП — изменение отношения между угловыми скоростями, крутящими моментами валов, угловыми и линейным перемещениями (то есть изменение передаточного отношения). Агрегат позволяет изменить крутящий момент, скорость и направление движения транспортного средства, а также разъединить двигатель с трансмиссией. Устройство агрегата зависит от типа КПП.
• Трансэксл — ведущий мост в блоке с коробкой передач.
• Кардан — механизм, передающий крутящий момент между валами у переднеприводных авто и от коробки к задним колесам на заднеприводных.
• Картер. Кожух, в котором располагаются главная передача, полуоси для крепления ступиц ведущих колец и дифференциал.
• Главная передача. Увеличивает крутящий момент и передаёт его на полуоси ведущих колес, адаптирует мощь двигателя под эксплуатационные условия.

• Дифференциал. Распределяет крутящий момент между приводными валами и обеспечивает возможность колёс вращаться с разными угловыми скоростями. От дифференциала зависит безопасность езды при поворотах на сухой гладкой дороге. Дифференциал может быть исполнен в виде муфты (вязкостной или фрикционной) или червячных полуосевых шестерен (дифференциал Торсен) с автоматической самоблокировкой механизма в момент разности крутящих моментов на приводном вале и корпусе.
• Полуоси. Передают крутящий момент от зубчатого колеса дифференциала непосредственно на колесо (через ступицу).

• Шарниры угловых скоростей. Передают крутящий момент, идущий от дифференциала к ведущим колесам. ШРУСы в отличие от передачи способны беспрепятственно работать с существенными углами поворота (до 70 градусов).

• Раздаточная коробка («раздатка»). Устройство, направленное на распределение усилия двигателя по ведущим колесам. Раздаточная коробка помогает нарастить крутящий момент при езде по плохим дорогам, бездорожью, распределить крутящий момент между приводными осями транспортного средства.

Для повышения функциональности, эргономичности, конкурентоспособности устройство трансмиссии автомобиля постоянно совершенствуют. Рассмотрим популярные полноприводные МТ 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro.

Особенности популярных трансмиссий 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro

• Системы полного привода 4Matic (установлены на многочисленные легковые модели Mercedes-Benz) с постоянным полным приводом включают межколесный и межосевой дифференциалы свободного типа, позволяющих разделить крутящий момент ДВС на две оси. Каждая из осей благодаря свободным дифференциалам может беспрепятственно вращаться с различной скоростью. Кроме того, у 4Matic предусмотрен контроль за движением посредством системы курсовой устойчивости (предусмотрен контроль тягового усилия, антиблокировочная система тормозов и антипробуксовочный механизм).
• Полноприводные трансмиссии xDrive (разработка BMW) отличаются наличием фрикционной многодисковой муфты. Она выполняет роль дифференциала. Также одна из главных особенностей решения состоит в том, что системой обеспечена возможность перераспределения межосевого крутящего момента в максимально широком диапазоне (0 до 100%).
• Система Quattro (Audi). Отличительная особенность – МТ и ДВС расположены продольно. У большинства трансмиссий Quattro присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.
• 4 Motion (популярный МТ Volkswagen). Особенность схемы — крутящий момент ДВС распределяется по осям в зависимости от ситуации на дороге.

У большинства трансмиссий Quattro и 4Motion присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.

Классификация

Трансмиссии принято классифицировать в зависимости от способа передачи энергии (типа преобразователя крутящего момента, привода транспортного средства использованной коробки передач.

В зависимости от способа передачи энергии выделяются следующие виды трансмиссии автомобиля:

• Механическая. Энергия передаётся посредством механического трения в сцеплении, взаимодействия шарниров, зубчатых колёс.
• Гидромеханическая. Крутящий момент возникает за счёт механического трения и работы гидравлики. ТМ здесь работают благодаря гидромуфте, гидротрансформатору.
• Гидравлическая. Вращение обязано нагнетания масла к гидротурбине под высоким давлением. То есть передача энергии осуществляется посредством жидкости.

В зависимости от привода выделяют переднеприводную, заднеприводную и полноприводную трансмиссию. О том, как они отличаются, можно судить, исходя из особенностей схемы устройств, приведённых в начале нашего материала.

В зависимости от коробки передач трансмиссия бывает:

1. Механическая.
2. Автоматическая.
3. Роботизированная.
4. Вариативная (бесступенчатая) – с вариатором.

Подробнее о трансмиссиях с разными типами коробок передач читайте в нашем материале «Коробка передач».

Механическая трансмиссия

Передача мощности производится за счёт механических передач вращательного движения.

Плюсы:

• Низкая стоимость.
• Высокий КПД.
• Малые габариты.

Механические системы обладают наивысшим КПД среди прочих, наименьшей массой, наиболее просты в производстве.

Важно! Не нужно путать механический способ передачи энергии и механическую коробку передач. Да, чаще всего решения с механической коробкой – это именно решения с механической передачей энергией. И именно её все и называют механическая трансмиссия автомобиля. Но это не аксиома. Среди гусеничной техники есть решения, где энергия передаётся через мехпередачи, при этом коробки стоят отнюдь не механические.

Гидромеханическая трансмиссия

Для агрегата характерно наличие гидромеханической коробки передач (в конструкции объединены механический редуктор + гидродинамический преобразователь крутящего момента). Наибольшая эффективность от системы наблюдается при наличии в ней автоматического управления.

Гидротрансформатор с колёсами с криволинейными лопатками, являющийся обязательным элементом такого агрегата, автоматически изменяет крутящий момент, передаваемый от двигателя.

Процесс передачи крутящегося момента подчиняется изменениям нагрузки на выходном валу КП.

• Муфта свободного хода запускает процесс вращения колеса реактора только в одном направлении. Оно совпадает с траекторией вращения насосного колеса.
• Рабочая зона под давлением заполняется маслом.
• Насосное колесо вращается.
• Лопатки насосного захватывают масло.
• Под влиянием центробежной силы масло оказывается на турбинном колесе.
• Масло поступает в реакторе.
• Направление потока жидкости изменяется.
• Масло снова поступает в насосное колесо.

Таким образом, на лицо – замкнутая циркуляция масла.
Плюсы и минусы гидромеханических решений

Гидромеханические решения ценят за широкий диапазон регулирования передаточных чисел, возможность обеспечить бесступенчатое изменение параметров потока энергии, реверсирование, быстрое реагирование на изменение условий эксплуатации, ситуацию на дороге. Предоставляется возможность автоматизировать процесс переключения скоростей, установить полный контроль за фильтрацией крутильных колебаний.

Гидромеханические МТ очень популярны у сельскохозяйственных, коммунальных машин, автопоездов большой проходимости. Решение отлично подходит для передачи мощностного потока от ДВС на привод ведущих мостов.
Распространена установка таких агрегатов и на карьерные самосвалы. Удаётся исключить динамические нагрузки на валы, превышение трения дисков.

Самые популярные и эффективные – гидромеханические автоматические трансмиссии.

Правда, при множестве достоинств, есть у них и недостатки:

• Отношение крутящего момента на ведомом звене по отношению к крутящему моменту на ведущем звене (то есть коэффициент трансформации) достаточно низок (не превышает 3).
• Есть сложности с нарастанием тормозного усилия (эта проблема остро чувствуется при вхождении в режим торможения ДВС.
• Высокая материалоемкость.

Гидравлическая трансмиссия

Вместо сухого трения механических МТ задействован гидротрансформатор. Для передачи крутящего момента применяются планетарные ряды, помогающие создать идеальные условия для реализации широкого спектра передаточных отношений. В том числе, такие решения не боятся сильной вибронагруженности.

Огромные преимущества решения:

• При переключениях передач не происходит разрыва потока мощности.
• Решение отлично обеспечивает передачу крутящегося момента.
• Для плавной работы с передачами не нужно прикладывать ударные усилия.

Но чтобы получить отдачу от агрегата с гидротрансформатором, приходится заботиться о монтаже
своей гидромуфты для каждой передачи.

Гидростатическая трансмиссия

ГСТ передаёт энергию вращения от ДВС к колесу или шнеку через насос с помощью направления рабочей жидкости к гидромотору.

Решение чаще всего монтируется на транспорте, если важно обеспечить большое передаточное число. Главные объекты, где устанавливаются МТ такого типа – зерноуборочные комбайны, дорожно-строительные машины, бульдозеры.

ГСТ не препятствует пробуксовке машин на вязких грунтах, а при движении вперед-назад легко обеспечить прямолинейность движения. Даже если отвал бульдозера максимально отпущен, то при медленном продвижении вперёд транспортное средство не глохнет. При работе на бульдозере это особенно ценно.

ГСТ не отличается высоким уровнем КПД, но ДВС у таких ТМ работает более экономично, если сравнивать с механической трансмиссией.

Электромеханическая трансмиссия

Электромеханическая трансмиссия – это решение с тяговым генератором, тяговым мотором (или несколькими моторами).

Объекты установки:

• cамосвалы большой грузоподъёмности,
• автобусы большой вместимости,
• транспорт высокой проходимости (вездеходы, уборочно-транспортные машины),
• гусеничные трактора,
• многозвеньевые поезда высокой проходимости,
• карьерные самосвалы

Главная особенность – энергия передаётся на генератор и при необходимости может использоваться повторно. Торможение происходит с возвратом энергии. Если монтирована аккумуляторная система, можно производить замедленное движение с отключенным ДВС. В электроэнергию может преобразовываться вся мощь ДВС.

Среди недостатков – внушительные габариты, высокая себестоимость, КПД ниже, нежели у механических систем.

Наиболее частые поломки трансмиссии

• Сильный шум при включении сцепления – «симптом» износа пружин (вилки, демпфера) или возникновение зазора в шлицевом соединении. Чаще всего решение проблемы – замена ведомого диска или пружин, но иногда достаточно просто основательней закрепить пружину вилки.
• Увеличение шума при выключении сцепления – сигнал о износе, повреждении подшипников вала КПП. Как правило, проблема решается заменой подшипника.
• «Смазанное» включение передач. Возникает как ответная реакция на износ многих деталей. Важна детальная диагностика и замена одной или нескольких деталей – пружин фиксаторов, шариков, «сухарей», шестерни, муфты, рычага выбора передач, блокирующих колец синхронизаторов.
• Из коробки передачи течёт масло. Чаще всего проблема – в износе сальников или уплотнительных прокладок, и они нуждаются в замене. Но проблема может быть и в ослаблении крепления картера или его крышек. В этом случае требуется регулировка крепежа (гаек).
• КПП издаёт гул, шум. Такое нередко бывает при недостатке уровня масла в коробке. И здесь важно понять причину утечки масла, устранить ее, а затем восстановить уровень масла до требуемых норм. Кроме того, проблема может быть связана с износом синхронизаторов, подшипников, шестерен. В этом случае требуется их замена.
• При подъёме транспортного средства в гору начинается пробуксовка. Переключение на пониженную передачу начинается раньше времени. Здесь, как и в предыдущем случае, причина чаще всего – падение уровня масла. Но нельзя исключать и одновременный износ манжет поршня и дисков муфты. Это может быть прямым стимулом к их замене.
• Cтук на холостом ходу ДВС. Это свидетельство окончания времени эксплуатации дисков фрикционных муфт. Решить проблему можно только их заменой.

Интерактивное обучение! На базе LCMS ELECTUDE доступен специальный обучающий курс-тренинг и тестовая система проверки знаний «Трансмиссия автомобиля».

29 учебных модулей – это отличные возможности для того, чтобы изучить устройство, принцип работы разных трансмиссий. Огромное внимание уделяется устройству и сервисному обслуживанию.

Видеообзор интерактивного тренинга «Трансмиссия»

Дополнительную информацию вы всегда можете уточнить в LCMS ELECTUDE. Это не только обширная база знаний для тех, кто постигает транспортные технологии, но и площадка, которая позволяет прокачать навыки посредством симулятора, оценить знания с помощью системы тестов. Платформа отлично подходит для обучения автодиагностов и автомехаников.

5.2 Механическая трансмиссия, ее составные части, их назначение, устройство и типы

Составные части трансмиссии

Рассмотрим более подробно элементы механической трансмиссии автомобиля с классической компоновкой (если забыли, что такое компоновка, то вам стоит вернуться к главе 3 «Составные части автомобиля и компоновочные схемы»). Итак, трансмиссия при таком расположении агрегатов имеет следующие элементы (рисунок 5.1):

• сцепление;
• коробку передач;
• приводной вал с шарнирами;
• главную передачу вместе с дифференциалом.

Примечание
На изображении все элементы показаны схематически. С учетом того, что дифференциал находится внутри корпуса главной передачи, на рисунке 5.1 показана только главная передача.

Рисунок 5.1 Двигатель и составные части трансмиссии.

Внимание
Если автомобиль переднеприводный, то тяга от двигателя передается на передние колеса через два отдельных – правый и левый – приводных вала, которые с главной передачей и ступицами колес (о ступицах рассказано в главе «Ходовая часть») соединены шарнирно, о чем пойдет речь в разделе «Шарниры равных угловых скоростей». Такие же валы и шарниры установлены на автомобили с независимой подвеской задних ведущих колес, но об этом позже.
Стоит оговориться, что у полноприводных автомобилей – тех, у которых тяга от двигателя передается на все колеса – в трансмиссию включена еще и раздаточная коробка, о которой мы будем говорить ниже.

Сцепление

Назначение сцепления

Сцепление служит для временного отсоединения силовой передачи (тяги) от двигателя, а также для плавного их соединения. Отсоединение необходимо при остановке и торможении автомобиля и при переключении передач. Плавное соединение нужно при трогании автомобиля с места и после включения передач.

Устройство и работа сцепления

Начальный и один из самых важных элементов всей механической трансмиссии — сцепление. Это муфта, которая предназначена для соединения и разъединения двух отдельных валов. Внешний вид обычного сцепления представлен на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 Сцепление.

Сцепление представляет собой два диска (показаны на рисунках 5.3 и 5.4): один из них — нажимной (ведущий), второй — ведомый. Нажимной диск установлен в кожухе на маховик, который, в свою очередь, крепится к коленчатому валу двигателя. Ведомый диск установлен на шлицы входного вала коробки передач и имеет возможность перемещаться по шлицам вала коробки.

На упрощенной схеме (рисунок 5.3) видно, что один диск сцепления соединен через кожух и маховик с коленчатым валом, а второй установлен на входном валу коробки передач. Также на данном рисунке (5.3) показано, что в кожух сцепления установлен прижимной (ведущий) диск, который имеет возможность перемещаться, так как крепится к диафрагменной пружине. Пружина эта, если посмотреть сбоку, имеет вид усеченного конуса с прорезями по всей окружности (пружину отчетливо видно на рисунке 5.2). Прорези образуют лепестки, при нажатии на которые весь этот «усеченный конус» будет выгибаться в обратную сторону. Вот и получается, что на концы лепестков давит выжимной подшипник, пружина выгибается, а так как к ее внешней окружности подсоединен прижимной диск сцепления, то он перемещается и высвобождает ведомый диск. В этот момент оба диска вращаются отдельно друг от друга, коленчатый вал вращается независимо от вала коробки передач, а значит, тяга на колеса не передается – сцепление выключено. Отпускаем плавно педали сцепления, выжимной подшипник отодвигается от диафрагменной пружины, та занимает свое исходное положение, прижимной диск плотно прижимает ведомый диск к маховику, соединяя тем самым коленчатый вал с валом коробки передач – сцепление включено.

Рисунок 5.3 Упрощенная схема конструкции сцепления.

Интересно
Если диски сцепления выполняют свою работу при сухих трущихся поверхностях, такое сцепление называется сухим. И наоборот, если рабочий процесс сцепления происходит в жидкостной ванне, то сцепление называется мокрым. Сцепление может быть однодисковым, двухдисковым и многодисковым. В данном случае определение зависит от количества ведомых дисков в сцеплении.
Привод выключения сцепления может быть тросовым или гидравлическим (в легковых автомобилях) и пневматическим или гидропневматическим (в грузовиках).
Также сцепление может быть механическим, полуавтоматическим и автоматическим.

Рисунок 5.4 Устройство однодискового сухого сцепления.

При плавном отпускании педали сцепления в начале движения, происходит плавное включение сцепления, то есть прижимной диск постепенно прижимает к маховику ведомый диск (ведомый диск немного пробуксовывает); число оборотов коленчатого вала значительно отличается от числа оборотов коробки передач, но тяга уже начинает передаваться, автомобиль начинает движение, а вы продолжаете отпускать педаль сцепления. Ведомый диск все плотней прижимается к маховику, обороты коленчатого вала и вала коробки передач уравниваются. При полном отпускании педали сцепления муфта сцепления как бы объединяет два вала и тяга от двигателя в полной мере передается на коробку передач, а от нее — на колеса.

Полезно знать
Если длительное время не отпускать педаль сцепления, ведомый диск начнет как бы выгорать, так как его рабочая поверхность — это специальные неметаллические фрикционные накладки, которые имеют свойство изнашиваться. При выгорании ведомого диска сцепления салон автомобиля наполняется характерным, довольно неприятным, запахом.

Привод выключения сцепления

Если привод механический, то все предельно просто (в подтверждение этому рисунок 5.5): к педали сцепления крепится трос, второй конец которого подсоединен к рычагу. Рычаг, в свою очередь, воздействует на выжимной подшипник, а далее процесс происходит, как описано выше.

Рисунок 5.5 Тросовый привод выключения сцепления.

Если привод гидравлический, то все немного сложнее (но не настолько, как может показаться, при взгляде на рисунок 5.6). Есть небольшой цилиндр с поршнем (называется «главный цилиндр гидропривода выключения сцепления»), который через шток соединен с педалью сцепления с одной стороны и почти такой же цилиндр с поршнем (его название — «рабочий цилиндр гидропривода выключения сцепления»), соединенным через шток с вилкой выключения, которая имеет возможность воздействовать на выжимной подшипник.

Сейчас более распространена конструкция, в который выжимной подшипник и цилиндр выключения сцепления объединены в один модуль. С точки зрения надежности — все хорошо, а вот касательно обслуживания системы все намного печальней, по сравнению с классической схемой гидропривода, что описана выше.

Рисунок 5.6 Гидравлический привод выключения сцепления.

Регулировка привода выключения сцепления

Будь то гидравлический или механический привод выключения сцепления, конструкторами закладывается возможность его регулировки, поскольку либо после разборки элементов трансмиссии, либо из-за чрезмерного износа ведомого диска сцепления может понадобиться регулировка.

Полезно знать
Чем позже начинает «хватать» сцепление, тем более изношен ведомый диск сцепления (если, конечно, не проводились какие-либо разборочносборочные работы коробки передач). Речь идет о том, что чем выше находится педаль сцепления (когда ее медленно отпускают) при трогании автомобиля с места, тем больший износ имеет ведомый диск сцепления. Если вы выжали педаль сцепления, без проблем включили передачу, начали плавно отпускать педаль и почти сразу же автомобиль начал движение, значит все в порядке.
Если передачи включаются нормально, но автомобиль не может толком заехать на небольшую возвышенность, обороты двигателя порой зашкаливают, а машина едет с несоответствующей данным оборотам скоростью и при этом салон наполняется едким характерным запахом горелых фрикционных накладок, значит сцепление «буксует», его пора заменить (или необходимо отрегулировать привод выключения сцепления).
Если передачи, наоборот, включаются очень туго, порой с ударом (если это не ГАЗ-53, конечно), или не включаются вовсе, причина, опять же, может крыться в сцеплении. Оно попросту полностью не выключается, то есть, диски не разъединяются и коленчатый вал фактически полностью не отсоединяется от вала коробки передач, в таком случае говорят, что сцепление «ведет». В таком случае, скорее всего, виноват привод выключения сцепления, который необходимо как можно скорее отрегулировать, в противном случае может выйти из строя коробка передач.

Коробка передач

Коробка передач (КП) — очень простой механизм, который состоит из корпуса (состоящего, в свою очередь, из нескольких частей) и валов с шестернями внутри оного. Тяга от двигателя с одной стороны коробки передач подводится, а с другой стороны уже увеличенная тяга передается далее на главную передачу и колеса.

Коробка передач также служит для изменения тягового усилия на колесах автомобиля и для получения заднего хода и постоянного разъединения тяги двигателя от передачи на ведущие колеса. Данное разъединение необходимо для того, чтобы не удерживать педаль выключения сцепления постоянно выжатой.

Одной из функций коробки передач является приспосабливаемость. Суть ее такова: тяговое усилие на колесах, необходимое для преодоления всех сопротивлений, возникающих при движении автомобиля, должно изменяться в зависимости от условий работы автомобиля.

Если автомобиль движется по ровной дороге с небольшой скоростью, то тяга, требуемая для преодоления сопротивления воздуха и потерь на вращение колес и всех механизмов, будет небольшой. Для получения этого тягового усилия нужна только небольшая часть той мощности, которую двигатель может развивать. Весь избыток мощности двигателя накапливается, пока водителю не понадобится разгон автомобиля с целью получения более высокой скорости его движения.

Но, когда автомобиль движется по плохой дороге или на подъеме, сопротивление движению значительно увеличивается. Для преодоления этих сопротивлений тяговое усилие на ведущих колесах необходимо соответственно увеличивать. Также, когда автомобиль трогается с места, тяговое усилие на его колесах должно быть особенно большим, так как при этом требуется помимо сопротивления всех механизмов преодолеть еще и инерцию автомобиля, связанную с его массой.

Примечание
При определенной мощности двигателя, его крутящем моменте и количествах оборотов коленчатого вала различные тяговые усилия на ведущих колесах автомобиля могут быть получены путем изменения соотношения количества оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колес.
При уменьшении числа оборотов колес по сравнению с числом оборотов коленчатого вала тяговое усилие на колесах возрастает, однако при этом снижается скорость движения автомобиля (вспомним о примере с велосипедом). При увеличении числа оборотов колес тяговое усилие на них снижается, а скорость автомобиля может быть повышена.

Изменение соотношения между количествами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колес и изменение вследствие этого тягового усилия на колесах производится при помощи зубчатых колес (шестерен), из набора которых и состоит коробка передач. Пример зубчатой пары, которая состоит из ведущей и ведомой шестерни, приведен на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 Набор шестерен (зубчатая пара)

При вращении малой ведущей шестерни (рисунок 5.7) сцепленная с ней большая ведомая шестерня будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз больше число ее зубьев. При этом крутящий момент на оси ведомой шестерни во столько же раз возрастет.

Отношение числа зубьев (или диаметров) ведомой шестерни к числу зубьев ведущей называется передаточным числом (или передаточным отношением). Чем больше передаточное число пары, тем значительнее изменяются число оборотов валов шестерен и крутящий момент на них. На изменении передаточных чисел путем введения в зацепление шестерен с различным числом зубьев и основано действие коробок передач.

Еще одна из немаловажных функций коробки передач — обеспечение возможности автомобиля ехать задним ходом. Эта функция основана на включении между ведущей и ведомой шестернями промежуточной шестерни — так называемой «паразитной шестерни».

Так, при передаче усилия в коробке без включения паразитной (промежуточной) шестерни ведущий вал (рисунок 5.8) и ведомый вал вращаются в одном направлении. При включении паразитной шестерни ведомый вал начинает вращаться в обратную сторону, автомобиль движется назад.

Интересно
Передаточные числа никогда не бывают целыми числами. Вернее, при расчете передаточных чисел стараются их так подобрать, чтобы они не были целыми. Для наглядности стоит привести пример: есть две шестерни, мы берем маркер и ставим две метки — одну напротив другой, на обеих шестернях. Так вот, если передаточное число между этими шестернями будет равно, к примеру, трем, то ровно через три оборота метки, нанесенные на шестерни, снова встретятся. Так каждые три оборота зубья будут устанавливаться в исходное положение. Это приведет к тому, что одна пара зубьев будет нагружена больше остальных в три раза и, как результат, быстрее износится или вообще поломается. Именно поэтому при подборе передаточных чисел их стараются сделать не целыми.

Рисунок 5.8 Упрощенная схема одноступенчатой коробки передач.

В настоящее время в легковых автомобиля применяются пяти- и шестиступенчатые механические коробки передач. Это говорит о том, что у коробки передач пять или шесть передач переднего хода и одна передача заднего хода.

Конструктивно различают двух- и трехвальные коробки передач.

Рисунок 5.9 Косозубая шестерня

Рисунок 5.10 Прямозубая шестерня

Рисунок 5.11 Синхронизатор

В легковых автомобилях, предназначенных для передвижения по дорогам общего пользования, в коробке передач применяются шестерни с косыми зубьями (показана на Рисунке 5.9).

Данное зубчатое зацепление используется для уменьшения габаритов шестерни, повышения плавности и бесшумности работы, а также для снижения износа в коробках передач.

В автомобилях спортивных (если быть точнее — раллийных), где бесшумность — это последний в списке требований показатель, используются прямозубые шестерни (Рисунок 5.10).

Во всех механических коробках передач для облегчения переключения передач применяют специальные механизмы, так называемые синхронизаторы.

Примечание
На рисунке 5.11 представлен один из вариантов синхронизатора включения передач.

Двухвальные коробки передач

Примечание
Коробки передач такой конструкции зачастую применяются на автомобилях с передним приводом колес или с передним приводом с подключаемым задним мостом.

В данной конструкции имеется вал ведущий и вал ведомый. Ведущий вал через сцепление соединен с коленчатым валом. Шестерни на ведущем валу установлены жестко и входят в зацепление с шестернями на ведомом валу, вращение от которого, в свою очередь, передается на главную передачу и дифференциал, а оттуда — на колеса.

Примечание
На рисунке 5.12 приведен пример двухвальной коробки передач с указанием пути тяги от двигателя на главную передачу и колеса в зависимости от включенной в данный момент передачи.

Рисунок 5.12 Пример двухвальной коробки передач. Поток мощности при включении различных передач.

Преимуществом данной конструктивной схемы является компактность (в подтверждение слов рисунок 5.13), а также простота обслуживания и ремонта. Привод переключения передач в данном случае осуществляется тягами (устаревший способ привода) или тросами, которые с легкостью можно отрегулировать.

Рисунок 5.13 Разрез двухвальной механической коробки передач

Трехвальные коробки передач

Примечание
Трехвальные КП получили широкое применение в автомобилях с продольным расположением силового агрегата, где необходимо было сделать так, чтобы выходной вал вращался в ту же сторону, что и входной.

Особенностью конструкции данной коробки передач является наличие трех валов:

• входного (ведущего);
• промежуточного;
• выходного (ведомого).

Входной вал соединяется через сцепление с коленчатым валом. Тяга от входного вала далее через шестерни передается на промежуточный вал, а от него — на вал выходной, затем — к главной передаче и колесам.

Примечание
На рисунке 5.14 представлен пример конструкции и потока мощности при включении различных передач в трехвальной коробке передач.

Рисунок 5.14 Пример трехвальной коробки передач. Поток мощности при включении различных передач.

Трехвальная коробка передач с двумя выходным валами

Чтобы сделать коробку передач максимально компактной, производители идут на различные конструкторские ухищрения. Одним из таких ухищрений является использование в конструкции двух выходных валов. Приводятся оба ведомых вала от одного входного вала и передают далее тягу через шестерни на главную передачу (пример приведен на рисунке 5.15). Все передачи синхронизированы (то есть для включения передач используются синхронизаторы). Долговечность и компактность – основные преимущества данной схемы расположения элементов коробки передач. Все дело в том, что нагрузка, которая в двухвальной коробке передач приходится на один выходной вал, в трехвальной распределяется на два вала.

Рисунок 5.15 Пример трехвальной коробки передач с двумя выходными валами.

Секвентальные коробки

Хочется упомянуть и секвентальные коробки передач (пример которой приведен на рисунке 5.16). В этих коробках передач можно переключать передачи исключительно последовательно и поочередно. От коробки передач классического типа такая коробка отличается принципом работы механизма переключения передач. Такой механизм крайне целесообразно использовать, когда к рычагу переключения требуется тянуться ногой (например, на мотоцикле) или когда необходимо максимально быстро переключать передачи (например, на спортивном автомобиле).

Механизм переключения передач может быть как прямого действия, например на мотоциклах, так и с сервоприводом (автоматизированным или неавтоматизированным).

Рисунок 5.16 Секвентальная коробка передач.

Раздаточная коробка

Назначение раздаточной коробки

Если на легковом автомобиле тяговое усилие от двигателя необходимо передать не на одну, а на обе оси, то есть сделать его полноприводным, то возникает вопрос – каким образом? Решением сего задания есть установка промежуточного механизма – раздаточной коробки. Механизм этот занимается тем, что распределяет тяговое усилие от двигателя на передней и задней оси. Раздаточная коробка устанавливается сразу после коробки передач. На рисунке 5.17 приведен пример устройства раздаточной коробки.

Раздаточные коробки могут быть одноступенчатыми или с понижающим рядом.

Рисунок 5.17 Пример раздаточной коробки.

Примечание
Выходной вал коробки передач соединен со входным валом раздаточной коробки. У раздаточной коробки есть два выходных вала: один — на задний мост, другой – на передний. Так вот, если есть возможность сделать так, чтобы количество оборотов выходных валов раздаточной коробки было меньше количества оборотов выходного вала коробки передач, значит говорят, что в раздаточной коробке есть понижающий ряд.

Существуют раздаточные коробки с возможностью полного отключения переднего или заднего моста.

Управление раздаточной коробкой может осуществляться непосредственно приводным рычагом или с помощью сервомеханизмов, действия которых подконтрольны небольшим переключателям на центральной консоли или на приборной панели.

Источник http://wikers.ru/articles/ustrojstvo-kpp.html
Источник Источник Источник Источник http://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/transmissiya/
Источник Источник http://monolith.in.ua/structure-avto/mehanicheskaja-transmissija/