Устройство и принцип работы механической коробки передач

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Виды механических коробок передач
• Плюсы и минусы механической коробки передач
• Строение и принцип работы двухвальной механической коробки передач
• Принцип работы и устройство трехвальной механической коробки
• Как пользоваться механической коробкой передач
• Как продлить срок службы механической коробки
• Основные неисправности механической коробки передач
• Что думают автолюбители про принцип работы механической коробки передач

Совсем недавно механическая коробка передач являлась самым распространенным видом КПП, но постепенно уступила первое место роботизированным и автоматическим типам. Однако от этого «механика» не стала хуже и не потеряла своей надежности. Как и другие модели, МКПП передает крутящий момент на колеса путем ручного переключения передачи.

Принцип работы механической коробки передач и ее устройство – довольно сложная тема, требующая детального рассмотрения. Постараемся осветить ее подробно, а также дадим советы по правильному использованию МКПП.

Виды механических коробок переключения передач

Принцип работы механической коробки передач автомобиля заключается в ручном выборе и включении требуемой передачи. Поскольку диапазон работы ДВС ограничен, то для расширения его возможности и адаптирования двигателя к движению в различных условиях, используется трансмиссия.

Основной принцип работы механической коробки заключается в адаптации и передаче крутящего момента колесам за счет изменения передаточного числа. МКПП предполагает самостоятельный выбор водителем той или иной передачи. Распределение крутящего момента в механической коробке зависит от ступени.

Прежде чем переходить к назначению и принципам работы механической коробки передач, поговорим о том, какие виды КПП существуют.

В зависимости от количества ступеней коробки могут быть:

• четырехступенчатыми (такие использовались раньше, в современных автомобилях они практически не встречаются);
• пятиступенчатыми (самые распространенные);
• шестиступенчатыми.

В зависимости от количества валов КПП могут быть:

• двухвальными (предназначены для легковых автомобилей с передним приводом);
• трехвальными (ими оснащаются как легковые, так и грузовые авто независимо от типа привода).

После усовершенствования механической трансмиссии появился новый тип КПП – роботизированный. В них используется как электронный блок управления для переключения скоростей, так и допускается возможность ручного выбора режима. В роботизированной коробке не предусмотрена педаль сцепления.

Плюсы и минусы механической коробки переключения передач

В зависимости от принципов работы достоинствами механической коробки являются:

• возможность буксировки авто на любые расстояния, в том числе с неработающим двигателем;
• возможность запуска машины с «толкача», если сел аккумулятор или неисправна система зажигания;
• меньшие вес и размеры по сравнению с АКПП;
• повышенная динамика, самостоятельный выбор манеры езды за счет изменения оборотов силового агрегата;
• максимальное задействование возможностей мотора на каждой из скоростей;
• быстрое ускорение и экономия горючего по сравнению с АКПП (агрессивное и спортивное вождение увеличивает расход топлива);
• простая конструкция;
• меньшая стоимость обслуживания и ремонта по сравнению с автоматическими трансмиссиями;
• повышенный ресурс работы коробки.

Принципами работы обусловлены и определенные недостатки МКПП, среди которых отметим:

• сложности в управлении автомобилем для новичков-водителей, так как требуется одновременно контролировать работу сцепления, выбирать и переключать режимы;
• вероятность вывода КПП из строя из-за неправильной работы со сцеплением или при включении задней передачи при движении вперед;
• уменьшение ресурса ДВС, так как обороты, выбираемые вручную, могут быть слишком высокими или чересчур низкими;
• потеря мощности двигателя, если переключать скорости медленно или при недостаточных оборотах;
• возможность поломки сцепления при пробуксовке на льду или в сугробах.

Благодаря принципам своей работы, механические коробки передач обладают множеством достоинств, недостатки же исчезнут при получении водителем необходимо опыта.

Строение и принцип работы двухвальной механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач состоит в следующем. Валы соединяются друг с другом шестернями с различным количеством зубцов. Их задача заключается в том, чтобы адаптировать КПП к изменяющимся условиям движения автомобиля.

Проще говоря, МКПП изменяет режимы работы двигателя за счет изменения крутящего момента, передающегося ведущим колесам. При снижении оборотов уменьшается передающее усилие, при повышении оборотов оно увеличивается. Таким образом поддерживается необходимый режим работы двигателя в начале движения, при увеличении скорости и торможении.

Конструктивно двухвальная механическая коробка состоит из:

• ведущего и ведомого валов;
• шестерней валов;
• главной передачи;
• дифференциала;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач;
• корпуса-картера.

Большинство современных автомобилей с передним приводом оснащаются двухвальными механическими трансмиссиями. В таких КПП передача крутящего момента происходит от шестерней ведущего вала к шестерням ведомого. Первый соединен с двигателем за счет маховика, а от второго крутящий момент поступает к колесам. Оба вала функционируют параллельно.

В двухвальных КПП отсутствует промежуточный вал, которым оснащаются трехвальные трансмиссии. За счет этого она обладает меньшими размерами и весом, но большое число шестеренок в такой конструкции уменьшает КПД. Благодаря компактности коробки она может использоваться для оснащения тяжелых мотоциклов.

Вторичный вал расположен параллельно первичному. Свободно крутящиеся вокруг своей оси шестеренки находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

На вторичном валу располагается ведущая шестеренка главной передачи. В отличие от прочих, она надежно зафиксирована. Между шестернями расположены муфты синхронизаторов.

Установка трех вторичных валов позволяет уменьшить размеры трансмиссии, повысив при этом число передач. Каждый вал оснащается шестерней главной передачи, находящейся в постоянном взаимодействии с ведомой шестерней.

Рекомендуем

Работа ведущих колес обеспечивается за счет получения крутящего момента от главной передачи и дифференциала. Благодаря последнему, колеса вращаются с неодинаковой скоростью. Заметить разницу в скорости вращения можно в том случае, когда одно из колес попадет, к примеру, на скользкое дорожное покрытие.

Механизм, переключающий передачи, расположен за пределами корпуса коробки и связан с ней тросами и тягами. Чаще всего для переключения режимов используются тросы.

Говоря об устройстве и принципе работы механической коробки передач, отметим, что конструктивно КПП включает в себя:

• трос, с помощью которого выбираются скорости, с рычагом управления;
• трос, включающий передачи, с рукоятью выбора;
• шток включения ступеней с вилками;
• рычаги включения скоростей;
• блокирующий замок.

В процессе выбора той или иной скорости рычаг управления перемещается в поперечном направлении, в процессе включения – в продольном.

Принцип работы двухвальной трансмиссии аналогичен работе трехвальной. Разница заключается в специфике функционирования механизма, переключающего передачи.

При выборе передачи рукоять управления перемещается в продольном и поперечном направлениях. В процессе поперечного перемещения основное усилие приходится на трос, приводящий в действие рычаг выбора скорости. Сам рычаг, проворачивая шток вокруг своей оси, помогает включить тот или иной режим.

Чтобы понять принцип работы механической коробки, можно посмотреть видео

Принцип работы и устройство трехвальной механической коробки

Принцип работы механической коробки передач основан на взаимодействии шестерней, погруженных в трансмиссионную смазку, заполняющую картер МКПП.

Конструктивно механическая коробка передач состоит из:

• ведущего и ведомого валов;
• промежуточного и дополнительного валов;
• корпуса;
• синхронизаторов;
• комплектов шестерней;
• механизма переключения передач, оснащенного замками и блокирующими элементами;
• рукоятки переключения передач.

Валы вращаются за счет расположенных внутри корпуса подшипников. Каждый вал оснащен определенным количеством шестерней, имеющих различное число зубчиков. Взаимодействие ведущего вала с двигателем происходит благодаря корзине сцепления. Ведомый вал соединен с карданным. Вращающий момент передается вторичному валу за счет промежуточного.

Промежуточный вал с неподвижно закрепленными шестернями вращается благодаря ведущей шестерне первичного вала. Ведомый вал оснащается шестеренками, которые свободно перемещаются по шлицам.

Чтобы сравнять угловые скорости шестерней и оборотов вторичного вала, между шестеренками располагают муфты синхронизатора, зафиксированные на валу и продольно перемещающиеся по шлицам. Все ступени современных механических коробок оснащены подобными деталями.

Механизм переключения скоростей в трехвальной коробке располагается на корпусе трансмиссии. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Чтобы не допустить одновременного выбора двух передач, механизм дополнен блокирующими элементами. Возможно дистанционное управление переключающим устройством, к примеру, с рулевого колеса.

При включении нейтральной скорости передача крутящего момента колесам не происходит, поскольку первичный вал и двигатель не соединены сцеплением. Изменение водителем положения рычага управления ведет к следующему: вилка, соответствующая его расположению, перемещает муфту синхронизатора, выравнивающую скорости оборотов вторичного вала и определенных шестерней. Происходит взаимодействие зубцов синхронизатора и шестеренок. Последние блокируются на вторичном валу, передавая колесам крутящий момент с нужным передаточным числом.

Движение задним ходом выполняется посредством включения соответствующей передачи. Направление движения изменяется за счет промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельной оси.

Несмотря на большие размеры и вес трехвальных механических коробок передач, они обладают большей эффективностью работы, поскольку напрямую передают крутящий момент от первичного вала вторичному. Благодаря принципу действия, такими трансмиссиями оснащаются автомобили с задним и полным приводом, а также грузовые транспортные средства.

Как пользоваться механической коробкой передач

Из-за специфического принципа работы механической коробки передач, для новичков важно ознакомиться с особенностями управления авто с МКПП. Нужно правильно заводить автомобиль с механической трансмиссией, иначе она быстро выйдет из строя.

Алгоритм запуска двигателя автомобиля для «чайников» с учетом принципов работы механической коробки передач будет следующим:

• Педаль сцепления выжимается до упора, рычаг коробки переводится в нейтральное положение (в нейтральном положении можно без помех перемещать рукоятку переключения скоростей вправо и влево).
• Чтобы автомобиль на нейтральной передаче не начал движение, необходимо активировать ручной тормоз или выжать педаль тормоза.
• Нажав на педали сцепления и тормоза, следует слегка повернуть ключ в замке зажигания таким образом, чтобы на приборной панели зажглись информационные значки. После того как они перестанут гореть, необходимо сильнее провернуть ключ, запустив двигатель.

Как продлить срок службы механической коробки переключения передач

Учитывая принципы работы сцепления механической коробки передач, опытные водители рекомендуют соблюдать несложные правила, позволяющие увеличить ресурс трансмиссии:

• Поворачивать ключ следует не дольше 10 секунд за один раз. Если двигатель за это время не завелся, необходимо повернуть ключ в обратную сторону и повторить процесс запуска мотора спустя минуту.
• Запуск силового агрегата в холодную погоду требует прогрева автомобиля в течение нескольких минут с выжатой педалью сцепления. Таким образом снижается нагрузка на ДВС и коробку передач, так как моторное масло на морозе загустевает.
• Для уменьшения расхода горючего следует использовать при езде прямую передачу. В большинстве механических коробок ей соответствует четвертая скорость.
• Переключаться на заднюю передачу можно после того, как автомобиль полностью прекратил движение.
• При выжимании педали используются быстрые и резкие движения, при отпускании – аккуратные и плавные, без рывков.
• Если сцепление колес с дорожным полотном недостаточное (поверхность дороги покрыта льдом, водой и т. п.), не следует включать нейтральную передачу или выжимать сцепление.
• Во время выполнения поворотов выжимание сцепления противопоказано, даже если возникает необходимость в переключении передач.
• При свободном движении можно эффективно использовать торможение двигателем с постепенным снижением передач.

Отдельного внимания заслуживает трансмиссионное масло.

Проверять уровень смазки и менять ее следует регулярно, в соответствии с требованиями производителя авто. Такие действия позволят увеличить ресурс работы МКПП. В большинстве случаев менять трансмиссионное масло необходимо через каждые 50–60 тыс. км, поскольку за это время свойства смазки ухудшаются.

Коробка заполняется специальной трансмиссионной жидкостью. Ее марка и характеристики указываются в сервисной книжке и инструкции по эксплуатации автомобиля. Если использовать масло, не подходящее для механической коробки вашего авто, повышается риск быстрого износа или поломки КПП. Большая часть механических трансмиссий оснащается специальным щупом, позволяющим проверять уровень масла, а также сливной крышкой, благодаря которой не возникает сложностей с заменой смазки.

Основные неисправности механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач таков, что она прослужит дольше автомата или робота, однако неправильная эксплуатация, использование неподходящей смазки, а также период использования приводят к появлению различных неисправностей.

При работе механических КПП чаще всего можно столкнуться с:

• посторонними звуками во время езды и при переключении передач;
• проблемами с включением одной или всех передач, они могут не включаться совсем или включаться с затруднением;
• самовыключением передач;
• подтеканием смазочной жидкости из коробки.

Последняя проблема чаще всего связана с износом сальников, уплотнителей, корпуса коробки, а также с тем, что не до конца затянута сливная пробка или неправильно вставлен щуп.

Посторонние звуки при включении нейтральной передачи свидетельствуют о том, что количество смазки слишком мало либо изношен подшипник первичного вала.

Шум при выборе скоростей может быть вызван:

• износом или деформацией блокирующих элементов механизма выбора скоростей;
• износом синхронизаторов;
• недостаточным выжимом сцепления;
• проблемами с креплениями МКПП.

Если посторонние звуки возникают при работе механической КПП, следует проверить состояние подшипников, синхронизаторов, а также уровень трансмиссионного масла.

Рекомендуем

Сложности при включении скоростей могут быть обусловлены:

• сильным износом синхронизаторов;
• неудовлетворительным состоянием шестерней;
• износом или неисправностями механизма переключения скоростей;
• слабой фиксацией или повреждениями тяги механизма переключения;
• недостаточным выжимом сцепления.

Причинами выбивания передач могут быть:

• слабые крепления механической коробки;
• неисправности подушек силового агрегата;
• застревание тяг, управляющих приводом;
• серьезный износ синхронизаторов, шестерней, механизма переключения передач, вилок, подшипников вторичного или промежуточного валов.

Обнаружение признаков неисправностей при работе МКПП требует скорейшего обращения в автосервис для выявления и устранения причин их возникновения. В противном случае велика вероятность выхода из строя других частей коробки и появление необходимости в дорогостоящем ремонте.

Что думают автолюбители о принципе работы механической коробки переключения передач

1. АКПП или МКПП? Вот в чем вопрос.

«В автошколе я учился водить машину с механической коробкой. После того как получил права, купил автомобиль с автоматической. Конечно, ездить на нем комфортнее, особенно, когда часто в пробки попадаешь. Однако рука постоянно тянется к ручке. А если в сугробе сядешь или еще где-нибудь застрянешь, на «автомате» выбираться в разы сложнее. И это его очень большой минус, кроме стоимости обслуживания и ремонта. В общем, я за «механику», а супруга за «автомат». Хотя, в целом, я не против АКПП».

Механика лучше.

«Автоматическая коробка, конечно, удобна, но КПД у нее очень низкий. Я за механическую трансмиссию, хотя, безусловно, здорово, когда передачи самостоятельно переключаются. У меня авто с роботизированной коробкой. Если надо спокойно ехать, то пользуюсь им в автоматическом режиме, если возникает необходимость в более динамичной езде, переключаюсь на ручной режим. А вообще, мне нравятся автоматические коробки в сочетании с мощным мотором».

«Автомат» рулит.

«Поклонники «механики» говорят о полном контроле, что никакая автоматика не сможет лучше, чем они определить необходимость переключения передач и т. п. Я ездил и на «автомате», и на «механике». Знание принципов работы механической коробки передач осталось, переключаюсь без затруднений, однако за несколько лет езды на «автомате», скучать по МКПП не доводилось. Что бы там ни говорили, а в городах, в условиях постоянных пробок, лежачих полицейских, светофоров, плохих дорог и прочих «радостей», постоянно дергать за ручку – удовольствие сомнительное».

Механическая коробка удобнее.

«Автоматическая коробка передач подразумевает большое количество механизмов, некоторые из которых, например, не дают возможности тормозить двигателем, другим категорически противопоказаны быстрые, резкие торможения. Этот недостаток я считаю существенным, поскольку он не позволяет эффективно проехать ямку или искусственную неровность. С помощью АКПП нельзя перегазовать, переключаясь на передачу или две ниже.

Принципы работы механической коробки передач позволяют без проблем и торможений входить и выходить из любых поворотов, не терять крутящий момент, въезжая на клеверную развязку и сбрасывая скорость со 110 до 60 км/ч, чтобы войти в поворот. А когда колеса принимают прямое положение, я повышаю передачу и набираю скорость, чтобы безопасно встроиться в транспортный поток, двигающийся со скоростью свыше 120 км/ч.

Знание принципов работы механики позволяет парковать автомобиль в таких местах, в каких с этой задачей не справиться ни один «автопарковщик». Достаточно отпустить педаль и ехать со скоростью пешехода. В общем, я за хорошую «механику», главное, чтобы у нее была настроена кулиса, короткие ходы и присутствовала информативная педаль сцепления».

Нужно сравнивать.

«Исходя из принципов работы механической коробки передач, к достоинствам МКПП я отнесу возможность заводить авто «с толкача», сколько угодно буксовать и ее неубиваемость (актуально для иномарок), хотя сцепление, конечно, менять придется. Среди плюсов «автомата» отмечу комфортность езды, что особенно чувствуется в пробках. Изучив основы работы, поменять «механику» на «автомат» очень просто, пересесть обратно на МКПП гораздо сложнее. Что касается динамических характеристик, я особой разницы не увидел».

Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Задний ход

Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.

На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Источник Источник http://rad-star.ru/pressroom/articles/printsip-raboty-mkp/
Источник http://www.kolesa.ru/article/kak-rabotaet-mehanicheskaja-korobka-peredach-podrobno-i-nagljadno-2015-10-07