Механическая коробка передач: принцип работы

Разновидности АКПП

По мнению техников, гидромеханическая автоматическая коробка представлена лишь планетарной частью узла. Ведь она отвечает за переключение передач и вместе с гидротрансформатором является единым автоматическим устройством. К АКПП относится классический гидравлический трансформатор, робот и вариатор.

Классическая автоматическая коробка передач

Преимущество классического автомата заключается в том, что передачу вращательного момента на ходовую часть обеспечивает масляная жидкость в гидротрансформаторе.

Это позволяет избежать проблемы со сцеплением, часто выявляемые при эксплуатации машин, на которых установлены другие типы КПП. Если своевременно обслуживать коробку, то пользоваться им можно практически вечно.

Роботизированная КПП

Вид роботизированной коробки передач.

Является своеобразной альтернативой механики, только в конструкции имеется двойное сцепление, управляемое электроникой. Главным преимуществом робота считается экономичность расхода топлива. В конструкции установлено программное обеспечение, работа которого состоит в рациональном определении крутящего момента.

Коробку называют адаптивной, т.к. она способна подстраиваться под манеру вождения. Чаще всего в роботе ломается сцепление, т.к. оно не может переносить тяжелые нагрузки, например, во время езды в труднопроходимых местах.

Вариатор

Устройство обеспечивает плавную бесступенчатую передачу вращательного момента ходовой части автомобиля. Вариатор снижает расход бензина и повышает показатели динамики, обеспечивает мотору щадящий режим работы. Такая автоматизированная коробка не относится к долговечным и не терпит большой нагрузки. Внутри агрегата детали постоянно трутся между собой, что ограничивает срок эксплуатации вариатора.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.

Классификация по структуре

По структуре коробки передач автомобилей делятся на следующие виды: двухвальная и трехвальная. Обе имеют свои достоинства и особенности.

Двухвальная коробка: устройство и принцип работы

Ведущий вал таких коробок гарантирует объединение со сцеплением. Ведомый вал имеет параллельное расположение, в нем находится блок шестерен. Если нужно, дифференциал способствует обеспечению разной угловой скорости.

Механизм

Связь может обеспечиваться посредством специальных тросов и тяг. Самый простой вариант – тросы. Он наиболее распространенный и удобный для опытных водителей и новичков.

Механизм работы этого устройства схож с принципом трехвальной коробки, основное различие заключается в особенностях переключения передач. Разделение рычага, когда передача включена, проводится в продольном и поперечном направлениях. Выбор передач происходит посредством функционирования всех элементов и их взаимодействия.

Трехвальная МКПП

В составе КПП автомобилей присутствуют ведущий вал и ведомый, оба содержат в структуре синхронизаторы с шестернями, механизмом переключения. Ведущий вал обеспечивает соединение механизмов с системой сцепления. Параллельно ему имеется промежуточный вал, включающий шестерни в блоке.

Механизм, ответственный за переключение, находится на корпусе. В его конструкции имеется рычаг управления, ползуны, оснащенные вилками. Чтобы не возникла работа обеих передач одновременно, предусматривается дистанционное управление.

Принцип работы

Такой вид коробок не предполагает передачу момента крутки к передним колесам. Следствие передвижения рычага управления – перемещение муфты. В результате, благодаря муфте, обеспечивается синхронизация скоростей.

Как пользоваться?

Работники СТО утверждают, что большинство поломок можно избежать за счёт бережного отношения к устройству. Часто неисправности возникают по вине самого владельца, эксплуатирующего АКПП неправильно. Знание всех тонкостей и нюансов поможет избежать неприятных значительных затрат.

В большинстве случаев обслуживание АКПП сводится к проверке уровня масла, а при превышении пробега в 50 тыс. км – замена масляного фильтра и масла. Если автомобиль эксплуатируется в тяжёлых условиях, то менять масло надо уже после 30 тыс. км пробега, а фильтр – через 50-60 тыс.км.

Если уровень рабочей жидкости снизился, то можно хорошо услышать гудение гидротрансформатора, который к тому же работает с пробуксовкой. Дополнительно мотор постоянно перегревается. А если масла больше чем положено, то из-за расширения рабочей жидкости оно теряет свои свойства, что может вывести деталь из строя. Мой совет: наливайте масло медленно, дожидаясь, когда оно заполнит все полости. После езды на 5 км ещё раз проверьте уровень масла.

Вообще масло должно быть прозрачным со своим специфическим запахом. Если же оно потемнело и пахнет горелым, то следует сразу же заменить его вместе с фильтром.

Как правильно проверить уровень масла? Необходимо выполнить поездку в 10 км, затем установить машину на ровную поверхность, включить «Parking» и проверить уровень рабочей жидкости при помощи щупа на холостых оборотах.

При необходимости можно запустить мотор с «толкача», хотя везде утверждается, что такое невозможно. Необходимо разогнать автомобиль до 50 км/час на нейтральной передаче, а затем включить «Drive». Очень не рекомендую вам этого делать.

Отмечу, что в АКПП разрешается торможение двигателем только в некоторых режимах.

Плюсы и минусы

Работа любых механизмов имеет как плюсы, так и минусы, что в полной мере относится и к механической КПП.

Плюсы

• Меньшая стоимость на фоне других подобных устройств.
• Автомобиль на «механике» гораздо экономичнее и динамичнее в плане разгона, если сравнивать с машинами, оснащенными «автоматом».
• Не требует создание специфичных условий охлаждения, что отличает от «автомата».
• По сравнению с гидромеханической КПП обладает меньшей массой и лучшим КПД. При этом «механика» способна полностью разобщать силовой агрегат и трансмиссию.
• Допустимость буксировки без ограничения скорости вне зависимости от расстояния.
• Широкая вариативность техник вождения.
• Отсутствие специфики в обслуживании.
• Длительный срок эксплуатации.
• Простота конструкции.
• Высокая надежность.

Минусы

• Большая утомляемость водителя, если сравнивать с «автоматом».
• Невозможность плавного изменения передаточных отношений в связи с ограничением количества ступеней.
• Более долгое переключение передач из-за полного разъединения мотора и трансмиссии.
• Необходимость иметь определенные навыки вождения, чтобы передачи можно было переключать плавно.
• Низкий ресурс сцепления как автомобильного узла.

Как узнать КПП?

При желании, можно узнать не только свой код постановки на учет, но также КПП любого другого юридического лица. Для этого нужно иметь лишь ИНН организации, но еще чаще не требуется даже этого — только сайт организации или хотя бы ее название. Обычный поиск в «Google» или на сайте ФНС быстро приведет к результату.

Дело в том, что большинство юридических лиц не намерено скрываться и прятаться. Напротив, реквизиты зачастую доступны буквально на главных страницах официальных сайтов разных организаций. Достаточно лишь внимательно искать.

Если же нужен точный алгоритм просмотра КПП, то он начинается с сайта ФНС:

1. Зайдите на сайт https://www.nalog.ru;
2. Найдите вкладку «Риски бизнеса: проверь себя и контрагента» и нажмите на нее;
3. Укажите ИНН организации;
4. Нажмите кнопку «Найти»;
5. В новом окне появится вся интересующая вас информация об организации, в том числе и ее КПП и прочие реквизиты.

Таким образом можно восстановить и знания о собственной компании, если по какой-либо причине доступ к документам был утерян. Главное в такой ситуации — помнить по крайней мере ИНН компании.

Виды АКПП и их отличие друг от друга

Принцип работы всех видов АКПП сводится к перемене передаточного числа, которая обеспечивает преобразование мощности двигателя. Производители современных машин устанавливают трансмиссию таким образом, чтобы потенциал можно было использовать полностью. За счёт работы АКПП, усилие передаётся от мотора к колёсам автомобиля с самыми маленькими потерями. Достигается это за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Водитель за счёт нажима на педаль газа переключает передачи. Двигатель при этом раскручивается, провоцируя на движение насосное колесо. От лопастей под влиянием центробежной силы моторное масло переходит к турбине, обеспечивается вращение. Жидкость в результате переходит обратно к насосному колесу.

В отдельных АКПП, при скорости 20-60 км/ч, происходит автоматическая блокировка гидротрансформатора муфтой. Автомат при этом жёстко сцепляется с мотором, потому потеря мощности не прослеживается. Интересно, что при эксплуатации в таких условиях, масло быстрее приходит в негодность из-за перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в АКПП.

АКПП занимает передовое место среди числа всех известных вариантов. Новые системы постоянно разрабатываются и совершенствуются. Из общих списков можно выделить вариаторные, роботизированные и классические типы.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторный модуль популярен до сих пор, несмотря на наличие других, более совершенных вариантов. Такая трансмиссия используется и сейчас. Её устанавливают на авто, сходящие с конвейера.

Стандартная АКПП

АКПП включает планетарный редуктор, управляющую систему и гидравлический трансформатор. Последний элемент механизма является самым значимым, отсюда и название конструкции. Модуль активно используют на легковых и грузовых транспортных средствах.

Кому подойдёт автомобиль с АКПП? Вероятно всего, только новичкам. Управлять автоматом после механики даже опытным автомобилистам бывает достаточно сложно. Многим владельцам, несмотря на видимое упрощение режима эксплуатации, бывает тяжело перестроиться.

Роботизированная

Роботизированная коробка является достойной и современной альтернативой для классического варианта АКПП. Переключение скоростей в ней обеспечивается за счёт взаимосвязи электрических механизмов, проявляющих активность за счёт электронного блока. Главное сходство этой системы с классической – наличие сцепления в корпусе КПП.

Роботизированная АКПП

Вариатор

Это устройство плановой бесступенчатой передачи, обеспечивающее передачу крутящего момента на колёса. Такая конструкция производит уменьшенный расход топлива при условии сохранения или приумножения динамических показателей.

Вариатор

При правильном использовании, вариатор помогает бережно эксплуатировать мотор транспортного средства. Модуль бывает цепным, ремённым, тороидальным.

Отличная статья в тему: Вариатор или автомат: что лучше и надежнее, плюсы и минусы, чем отличаются коробки передач, в чем разница

DSG

DSG это тоже роботизированная система, обеспечивающая автоматическое включение первой и второй скорости, при разомкнутости сцепления. Так модуль начинает подготовку ко включению повышенной передачи. При переключении сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается, действие происходит и в обратном порядке.

DSG-7

Сходство с механикой в том, что синхронизаторы способны переключать скорость при блокировки шестерни. Работа муфт обеспечивается с помощью движения цилиндров. Сцепление работает за счёт гидропривода.

Многовальные коробки прямого переключения

Такие коробки передач используют в спорткарах. Например, в Koenigsegg Jesko применяют КПП с 3-мя валами, 9 передачами и 7-ю фрикционами. Автомобиль моментально может переходить в спортивный режим, так и в экономичный городской. Регулируется это при помощи кнопки: полунажатие левой кнопки снижает передачу, полное нажатие – включает спортивный. Если полунажать на правую – передача повысится, если нажать до конца – включится экономичный.

А в некоторых спортивных Mercedes есть АКПП со сцеплением, который по стиля езды похож на вышеуказанный, но имеющий совсем другие внутренние составляющие.

Трехвальная 6-ступенчатая коробка передач Mercedes-Benz C-class sport coupe

Начало движения и остановка с АКПП

Итак, стандартный порядок действий для трогания с места на автомобиле с АКПП выглядит следующим образом:

• Вставить ключ в замок зажигания.
• Выжать педаль тормоза правой ногой (левая нога при езде с АКПП не задействуется).
• Проверить положение рычага переключения передач — он должен находиться в положении «P» – «паркинг».
• Запустить двигатель (при нажатой педали тормоза).
• Также при нажатой педали тормоза переключить рычаг ПП в положение «D» – «драйв» (движение вперед).
• Полностью отпустить педаль тормоза, после чего автомобиль тронется с места и начнет движение вперед с небольшой скоростью — около 5 км/час.
• Для увеличения скорости движения нужно нажать на педаль «газа». Чем сильнее вы будете нажимать на педаль «газа», тем выше будут передачи и скорость.
• Для остановки автомобиля нужно убрать правую ногу с педали «газа» и выжать (ей же) педаль тормоза. Автомобиль остановится.
• Если вы планируете покинуть автомобиль после остановки, то при нажатой педали тормоза переместите рычаг переключения передач в режим «P» – «паркинг». Если же остановка потребовалась в пробке, у светофора или пешеходного перехода, то, естественно, рычаг ПП переключать в «паркинг» не нужно. После того, как вы решите опять продолжить движение, отпустите педаль тормоза и нажмите на педаль «газа» для увеличения скорости.

Переход на ручное управление «M» актуален в следующих ситуациях:

• При движении по бездорожью на пониженной передаче, чтобы избежать пробуксовки.
• При движении накатом с горки, с торможением двигателем. Использовать для движения накатом нейтральный режим «N» не рекомендуется, так как он вреден для АКПП. А накат в режиме «D» не совсем удобен, так как происходит постепенное снижение скорости.
• Для удобного прохождения поворотов и других маневров, в том числе и для резкого ускорения при обгоне.

Режимы работы

Как переключаются передачи в АКПП? Это реализовано в виде рычага-селектора, который расположен в удобном месте для доступа водителя. На поверхности рычага находится кнопка, которую нажимает водитель, чтобы выбрать нужный режим. Селектор-переключатель имеет несколько направлений:

• Р (англ. Park) – его выбирают в условиях длительной стоянки или прогрева двигателя (часто применяют в пробке). Это аналог стояночного тормоза, но не с прижатием тормозных колодок, а блокировкой вала. Если установить этот режим на склоне, то машина скатится вниз;
• N (англ. Neutral) – вал не заблокирован, машину можно буксовать. Можно включать при короткой стоянке. Это аналог нейтралки на «механике»;
• D (драйв, англ. Drive) или A (автомат) – движение впёрёд в обычных условиях, передачи подбираются в автоматическом режиме;
• L (D2, B) – пониженная передача, транспорт двигается в сложных условиях, на бездорожье, при крутых подъёмах и резких спусках. Скорость меньше 40 км/ч;
• 2 – движение не выше 2 передачи;
• 3 – движение не более 3 передачи;
• R (реверс, англ. Reverse) – задний ход (скорость). Включать следует при полной остановке мотора и нажатии педали тормоза;
• S (англ. Sport), PWR (Power) – это спортивный режим. Повышаются динамические показатели благодаря увеличению оборотов мотора. Повышается расход топлива;
• Normal – езда происходит в плавной и экономичной нагрузке;
• Manual (M) — передачи подбирает водитель, используется в зимнее время или при езде в бездорожье. Используются кнопки «+» и «–». Похож на механический режим переключения как в МКПП, но попроще;
• W (англ. Winter) или Это зимний режим, когда трогание с места начинается со 2 или 3 передачи. Не следует часто ездить таким способом из-за возможности перегрева КПП;
• E – экономичный режим;
• Hold – это удержание, применяется вместе с режимами «D» «L» и «S».

Дополнительные режимы:

• D3, O/D OFF – включение только 1,2 или 3 передачи. Это городской режим, который снижает экономность топлива;
• O/D или (D) – овердрайв при превышении скорости включается 4 передача. Подходит для движения по трассе;
• Shift lock release (Shift lock) – происходит разблокировка селектора, срабатывает только при выключенном моторе.

Принцип работы коробки передач

Варьирование скорости может проходить за различное время в зависимости от используемой скорости в период осуществления движения, и удельного параметра нагрузки на двигатель транспортного средства. Контроль производит система управления. Она распознает необходимые манипуляции, и использует передачу в качестве гидравлического воздействия. При этом, гидравлика способна изменять положение муфты и тормоза в системе планетарного механизма. При воздействии на муфту и тормоз, происходит переключение передаточного отношения с учетом режима, с которым работает двигатель в созданных условиях функционирования.

Эффективность функционирования автоматизированного варианта трансмиссии зависит от характеристики уровня масла в транспортном средстве, поэтому водителям необходимо регулярно проверять состояние. При функционировании температурный режим масла доходит до 80 градусов. Чтобы избежать проблем с перегревом, и возникновение неисправностей, необходимо учитывать погодные условия на улице. Зимой следует прогревать автомобиль, а летом необходимо охлаждать двигатель.

Автоматическая коробка передач охлаждается с использованием специально разработанной охлаждающей жидкостью, или воздушными потоками.

Чтобы не допустить перегрев, следует следить за температурой. Температурный режим двигателя не может быть больше 20% от режима в охлаждающей системе. Процедура охлаждения возможна только в том случае, когда температура жидкости составляет не более 80 градусов. Обменник тепла связан с внешней областью насоса для масла, который имеет соединение с фильтром. При помощи тонких стенок каналов происходит контакт циркулирующего масла с охлаждающей жидкостью.

Чтобы оборудование функционировало в соответствии с нормой необходимо просматривать давление масла, которое не должно выходить за пределы 2,5-4,5 бар. Уровень давления складывается из показателя срока эксплуатации.

Как КПП работает

Как же меняется крутящий момент? Лучше это понять можно, если рассмотреть пример. Для начала посчитаем количество зубьев на шестернях. На первой их двадцать, а на второй сорок. Получается, что, когда первая прокрутилась два раза, у второй это случилось только однажды. Получается, что это вторая передача.

Третья шестерня тоже содержит двадцать зубов, у четвертой опять сорок. Получается простая арифметика. Если запускается мотор, то у первой шестерни будет 2000 оборотов в минуту, а у второй только 1000, третья также имеет ту же скорость. Это связано с тем, что шестеренки нанизаны на одной линии. Получается, что четвертая имеет скорость в полтысячи оборотов в минуту. Значит, что передаточное число составляет две единицы, для первой и второй пары. Общее число равно четырем, ведь на это количество раз уменьшается скорость вращения последней шестерни, если сравнить ее с первой шестерней.

Выходит, что, если вторая и четвертая шестеренки не работают, тогда устройство вообще не передает момент, то есть у нас нет передачи движения, получается, включена нейтральная передача. Если же эта деталь направлена в противоположную сторону, то машина движется назад, в результате чего, валы остаются на одном уровне.

Зачем нужно пользоваться дополнительным валом и сколько их бывает в агрегатах? Так можно добиться новой системы разнопарного количества шестеренок. Только так возможно создать разные скорости движения.

Так как шестерен много в каждом легковом авто с МКПП, то и выбор передач может быть большой. Это уже касается вариативной коробки. Как бы то ни было, но передаточное число можно устанавливать любое. Обычно это не целые числа, а дробные. Что же касается того момента, когда передаточное число равно единице, то такая передача является прямой. В этом случае речь идет о четвертой скорости.