Коробка передач автомобиля: устройство, виды и типы коробок передач, советы

Содержание

Устройство механической коробки передач

Механическая коробка передач предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она обеспечивает разобщение двигателя и ведущих колес, причем на неограниченный срок. Рассмотрим из чего состоит механическая коробка передач и схему работы.

Механическая коробка передач состоит из:

картера;
первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
дополнительного вала и шестерни заднего хода;
синхронизаторов;
механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
рычага переключения.

Схема работы механической коробки передач: 1 – первичный вал; 2 – рычаг переключения передач; 3 – механизм переключения передач; 4 – вторичный вал; 5 – сливная пробка; 6 – промежуточный вал; 7 – картер коробки передач.

Картер содержит основные узлы и детали коробки передач.

Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Так как при работе, шестерни коробки передач испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом.

Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения передач служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает передачи от самопроизвольного выключения.

КАК РАБОТАЮТ ШЕСТЕРНИ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах в коробке передач.

а) Передаточное отношение одной пары шестерен

Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

б) Передаточное отношение двух шестерен

На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») снова 20, у четвертой («Г») опять 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал коробки передач и шестерня «А» вращаются со скоростью, допустим 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, то есть она имеет 1000 об/мин, а так как шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее – 500 об/мин.

От двигателя на первичный вал коробки передач приходит – 2000 об/мин, а выходит – 500 об/мин. На промежуточном валу коробки передач в это время – 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже – двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу коробки перемены передач, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если мы выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче в коробке.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 – первичный вал; 2 – шестерня первичного вала; 3 – промежуточный вал; 4 – шестерня и вал передачи заднего хода; 5 – вторичный вал.

ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ЧИСЛА МЕХАНИЧЕСКОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Поскольку в коробке передач автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары, мы имеем возможность менять и общее передаточное отношение коробки. Давайте посмотрим на передаточные числа коробок передач:

Передачи	ВАЗ 2105	ВАЗ 2109
I	3,67	3,636
II	2,10	1,95
III	1,36	1,357
IV	1,00	0,941
V	0,82	0,784
R(Задний ход)	3,53	3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке.

Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой и, как правило, это – четвертая передача.

Первая передача и передача заднего хода – самые «сильные» и двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах двигателю не хватает сил, и приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения автомобиля, чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость движения и сделав некоторый запас инерции, вы можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью, четвертую и пятую передачи.

Все ступеньки переключения передач вверх – с первой по пятую, следует проходить последовательно. Переключение передач в нисходящем порядке можно производить «прыгая через ступеньку» и даже через несколько. Обычный режим движения автомобиля – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) передачах, потому что они самые скоростные и экономичные.

НЕИСПРАВНОСТИ И ПОЛОМКИ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением – это обернется ремонтом коробки передач. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями – «железные» до определенной степени.

Рычаг переключения передач должен переводиться спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в коробки передач, она не напоминает о себе до конца срока службы.

Механическая коробка передач, МКПП – устройство, принцип работы

Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.

Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные.

Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы (другое название – муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

Принцип работы трехвальной МКПП

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней – по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

Автомобильные коробки передач: как работают механические и автоматические коробки передач

При покупке по ссылкам на нашем сайте мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Коробка передач является одним из строительных блоков современного автомобиля. Неудивительно, что это также одна из самых сложных частей оборудования внутри любого автомобиля.

Двигатель автомобиля соединяется с его коленчатым валом, который вращается тысячи раз в минуту, согласно книге «Трибологические процессы в системах клапанного механизма с легкими клапанами». Это слишком быстро для колес, поэтому шестерни преобразуют мощность в скорости, с которыми колеса могут справиться. В шестернях используются блокирующиеся зубья, соединяющие маленькие быстро движущиеся шестерни с более крупными шестернями с большим количеством зубьев, и эта большая шестерня вращается с меньшей скоростью.

Нижние передачи имеют более крупные зубья и позволяют двигателю развивать высокие уровни мощности без быстрого движения автомобиля, что идеально, когда вы едете медленно или в гору, согласно журналу Transportation Research Part A: General.

Более высокие передачи обеспечивают большую скорость, а не крутящий момент, что отлично подходит для плавного движения по автостраде.

Низкие передачи обеспечивают большую мощность, а более высокие передачи обеспечивают большую скорость, но для достижения этих высоких скоростей вам нужно переключаться между передачами вверх. Большинство автомобилей имеют как минимум пять передач, что дает водителям более точный контроль над мощностью и скоростью.

Механические коробки передач

Механические коробки передач сложны — вот как работает коробка передач в большинстве автомобилей.

История шестерен

Коробки передач существуют уже давно. Согласно материалам конференции AIP, первая современная механическая коробка передач была продемонстрирована французскими изобретателями Луи-Рене Панаром и Эмилем Лавассором в 1894 году, а Луи Рено усовершенствовал конструкцию в 1898 году. В 1928 году Cadillac представила синхронизированную систему для более плавного переключения передач.

Связанный: Формула 1: технологии, формат и факты о Ф1

Шестерни для других целей даже старше, чем автомобили, и остатки древних шестерен были обнаружены в Китае 4-го века. Старейшие в мире рабочие часы используют шестеренки для определения времени в Солсберийском соборе с 1386 года. (Изображение предоставлено Getty Images)

Большинство автомобилей по-прежнему используют либо механическую, либо автоматическую коробку передач, но некоторые новые автомобили имеют современные вариаторы или системы с двойным сцеплением, сообщает Driving.ca.

CVT означает «бесступенчатая трансмиссия». Это разновидность автоматической коробки передач, но она отличается от обычного оборудования одним ключевым моментом. Согласно данным Международного журнала научных и инженерных исследований, вместо использования обычных передач, когда водитель может чувствовать переходы, коробки передач CVT имеют конусообразную конструкцию и систему шкивов для создания плавного перехода вверх и вниз в диапазоне мощности автомобиля. Это эффективная система, которая часто используется в гибридных автомобилях.

Системы двойного сцепления часто встречаются в полуавтоматических автомобилях, позволяя автомобилю предварительно выбирать передачи, а это означает, что водитель может переключать передачи невероятно быстро. Эта система часто присутствует на высокопроизводительных автомобилях и автомобилях с лепестками переключения передач на рулевом колесе.

Механические коробки передач также не застрахованы от инноваций. Согласно веб-сайту Volkswagen, Volkswagen выпустил новую механическую коробку передач под названием MQ281, которая повышает эффективность и снижает выбросы.

Автоматические коробки передач

По данным Международного журнала автомобильного дизайна, автоматические коробки передач появились в продаже в 1940-х годах, и сейчас они часто более популярны, чем механические коробки передач. На самом деле, по данным Readers’ Digest, подавляющее большинство водителей в США используют транспортное средство с механической коробкой передач.

Связанный: Центральный замок: как работает электрическое запирание дверей автомобиля

В автоматических коробках передач отпадает необходимость в педали сцепления, которая отключает двигатель от трансмиссии для переключения передач. Вместо этого они используют систему гидротрансформатора, полагаясь на трансмиссионное масло для передачи энергии от входного вала к шестерням. Компьютеры в автомобиле точно определяют, когда нужно переключать передачи.

Это обеспечивает плавное переключение передач и более легкое вождение, а автоматические коробки передач часто более эффективны, чем их аналоги с механической коробкой передач.

Дополнительные ресурсы

Наглядную демонстрацию механической коробки передач можно посмотреть в этом видео от Lesics. Чтобы узнать больше о будущем автомобильных передач, прочитайте эту статью на веб-сайте Volkswagen.

Библиография

“Принципы работы клапанного механизма”. Трибологические процессы в системах клапанного механизма с облегченными клапанами. Новые исследования и моделирование (2016).
«Оптимальное вождение для экономии топлива на одном автомобиле». Транспортные исследования Часть A: Общие.
«Расчет передаточного числа и сравнение между спортивным внедорожником (внедорожником) и гоночным приложением». Материалы конференции AIP (2018 г.).
«Автоматизация вождения: изучение философии дизайна у авиации». Международный журнал дизайна транспортных средств (2007 г.).
«Вариатор конического типа с высокоскоростными вариациями». Международный журнал научных и инженерных исследований (2015 г.).

Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.

Майк — независимый журналист и консультант по технологиям, увлеченный играми, футуристическими технологиями и автоспортом. Ранее Майк работал писателем в журнале PC Pro и публиковал статьи о технологиях для многих других СМИ, включая TechRadar, Wired, PC Advisor, Stuff, The Inquirer и Red Bull Gaming.

1
150-летняя тайна странных полукругов на месте палеолита во Франции наконец раскрыта
3
Около центра нашей галактики обнаружены сотни древних невидимых структур
4
Косатки потопили 3 лодки в Европе и, похоже, учат других делать то же самое. Но почему?
5
Браслеты древнеегипетской царицы содержат первое свидетельство дальней торговли между Египтом и Грецией Заявления об исследовании
2
3
Самое известное предсказание Стивена Хокинга может означать, что все во Вселенной обречено на испарение, говорится в новом исследовании.0003
4
Сотни древних невидимых структур, обнаруженных вблизи центра нашей галактики 0064