Коробка передач сколько передач на: Как много нужно скоростей автомобильной коробки передач?
Как много нужно скоростей автомобильной коробки передач?
Современные трансмиссионные механизмы имеют общего с квадрациклом Генри Форда 1896 года столько же, сколько и игрушечный самолетик ребенка с реактивным самолетом. В XXI веке механические коробки передач (МКПП) и автоматические преобразователи крутящего момента (автоматические коробки — АКПП) делят дорогу с:
- бесступенчатыми коробками;
- автоматизированными механическими коробками с двойным сцеплением;
- автоматикой с электроприводом;
- распределителями мощности электропередач двигателя.
На заре автомобилестроения балом правили двух- трехскоростные автоматические коробки и четырех- пятиступенчатые механические трансмиссии. Сейчас новые коробки переключения передач (КПП) имеют семь, восемь, а иногда девять передач переднего хода. Поскольку количество скоростных ступеней в автомобиле приближается к двузначной цифре, у Zap-Online.ru возникло пару вопросов: что за погоня за скоростями, где конец их бесчисленному количеству?
Писк моды – семи, – восьми и – девяти ступенчатые КПП
Porsche похвастался новым вариантом семиступенчатой МКПП в модели 911 на автошоу в Женеве.
Последний писк моды среди производителей автомобилей – восьмиступенчатый автомат. BMW, Audi, Lexus, Porsche предлагают в автомобилях восьми ступенчатые АКПП с традиционными преобразователями крутящего момента и планетарным набором передач. Компания Ford бросила все силы на создание собственной восьмиступенчатой автоматики. Mitsubishi недавно заявила о намерениях лицензировать восьмискоростную ZF и протестировать на новых моделях авто.
Fiat 500X, Chrysler Pacifica, Renegade уже выпускаются с 9-ступенчатой КПП. Mercedes-Benz выпустила 9-ступенчатую 9G-Tronic, заменив семиступку 7G-Tronic. Honda запатентовала коробку с 11 ступенями и тройным сцеплением.
С чем связан рост количества передач в трансмиссии автомобиля?
Со слов главного инженера по трансмиссиям компании Ford Motors Крэйга Реннекера, большее количество скоростных ступеней в КПП дает инженерам большее поле для разбега. Первую скорость можно сделать короче для лучшего ускорения с места, а самые высокие сделать длиннее для эффективного расхода топлива. Большее количество ступеней позволяет маленьким, экономичным двигателям вывозить тяжелые автомобили на приличной мощности или добавить мощности уже существующим моторам.
«Пять лет назад на вопрос: эффективна ли восьмиступенчатая коробка, я бы сказал нет», говорит Реннекер. «Все потому что дополнительная шестая муфта, необходимая для восьмиступки, создала бы больше внутреннего сопротивления (с паразитической потерей энергии), и повышенный диапазон передач не покрыл бы этого недостатка. Недавно мы обнаружили способ, как сократить потери от сопротивления муфты так, чтобы восемь скоростей приносили больше пользы, чем вреда. Теперь имеет смысл перейти на КПП с 8,9-тью передачами, при этом, экономия топлива составит от 2 до 6 %».
Пресс-секретарь Porsche Дэйв Энгельман заявил, что смелый шаг, по переходу к семиступенчатой механике – высоко модифицированной версии уже существующей автоматизированной механической коробки Porsche PDK (с двухдисковым сцеплением) – мотивирован экономией топлива. «Модели Porsche достигают максимальной скорости на наивысшей передаче — шестой. Новая седьмая, после разгона до максимума на шестой переключается на седьмую и снижает обороты двигателя, снижая расход топлива и выбросы СО2 без ущерба для разгона или темпа движения машины».
Чересчур много скоростей в автомобиле – это сколько?
Каждый автопроизводитель отвечает на этот вопрос по-разному. Помимо более гладкого переключения, экономного расхода топлива и улучшения ускорения, большое количество скоростей играет маркетинговую роль. Покупателю кажется, что автомобиль «упакован» по полной (вау! семь скоростей! подумать только!). Но некоторые производители автомобилей отказались от новых, более высоких передаточных чисел во имя надежности своих трансмиссий.
Все тот же Реннекер из компании Ford говорит: «Один из наших конкурентов представил девятиступенчатую КПП, но мы не стали устраивать гонку. Считаем, что девятая скорость не дает никаких преимуществ автомобилю, кроме увеличения продаж. Мы не видим смысла в девятиступке. Наши автомобили способны сделать все то же самое и на восьми скоростях».
Касаемо более девяти передач Реннекер сказал следующее: «Возможно, в будущем мы найдем применение большему количеству скоростей, скажем одиннадцати. В этом будет смысл, если найдем способ свести к минимуму ущерб от внутреннего сопротивления дополнительных муфт. Но сначала нужно найти хорошую причину для применения одиннадцати ступенчатой трансмиссии. Возможно, причиной станет необходимость в ультранизкой, прямо ползущей первой передаче».
Будущее многоскоростных трансмиссий
Большее количество передач – это только часть общей картины. Меняются и виды КПП. Кроме механики, автомата, существуют бесступенчатые КПП (CVT). Бесступенчатая трансмиссия может выбирать из практически неограниченного количества передаточных чисел, и, теоретически, делает традиционную трансмиссию устарелой. Однако на практике, расширенная CVT, чтобы справиться с силой мощных двигателей, сводит к минимуму их эффективность. По раскрытию потенциала мощных двигателей обычный автомат или автоматизированная механика намного лучше.
Сделаем вывод, предсказания о безвозвратном исчезновении “механики” преждевременны. Механические трансмиссии по-прежнему самые энергоэффективные, независимо от того, какое топливо было использовано в автомобиле: бензин, электричество, водород или биодизель. Конечно, неизбежно снижение количества автомобилей с МКПП, но в мире всегда найдется сегмент водителей, которые любят переключать скорости вручную.
Электрифицированные коробки, безусловно, станут более распространенными. На это указывают гибридные модели BMW ActivHybrid, Mercedes-Benz S400 Hybrid, Honda CRZ. На вопрос о том, будет ли восьмиступка Ford иметь электрический аналог, Реннекер ответил: «При проектировании любой новой трансмиссии, также рассматривается возможность создания гибридного варианта. В планы Ford входит электрификация восьми ступенчатой трансмиссии в ближайшие пару лет».
Реннекер: «Пока КПП с двойным сцеплением находились в стадии разработки, КПП с планетарным набором передач тоже не стояли на месте, развиваясь. В результате постоянного развития трансмиссий разного типа, мы не можем сказать ни об одном виде, что это «трансмиссия будущего». Так как требования к экономии топлива автомобилей становятся все жестче, трансмиссия будущего будет иметь больше настроек определяющих оптимальную передачу для каждой скорости».
Механическая коробка передач: особенности, плюсы и минусы
Транспортные средства с коробкой передач механического типа занимают обширную долю рынка и еще совсем недавно являлись преобладающим типом автомобилей. Надежность и долговечность трансмиссии данного вида не вызывает сомнений, спрос на авто с механикой остается на неизменно высоком уровне.
Конструктивное исполнение КПП механического типа
Первые транспортные средства, созданные более века назад, не имели в конструкции коробку передач, движение автомобилю обеспечивал прямой привод от силового агрегата. Увеличение мощности двигателей, необходимость улучшения динамических характеристики привели к созданию механических КПП, способных раскрыть потенциал силового агрегата.
Современная механическая КПП выполняется в виде корпуса, в котором размещен редуктор с несколькими ступенями. В каждой коробке передач присутствует вал, на котором жестко зафиксированы шестерни. Еще один дополнительный вал оснащается подвижными шестеренками, свободно вращающимися. При переключении водителем передач, происходит зацепление подвижных и неподвижных шестерней на двух валах, что позволяет изменять характеристики движения транспортного средства.
Конструкция механической КПП не является сложной, а разобраться с особенностями ее работы может практически любой автовладелец. Количество передач в механических КПП постепенно растет. Современные коробки могут иметь 6 или 7 скоростей. При этом конструкция коробки усложняется, а показатели надежности не снижаются.
Отдельного упоминания заслуживают механические КПП, устанавливаемые на внедорожники и кроссоверы. Некоторые модели имеют пониженную передачу, позволяющую передвигаться по бездорожью. На большинство современных авто устанавливаются механические коробки, хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении нескольких лет. Новые разработки практически не используются из-за роста спроса на машины с АКПП.
Достоинства механической КПП
Несмотря на снижение популярности в последние годы, трансмиссия механического типа востребована на рынке и в перспективе будет пользоваться спросом долгие годы. С помощью механики удается использовать все ресурсы силового агрегата, добиться наибольших показателей производительности и мощности двигателя. Основными достоинствами трансмиссии подобного типа являются:
Меньшая стоимость изготовления, по сравнению с автоматическими КПП. В результате авто с механикой стоят дешевле.
Показатели разгона и КПД машин с механикой выше, чем аналогичных моделей на автомате. Экономия топлива может достигать величины в 10 процентов.
Простота конструкции, отсутствие требований к дополнительной системе охлаждения.
Надежность и долговечность, отсутствие требований к периодическому обслуживанию и использованию дорогостоящих расходных материалов.
Длительный эксплуатационный ресурс, поломки техники встречаются крайне редко.
Возможность эксплуатации авто в режиме с пробуксовкой. Отсутствие риска поломки транспортного средства.
На авто с механической коробкой существует возможность запуска двигателя с толкача, в то время как транспортные средства с АКПП такой возможности лишены. Еще одним преимуществом является возможность буксировки на тросе. Использование моторной тяги позволяет водителям осуществлять торможение двигателем. При суммарном рассмотрении всех характеристик, достоинства механики становятся очевидными и влияют на выбор многих покупателей.
Минусы коробки механического типа
Кроме объективных плюсов трансмиссии механического типа, подобные системы имеют определенные недостатки. Основным достоинством АКПП является удобство использования. Водителю не требуется постоянно выжимать сцепление и переключать передачи. Коробка выполнит операции самостоятельно, в зависимости от интенсивности разгона, торможения и передвижения.
Технология работы механики удобна при движении по бездорожью или на загородных трассах. В плотном городском потоке, при постоянных остановках на светофорах или стоянии в пробках, автомат однозначно выигрывает. Кроме комфорта и удобства вождения, на АКПП отсутствует риск повреждения сцепления, который всегда имеется на механике.
Неверный выбор режима работы трансмиссии, особенно у неопытных водителей, также влечет за собой повышенный износ и снижение ресурса агрегата. Дополнительно на водителя ложится нагрузка, связанная с постоянным переключением передач.
При выборе типа трансмиссии каждый человек руководствуется собственными принципами. Если автомобиль подбирается для загородной езды или движению по бездорожью, опыт и мастерство водителя позволяют правильно переключать режимы, имеется желание сэкономить, выбор механики является оптимальным вариантом. Надежный и безотказный агрегат будет исправно работать на протяжении многих лет без дорогостоящего ремонта и регулярного сервисного обслуживания.
Полезные видеоматериалы
ТрансмиссииHigh Gear: сколько передач достаточно? – Техническое обслуживание
Фотография 10-ступенчатого двигателя 10R80 (слева) и 3,5-литрового двигателя EcoBoost, предоставленного Ford.
Корпоративные стандарты средней экономии топлива (CAFE) подталкивают автомобильные компании к выпуску более экономичных автомобилей, производители автомобилей совершенствуют свои трансмиссии, чтобы продавать высокоэффективные автомобили без ущерба для производительности.
За последние два модельных года произошел квантовый скачок благодаря трансмиссиям с более высокой передачей, обеспечивающими не менее 6 передач, а в некоторых случаях даже 10. В 19 году90-х типичные автомобильные коробки передач обеспечивали только от трех до пяти скоростей.
Очевидный шаг в эволюции автомобильных трансмиссий произошел в 2017 году, когда были выпущены автомобили, в которых Ford и General Motors совместно разработали две самые передовые трансмиссии в автомобильной промышленности — 10-ступенчатую и 9-ступенчатую. . О партнерстве было объявлено в 2013 году.
10-ступенчатую коробку передач можно найти в Ford F-150 2017 года, включая модель Raptor, а также в Expedition 2018 года и Lincoln Navigator 2018 года. GM добавляет его в Chevrolet Camaro ZL1 2017 года, Yukon Denali 2018 года и Tahoe RST 2018 года. GM будет сочетать девятиступенчатую коробку передач с несколькими переднеприводными автомобилями, такими как Chevrolet Malibu 2017 года и Chevrolet Cruze Diesel 2017 года.
Переход на 10-ступенчатую коробку передач, девятиступенчатую коробку передач, а также уже популярную девятиступенчатую коробку передач ZF 9HP (которая встречается в различных моделях Fiat-Chrysler, включая Chrysler Pacifica и Jeep Compass) повышает несколько вопросов. Почему производители автомобилей продолжают добавлять больше передач в свои трансмиссии? Сколько передач слишком много? И, наконец, какой мощностью вы бы пожертвовали, чтобы получить эффективность, обеспечиваемую трансмиссией на более высокой передаче?
Фотография ZF 9HP предоставлена ZF Friedrichshafen.
Компания General Motors инвестировала 323 миллиона долларов в новое предприятие в Ромулусе, штат Мичиган, для разработки своей новейшей высокоскоростной трансмиссии.
Экономия топлива сыграла большую роль в увеличении количества передач, сказал Скотт Клайн, помощник главного инженера девятиступенчатой автоматической коробки передач Hydra-Matic. По мере того, как вы добавляете в трансмиссию больше диапазонов передач, общий диапазон передаточных чисел становится ограниченным, поэтому вы в конечном итоге делаете передачи короче. Это приводит к тому, что шаги становятся короче, что отнимает у сдвига огромную энергию, тем самым устраняя помехи.
«Таким образом, для клиента коробка передач становится очень точной, с очень плавным переключением», — сказал Клайн. «У вас есть оба преимущества: экономия топлива и ощущение переключения передач».
Маленькие шестерни в трансмиссиях с более высокой передачей позволяют двигателю оставаться очень близко к верхней части каждой передачи во время работы. Это обеспечивает чрезвычайно отзывчивый дроссель и плавное переключение, не говоря уже о быстром переключении на более низкую передачу и больше вариантов выбора трансмиссии, что позволяет ей быть максимально эффективной, оставаясь при этом близкой к пиковой производительности в считанные секунды.
«Причина, по которой мы переключаемся на большее количество передач, заключается в том, что мы можем работать в оптимальной точке двигателя или около нее», — сказал Майк Солт, директор FCA по автоматическим трансмиссиям. Чем больше передач вы добавляете к трансмиссии, тем чаще она будет работать в оптимальных точках.
«Наличие соответствующего общего разброса передаточных чисел позволяет вам работать там на стартах и на скоростях шоссе», — сказал Солт.
Если в 2017 году будет больше девяти- и десятиступенчатых коробок передач, то в 2018 году, скорее всего, появится больше автомобилей с такими коробками передач.
Фотография 10-ступенчатой коробки передач HydraMatic 10L80 MF6 2018 года предоставлена GM.
Причиной включения более высокой передачи является просто топливная экономичность, а также повышение удовольствия от вождения. Чем больше передач приходится выбирать двигателю, тем меньше оборотов он совершает в минуту, поскольку выбирает наиболее оптимальную для скорости передачу, что позволяет двигателю работать меньше, сохраняя при этом ту же скорость автомобиля.
При более ограниченном выборе передач двигатель работает на более высоких оборотах, потому что трансмиссия должна довольствоваться той передачей, которая ближе всего к текущей скорости автомобиля.
Когда двигатель вращается с более высокими оборотами, он работает тяжелее, поэтому сжигает больше топлива. В Ford F-150 2017 года 10-ступенчатая трансмиссия помогает добавить на один галлон больше, чем прошлогодняя 6-ступенчатая трансмиссия, в общей сложности 18 миль на галлон в городе и 25 миль на галлон на шоссе, и 2 мили на галлон в модели 4×4. Коробка передач с девятью скоростями увеличила эффективность использования топлива на 3% в Malibu 2017 года по сравнению с предыдущей восьмиступенчатой коробкой передач.
“Благодаря более высокому диапазону передаточных чисел мы можем получить действительно высокие в числовом отношении передаточные числа первой передачи для хорошей производительности запуска, но у нас также есть очень маленькие размеры шага между всеми передачами, так что вы можете настроить именно то передаточное число, которое вам нужно, либо всего за чисто производительность или для буксировки прицепа, так что это общее улучшение», — сказал Кевин Норрис, менеджер Ford по системам трансмиссии 10R.
Первая передача в новой коробке передач Ford/GM довольно короткая, что способствует агрессивному ускорению. Высшие передачи высокие, что позволяет лучше расходовать топливо на крейсерских скоростях. По мере увеличения количества передач передаточное число становится более агрессивным, что улучшает время разгона от 0 до 60 миль в час (на 0,2 секунды быстрее в 2017 F-150) и повышает максимальную скорость.
«Мы обнаружили, что с нашей девятиступенчатой коробкой передач мы получаем как экономию топлива, так и точность переключения передач, к которой мы стремимся», — сказал Клайн из GM. «Всегда есть компромиссы, и добавление большего количества деталей приводит к увеличению затрат. Вы уравновешиваете все эти вещи, но в конечном итоге вы получаете экономию топлива».
Коробка передач, такая как 10-ступенчатая коробка передач, может переключаться на четыре или пять передач одновременно, в зависимости от того, как водитель нажимает на педаль газа, и так же быстро переключаться на высшую передачу, пропуская столько передач, сколько необходимо. Другими словами, трансмиссия будет делать все, что потребуется, так быстро, как это необходимо, чтобы переключиться на нужную передачу в нужное время.
Усовершенствованная коробка передач управляется совершенно новым компьютером, который использует более чем вдвое больше кодов, чем предыдущая шестиступенчатая коробка передач с более чем 1 миллионом кодов. Несмотря на то, что Ford и General Motors по-разному программируют свои трансмиссии, их инженерные решения почти идентичны.
Помимо повышения эффективности F-150 2017 года, новая трансмиссия способствует увеличению производительности F-150 на 10 лошадиных сил и 50 фунт-футов. крутящего момента, заставляя его развивать 375 лошадиных сил и 470 фунт-футов. крутящего момента, а также поддержание рейтинга буксировки 12 200 фунтов.
«Если мы сделали свою работу правильно, средний водитель не заметит, что передач стало больше или больше переключений», — сказал Норрис из Ford. Водители заметят повышение производительности и отзывчивости.
Еще один побочный продукт трансмиссии с более высокой передачей — более тихая работа, сказал Солт из FCA.
«На скоростях по шоссе вы будете работать с более низкими оборотами двигателя, поэтому автомобиль будет тише, вы получите лучшую экономию топлива, а поскольку у вас также больше передаточных чисел, размеры шагов меньше, поэтому помехи переключения меньше», — сказал Солт.
Конечной целью трансмиссии является поддержание работы двигателя там, где он наиболее эффективен, или в точке максимального крутящего момента, когда требуется производительность.
«Чем более узкие точки в двигателе, тем больше скоростей вам нужно, чтобы убедиться, что вы работаете точно в этих точках», — сказал Клайн из GM.
Фотография Hydra-Matic 9T50 2017 года с аккумулятором предоставлена GM.
Ford и GM считают, что они достигли наилучшего с количеством передач в своих новых трансмиссиях, и все, что после этого, не добавит реальную ценность коробке передач. Однако так же, как десять лет назад идея 10-ступенчатой коробки передач казалась безумной, мы никогда не знаем, что нас ждет в будущем.
«В Ford мы провели исчерпывающее исследование и анализ всех типов приложений, в которых мы ожидали использовать новую коробку передач, и мы обнаружили, что мы определенно можем увидеть преимущества за пределами восьми скоростей и даже за пределами девяти скоростей», — сказал Норрис. «Мы провели дальнейший анализ и обнаружили, что если мы выйдем за рамки этого, например, 11 и 12, у нас могут возникнуть проблемы с архитектурой, которые приведут к уменьшению отдачи».
“Я думаю, что в целом вы увидите большее распространение (10-скоростных), но я ожидаю, что в зависимости от того, в каком регионе мира вы работаете, в течение некоторого времени найдется место для некоторых традиционных шестиступенчатых коробок передач», — сказал Норрис.
Клайн объяснил, что GM видит рынок высококачественной и дорогостоящей трансмиссии с девятью скоростями, а также рынок трансмиссии премиум-класса с более высокой передачей, и, поскольку обе их трансмиссии отвечают одинаковым требованиям к долговечности, они считают, они могут заполнить обе ниши. И шестиступенчатая, и девятиступенчатая коробки передач загерметизированы на весь срок службы, что означает, что они не требуют технического обслуживания.
Для клиентов автопарка экономия топлива является приоритетом, а не предпочтениями вождения, и более высокая передача дает явное преимущество в топливной экономичности.
Примечание редактора: Бассем Гиргис — независимый писатель.
Как работает механическая коробка передач в автомобилях
Добро пожаловать обратно в Gearhead 101 — серию статей об основах работы автомобилей для новичков в автомобилестроении.
Поскольку вы читали «Искусство мужественности», вы знаете, как управлять коробкой передач. Но знаете ли вы, что происходит под капотом всякий раз, когда вы переключаете передачу?
Нет?
Что ж, сегодня твой счастливый день!
В этом выпуске Gearhead 101 мы подробно рассмотрим, как работает механическая коробка передач. К тому времени, когда вы закончите читать эту статью, у вас должно быть общее представление об этой жизненно важной части трансмиссии вашего автомобиля.
Засучим рукава и приступим.
Примечание. Прежде чем вы прочтете, как работает трансмиссия, я настоятельно рекомендую ознакомиться с нашими Gearhead 101, чтобы узнать все тонкости двигателей и трансмиссий.
Что делают коробки передач
Прежде чем мы углубимся в особенности работы механической коробки передач, давайте поговорим о том, что вообще делают коробки передач.
Как обсуждалось в нашем учебнике по работе двигателя автомобиля, двигатель вашего автомобиля создает крутящий момент. Чтобы двигать машину, нам нужно передать эту мощность вращения колесам. Это то, что делает трансмиссия автомобиля, частью которой является трансмиссия.
Но есть пара проблем с мощностью двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, он обеспечивает полезную мощность или крутящий момент только в определенном диапазоне частоты вращения двигателя (этот диапазон называется диапазоном мощности двигателя). Двигайтесь слишком медленно или слишком быстро, и вы не получите оптимального крутящего момента, чтобы заставить машину двигаться. Во-вторых, автомобилям часто требуется больший или меньший крутящий момент, чем тот, который двигатель может оптимально обеспечить в своем диапазоне мощности.
Чтобы понять вторую проблему, нужно понять первую проблему. И чтобы понять первую проблему, нужно понимать разницу между двигателем скорость и двигатель момент .
Частота вращения двигателя — скорость вращения коленчатого вала двигателя. Измеряется в оборотах в минуту (об/мин).
Крутящий момент двигателя показывает, какое крутящее усилие двигатель создает на своем валу при определенной скорости вращения.
Автомеханик привел эту красивую аналогию, чтобы понять разницу между частотой вращения двигателя и крутящим моментом двигателя:
Представьте, что вы двигатель и пытаетесь забить гвоздь в стену:
Скорость = сколько раз вы попадаете в шляпку гвоздя за минуту.
Крутящий момент = Насколько сильно вы каждый раз попадаете в цель.
Вспомните, когда вы в последний раз забивали гвозди. Если вы били очень быстро, вы, вероятно, заметили, что не забиваете гвоздь с большой силой. Более того, вы, вероятно, утомились от такого количества безумных раскачиваний.
Наоборот, если вы не торопитесь между каждым взмахом, но убедитесь, что каждый удар, который вы делаете, был как можно сильнее, вы бы вбили гвоздь с меньшим количеством ударов, но это может занять у вас немного больше времени, потому что вы не качается в постоянном темпе.
В идеале вы должны найти такой темп удара молотком, который позволит вам ударять по шляпке гвоздя несколько раз с хорошей силой при каждом взмахе, не утомляя себя. Не слишком быстро, не слишком медленно, но просто правильно.
Ну, мы хотим, чтобы двигатель нашей машины делал то же самое. Мы хотим, чтобы он вращался со скоростью, которая позволяет ему создавать необходимый крутящий момент, не работая так усердно, чтобы он сам себя разрушил. Нам нужно, чтобы двигатель оставался в своем диапазоне мощности.
Если двигатель вращается ниже своего диапазона мощности, у вас не будет крутящего момента, необходимого для движения автомобиля вперед. Если он превышает свой диапазон мощности, крутящий момент начинает падать, и ваш двигатель начинает звучать так, как будто он вот-вот сломается из-за нагрузки (что-то вроде того, что происходит, когда вы пытаетесь бить молотком слишком быстро — вы попадаете в гвоздь с меньшей мощностью, и вы действительно получаете, действительно устал). Если вы крутите двигатель до тех пор, пока тахометр не станет красным, вы интуитивно понимаете эту концепцию. Ваш двигатель звучит так, будто вот-вот заглохнет, но вы не двигаетесь быстрее.
Итак, вы понимаете, что для эффективной работы транспортного средства необходимо, чтобы оно работало в своем диапазоне мощности.
Но это подводит нас ко второй проблеме: автомобилям требуется больший или меньший крутящий момент в определенных ситуациях.
Например, когда вы заводите автомобиль на месте, вам нужна большая мощность или крутящий момент, чтобы заставить автомобиль двигаться. Если вы нажмете педаль газа в пол, вы заставите коленчатый вал двигателя вращаться очень быстро, в результате чего двигатель выйдет далеко за пределы своего диапазона мощности и, возможно, разрушится в процессе. И самое интересное, что вы даже не будете двигать машину так сильно, потому что крутящий момент двигателя падает, когда он выходит за пределы своего диапазона мощности. В этой ситуации нам нужно намного больше крутящего момента, но чтобы получить его, мы должны пожертвовать скоростью.
Хорошо, а что, если вы просто немного нажмете на газ? Ну, это, вероятно, не заставит двигатель вращаться достаточно быстро, чтобы войти в свой диапазон мощности, в первую очередь, чтобы он мог обеспечить крутящий момент, чтобы заставить автомобиль двигаться.
Давайте рассмотрим другой сценарий. Допустим, ваша машина движется очень быстро, например, когда вы едете по автостраде. Вам не нужно передавать столько мощности от двигателя к колесам, потому что автомобиль и так движется в быстром темпе. Чистый импульс делает большую работу. Таким образом, вы можете позволить двигателю вращаться на более высокой скорости, не беспокоясь о количестве мощности, передаваемой на колеса. Нам нужно больше вращения скорость идущая на колеса, и менее оборотная мощность .
Нам нужен какой-то способ умножить мощность, вырабатываемую двигателем, когда это необходимо (начало движения с места, подъем в гору и т. д.), а также уменьшить мощность, передаваемую двигателем, когда это не требуется. необходимо (спуск или движение очень быстро).
Войти в передачу.
Коробка передач обеспечивает оптимальную скорость вращения двигателя (ни слишком медленную, ни слишком быструю), одновременно обеспечивая колеса необходимой мощностью, необходимой для движения и остановки автомобиля, независимо от ситуации, в которой вы оказались.
Он способен эффективно передавать мощность через серию шестерен разного размера, которые используют силу передаточного числа.
Передаточные числа
Внутри трансмиссии находится ряд зубчатых шестерен различного размера, создающих крутящий момент. Поскольку шестерни, которые взаимодействуют друг с другом, имеют разные размеры, крутящий момент можно увеличивать или уменьшать без существенного изменения скорости вращения двигателя. Это благодаря передаточному числу.
Передаточные числа представляют отношение шестерен друг к другу по размеру. Когда шестерни разного размера входят в зацепление, они могут вращаться с разной скоростью и передавать разную мощность.
Чтобы объяснить это, давайте посмотрим на упрощенную версию механизмов в действии. Скажем, у вас есть входная шестерня с 10 зубьями (под входной шестерней я подразумеваю шестерню, которая генерирует мощность), соединенная с более крупной выходной шестерней с 20 зубьями (под выходной шестерней я имею в виду шестерню, которая получает мощность). Чтобы провернуть эту 20-зубую шестерню один раз, 10-зубчатой шестерне нужно повернуться дважды, потому что она в два раза меньше 20-зубчатой шестерни. Это означает, что хотя 10-зубая шестерня вращается быстро, 20-зубая шестерня вращается медленно. И хотя 20-зубчатая шестерня вращается медленнее, она обеспечивает большую силу или мощность, потому что больше. Соотношение в этой схеме 1:2. Это низкое передаточное число.
Или, скажем, две шестерни, соединенные друг с другом, имеют одинаковый размер (10 зубов и 10 зубов). Они оба будут вращаться с одинаковой скоростью, и оба будут выдавать одинаковую мощность. Передаточное отношение здесь 1:1. Это называется передаточным отношением «прямой передачи», потому что две шестерни передают одинаковую мощность.
Или, допустим, входная шестерня была больше (20 зубьев), а выходная шестерня меньше (10 зубьев). Чтобы провернуть 10-зубую шестерню один раз, 20-зубчатой шестерне нужно будет повернуться только наполовину. Это означает, что хотя входная шестерня с 20 зубьями вращается медленно и с большей силой, выходная шестерня с 10 зубьями вращается быстрее и выдает меньшую мощность. Передаточное отношение здесь 2:1. Это называется высоким передаточным числом.
Вернемся к этой концепции к цели передачи.
Ниже вы найдете диаграмму потока мощности при включении различных передач в автомобиле с 5-ступенчатой механической коробкой передач.
Первая передача. Это самая большая шестерня в трансмиссии, сцепленная с маленькой шестерней. Типичное передаточное число, когда автомобиль находится на первой передаче, составляет 3,166:1. При включении первой передачи подается низкая скорость, но высокая мощность. Это передаточное число отлично подходит для запуска автомобиля с места.
Вторая передача. Вторая шестерня немного меньше первой, но все же находится в зацеплении с меньшей шестерней. Типичное передаточное число составляет 1,882:1. Скорость увеличилась, а мощность немного уменьшилась.
Третья передача. Третья шестерня немного меньше второй, но все же находится в зацеплении с меньшей шестерней. Типичное передаточное число составляет 1,296:1.
Четвертая передача. Четвертая передача немного меньше третьей. Во многих транспортных средствах к моменту включения четвертой передачи выходной вал движется с той же скоростью, что и входной вал. Такая схема называется «прямой привод». Типичное передаточное число 0,9.72:1
Пятая передача. В автомобилях с пятой передачей (также называемой повышающей передачей) она связана с передачей, которая значительно выше. Это позволяет пятой передаче вращаться намного быстрее, чем передача, передающая мощность. Типичное передаточное число составляет 0,78:1.
Детали механической коробки передач
Итак, к этому моменту у вас должно быть общее представление о назначении коробки передач: она обеспечивает оптимальную скорость вращения двигателя (ни слишком медленную, ни слишком быструю), одновременно обеспечивая колеса нужное количество энергии, необходимое им для движения и остановки автомобиля, независимо от ситуации, в которой вы оказались.
Давайте посмотрим на части трансмиссии, которые позволяют это сделать:
Первичный вал. Первичный вал идет от двигателя. Это вращается с той же скоростью и мощностью двигателя.
Промежуточный вал. Промежуточный вал (также известный как промежуточный вал) расположен непосредственно под выходными валами. Промежуточный вал соединяется непосредственно с входным валом через шестерню с фиксированной скоростью. Всякий раз, когда входной вал вращается, промежуточный вал вращается с той же скоростью, что и входной вал.
Помимо шестерни, принимающей мощность от первичного вала, промежуточный вал также имеет несколько шестерен, по одной на каждую из «передач» автомобиля (1-5-ю), включая задний ход.
Выходной вал. Выходной вал проходит параллельно промежуточному валу. Это вал, который передает мощность на остальную часть трансмиссии. Количество мощности, которую выдает выходной вал, зависит от того, какие шестерни на нем включены. Выходной вал имеет свободно вращающиеся шестерни, установленные на нем на шарикоподшипниках. Скорость выходного вала определяется тем, какая из пяти шестерен находится в «передаче» или включена.
1-5 передачи. Это шестерни, которые установлены на вторичном валу с помощью подшипников и определяют, на какой «передаче» находится ваш автомобиль. Каждая из этих шестерен постоянно находится в зацеплении с одной из шестерен на промежуточном валу и постоянно вращается. Это постоянно запутанное расположение — это то, что вы видите в синхронизированных трансмиссиях или трансмиссиях с постоянным зацеплением, которые используются в большинстве современных автомобилей. (Чуть позже мы рассмотрим, как все шестерни могут вращаться всегда, в то время как только одна из них на самом деле передает мощность на трансмиссию.)
Первая передача является самой большой передачей, и по мере перехода к пятой передаче передачи становятся все меньше. Помните, передаточные числа. Поскольку первая шестерня больше, чем шестерня промежуточного вала, с которой она соединена, она может вращаться медленнее, чем первичный вал (помните, промежуточный вал движется с той же скоростью, что и первичный вал), но передает большую мощность на выходной вал. По мере повышения передачи передаточное число уменьшается до тех пор, пока вы не достигнете точки, когда входной и выходной валы движутся с одинаковой скоростью и передают одинаковую мощность.
Промежуточная шестерня. Промежуточная шестерня (иногда называемая «промежуточной шестерней заднего хода») расположена между шестерней заднего хода на выходном валу и шестерней на промежуточном валу. Промежуточная шестерня — это то, что позволяет вашему автомобилю двигаться задним ходом. Задняя передача — единственная передача в синхронизированной трансмиссии, которая не всегда находится в зацеплении или вращается с шестерней промежуточного вала. Он движется только тогда, когда вы действительно переключаете автомобиль на задний ход.
Хомуты/втулки синхронизатора. Большинство современных автомобилей имеют синхронизированную трансмиссию, то есть шестерни, передающие мощность на выходной вал, постоянно находятся в зацеплении с шестернями на промежуточном валу и постоянно вращаются. Но вы можете подумать: «Как все пять шестерен могут быть постоянно запутаны и постоянно вращаться, но только одна из этих шестерен на самом деле передает мощность на выходной вал?»
Другая проблема, возникающая при постоянном вращении шестерен, заключается в том, что ведущая шестерня часто вращается с другой скоростью, чем выходной вал, к которому она подключена. Как синхронизировать вращение шестерни с другой скоростью, чем выходной вал, и плавно, чтобы не было сильного шлифования?
Ответ на оба вопроса: втулки синхронизатора.
Как уже упоминалось выше, шестерни 1-5 установлены на выходном валу через шарикоподшипники. Это позволяет всем шестерням свободно вращаться одновременно при работающем двигателе. Чтобы задействовать одну из этих шестерен, нам нужно прочно соединить ее с выходным валом, чтобы мощность передавалась на выходной вал, а затем на остальную часть трансмиссии.
Между каждой шестерней находятся кольца, называемые муфтами синхронизатора. В пятиступенчатой трансмиссии есть муфта между 1-й и 2-й передачами, между 3-й и 4-й передачами, а также между 5-й и передачей заднего хода.
Всякий раз, когда вы включаете передачу автомобиля, муфта синхронизатора переключается на движущуюся передачу, которую вы хотите включить. На внешней стороне шестерни имеется ряд конусообразных зубьев. Воротник синхронизатора имеет канавки для приема этих зубьев. Благодаря отличной механике муфта синхронизатора может соединяться с шестерней с очень небольшим шумом или трением даже во время движения шестерни и синхронизировать скорость шестерни с первичным валом. Как только муфта синхронизатора входит в зацепление с ведущей шестерней, эта ведущая шестерня передает мощность на выходной вал.
Всякий раз, когда автомобиль находится в нейтральном положении, ни одно из колец синхронизатора не зацеплено с ведущей шестерней.
Ошейники синхронизатора также легче понять визуально. Вот короткий небольшой ролик, который отлично объясняет, что происходит (начинается примерно с отметки 1:59):
Gearshift. Переключение передач — это то, что вы двигаете, чтобы включить передачу автомобиля.
Тяга переключения. Тяги переключения – это то, что перемещает муфты синхронизатора в направлении передачи, которую вы хотите включить. На большинстве автомобилей с пятью скоростями есть три тяги переключения. Один конец тяги переключения передач соединен с рычагом переключения передач. На другом конце штока переключения находится вилка переключения, удерживающая муфту синхронизатора.
Вилка переключения. Вилка переключения удерживает муфту синхронизатора.
Сцепление. Муфта находится между двигателем и коробкой передач. Когда сцепление выключено, оно отключает поток мощности между двигателем и коробкой передач. Это отключение питания позволяет двигателю продолжать работать, даже если остальная часть трансмиссии автомобиля не получает мощности. Когда мощность двигателя отключена от трансмиссии, переключение передач становится намного проще и предотвращается повреждение шестерен трансмиссии. Вот почему всякий раз, когда вы переключаете передачу, вы нажимаете на педаль сцепления и выключите сцепление.
При включенном сцеплении — нога отрывается от педали — связь между двигателем и трансмиссией восстанавливается.
Как работают механические коробки передач
Итак, давайте соберем все вместе и рассмотрим, что происходит, когда вы переключаете передачу в автомобиле. Начнем с запуска автомобиля и переключения на вторую передачу.
При запуске автомобиля с механической коробкой передач, прежде чем повернуть ключ, сцепление выключается нажатием на педаль сцепления. Это отключает поток мощности между входным валом двигателя и трансмиссией. Это позволяет вашему двигателю работать, не передавая мощность остальной части автомобиля.
При выключенном сцеплении вы включаете рычаг переключения передач на первую передачу. Это приводит к тому, что шток переключения в коробке передач вашей коробки передач перемещает вилку переключения в направлении первой передачи, которая прикреплена к выходному валу через шарикоподшипники.
Эта первая шестерня выходного вала находится в зацеплении с шестерней, соединенной с промежуточным валом
К вилке переключения прикреплена втулка синхронизатора . Втулка синхронизатора выполняет две функции: 1) она надежно крепит ведущую шестерню к выходному валу, чтобы шестерня могла передавать мощность на выходной вал, и 2) она обеспечивает синхронизацию шестерни со скоростью выходного вала.
Когда муфта синхронизатора входит в зацепление с первой передачей, шестерня прочно соединяется с выходным валом, и теперь автомобиль находится на передаче.
Чтобы заставить автомобиль двигаться, вы слегка нажимаете на педаль газа (что увеличивает мощность двигателя) и медленно отпускаете педаль сцепления (что приводит к включению сцепления и воссоединению мощности между двигателем и коробкой передач).
Поскольку первая передача большая, она заставляет выходной вал вращаться медленнее, чем входной вал двигателя, но передает большую мощность остальной части трансмиссии. Это благодаря чудесам передаточных чисел .
Если вы все сделали правильно, машина начнет медленно двигаться вперед.
Как только вы заведете машину, вам захочется ехать быстрее. Но с автомобилем на первой передаче вы не сможете ехать очень быстро, потому что передаточное число заставляет выходной вал вращаться с определенной скоростью. Если вы нажмете на педаль газа в пол на первой передаче, вы просто заставите входной вал двигателя очень быстро вращаться (и, возможно, повредить двигатель в процессе), но не увидите увеличения скорости автомобиля.
Чтобы увеличить скорость вторичного вала, нам нужно переключиться на вторую передачу. Поэтому мы нажимаем сцепление, чтобы отключить питание между двигателем и коробкой передач и переключиться на вторую передачу. Это перемещает шток переключения, который имеет вилку переключения и муфту синхронизатора, в сторону второй передачи. Втулка синхронизатора синхронизирует скорость второй передачи с выходным валом и надежно фиксирует ее на вторичном валу. Выходной вал теперь может вращаться быстрее без бешеного вращения входного вала двигателя для производства мощности, необходимой автомобилю.
Для остальных пяти передач промывка, промывка и повторение.
Добавить комментарий