Коробки передач автомобилей: устройство, виды и типы коробок передач, советы

Содержание

Коробка передач – устройство, назначение, виды

Коробка передач или коробка переключения передач (КПП) – это один из важнейших агрегатов трансмиссии – наряду с карданным валом, сцеплением и задним ведущим мостом. Как составляющая трансмиссии КПП характерна для всех автомобилей ДВС.

Назначение и устройство

КПП предназначена для нескольких задач:

изменения крутящего момента,
изменения скорости,
коррекции направления движения автомобиля,
разъединения ДВС и трансмиссии и, напротив, их соединения (такая потребность актуальна при переключении передач, необходимости получения малых «ползучих» скоростей, кратковременной остановки транспортного средства),
блокировки гидротрансформатора (функция ценна для уменьшения потери полезной энергии «автомата» при передаче крутящего момента в ситуации, когда выравниваются обороты ведомой и ведущей турбин).

При этом одни КПП способны решать все эти задачи, а другие, как например, механическая, только базовые – изменение крутящего момента и скорости.

Схема устройства зависит от вида КПП.

В корпусе устройства коробки передач с “механикой” объединены валы (2, 3 или более), синхронизатор, шестерни, рычаг для переключения скоростей, проволочные кольца, подшипники, сальники.

Устройство АКПП (КПП с “автоматикой”) представляет собой узел, в который входят гидротрансформатор, планетарный ряд, фрикционы, тормозная лента, узел управления (насос + маслосборник + клапанная коробка).

В основе роботизированных коробок могут лежать как решения механического типа с электрической либо гидравлической системой управления сцеплением и передачами, так и автоматические коробки, оборудованные электрогидравлическим приводом сцепления.

На сцеплении, шестернях, валах и синхронизаторах остановимся более подробно.

Сцепление

Предназначено для передачи крутящего момента от маховика коленвала ДВС к первичному валу коробки передач.

Именно благодаря наличию сцепления двигатель на короткий промежуток времени можно аккуратно отсоединить от трансмиссии, а трансмиссию защитить от перегрузок.

Стандартная муфта сцепления большинства транспортных средств с механической коробкой включает маховик, нажимной диск, ведомый диск, выжимной подшипник, привод, вилку и выключатель сцепления.

Один двигатель соединен с колёсами, другой — с ДВС. В момент, когда водитель отпускает педаль, диски прижимаются друг к другу и начинают совместное вращение.

Именно о классическом сцеплении как таковом чаще говорят при использовании механической коробки передач, а при езде с ДВС на АККП говорят о совмещенном решении сцепления и гидротрансформатора. Его непосредственная функция аналогична сцеплению. Но водителю не нужно совершать никаких рутинных действий и выжимать сцепление вручную. За него все будет делать сама КПП.

Что касается роботизированных решений типа DSG (с мехатроникой), то они располагают двумя сцеплениями. Наличие двух сцеплений ценно для повышения мощности транспортного средства, и при этом минимизации пробуксовок, оптимизации расхода топлива.

Ведь физически в момент переключения обороты двигателя при использовании двух сцеплений способны остаются на прежнем уровне.

На картинке ниже вы видите “поведение” сцепления в роботизированной коробке DSG в момент после переключения на вторую передачу.

Шестерни и валы

Шестерни и валы – главные «управляющие» крутящим моментом. Именно шестерни и валы помогают изменять передаточное отношение. Неотъемлемые элементы устройства всех механических КПП и некоторых АКПП (например, Honda).

Устройство механической коробки передач чаще всего сконструировано так, что оси валов находятся в параллельной плоскости. Сверху монтированы шестерни.

Первичный или ведущий вал (ведвал) посредством корзины сцепления присоединен к маховику. Выступы способствуют продвижению второго диска сцепления и направления крутящего момента на промежуточный вал посредством шестерни.

Конец вторичного вала примыкает к подшипнику на хвостовике ведущего. Так как нет фиксированной связи, валы независимы, и нет препятствий для того, чтобы они вращались в разные стороны. Нет препятствий и для варьирования скоростей.

Устройство автоматической коробки передач вместо шестерён и валов предполагает планетарный редуктор. Вращаются шестерни и валы всегда как единое целое. Но конструктивно это могут быть как разные детали, так и неразборный узел.

Синхронизаторы

Синхронизаторы – неотъемлемый элемент КПП с шестернями – кроме решений со скользящими шестернями. Физически работа синхронизаторов обязана силе трения.

Функция синхронизаторов – выравнивание частоты вращения шестерен и валов, благодаря чему создаются все условия для плавного переключения скоростей. Благодаря синхронизаторам КПП меньше изнашивается и меньше шумит.

Синхронизаторы активно присутствуют у МКП и роботизированных КПП. У автомобилей с планетарными АКП альтернатива синхронизаторам – фрикционные управляющие элементы. Синхронизаторы состоят из муфты, блокировочных колец, стопорного кольца, пружины, шестерён.

Как работает стандартный синхронизатор?

Муфта подается в сторону шестерни.
Блокировочное кольцо муфты принимает на себя усилие.
Поверхности зубьев начинают взаимодействовать.
Блокировочное приобретает положение “на упор”.

Зубья муфты оказываются напротив зубьев блокировочного кольца.
Муфта оказывается в зацеплении с венцом на шестерне.
Муфта и шестерня блокируется.

Казалось бы шагов достаточно много, но все это происходит за доли секунд – в момент включения водителем передачи.

Принцип работы механических коробок переключения передач

КПП с “механикой” во время работы задействуют различные комбинации зубчатых колес.

Принцип работы МКПП базируется на создании соединений между первичным и вторичным валом. Благодаря использованию шестерен с разным количеством зубьев трансмиссия подстраивается под условия на дороге, цели водителя.

При возрастании скорости вращения выходного вала МКПП по отношению к скорости вращения входного величина крутящего момента от ДВС к колёсной базе уменьшается.

При уменьшении скорости вращения выходного вала МКПП по отношению к скорости вращения входного вала величина крутящего момента, от двигателя к ведущим колесам, наоборот увеличивается.

КПП различны по количеству ступеней. Каждая ступень имеет свое передаточное число. Оно представляет собой отношение зубьев количества зубьев ведомой шестерни по отношению к числу зубьев ведущей шестерни.

У пониженной передачи – наибольшее передаточное число, а у повышенной передачи, наоборот, наименьшее передаточное число.Чем ниже передаточные числа, тем быстрее транспортное средство способно разогнаться.

При изменении передаточных чисел и скорости транспортного средства для кратковременного отключения коробки передач применяется сцепление.

В зависимости от конструкции КПП при этом могут быть двухвальные и трехвальные. И устройство, и процесс работы агрегатов несколько отличается.

2-х-вальная коробка передач: устройство и принцип работы

Двухвальные решения очень популярны на переднеприводных авто.

Конструкция включает следующие элементы:

картер – несущий элемент, корпус. К нему крепятся все остальные детали устройства. Он же защищает агрегат от внешнего воздействия, а человека – от вращающихся деталей, а также выполняет функцию хранилища для масла.
валы – первичный и вторичный,
шестерни (в блоках), часть крепится к ведущему, часть к ведомому валу,
шлиц (соединяет ПВ и сцепление),
синхронизаторы.

Важно! Главная передача и дифференциал также находятся внутри картера, но механизм переключения передач вынесен за его пределы.

Рычаг переключения – в нейтральном положении: шестерни прокручиваются, крутящий момент от ДВС не передается к колёсам.

Рычаг перемещен – муфта синхронизатора также изменяет положение. Уравниваются угловые скорости соответствующего вала и шестерни. Крутящий момент передаётся с первичного вала на вторичный. От ДВС на ведущие колеса с заданным передаточным числом .

передается крутящий момент.

Отдельно на картинке показан задний ход. Для него в КПП есть задняя передача. Для коррекции направления задействуется промежуточная шестерня. Она монтируется на отдельную ось.

3-вальная КПП: устройство и принцип работы

3-х вальные решения популярны у авто с задним приводом.

Устройство:

Картер.
Ведвал.
Ведомый вал. Находится на одной оси с ведущим.
Промежуточный вал. Монтирован параллельно первичному.
Шестерни. Блок шестерен ведомого вала свободно вращается на нем. Блоку шестерен промежуточного и ведвала обеспечена жесткая связь, а шестерни на ведомом валу свободно вращаются, четкой фиксации нет.
Синхронизаторы. Стоят на всех передачах. Благодаря шлицу беспрепятственно перемещаются в продольном направлении.
Механизм переключения (рычаг + ползунки + блокатор). Монтирован на картере.

Система функционирует схоже с двухвальной, но за счёт наличия промежуточного вала возможностей больше.

Первичный вал работает в тандеме со сцеплением и отвечает за передачу крутящего момента к промежуточному валу. Все детали находятся в зацеплении. Принципиальное отличие – меньше потерь на трение при первой передачи и возможность обеспечить зацепление сразу двух пар зубчатых колёс. Соответственно у решения более высокий КПД на первой передаче.

Виды коробок переключения передач

Рассматривая устройство и назначение КПП,невозможно было не упомянуть, что они бывают разных типов: механические, автоматические, роботизированные. Кроме того, существует ещё такая подгруппа устройств как вариаторы. Рассмотрим эти КПП более подробно.

Механические КПП

“Механика” – это классика. Для работы с “механикой” нужны навыки, понимание, как выполнять выбор передаточных чисел, но при умении управлять в ручном режиме, водитель виртуозно может подстроиться под любые условия движения.

Главное при езде на механике научиться чувствовать, когда точно переключать передачи и как достигать нужную динамику.

Впрочем, умение работать с “механикой” – это не только безупречная езда, но ещё и продление службы эксплуатации самой КПП.

Один из неудобных моментов – требуется постоянно следить за тахометром. Но это важно. ДВС работает правильно, если параметры варьируются от 2,5 до 3,5 тысяч оборотов в минуту, если цифры другие, требуется переключить передачу.

Автоматические КПП

Подбор оптимального передаточного числа осуществляется не водителем, а автоматически – посредством модуля управления. Именно посредством электроники (модуля управления) легко контролировать скорость движения транспортного средства.

Наиболее популярны гидравлические “автоматы”. Крутящий момент у них передаётся с помощью турбин через рабочую жидкость.

Несмотря на то, что для машины с “автоматом” нужно больше топлива, чем с механикой и даже больше времени на разгон, всё чаще водители предпочитают именно “автоматы”. Ведь с ними гораздо удобней, чем с “механикой”.

Тем более, что современные АКПП адаптивны и могут беспрепятственно подстраиваться под абсолютно разные стили вождения. В том числе, спортивный.

Роботизированные вариаторы

Роботизированные (автоматизированные, полуавтоматические) КПП как агрегаты – это промежуточные вариант между “механикой” и “автоматом”.

Переключение может быть и ручным, и автоматическим, а вот управление устройством осуществляется посредством переключателя, джойстика.

Полностью вручную (при любом режиме) нужно только нажимать рычаг переключателя. А вот дальше при выборе автоматического режима работа будет возложена на робота. В том числе, автоматически согласуются частота вращения звеньев и оборотов ДВС.

Вариатор

Отдельно можно выделить вариатор. Это изменяющаяся трансмиссия или бесступенчатая КПП. Изменение передаточного числа производится в заданном диапазоне.

Вариаторы позволяют достигнуть наивысшую топливную экономичность, ведь нагрузки в таких решениях идеально согласованы с оборотами коленвала.

Есть вариаторы, которые по своему устройству ближе к МКПП (с центробежным сцеплением), есть решения, которые ближе к АКПП (такое устройство включает гидротрансформатор).

Но, увы, любая конструкция не позволяет создать очень мощный вариатор. Поэтому на практике поставить вариатор получается только на легковые автомобили, всевозможную мототехнику (очень популярный вариант для скутеров), но не на большегрузный коммерческий транспорт (автобусы, грузовики), т.е. транспортные средства, которые как раз и “съедают” больше всего топлива.

Исключение составляют только лёгкая коммунальная, сельскохозяйственная техника.

Плюсы и минусы

Тип коробки	Плюсы	Минусы
Механическая коробка	низкая стоимость (как устройства, так и ремонта), хорошая динамика, простой ремонт.	в “пробках” требуется регулярное переключение передач, сложность в управлении.
Автоматическая коробка передач	не нужно думать, какую передачу выбрать, простота разгона (нет крена авто назад), защита ДВС от перегрева.	высокая стоимость агрегата, высокий расход топлива, высокая стоимость ремонта.
Роботизированная	можно выбрать ручной или автоматический режим работы, топливная эффективность.	есть риски крена авто при разгоне, возможны рывки при переключении передач.
Вариатор	сниженная нагрузка на двигатель, плавность езды.	высокая стоимость коробки и ее ремонта, можно поставить только на маломощный двигатель.

Обратите внимание, в нашем курсе “Автомобильные основы” на базе LCMS ELECTUDE КПП уделяется огромное внимание. При этом доступны учебные материалы для обучающихся всех уровней:

базовый,
продвинутый,
специалист.

Огромное внимание уделяется не только теоретической части, но и оттачиванию навыков, выполнению сервисных операций.

Дополнительную информацию вы можете посмотреть непосредственно в модулях LCMS LCMS ELECTUDE – платформе для обучения автомехаников, автомехатроников, автодиагностов.

Коробки передач, виды – какие есть, обзор всех типов коробок передач, плюсы и минусы автомата и механики

За более чем столетнюю историю автомобильная промышленность продвинулась очень далеко. Постоянно эволюционировали детали и механизмы автомобиля, в том числе и коробка переключения передач (КПП) или трансмиссия. Первая трансмиссия была механической, и изобрели ее в самом начале автомобилестроения. Сейчас, помимо механической, существуют автоматическая, вариаторная, роботизированная трансмиссии. Причем даже у механической коробки существуют различные виды. Но прежде чем разбираться в тонкостях каждого вида трансмиссии, давайте сначала определим, что это такое, и в чем ее необходимость.

Как устроена и работает КПП

Для начала прибегнем к помощи физики и механики. Коробка передач автомобиля или иного механического транспортного средства представляет собой рычажную пошаговую систему, передающую энергию от мотора на колеса. То есть мотор вырабатывает усилие, чтобы заставить колеса крутиться, эта сила проходит через определенный механизм, который и известен как коробка переключения передач.

Чаще всего КПП в автомобиле располагается между мотором и ведущими колесами, исполняя роль посредника в процессе, который создает движение автомобиля. В случае механики или вариатора это система чаще всего простая, в других случаях она намного сложнее. Мы остановимся на каждом из них отдельно и рассмотрим подробнее.

Итак, вспоминаем самые простые уроки физики из школьной программы, интересует нас рычажная система. Учителя брали простые примеры и вспоминали ее первооткрывателя Архимеда, вряд ли кто-то не знаком с фразой «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!». Можно вспомнить строителей знаменитых пирамид в Египте, существуют разные теории о том, как они поднимали каменные глыбы на большую высоту. Одна из них также заключается в принципе рычажной системы.

Суть ее проста, и каждый может провести эксперимент. Представьте детские качели-балансиры. Берем длинную доску, она является рычагом, ставим ее посредине на точку опоры. На один конец доски кладем груз, за другой возьмемся руками. Опускаем доску и поднимаем груз, при этом, чем дальше от нас будет точка опоры, тем проще будет справиться с грузом. Но и расстояние, которое мы «пройдем» руками вместе с доской, будет тоже большим. В обратной ситуации, чем ближе мы будем к точке опоры, тем больше усилий придется приложить для подъема груза и тем меньшее расстояние «пройдут» наши руки. Кстати, груз в этом случае мы можем поднять гораздо выше.

О рычажной системе мы задумываемся крайне редко, хотя если оглянуться, то найдем много примеров из нашей повседневной жизни. Каждый из нас когда-либо пользовался тачкой, чтобы перевезти сыпучие материалы. Если нет, то система рычага применяется в плоскогубцах или ножницах. Более того, она есть в нас самих, ведь если упростить, то челюсти не что иное, как рычаги.

Мы приблизились к коробке передач автомобиля, но не до конца. Для еще большего понимания того, как работает этот механизм возьмем в пример велосипед. Большинство из нас на нем катались и продолжают кататься. Велосипеды бывают разные. Возьмем самый простой: рама, руль, два колеса, цепь, педали. В советские времена такие велосипеды были представлены в широком ассортименте. Их можно назвать односкоростными. Возможности его ограничены, и при езде на нем у нас всегда будут одинаково соотносится частота оборотов педалей и ведущего заднего колеса. На нем практически невозможно заехать на крутую высокую гору, у человека не хватит для этого сил. Даже если сделать это с разгона, то попытка вряд ли удастся.

Если же у велосипеда несколько скоростей, а такие легко отличить по наличию нескольких звездочек, возможностей становится гораздо больше. Те самые звездочки выполняют роль рычагов. На спортивных велосипедах можно увидеть ведущие и ведомые звездочки, они отличаются размерами. В зависимости от того, какие условия езды и какой темп нам необходим, мы изменяем передачу велосипеда и перекидываем цепь на те или иные звездочки. Нам нужна оптимальная сила раскрутки колес и скорость их вращения.

К примеру, мы выбираем наименьшую по размеру звездочку в качестве ведущей и наибольшую в качестве ведомой, тем самым устанавливается самая низкая передача, и передаточное число становится также самым маленьким. На практике такая передача позволяет велосипедисту подняться на самую крутую гору, однако для этого нужно с очень большой скоростью крутить педали, а велосипед двигаться будет очень медленно. При обратной ситуации, самой высокой передаче, цепь будет находиться на самой большой ведущей звездочке и на наименьшей ведомой. Достаточно провернуть ведущую звезду один раз, то есть сделать один оборот педалей, и колеса провернутся много раз. Именно такую комбинацию используют спортсмены на равнинной дороге, – тратят меньше физических усилий, а велосипед едет быстрее.

Пример с велосипедом еще ближе объясняет работу автомобильной коробки передач, хотя, конечно, происходит все не точь-в-точь. В автомашине нет какого-то числа звездочек и цепочки для их соединения. Отличается автомобиль от велосипеда и количеством передач. Сегодня на автомашинах количество передач варьируется от четырех до восьми, от более старых до современных. Речь в данном случае идет о легковых автомобилях, здесь чем большее число передач, тем быстрее они будут ехать.

Трансмиссия у грузовых автомобилей может состоять из десяти и более передач, грузовики выполняют гораздо большее число задач нежели их легковые собратья. Передачи могут и вовсе отсутствовать или их число может быть бесконечным, если мы ведем речь о вариаторных коробках. Теперь рассмотрим все виды коробок передач подробнее, разберем, в чем их отличия. Начнем с наиболее распространенных и основных, ведь именно с них начинали свой путь автомобили.

Механика

Механическую коробку передач в обиходе называют «механикой» или даже «ручкой». До недавних пор автолюбители учились ездить и получать права только на таких автомобилях, это основа основ. Существует масса любителей классики, но и недругов у «механики» предостаточно. Основное недовольство вызывает тот факт, что с механической коробкой передач водитель вынужден совершать массу телодвижений: ногой давить на педаль сцепления и рукой переключать передачи, пользуясь специальным рычагом. Он может находиться рядом с рулевым управлением, либо в центре салона между передними сиденьями.

Устройство механической коробки отличается простотой и эффективностью, за что ее и любят сторонники. Водитель напрямую контролирует машину, следит и чувствует ее динамику. Сложность управления – в синхронном переключении передач и плавном отпускании педали сцепления. Новички зачастую делают это резко, «бросая» педаль. В результате машина может заглохнуть или поехать назад с горки. В условиях плотного уличного потока ошибки приводят к аварийной ситуации.

У большинства современных авто с МКПП есть пять-шесть скоростей плюс задняя передача. В случае с велосипедом речь шла о звездочках, а здесь рычагами выступают шестеренки различных размеров. В цепи нет необходимости, поскольку у этих шестеренок есть зубья, которыми они напрямую соприкасаются. А ручка переключения как раз выполняет роль цепи. Переключая ее, водитель «перекидывает» шестеренки друг на друга, изменяя размер ведомых и ведущих.

Важную роль при переключении передач у механики играют сцепление и синхронизатор. Работа сцепления заключается в том, чтобы отсоединить двигатель от коробки. Синхронизатор помогает соединить шестерни так, чтобы пазы их зубцов на высокой скорости совпали с точностью. Без него сделать это гораздо сложнее.

Автомат

Исторически по времени изобретения автоматическая – это вторая коробка переключения передач. Разработана она была ровно сто лет назад, с тех пор проделала большой путь, много раз модернизировалась и теперь ею оснащается огромное количество автомобилей. Данный факт не вызывает удивления, ведь если сравнивать автомат с механикой, то удобств здесь гораздо больше, и пользоваться такой коробкой не составляет ни малейшего труда даже для автолюбителей без стажа.

Все просто: ставите рычаг переключения (внешне он мало чем отличается от механической КП) в положение «drive» (D) и начинаете движение. Если необходим задний ход, то рычаг переключается в положение «rear» (R). Вы спросите, неужели нет минусов? Конечно, они есть, ведь за удобство всегда приходится чем-то платить.

Во-первых, по сравнению с механикой принцип работы АКПП гораздо сложнее и в случае поломки вы отдадите за ремонт куда большие деньги. Во-вторых, автоматическая коробка весит намного больше механической, порой до нескольких десятков килограммов. В-третьих, в данном случае у автомобиля будет больший расход топлива и не только из-за лишнего веса. Конструкция АКПП предусматривает наличие гидротрансформатора.

Если оглянуться назад на десятилетия, в ту пору автоматические коробки оснащались тремя передачами и передачей заднего хода. Большее количество передач говорило об автомобиле высокого класса – шикарном седане или спорткаре. С тех пор автомобильная промышленность шагнула далеко, и сегодня редко на новых машинах можно увидеть четырехступенчатые автоматы. Сейчас чаще встречаются шести- и даже восьмиступенчатые АКПП, а по динамике или расходу топлива они не уступают механике.

Автоматическая коробка снабжается продвинутой электроникой – специальными микрочипами, чаще всего их называют «мозгами». Они – часть бортового компьютера автомобиля и контролируют переключение передач на разных оборотах, подстраиваясь под стиль вождения владельца авто.

Таким образом мы рассмотрели два наиболее распространенных типа коробок передач. Теперь рассмотрим другие, которые пока встречаются меньше, но уже успели завоевать определенный сегмент авторынка. Какие-то из них пользуются большей популярностью, другие теряют поклонников.

Робот

Тут должен возникнуть еще один справедливый вопрос: неужели за столько лет существования автопромышленности конструкторы не смогли разработать коробку передач, которая бы устраивала всех, и поклонников механики, и сторонников автомата? Безусловно, такие попытки предпринимались и в итоге вылились в создание роботизированной коробки передач, в просторечии робота или типтроника.

Большой минус для водителей, предпочитающих механику, в том, что компьютер за них выбирает нужную передачу, и нет возможности полностью контролировать автомобиль. Особенно если вести машину приходится в спортивном режиме или в условиях зимы. Автомат же предпочтителен при вождении в спокойной городской среде. Роботизированная коробка передач представляет собой гибридный вариант трансмиссии. Она дает возможность контроля за переключением передач вручную с применением специального селектора с позициями переключения «плюс-минус», то есть, на одну передачу выше или на одну ниже. Во другом случае это могут быть так называемые «лепестки» на руле, они располагаются справа и слева и выполняют ту же функцию, что и селектор. О лепестках или «веслах» очень хорошо знают владельцы спортивных авто, но и в обычных автомашинах их можно встретить все чаще.

Справедливости ради нужно сказать, что водитель в какой-то мере всегда мог контролировать автомат с помощью «пониженных» передач, но о полном контроле над переключением тут не могло быть речи.

Во-первых, пониженная передача значит, что ограничить переключение можно только первой, второй и редко третьей передачей. Например, переключить автомат ниже пятой передачи не получится. Во-вторых, можно принудительно поставить рычаг автомата в режим «Low» (L), то есть попытаться заставить его не переключаться выше первой передачи. Но при слишком высоких оборотах (авто едет с крутой горы) АКПП все равно переключится, чтобы предотвратить повреждение трансмиссии.

Итак, электроника в роботизированной коробке в большей степени контролирует механику, водителю не надо постоянно выжимать сцепление, при этом он всегда может переключиться на автомат.

Вариатор (CVT)

Когда водитель с серьезным опытом вождения автомобиля с механической или автоматической коробкой передач пересаживается на автомобиль с вариатором, или CVT, его посещают странные ощущения. Доводилось слышать разные сравнения, одни говорят, что вождение похоже на управление небольшим современным скутером, другие сравнивают даже с троллейбусом. Все они недалеки от истины. Вариатор представляет собой простое устройство – бесступенчатую коробку передач. Работать оно может в разных условиях.

Конструкция вариатора предусматривает наличие двух шкивов (вспоминаем звездочки велосипеда), которые соединены ремнем. Шкивы не простые, они могут менять свои размеры и, соответственно, менять передаточное число в КПП. Здесь мы не увидим определенное число «звездочек», вариатор сам выбирает необходимый размер шкивов в зависимости от передачи, повышенной или пониженной, едете ли вы на скорости по шоссе или медленно двигаетесь выбирая место стоянки.

К вариатору не все могут привыкнуть сразу – другой звук в салоне автомобиля, другая манера вождения. CVT в большей степени напоминает автомат, но момент переключения передач водитель не чувствует. Вы давите на акселератор, автомобиль набирает обороты до определенного момента и остается работать на них, едет он при этом быстрее, шкивы меняют свои размеры. Сейчас есть ряд производителей, предлагающих вариатор с подрулевыми переключателями для имитации механики или автомата. В частности, такую комбинацию можно встретить на автомобилях японского производства.

Вариатор идеален для водителей, любящих спокойную и размеренную манеру вождения. Для любителей спорткаров авто с вариатором станет мучением и тратой нервов. Тем не менее если еще десять-пятнадцать лет назад вариатор был экзотикой, его больше знали обладатели японских праворульных автомобилей, то теперь он становится все более популярным. Технологии нужно было время, чтобы созреть. Все-таки есть разница между нагрузкой на ремень скутера и пассажирского автомобиля. Неоспоримые преимущества такой коробки передач: простота и эффективность.

Почему бы нам всем тогда не выбрать автомобиль с вариатором? Самый большой его минус – недолговечность. Со временем такая коробка ломается, причем у большинства. По некоторым данным, средний пробег автомобиля с CVT варьируется вокруг цифры 100 000 км, затем необходима замена, а удовольствие это дорогое.

Двойное сцепление

КПП с двойным сцеплением DCT стала известна благодаря автоконцерну Porsche и нескольким другим производителям. Данная коробка передач используется в основном в категории дорогих авто и представляет собой высокотехнологичный симбиоз автомата, механики и тонкой работы электронной системы.

Поскольку сцепление двойное, то задействованы две муфты. КПП может работать как автомат, – электроника определяет время и условия для переключения передач. В другом режиме коробка работает как механическая, и водитель использует лепестки на руле или селектор переключения пониженной и повышенной передачи. Кроме того, существует возможность задать определенные настройки компьютеру, который подстроится под манеру вождения владельца авто.

Большое преимущество данного типа коробки передач в том, что они переключаются в мгновение ока, за доли секунды. Происходит переключение очень плавно и практически незаметно, именно поэтому такую коробку используют в гоночных и высокопроизводительных автомобилях. Еще один плюс коробки в ее компактности, в спорткарах она занимает не так много места. Более того, японская компания Honda стала использовать данный тип КПП на нескольких моделях своих мотоциклов.

О минусах коробки переключения передач с двойным сцеплением вы можете догадаться сами, ведь применяется она на определенных, как правило очень дорогих автомобилях. Не каждому автовладельцу такие авто по карману.

Односкоростная КПП

Недаром говорят, что во многих случаях новое – это хорошо забытое старое. Односкоростные коробки передач существовали еще в самом начале развития автомобильного или мотоциклетного производства. Такая коробка подключалась непосредственно к двигателю, либо через шестеренки. Они нужны были для того, чтобы количество оборотов колеса было меньше числа оборотов мотора.

Но вот наступила новая эпоха в автомобилестроении, в XXI веке на улицах стало появляться все больше электромобилей. У них некоторые другие требования в коробке передач в отличие от предшественников. Тут и пришлось вспомнить об односкоростной КПП. Сам по себе электродвигатель обладает способностью работать в любом диапазоне оборотов, даже один оборот в секунду. Те, кто уже смог побывать за рулем электромобиля Илона Маска Тесла, уже почувствовали, что это авто может ускоряться за считанные мгновения при любом скоростном режиме. Тесла не испытывает нужды в большом количестве передач, достаточно одной.

О минусах таких коробок передач много сказать нельзя, ведь не с чем сравнивать, у электромобилей своя специфика. Скорее можно говорить о минусах самих автомобилей, но это тема для отдельной статьи.

Полуавтомат

Коробка переключения передач полуавтомат – наиболее современный механизм в ряду различных трансмиссий. В ней используется проверенное десятилетиями сцепление вместо гидротрансформатора в обычной АКПП. Если в механике сцепление контролирует водитель, то в данном случае его роль выполняет компьютер. Ряд плюсов полуавтомата: само переключение происходит гораздо быстрее, чем в МКПП, процесс вождения становится проще, автомобиль фиксируется и самовольно скатиться на стоянке не может.

Как и в случае с роботизированной коробкой полуавтомат может быть переведен на ручной режим переключения передач в соответствии с желанием водителя. Самые распространенные полуавтоматические трансмиссии сегодня, это описанная КП с двойным сцеплением и электрогидравлика.

IVT

Коробка переключения передач IVT по большому счету определенный тип вариатора (CVT). Напомним, что вариатор может использовать бесконечное количество соотношений передач. К этой возможности в данном случае добавляется «бесконечные» максимальные передаточные числа.

IVT представляет собой тип вариаторной коробки, которая может включать в себя «нулевой коэффициент» передаточных чисел – вращение входного вала происходит без вращения вала выходного, при этом оно зафиксировано передачей. Передаточное отношение в данном случае мы называем «бесконечным» несколько условно, точнее можно сказать, что оно «не определено».

Ретроспективный взгляд и обзор различных вариантов коробок передач позволит вам не столько сделать выбор в пользу какой-либо, сколько понять, какое разнообразие их существует. Причем разработчики не стоят на месте и продолжают совершенствовать любые механизмы автомобиля. Вряд ли можно что-то кардинально изменить в трансмиссии, но улучшить ее, предложить новые конструкторские решения вполне возможно. Будем за ними следить, уверены, что в скором времени появятся новые.

Автомобильные коробки передач: как работают механические и автоматические коробки передач

(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 облегченными клапанами» (открывается в новой вкладке). 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 высокое усилие без быстрого движения автомобиля, что идеально, если вы едете медленно или в гору, согласно журналу Transportation Research Part A: General (opens in new tab ).

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 чтобы достичь 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 , первую современную механическую коробку передач продемонстрировали французские изобретатели Луи-Рене Панар и Эмиль Лавассор 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 Формуле-1

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 оснащены современными системами вариатора или двойного сцепления, по данным 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 обычных передач, при которых водитель может чувствовать переходы, коробки передач CVT имеют конусообразную конструкцию и систему шкивов для создания плавного перехода вверх и вниз в диапазоне мощности автомобиля. в новой вкладке). 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. Volkswagen выпустил новую механическую коробку передач под названием MQ281, которая повышает эффективность и снижает выбросы , согласно веб-сайту Volkswagen .

Автоматические коробки передач

Автоматические коробки передач появились в продаже в 1940-х годах, согласно Международному журналу автомобильного дизайна , и сейчас они часто более популярны, чем механические коробки передач. По данным Readers’ Digest (открывается в новой вкладке), на самом деле 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 (откроется в новой вкладке). Чтобы узнать больше о будущем автомобильных передач, прочитайте эту статью на веб-сайте Volkswagen (откроется в новой вкладке).

Библиография

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

Майк — независимый журналист и консультант по технологиям, увлекающийся 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.

Автомобильные коробки передач: как работают механические и автоматические коробки передач

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Двигатель автомобиля соединяется с его коленчатым валом, который вращается тысячи раз в минуту, согласно книге «Трибологические процессы в системах клапанного механизма с легкими клапанами» (открывается в новой вкладке). 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, если вы едете медленно или в гору, согласно журналу Transportation Research Part A: General (opens in new tab ).