Коробка передач (кпп): назначение и типы коробок переключения передач в автомобиле

Устройство и неисправности механической КПП. Как она работает

Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).На данный момент существует четыре основных типа коробки:

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Роботизированная коробка передач («робот») – это обычная «механика», в которой функции включения и выключения сцепления, переключения скоростей полностью автоматизированы. Управление данными процессами осуществляется специальными сервоприводами, которые контролируется электроникой.

Автоматическая КПП («коробка-автомат», АКПП) включает в себя гидротрансформатор, который заменяет сцепление и обеспечивает функцию регулирования крутящего момента, и механическую коробку передач (чаще всего, планетарный редуктор).

Вариатор – это бесступенчатая коробка передач, в которой используется гидравлический или механический принцип работы при преобразовании крутящего момента. Для вариатора, вообще, не существует понятия «передача»; он выдает их бесчисленное множество.В настоящий момент и вариатор, и «робот», и «автомат» объединяют одним понятием — автоматическая коробка передач, которая в споре с «механикой» начинает постепенно одерживать верх. Однако до сих пор самой популярной остается МКПП. Это обусловлено следующими факторами:

1. максимальной простотой конструкции;
2. надежностью деталей и узлов к механическому воздействию и перегрузкам;
3. относительной дешевизной обслуживания и ремонта (даже капитального).

Благодаря данным качествам, механическая КПП – это самый распространенный тип коробки передач. Поэтому, не зря, современные автоматические АКПП снабжают функцией ручного переключения передач (например, типтроник).

Основные виды МКПП

Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.

«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.

Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:

1. четырехступенчатые;
2. пятиступенчатые;
3. шестиступенчатые и более.

Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).

Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы

Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:

1. первичный (или ведущий) вал;
2. блок шестерен первичного вала;
3. вторичный (или ведомый) вал;
4. блок шестерен вторичного вала;
5. механизм переключения передач;
6. муфты синхронизаторов;
7. картер;
8. главную передачу;
9. дифференциал.

Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.

Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.

Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля. Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.

Основные неисправности МКПП

Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.

1. Затрудненное переключение (или включение) передач. Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.

2. Непроизвольное выключение передач. Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.

3. Устойчивый шумовой фон при работе. Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:

• шум при работе коробки;
• шум при работе только одной конкретной передачи;
• шум коробки при нейтральном положении рычага управления.

Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.

4. Подтекание трансмиссионного масла. Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек. Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.

Основы эксплуатация и обслуживания МКПП

При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства. В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки, которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.

Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов, и валов с шестернями.

И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО. ” alt=””

Устройство и работа механической коробки передач

КПП (коробками переключения передач) называют механизмы, отсоединяющее трансмиссию от двигателя, изменяющие скорость транспортного средства. Исключение составляет МКП (механическая коробка передач) в виде многоступенчатого редуктора, которая лишь меняет скорость (двигатель отсоединяется сцеплением). Обычно это узел в отдельном корпусе, содержащий механизм, передающий выбранную водителем мощность. МКПП (механическая коробка переключения передач) может имеет несколько ступеней, всегда переключается вручную.

Назначение и устройство МКПП

МКП на данный момент не самые распространенные, хотя тоже широко используются благодаря надежности, простоте конструкции, ремонтопригодности. Скорость выбирает и переключает водитель вручную. Главное назначение МКПП — преобразование крутящего момента и его передача от мотора на колеса, изменяя передаточное число.

Устройство МКПП:

1. корпус, он же картер;
2. два, три или больше валов: ведущий, ведомый (может быть два или больше), промежуточный (если модель с тремя валами);
3. шестерни валов;
4. рычаг переключения скоростей;
5. синхронизатор (2 блокировочных кольца, муфта, сухари),
6. проволочные кольца;
7. подшипники, сальники.

По количеству валов МКП делятся на:

По количеству ступеней бывают

Неотъемлемая часть МКП сцепление, отсоединяющая коробку от мотора, не повреждая в процессе переключения агрегаты. Говоря упрощенно, сцепление выключает крутящий момент, переключая двигатель и колеса на холостую работу.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

МКПП с двумя валами устанавливаются в легковые авто с передним приводом. Какое-то количество шестеренок вращаются, остальные закреплены, шестерни ведущего и ведомого валов зацеплены. На каждый вал обязательно установлен хотя бы один синхронизатор.

Принципиальная схема устройства двухвальной коробки передач

Для чайников принцип работы можно объяснить как соединение шестерен с разным количеством зубьев, чтобы приспособить работу двигателя (обороты) к постоянно меняющейся скорости автомобиля при разгоне или торможении.

Первичный вал через маховик соединен с коленвалом двигателя, передаточные числа передаются с него на вторичный, потом на передние колеса через главную передачу и дифференциал. Благодаря отсутствию промежуточного вала у такой КПП небольшие размеры.

Для соединения шестерен используются муфты синхронизаторов. При необходимости увеличить количество ступеней в КП устанавливают 2 или 3 вторичных вала.

Переключающий скорости механизм располагается отдельно от трансмиссии, связывается с ней тягами или тросиками.

Устройство механизма для переключения скоростей:

• рычаг выбора передачи, оснащенный тросом для ее включения;
• шток, оснащенный вилками;
• рукоятка для переключения скорости;
• блокирующий замок.

В процессе изменения скорости рычаг перемещается вертикально и горизонтально, переводя усилие на устройство, выбирающее нужную передачу.

Трехвальная коробка передач — устройство и принцип работы

Трехвальные коробки передач монтируются на автомашины с задним приводом, устройство и принцип работы мало отличается от агрегата с двумя валами, основное отличие конструкции — присутствие дополнительного (промежуточного) вала.

Устройство 3-вальной, 5-ступенчатой коробки передач

1 — первичный вал; 2 — крышка подшипника; 3 — выключатель света заднего хода; 4 — манжета первичного вала; 5 — задний подшипник первичного вала; 6 — шестерня привода промежуточного вала; 7 — сапун; 8 — шестерня 3-й передачи; 9 — передний картер; 10 — шестерня 1-й передачи; 11 — шестерня заднего хода; 12 — штоки переключения передач; 13 — шарик-фиксатор; 14 — пружина; 15 — рычаг переключения; 16 — защитный уплотнитель; 17 — колпак рычага; 18 — корпус рычага переключения; 19 — задний картер; 20 — вторичный вал; 21 — манжеты удлинителя заднего картера; 22 — сталебаббитовая втулка; 23 — шестерня привода спидометра; 24 — привод спидометра; 25 — задний подшипник промежуточного вала; 26 — шестерня 5-й передачи; 27 — болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода; 28 — промежуточная шестерня заднего хода; 29 — промежуточный вал; 30 — маслозаливная пробка.

Соединенный со сцеплением первичный вал через шестеренчатую передачу передает крутящий момент промежуточному, все шестерни которого жестко зафиксированы. Первичный и вторичный валы вращаются в одной оси, но независимо друг от друга. Шестерни первичного вала не зафиксированы, вторичный с промежуточным сцеплены постоянно. Между шестеренками вторичного вала монтируются выравнивающие скорость вращения синхронизаторы.

Механизм переключения (шток, рычаг, вилки), монтируется на корпус коробки. Устанавливается так же устройство, предотвращающее одновременное включение двух скоростей.

Существуют типы механических КПП с большим количеством ступеней (от 4-х до 6-и), оснащенные дополнительными коробками передач, которые называют редукторами. Они бывают понижающие (демультипликаторы), повышающие (мультипликаторы). Первые с двумя, тремя скоростями монтируются за КПП, до 3-х раз уменьшает передаточное число. Вторые монтируются перед КПП, в 2 раза увеличивают количество передач.

Принцип работы КПП

Устройство любой коробки передач: сцепление (которое в автоматической коробке называются гидротрансформатором); передаточный механизм из шестерен (планетарный ряд); компоненты, переключающие передачи; система управления.

Принцип работы механической КПП более или менее понятен: водитель вручную переключает передачи, создавая различные комбинации шестерен. Ведущий вал через сцепление соединен с коленвалом двигателя, с ведомым валом соединение не фиксированное.

Нужная пара шестерен выбирается при помощи вилок управляющего механизма. Рукояткой передвигаются приводы, муфты, ползуны. Механизм выбора передачи устанавливается в трансмиссии, на руле или в кузове.

На коротком видео ниже показана вся суть механической коробки передач

Синхронизатор, уравнивающий вращением валов, дает возможность менять скорость без вреда агрегату. Чтобы поменять передачу, нужно нажать на сцепление, отсоединяющее коробку от двигателя. Затем включаем нужную передачу (при старте — первую). Педаль отпускается после изменения скорости.

Как работает синхронизатор:

1. при расположении рычага на нейтральной, двигатель не взаимодействует с колесами, шестерни свободно крутятся;
2. после того, как водитель включил передачу, кулиса соединяет рычаг с коробкой, вилка двигает муфту к нужной шестерне через тросики;
3. одновременно сухари двигают блокирующее кольцо;
4. вращением шестерни и вала создается трение, благодаря которому до упора проворачивается кольцо;
5. муфта перестает двигаться из-за того, что кольцо и шестерня расположились друг против друга;
6. скорости выравниваются, муфта может пройти через кольцо, чтобы соединиться с нужной шестерней, передать крутящий момент;
7. шестерня и вал блокируются, скорость включается.

Устройство синхронизатора

1 — ступица; 2 — скользящая муфта; 3 — блокировочное кольцо; 4 — пружина; 5 — стопорное кольцо; 6 — косозубая шестерня передачи; а) прямозубый дополнительный венец шестерни; б) внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Иногда синхронизатор включает 2 шестерни одновременно. Чтобы авто двигалось задним ходом, монтируется дополнительный вал, оснащенный промежуточной шестерней.

Виды механических коробок передач

Кроме количества валов и ступеней КПП классифицируются в зависимости от наличия-отсутствия синхронизаторов. Если их нет, переключение скоростей требует определенного времени, которое сокращается при регулировании коробки и манипуляций с педалями газа и сцепления. Такие МКПП более надежны при высоких нагрузках, поэтому устанавливаются на мотоциклах, спортивных авто, сельхозтехнике, тяжелых грузовиках, в которых синхронизацию невозможно использовать по техническим причинам.

К механическим относят и роботизированные коробки. Их конструкция такая же, включая наличие диска сцепления, но управление осуществляется электроникой, выполняющей функции педали. Схема переключений тоже не отличается.

Схемы переключений

Есть довольно много разных схем переключения передач. Ниже некоторые из них.

Коробка передач: назначение, виды коробок передач, их преимущества и недостатки

Коробка передач или КПП – это сложный механизм в конструкции автомобиля, предназначенный для перевода крутящего движения от двигателя на колеса, а также для обеспечения направления и изменения (увеличения/уменьшения) скорости движения автомобиля.

«Speed1c» участника Rohloff AG – http://www.rohloff.de/. Под лицензией GNU Free Documentation License с сайта Викисклада – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Speed1c.png#mediaviewer/File:Spe.

Виды коробок передач

В современных моделях автомобилей может быть установлено 4 типа КПП – механические, автоматические, роботизированные и вариативные (бесступенчатые).

Тип КПП в целом определяет тип трансмиссии любого автомобиля. Рассмотрим более детально каждый из 4-х перечисленных типов.

Механическая коробка (МКПП)

Механическая КПП представляет собой многоступенчатое устройство цилиндрической формы, которое направляет крутящий момент от маховика двигателя на колеса автомобиля. В механической коробке переключение происходит при помощи ручного механического рычага-переключателя.

Современные механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней – четыре, пять, шесть, семь. В настоящее время среди всех типов механических КПП, пятиступенчатая является наиболее распространенной.

Коробки передач механического типа могут разделяться и по количеству валов на двухвальные и трехвальные. Двухвальная механическая коробка устанавливается в легковых автомобилях, оснащенных только передним приводом.

В подобной конструкции один вал соединяется с автомобильным двигателем, а другой с трансмиссией. Трехвальная коробка передач подходит для легковых и грузовых автомобилей, в которых предусмотрен как передний, так и задний привод.

Основными достоинствами механической КПП являются простота, доступность и надежность конструкции, легкость ручного управления при использовании любых режимов движения автомобиля.

Автомобили с механической КПП обеспечивают динамичную и экономичную езду. Подобный тип коробки передач продолжает пользоваться повышенным спросом у автолюбителей.

Автоматическая коробка (АКПП)

Принцип работы коробки-автомат такой же, как и у ее аналога, механической коробки. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать и передавать крутящий момент.

Любая коробка-автомат состоит из 3-х элементов – гидротрансформатора, планетарного редуктора и гидравлической системы управления.

Гидротрансформатор – особый механизм, предназначенный для передачи крутящего движения при помощи рабочей жидкости – трансмиссионного масла для КПП.

Планетарный редуктор представляет собой узел или соединение, которое состоит из солнечной шестерни, коронной шестерни, водила и сателлитов. Это основной механизм коробки-автомата.

Гидравлическая система – симбиоз механизмов, которые позволяют осуществлять управление редуктором.

Автоматические коробки различаются по способу переключения, количеству передач, виду сцепления и виду актуаторов.

Автоматическая КПП способна обеспечить плавное автоматическое переключение передач без участия водителя. Такая коробка улучшает трансмиссию автомобиля, поскольку рабочая тяга всегда переходит только на колеса без резких изменений и прыжков скорости.

Среди недостатков такого типа КПП можно выделить:

• сложность и дороговизну конструкции и системы управления;
• низкий уровень КПД, который возможно улучшить только за счет увеличения количества передач;
• сложность в проведении ремонтных работ

Роботизированная коробка (РКПП)

Роботизированная КПП предназначена для выполнения тех же функций, что и предыдущие типы КПП. Данный тип коробки передач представляет собой механическую КПП, в которой все выполняемые функции по включению и выключению сцепления, переключению передач полностью автоматизированы.

Современные роботизированные КПП оснащены двойным сцеплением, которое обеспечивает легкую и плавную передачу крутящего момента на одном потоке мощности.

Коробки-роботы работают исключительно под управлением современных электронных систем. Подобные коробки передач имеют более высокий КПД, компактные размеры, они надежны, эффективны, долговечны и при этом имеют конкурентную цену.

Роботизированные коробки устанавливаются как в бюджетные модели автомобилей, так и в автомобили экстра-класса.

Вариативная коробка (Вариатор)

Это тип бесступенчатых КПП, в которых передача крутящего движения на колеса осуществляется при помощи механики или гидравлики. В подобных КПП передачи, собственного говоря, и не предусмотрены.

Вариативные коробки способны обеспечить самые лучшие динамические характеристики любого автомобиля. Зачастую вариаторы устанавливаются в большинстве малолитражных моделей японских автомобилей.

Главные преимущества вариативных коробок заключаются в надежности, простоте, плавной передаче крутящего момента и высоком КПД. Большинство бесступенчатых коробок передач дополнительно оснащаются ручным режимом, который позволяет выбрать передачу, которая подражает работе механической КПП.

По мнению специалистов, наиболее радужные перспективы развития все же остаются у роботизированных и бесступенчатых коробок передач, поэтому неслучайно то, что сейчас многие задаются вопросом, а чем, собственно, вариатор отличается от АКПП?

КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

Назначение коробок передач: изменение скорости и тягового усилия автомобиля; обеспечение движения задним ходом, а также отключение трансмиссии от двигателя на продолжительное время.

Приспособляемость двигателей (особенно дизелей) к перегрузкам недостаточна. Коробки передач позволяют обеспечить эффективную работу двигателя и получить необходимый ведущий момент на ведущих колесах при перегрузках.

Классификация коробок передач. Передачи (передаточные числа) можно менять ступенчато с помощью ручного управления или непрерывно, бесступенчато.

На отечественных автомобилях наибольшее распространение получили механические ступенчатые передачи с ручным управлением. Они имеют меньший вес и габариты, менее сложны и более дешевы, имеют высокий КПД.

Классификациямеханических ступенчатыхкоробок передач. Их различают:

• • по числу валов —двух-, трех-имноговальные;
• • кинематической схеме —с неподвижными осями валовипланетарные;
• • расположению валов относительно продольной оси автомобиля —с продольнымипоперечным расположением валов;
• • наличиюделителя передач, демультипликатораилимультипликатора;
• • числу передач переднего хода —трех-, четырех-, пятиимногоступенчатые.

На легковых автомобилях чаще всего устанавливают пяти- и четырехступенчатые передачи, на грузовых автомобилях общетранспортного назначения — четырех-пятиступенчатые передачи. На грузовых автомобилях высокой проходимости и сельскохозяйственного назначения применяют многоступенчатые коробки передач.

Основными параметрами, характеризующими коробку передач автомобиля, являются: передаточные числа на каждой из передач; число передач; плотность ряда передаточных чисел; диапазон передач.

Основные требования к коробкам передач. Коробки передач должны надежно соединять, а при необходимости — разъединять двигатель и трансмиссию; обеспечивать необходимые динамические и экономические показатели автомобиля в различных условиях движения (нагрузка, скорость) за счет изменения передаточных чисел, а также движение с небольшой скоростью и задним ходом при маневрировании; быть бесшумными и легкими в управлении при переключении передач, простыми и удобными при техническом обслуживании и ремонте; обладать высокими показателями надежности и КПД, иметь небольшие массу и габариты.

В коробках передач автомобилей сельскохозяйственного назначения должны быть передачи, обеспечивающие синхронное движение с уборочными и другими сельскохозяйственными машинами при выполнении технологических операций в поле и высокие скорости при движении по хорошей дороге. В этих автомобилях должен быть предусмотрен привод на вал отбора мощности.

Разгон автомобиля происходит с преодолением высоких значений сил сопротивления, вызванных необходимостью преодоления повышенного трения и сил инерции. Трогание с места и достижение высоких скоростей с переходом с низшей на высшую передачу обеспечивают постепенное нарастание скорости и значительное снижение динамических нагрузок на двигатель и трансмиссию. Все это должно происходить в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя. Высокие тягово-динамические и экономические показатели автомобили получают в результате рационального подбора числа передач и передаточных чисел в коробке передач, главной передаче, раздаточной коробке и бортовых передачах (при наличии их). Передаточные числа главной передачи и бортовых передач рассчитывают в соответствии с назначением и типом автомобиля. В процессе эксплуатации они остаются неизменными.

Структуру ряда передаточных чисел выбирают из условия реализации при разгоне наибольшей средней мощности двигателя в заданном диапазоне частот вращения вала двигателя. Это показано на скоростной характеристике ДВС (рис. 17.1). На нее нанесены линии 0—а,О—Ьи другие изменения скорости по передачам в зависимости от частоты вращенияп.

Чтобы переключение происходило безударно, нужно, чтобы скорости валов в КП совпадали. Необходимо, чтобы на каждой из передач конечная скорость разгона на предыдущей передаче равнялась начальной скорости на последующей передаче (см. рис. 17.1), т.е.v_a= v_b, v_c=v_d, v_e= Vjи т.д. Эти условия удовлетворяются, когда

Рис. 17.1. Обоснование принципа геометрической прогрессии при подборе передаточных чисел коробки передач

передаточные числа КП составляют ряд геометрической прогрессии. Знаменатель геометрической прогрессии определяют как

гдет —число передач;i_<— передаточное число на первой передаче;i_m—передаточное число на высшей передаче.

Если высшая передача «прямая» (на рис. 17.1 — четвертая), тоi_m= 1. В этом случае знаменатель Например, для четырехступенчатой коробки с высшей «прямой» передачей передаточные числа для.отдельных передач равны:

Передаточное число на первой передаче /’, определяют из условия преодоления заданного максимального подъема и преодоления условного препятствия. Обычно водители при разгоне редко доводят двигатель до максимальной частоты вращения, поэтому реально передаточные числа корректируют, и «пила» передач немного снижается (0—а’,О—Ь’и т.д.). Знаменатель геометрической прогрессиидхарактеризует плотность ряда передаточных чисел, т.е. насколько передачи сближены. Это зависит от числа передач. С увеличением числа передач повышаются плотность ряда, тяговые и экономические показатели автомобиля, динамика разгона.

В то же время с увеличением числа передач усложняется конструкция коробки и переключение передач, увеличиваются ее габариты, масса и стоимость. Сближают передаточные числа у наиболее часто переключаемых передач, например прямой и соседней с ней.

На низших ступеняхqделают несколько выше, чем на высших передачах. У современных автомобилей плотность ряда находится в пределахq= 1,1 — 1,8, число передачт= 4—5 — для легковых автомобилей, у грузовыхт= 5—8, у специальных машин — 8—22 и зависит от типа автомобиля.

Ступенчатые КП представляют собой редукторы с набором цилиндрических прямозубых или косозубых (или со спиральными зубьями) колес. Косозубые цилиндрические колеса применяют в случае постоянного зацепления колес. Косозубые колеса обладают большей нагрузочной способностью, лучшей плавностью работы, меньшей шумностью.

Одним из важных оценочных показателей коробки передач служит также диапазон передаточных чисел, представляющий собой

отношение передаточных чисел низшей и высшей передач

Диапазон передаточных чисел определяет диапазон тяговых усилий и скоростей движения, которые может развивать автомобиль в условиях эксплуатации. Для легковых автомобилей Д = 3—5, для грузовых общетранспортного назначения Д = 5—8, для специальных машин Д = 8—22.

Механизмы переключения передач. Изменение передаточных чисел производят переключением передач. Для этого на валах с нарезанными шлицами устанавливают скользящие блоки из одного, двух или трех прямозубых зубчатых колес —каретки, с помощью которых вводятся в зацепление те или другие пары зубчатых колес. Чаще применяютсязубчатые муфты.Они жестко связаны с валами, а зубчатые колеса посажены на валах свободно. Зубчатые муфты проще в изготовлении, имеют более простой профиль зубьев, меньшие массу (момент инерции) и диаметр, а следовательно, меньшую линейную скорость зубьев. В КП с автоматическим переключением передач используютфрикционные муфты.

Перемещение кареток и зубчатых муфт производится рычагом переключения 7 (рис. 17.2) через валик переключения9и вилку10.Удержание каретки (муфты) 77 в определенном положении, чтобы не произошло самовыключение или самовключение передачи, осуществляетсяфиксаторами.Для предотвращения включения сразу двух передач служитзамок.В тракторных КП устанавливаютблокировку,не позволяющую выключить передачу при включенной муфте сцепления. Для безударного переключения передач при движении машин накатом применяютсинхронизаторы.

Рис. 17.2. Механизмы переключения передач:а— схема перемещения зубчатых колес;б— замок; 7 — рычаг переключения передач; 2 — шарнир;3— хвостовик; 4 — рычаг блокировки; 5 — валик блокировки; б — фиксатор; 7 — пружина;8— лунки; 9 — валик переключения;10— вилка; 7 7 — каретка; 72 — ведущий вал;13— ведомые зубчатые колеса; 74 — кулиса; 75—корпус; 76 — разделительные пластины; 77—шарики замка

Фиксатор представляет подпружиненный штифт с конусным наконечником или шарик, который входит в лунку на валике переключения.

Замки выполняют в видекулисы 14 —пластины с прорезями, которые точно определяют движение рычага переключения, иразделительных пластин 16.Они не дают переместить сразу два валика. В автомобильных КП чаще применяютшариковый замок(рис. 17.3,в).Между валиками переключения установлены по два или три подпру-

Рис. 17.3. Синхронизаторы:

а— автомобиля ГАЗ-3407;1,8— ведущие шестерни высшей и низшей передач; 2 — зубчатка шестерни 7; 3 — зубчатка конусного кольца; 4 — конусное кольцо; 5 — зубчатая муфта; б — вилка переключения; 7 — пружина; 9 — вал;10— ползун; 7 7 — корпус синхронизатора (шлицевая втулка);б— автомобилей ЗИЛ и ЯМЗ, трактора МТЗ;в— механизм фиксации; г — автомобилей ВАЗ: 7 — валик фиксаторов; 2 — конусное кольцо;3— муфта переключения; 4 — палец синхронизатора; 5 — фиксатор;6— шестерня; 7 — конусное окно в муфте переключения;8— сторпорное кольцо; 9 — вал

жиненных шарика. Они выполняют роль фиксаторов. В то же время шарики, упираясь друг в друга, не позволяют переместить одновременно два валика.

Блокировка соединяет педаль управления муфтой сцепления со специальным валиком, на котором выполнены лыски или углубления. При невыжатом сцеплении валик не позволяет подняться фиксатору, а он не позволяет переместить валик и включить передачу. Применяют в тракторах и тяжелых машинах.

Синхронизаторы. Для предотвращения торцового износа зубьев, повышения их долговечности, уменьшения шума от переключаемых зубчатых колес и повышения удобства управления применяют зубчатые муфты с синхронизаторами (рис. 17.3). Синхронизатор служит для выравнивания угловых скоростей соединяемых зубчатых колес перед включением соответствующей передачи. Включение передачи производится при движении машины накатом, когда муфта сцепления разомкнута. В этом случае момент через коробку передач не передается, нагрузки на деталях трансмиссии нет. Выравнивание угловых скоростей ведомого и ведущего валов происходит за счет сил трения, которые возникают на конусных или дисковых поверхностях деталей синхронизатора. Силами трения при выключенном сцеплении поглощается кинетическая энергия деталей, связанных с первичным валом. Синхронизаторы применяют в передачах переднего хода на всех или только на наиболее используемых высших передачах.

Синхронизаторы бываютодностороннегоидвустороннегодействия,простыеиинерционные,конусныеидисковые.Для включения одной передачи устанавливают односторонние, для включения раздельно двух передач — двусторонние синхронизаторы. Простые синхронизаторы могут включать передачи при неполном выравнивании скоростей. Обычно их применяют на низших передачах автомобилей и тракторах. Инерционные синхронизаторы имеют блокировку, которая не позволяют ввести в зацепление включаемые зубчатые колеса до полного выравнивания их угловых скоростей. На отечественных автомобилях применяют инерционные синхронизаторы.

Синхронизатор (рис. 17.3,а)состоит из трех частей: выравнивающей, механизма включения и блокировки. Зубчатые колеса1 и 8с валом9не связаны. Соединение их с валом может быть осуществлено при перемещении зубчатой муфты 5 вправо или влево, которая соединит зубцы2и3.Шестерни и блокирующие кольца3имеют конусные поверхности. При перемещении муфты 5 вилкой6за счет трения на конусных поверхностях зубцы муфты2и кольца3несколько смещаются, углы скоса торцов зубцов создают осевую силу сопротивления, которая не позволяет надвинуть на зубцы2и3муфту 5. Когда частоты вращения шестерни, конуса2и муфты3за счет сил трения уравняются, смещение зубцов уменьшится. Это позволит водителю преодолеть силу оставшегося перекоса зубцов, а также сопротивление выступов на ползунах 7, поджатых к внутренней поверхности муфты пружинами 5, и переместить муфту3до полного соединения зубцов2и3.Действие синхронизирующего устройства хорошо видно на рис. 17.3,б.Пока скорости ведущей1и ведомой части4не сравняются, пока между пальцем4и кромками отверстия 7 диска3не появится зазор, диск3переместить нельзя. Ползуны 7выполняют вспомогательную роль фиксаторов. Основная блокировка осуществляется за счет углов скоса зубцов (в пределах 25-42°).

Износ трущихся пар синхронизатора будет тем меньше, чем меньше коэффициент передаточных чисел (меньше разность скоростей).

Назначение, устройство, работа коробки переключения передач

Устройство и назначение коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокращенно КПП) предназначена для изменения крутящего момента по величине и направлению и передачи его от сцепления (с механизмом сцепления мы познакомимся в следующем разделе) к ведущим колесам. Другими словами, с помощью КПП при постоянной мощности двигателя происходит изменение силы тяги на ведущих колесах автомобиля. Также КПП позволяет включить задний ход и на неограниченное время (в отличие от сцепления) осуществлять отсоединение двигателя от ведущих колес. Автомобили могут оснащаться механической либо автоматической КПП. Отметим, что механическая КПП является сегодня более распространенной, она устанавливалась на все автомобили до изобретения «автомата», который появился примерно в середине прошлого столетия. коробка переключение передача вал

Механическая КПП содержит следующие основные элементы: картер, первичный вал, вторичный вал, промежуточный вал, шестерни, дополнительный вал, шестерни заднего хода, синхронизаторы, механизм переключения передач, замковое устройство, блокировочное устройство, рычаг переключения передач. Отметим, что рычаг коробки переключения передач (сокращенно рычаг КПП) — единственный из перечисленных элементов, который доступен из салона.

Картер КПП закреплен на картере сцепления, который, в свою очередь, установлен на картере двигателя. Половину объема картера КПП занимает трансмиссионное масло, используемое для смазки деталей КПП. Замена масла в КПП осуществляется редко, на многих современных автомобилях его и менять не нужно (оно заливается на заводе-изготовителе и рассчитано на весь срок эксплуатации автомобиля). Это обусловлено тем, что в КПП по сравнению с мотором детали вращаются намного медленнее. Следовательно, они не так интенсивно изнашиваются, и в масло попадает значительно меньше продуктов их работы (металлических опилок, стружки и др.). Поэтому находящееся в КПП масло дольше сохраняется в состоянии, пригодном для использования.

Картер КПП содержит подшипники, на которых вращаются валы. Эти валы имеют наборы шестерен с разным числом зубьев. Для того чтобы передачи переключались плавно и бесшумно, в КПП используются синхронизаторы. Сущность их работы состоит в том, что они уравнивают угловые скорости вращающихся шестерен.

Основным узлом КПП является механизм переключения передач, с помощью которого, собственно, и осуществляется смена передач. Управление этим механизмом производится с помощью рычага, расположенного в салоне. Обычно рычаг КПП находится между передними сиденьями и одновременно перед ними, но он может располагаться, например, и на рулевой колонке.

Замковое устройство предотвращает включение одновременно двух передач, а блокировочное устройство предотвращает самопроизвольное выключение передач.

Основной принцип работы КПП базируется на том, что разные шестерни имеют разное число зубьев. Предположим, что коленвал вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту и передает этот крутящий момент на первичный вал с шестерней, которая входит в зацепление с другой шестерней, большей по размеру и имеющей в два раза больше зубьев. Вал, на котором установлена эта вторая шестерня, будет вращаться со скоростью в два раза меньшей, т. е. 1500 оборотов в минуту. При использовании разных сочетаний входящих в зацепление шестерен (установленных на разных валах) этот принцип позволяет получать и передавать, на ведущие колеса разный крутящий момент. В результате при вращении коленчатого вала со скоростью 3000 оборотов в минуту ведущие колеса при включении соответствующих передач могут вращаться, например, со скоростью 1500 оборотов в минуту или 2000 оборотов в минуту и т. д.

Для движения задним ходом в КПП предусмотрена возможность включения задней передачи. В данном случае вторичный вал КПП вращается в обратную сторону благодаря использованию нечетного количества входящих в зацепление шестерен (в этом случае направление крутящего момента меняется на противоположное). Эта «нечетная» шестерня находится на дополнительном валу КПП.

Водитель автомобиля самостоятельно переключает передачи с помощью рычага, в зависимости от условий езды, режима работы двигателя, его возможностей, а также иных факторов. На современных легковых автомобилях чаще всего устанавливается пятиступенчатая коробка передач: это означает, что машина имеет пять передач для движения в переднем направлении и одну передачу — для движения в заднем направлении.

Помните, что чем ниже передача — тем она сильнее, но в то же время — медленнее. Следовательно, самыми сильными передачами, используемыми для начала движения и езды на небольшой скорости, являются первая и задняя передачи. Когда они включены, мотор легко вращает ведущие колеса, но разогнаться до высокой скорости вы не сможете: двигатель будет громко «реветь», но быстрее 10-20 км/ч автомобиль не поедет. Поэтому после начала движения и набора минимальной скорости необходимо перейти на вторую передачу — менее мощную, но более скоростную. Далее можно развить скорость 40-50 км/ч для перехода на третью передачу — еще более скоростную и менее мощную и т. д.