Устройство коробки переключения передач

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.

Устройство механической коробки передач

Картер содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом.

Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

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

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

Требования к коробке передач

• Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
• высокий КПД
• легкость управления
• безударное переключение и бесшумность работы
• невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
• надежное удержание передач во включенном положении
• простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
• удобство обслуживания и ремонта

Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать число ступеней и их передаточные числа. При увеличении числа ступеней обеспечивается лучший режим работы двигателя с точки зрения динамичности и экономии топлива. Но усложняется конструкция, возрастают габаритные размеры, масса трансмиссии.

• Все плюсы и минусы автоматической коробки передач

Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие — зубчатыми муфтами.

Как работают шестерни

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

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

б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») – 20, у четвертой («Г») – 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее – 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит – 2000 об/мин, а выходит – 500 об/мин. На промежуточном валу в это время – 1000 об/мин.

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

• Какое масло надо заливать в коробку передач “механику”

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

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

Передаточные числа

Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой. Как правило, это – четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.

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

Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) – они самые скоростные и экономичные.

Какие бывают неисправности

Обычно они появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением – это приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.

Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в «коробке», она не сломается до конца срока службы.

Механическая коробка передач

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

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

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

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

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы трехвальной МКПП

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

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

Устройство двухвальной механической коробки передач

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

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

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

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