Кпп назначение устройство принцип действия. Устройство и принцип работы механической коробки передач

Практический каждый, кто имел дело с автомобилем или другим видом колесной техники, хорошо знает, что кроме в устройстве ТС также используется коробка передач. Коробка передач () по важности является вторым агрегатом после двигателя на разных видах транспортных средств.

При этом существует несколько видов коробок передач, однако основной задачей данных агрегатов на машине является получение, преобразование и дальнейшая передача от двигателя на ведущие колеса автомобиля. Далее мы подробно рассмотрим назначение коробки передач и для чего нужна коробка передач в устройстве трансмиссии авто.

Читайте в этой статье

Для чего нужна коробка передач в автомобиле

Итак, коробка передач считается основным элементом трансмиссии автомобиля. Как уже было сказано, основным ее предназначением является изменение крутящего момента от двигателя, а также скорости движения и направления движения авто. Также коробка позволяет «отсоединять» двигатель от трансмиссии во время переключения передач.

Именно благодаря КПП автомобиль получает возможность двигаться вперед и назад, движение можно осуществлять с разной скоростью, при этом двигатель стабильно работает на разных скоростях и нагрузках, а также достигается плавное переключение передач в процессе езды.

Чтобы было понятно, основной задачей КПП является необходимость обеспечивать как требуемые динамические показатели автомобиля, так и показатели топливной экономичности двигателя. При этом учитываются разные условия движения, нагрузка, скорость и т.д.

• Идем далее. Диапазон оборотов двигателя отличается от диапазона вращения колес. Также применительно к ДВС нужно учесть обороты максимальной мощности и максимального крутящего момента.

Так вот, для старта и разгона нужен крутящий момент, тогда как для езды с высокой скоростью и преодоления больших нагрузок нужны обороты мощности. При этом особенностью ДВС является то, что обороты крутящего момента «средние» (3000-3500 об/мин) тогда как на «мощностные» обороты двигатель выходит ближе к максимальным значениям (5500-6000 тыс. об/мин.).

Простыми словами, если нагрузка на мотор будет большой, а обороты слишком низкие, двигатель «не вытянет» по мощности и заглохнет. Если же обороты будут слишком высокими, при этом езда с высокой скоростью не нужна, сильно возрастает расход топлива. Чтобы добиться оптимального баланса, в коробке предусмотрено изменение .

Благодаря такой возможности можно уверенно стартовать с места, двигаться с небольшой скоростью, осуществлять движение задним ходом и т.д. Также удается поддерживать обороты двигателя в оптимальном диапазоне применительно к постоянно меняющимся дорожным условиям и нагрузкам.

Например, разгон автомобиля предполагает необходимость преодолеть высокие значения сил сопротивления (преодоление повышенного трения и сил инерции). Наличие КПП делает возможным трогание с места и разгон до средних и высоких скоростей, который предполагает плавный или ступенчатый переход с низких на повышенные передачи (переключение передач).

В результате скорость нарастает постепенно, сильно снижаются динамические нагрузки на двигатель и трансмиссию. При этом обороты оптимально удерживать именно в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя.

С учетом веса и особенностей ТС, установленного двигателя, целевого назначения транспорта и ряда других характеристик и особенностей конструкторы производят подбор количества передач и передаточных чисел в коробке, и т.д. (при наличии).

Разновидности КПП: типы коробок передач

Разобравшись с назначением коробки, следует отметить, что сами КПП бывают ступенчатыми, бесступенчатыми и комбинированными. Давайте рассмотрим указанные виды коробок более подробно. Прежде всего, наиболее распространенным типом КПП являются ступенчатые коробки передач. В таких КПП крутящий момент изменяется ступенчато. К данному типу можно отнести (механика) и (коробка-робот).

• Механическая коробка передач является многоступенчатым цилиндрическим редуктором, где предусмотрено переключение передач самим водителем вручную. МКПП бывают четырехступенчатыми, пятиступенчатыми, шестиступенчатыми и т.д. Главным плюсом такой коробки считается надежность и простота, а также полный контроль во всех режимах.

• Коробка-робот (роботизированная коробка передач) является все той же механикой, однако функции выключения сцепления и переключения передачи полностью автоматизированы благодаря использованию отдельных исполнительных механизмов под управлением коробкой (например, коробки ).

Самые современные РКПП имеют и отличаются сложной конструкцией. При этом двойное сцепление делает процесс переключения быстрым и плавным, передача крутящего момента происходит без разрыва потока мощности от ДВС на колеса.

В результате такая коробка переключается быстрее, чем это смог бы сделать водитель-профессионал или опытный пилот на гоночном авто. Машина с таким «роботом» (например, ) отличается быстрым разгоном, а также поддержанием оптимальных оборотов мотора и одновременно высокой топливной экономичностью. Недостатком принято считать сложность ремонта, сниженный ресурс, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость отдельных запчастей и элементов.

Чем отличается "классическая" АКПП с гидротрансформатором от роботизированной коробки передач с одним сцеплением и преселективных роботов типа DSG.

Коробка передач является важным узлом в устройстве автомобиля и предназначена для передачи мощности двигателя к ведущим колесам. В процессе передачи мощности, в виде крутящего момента, происходит его трансформация (увеличение или уменьшение), изменение направления и т.д. Второе предназначение коробки передач – отключение крутящего момента от трансмиссии, исключение – механическая коробка. В этом виде коробок отключение крутящего момента происходит при помощи отдельного узла – сцепления.

Рассмотрим ниже все концепты коробок передач, их основные плюсы и минусы, перспективы.

Различают основные виды коробок передач:

Механическая коробка (МКПП)

Автоматическая коробка (АКПП)

Роботизированная коробка (РКПП)

Вариативная коробка (Вариатор)

Механическая коробка управляется ручным способом, это более старый вид, но очень хорошо себя зарекомендовавший, особенно у водителей, которые любят ощутить всю мощь своего железного коня. Естественный недостаток таких КПП низкий КПД, из-за трения зубьев шестерен, сопротивления трансмиссионного масла.

На легковых автомобилях применяются коробки передач двух основных типов: механические и автоматические (гидромеханические). Механической коробкой передач управляет водитель, включая нужную передачу по своему выбору (в зависимости от режима движения автомобиля). В гидромеханической коробке передачи переключаются автоматически в зависимости от нагрузки на двигатель (частоты вращения коленчатого вала).

Принцип действия любой коробки передач основан на изменении частоты вращения ведомой шестерни при изменении числа зубьев ведущей шестерни. При уменьшении числа зубьев ведущей шестерни ведомая будет вращаться с меньшей частотой, при увеличении - с большей. Одновременно при уменьшении числа зубьев ведущей шестерни на ведомой шестерне повышается крутящий момент.

Обычно в коробках передач легковых автомобилей работают четыре или пять пар шестерен с разными передаточными числами. В зависимости от их числа коробка передач называется четырех-или пятиступенчатой. (Передача заднего хода в это число не входит, хотя в любой коробке передач присутствует обязательно.) Передаточное число от низшей (первой) передачи к высшей (четвертой или пятой) постепенно снижается. Передаточное число четвертой передачи во всех коробках, как правило, равно единице. Такая передача называется прямой.

Первая передача предназначена для трогания с места и движения автомобиля с самой низкой скоростью. При разгоне до 10… 15 км/ч можно перейти на вторую передачу, затем при скорости 30… 40 км/ч - на третью и, наконец, при скорости 60… 70 км/ч - на четвертую передачу. В Руководстве по эксплуатации конкретного автомобиля обязательно указана максимальная скорость движения на каждой передаче.

Переключать передачи вверх (от низшей к высшей) следует только последовательно. При замедлении и переключении передач вниз некоторые ступени можно пропускать, если позволяет скорость движения автомобиля. Например, после движения по прямой со скоростью 60 км/ч и замедления перед поворотом до 20 км/ч можно переключиться с четвертой на вторую передачу.

В последнее время все большее распространение получают пятиступенчатые коробки передач. Пятая передача в них - повышающая (передаточное отношение меньше единицы, например, 0,8, т. е. число зубьев ведомой шестерни незначительно меньше числа зубьев ведущей). Такая передача позволяет вести автомобиль с установившейся скоростью свыше 80 км/ч при пониженной частоте вращения коленчатого вала, например по ровному прямому шоссе, и двигатель расходует меньше топлива.

У коробок передач современных легковых автомобилей все пары шестерен находятся в постоянном зацеплении, а для долговечной и бесшумной работы зубья шестерен выполнены косозубыми. Синхронизатор позволяет при этом водителю бесшумно включать необходимую передачу.

Синхронизатор включает в себя ступицу, жестко посаженную на вторичный вал, на поверхности которой выполнены зубья. На зубьях ступицы помещена скользящая по ней зубчатая муфта. Устройство муфты позволяет при ее включении плавно уравнять частоту включаемой шестерни с частотой вращения ведомого вала. Кольцевая выточка на поверхности муфты служит для вилки, которая соединена с деталями механизма переключения передач. Шестерни свободно помещены на вторичном (ведомом) валу. Все они изготовлены как единое целое с венцами шестерен, имеющими прямые зубья.

Для включения I передачи перемещают заднюю муфту назад до соединения ее с зубчатым венцом самой большой шестерни на ведомом валу. При этом вращающее усилие от двигателя передается на вторичный вал через шестерни.

Для включения заднего хода используют промежуточную шестерню. При движении задним ходом вращение от первичного вала на вторичный передается через шестерню промежуточного вала и шестерню на передвижную шестерню, которую перемещают до отказа назад по шлицам вала. При этом вторичный вал меняет направление вращения на обратное.

Автоматическая коробка, так же известна и применяется давно в автомобилестроении. Переключение ступеней скорости происходит в автоматическом режиме, а вот команда на начало движения или движение задним ходом требует команды водителя. Как и у МКПП, у автомата небольшой КПД по тем же причинам и из-за наличия планетарных механизмов в устройстве коробки.

Любителями таких коробок являются, конечно, наши дамы. Многие просто не знают, что раньше существовала и третья педаль – сцепление. К дамам можно отнести и американского потребителя, американцы очень редко покупают авто с механикой.

Как говорилось выше, МКПП наилучший вариант коробки, и даже роботизированная коробка передач изготовлена на её основе, но с автоматическим управлением. Управление роботом может даже подстраиваться под стиль вождения. Недостатки те же, что и у механики, а вот плюсов, гораздо больше. Применив два вала, удалось повысить КПД, уменьшить габаритные размеры, повысить надежность коробки.

Автоматические коробки передач (АКП) встречаются в основном на зарубежных (в особенности американских) автомобилях, а из отечественных - на некоторых автомобилях Волга. Основное отличие автоматической коробки передач от механической - в передаче крутящего момента от двигателя к трансмиссии посредством давления потока жидкости в гидротрансформаторе (механизм сцепления отсутствует).

Гидротрансформатор - одна из разновидностей гидродинамической передачи. Он состоит из насосного и турбинного колес и размещенного между ними реактора, заполненных жидкосью. Насосное колесо жестко связано с маховиком и ведущим валом и при работе двигателя создает мощный поток жидкости, который вращает турбинное колесо. С лопаток турбинного колеса жидкость попадает на лопатки реактора, в результате чего возникает реактивная сила, направленная в сторону вращения турбинного колеса. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя реактивная сила увеличивается или уменьшается, и в ступенчатом механизме (коробке передач), связанном с гидротрансформатором ведомым валом, осуществляется автоматическое переключение передач - соответственно, вверх или вниз (повышенное или пониженное).

рименение гидротрансформатора позволяет плавно трогаться с места и плавно разгоняться под нагрузкой, бесступенчато изменяя скорость движения автомобиля.

Автомобилем с автоматической коробкой передач управлять, безусловно, легче, чем автомобилем с механической коробкой. Однако такие автомобили, как правило, более дорогие, а ремонт АКП при поломке сложнее.

Для смазывания деталей механической коробки передач служит трансмиссионное масло, определенный объем которого заливается в картер коробки передач и главной передачи. Трансмиссионное масло снижает затраты энергии на преодоление трения, уменьшает износ деталей, предотвращает их перегрев и коррозию. На легковых автомобилях применяют трансмиссионные масла групп GL-4 и GL-5 (по международной классификации API).

Им соответствуют отечественные масла групп ТМ-4 и ТМ-5. Трансмиссионные масла подразделяются по классам вязкости: 75W, 85W, 90 и 140 (по классификации SAE в зависимости от сезона) или 9; 12; 18 и 34 (согласно отечественной классификации). Чем больше число, тем больше вязкость. Указанные цифры входят в обозначение марки масла. Импортному всесезонному маслу 85W-90 группы GL-5 соответствует всесезонное масло ТМ-5-18. Для некоторых автомобилей завод-изготовитель рекомендует применять в агрегатах трансмиссии моторное масло определенной вязкости.В гидротрансформаторах автоматических коробок передач применяется специальная жидкость. Помимо ее количества (уровня) и качества (соответствия данной модели АКП) водителю при эксплуатации необходимо следить также за ее температурой. Система охлаждения жидкости для АКП конструктивно объединена с системой охлаждения двигателя, поэтому автомобиль с АКП нельзя буксировать с неработающим двигателем дольше определенного времени: жидкость, не получая достаточного охлаждения, перегреется, и детали АКП могут выйти из строя.

Коробка передач является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля и предназначена для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.

В зависимости от принципа действия различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные коробки передач. Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля.

В ступенчатых коробках передач крутящий момент изменяется ступенчато. К ним относятся механическая и роботизированная коробки передач.

Механическая коробка передач (сокращенное наименование – МКПП, обиходное название - механика) представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятиступенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач.

Основными преимуществами механической коробки передач являются простота конструкции, надежность, возможность ручного управления во всех режимах движения. Благодаря этим качествам МКПП является самым распространенным типом коробки передач. Вместе с тем, все больше потребителей в последние годы выбирают коробки с автоматическим управлением.

Роботизированная коробка передач (другое наименование – автоматизированная коробка передач, обиходное название - робот) представляет собой механическую коробку передач, в которой автоматизированы функции выключения сцепления и переключения передач. Современные роботы имеют двойное сцепление , которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.

Применение роботизированной коробки передач с двойным сцеплением обеспечивает снижение расхода топлива, высокую разгонную динамику. Благодаря данным качествам, популярность роботов стремительно растет. В настоящее время преселективные коробки передач устанавливаются как на бюджетные автомобили (Volkswagen, Ford), так и автомобили премиум класса (Bentley, Porsche). Известными конструкциями роботизированных коробок передач являются коробки передач DSG (Direct Shift Gearbox), SMG (Sequential M Gearbox), Изитроник.

К бесступенчатым коробкам передач относится вариатор (обиходное название вариаторная коробка передач). В отличие от ступенчатых коробок, передаточное число в вариаторах изменяется плавно. Это достигается за счет гидравлического или механического преобразования крутящего момента.

Благодаря своей конструкции вариатор обеспечивает оптимальные динамические характеристики автомобиля. С другой стороны вариаторная коробка передач имеет ограничения по величине передающего крутящего момента. Отдельные конструкции имеют нарекания в плане надежности и ресурса. Вариаторы используют, в сновном японские автомобильные компании (Nissan, Honda, Subaru), из европейских - Audi. Известными конструкциями вариаторов являются Мультитроник , Экстроид.

Комбинированный принцип действия используется в автоматической коробке переключения передач (сокращенное наименование – АКПП, обиходное название – коробка-автомат). Классическая автоматическая коробка передач включает гидротрансформатор (заменяющий сцепление и обеспечивающий безступенчатое регулирование крутящего момента) и механическую коробку передач (обычно планетарный редуктор). Современные автоматы имеют семь (7G-Tronic) и даже восемь ступеней передач.

Коробка-автомат обеспечивает плавное переключение передач и высокую надежность работы. При этом АКПП имеет повышенный расход топлива и низкую разгонную динамику. В ряде конструкций автоматической коробки передач предусмотрена имитация ручного переключения передач Типтроник , Стептроник.

В настоящее время термином "автоматическая коробка передач" обозначаются не только классическая гидротрансформаторная коробка, а также роботизированная коробка передач и вариатор. Все они имеют электронное управление.

Разновидностью автоматической коробки передач является т.н. адаптивная коробка передач, учитывающая стиль вождения конкретного человека.

Когда новички садятся за руль автомобиля, у них на этапе обучения вождению возникают проблемы с коробкой передач, а точнее, с необходимостью постоянных переключений. Многие не раз задумывались, что без этой «кочерги» автомобиль был бы более идеальным. Но, к сожалению, без автомобиль не смог бы эффективно работать. Связано это с особенностями ДВС. Давайте узнаем назначение ее виды, устройство и принцип действия.

Зачем нужна КПП в машине?

Если открыть справочники, то там написано, что данный механизм применяется, чтобы изменять вращательный момент, вырабатываемый ДВС. Также КПП служит для временного отключения крутящего момента с мотора и для движения задним ходом.

А теперь рассмотрим назначение с точки зрения далеких от устройства и теории автомобиля людей. Также стоит разобраться, зачем каждый раз при движении нужно менять ступени КПП.

Необходимость постоянно менять передачи напрямую связана с особенностями моторов внутреннего сгорания. В отличие от электрических агрегатов, вращательный момент у ДВС имеет неравномерную характеристику.

ДВС и электромотор

Главное различие между электромоторами и двигателями внутреннего сгорания в характеристике тяги. Этой характеристикой описывается, как изменяются мощность и вращательный момент в зависимости от оборотов. В случае с электромоторами вращательный момент доступен сразу же, а по мере того, как обороты будут вырастать, момент будет падать.

Данная характеристика больше подходит для автомобиля - в момент начала движения и при разгоне, когда нужно прилагать массу усилий на преодоление инерции, лучше иметь большой вращательный момент. Чтобы далее двигаться равномерно, требуется приложить значительно меньшие усилия. Мощность электромоторов в любом диапазоне оборотов ротора близка к максимуму, и на любых режимах она реализуется и используется практически полностью. Поэтому электродвигатели более подходят для использования в качестве силовой установки автомобиля. В ДВС все немного иначе. Когда обороты коленчатого вала низкие, мощность также низкая. Вращательный момент практически не меняется.

Если вырастет сопротивление для движения и обороты станут снижаться, то электрический мотор повысит вращательный момент. В случае с ДВС момент увеличится только совсем немного, а затем снизится.

Тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания считается полностью неудовлетворительной. Но даже сейчас в плане экономичности, габаритных размеров, а также других качеств значительно они превосходят современные электрические силовые агрегаты. Исходя из этих соображений инженеры приняли недостаток ДВС и для решения этой проблемы создали коробку передач. Назначение ее - изменять передаточное отношение между коленвалом и ведущей парой колес. В результате максимальный крутящий момент доступен в узком диапазоне оптимальных оборотов, но на разных передачах. Так двигатель работает более эффективно.

Передаточные числа

Для лучшего понимания назначения коробки передач в автомобиле следует вспомнить школьный курс физики и некоторые разделы механики.

В системах передач на базе шестеренок, где работают две шестерни, диаметр и количество зубьев будет определять число оборотов и вращательный момент. Отношение количества зубьев на ведомой шестеренке к числу зубьев на ведущей - это передаточное число. Когда ведущая шестерня имеет меньший диаметр, чем ведомая, то обороты на последней будут ниже, а вращательный момент, наоборот, выше.

При выигрыше в силе будет потеря в скорости. А выиграв в скорости, мы заметим потери в силе. Если шестеренок в механизме передачи несколько, то передаточное число определяется умножением чисел каждой пары шестерен. Назначение коробки передач как раз и состоит в том, чтобы изменять передаточные числа.

Чтобы получить различный крутящий момент, который нужен для движения авто в разных дорожных условиях, в КПП имеется несколько пар шестеренок. Они идут с разным передаточным числом. Если в пару из ведущей и ведомой шестеренки установить промежуточную, то последняя будет вращаться в обратную сторону - это задняя передача.

Любые типы коробки передач автомобиля необходимы для того, чтобы ДВС мог функционировать на оптимальных оборотах и в нормальных для него режимах работы, а также для того, чтобы можно было эффективно использовать мощность двигателя в любых дорожных ситуациях при помощи простого изменения передаточного отношения.

Когда и как переключать КПП?

Для того чтобы начать двигаться на автомобиле и набрать начальную небольшую скорость, а также для передвижения в условиях бездорожья, необходим близкий к максимальному вращательный момент. Его можно достичь в среднем диапазоне оборотов коленвала двигателя. В высокой скорости в данном случае нет никакой необходимости. Для этого в КПП имеются низшие передачи - первая, вторая, иногда третья. При этом даже на высоких оборотах на первой передаче машина будет ехать довольно медленно.

Чтобы равномерно двигаться на большей скорости, колеса должны вращаться на высокой частоте. При этом обороты двигателя должны быть оптимальны. Для этого имеются высшие передачи - четвертая, пятая (а если коробка передач 6-ступенчатая, то и шестая). Здесь передаточные числа более низкие. Авто будет при тех же оптимальных оборотах двигаться быстро, пока ДВС не достигнет максимальных или предельно допустимых оборотов. На высших передачах разгон будет уже не такой эффективный. Также на высших передачах не получится ехать на малой скорости. Автомобиль не сможет тронуться с места. Двигатель просто не сможет обеспечить необходимый крутящий момент.

Принцип действия

Устройство механической КПП

В мире сейчас существует масса разных конструкций МКПП. На большинстве переднеприводных авто установлены двухвальные механизмы. На заднеприводные устанавливают трехвальные. Нужно сказать, что даже в наше время, когда технологии развиваются очень быстро, механика очень популярна. Дело в том, что ремонт такого типа простой и недорогой, в отличие от АКПП и вариаторов.

Двухвальная коробка

В основе лежит первичный и вторичный вал коробки переключения передач. Также в устройстве КПП автомобиля имеется и блок шестеренок вместе с синхронизаторами. В металлическом картере трансмиссии установлен механизм главной передачи и дифференциал.

С помощью первичного вала трансмиссия автомобиля может соединяться с узлом сцепления. На валу жестко закреплен блок с шестернями. Еще в КПП имеется вторичный вал. Он расположен параллельно первичному. Он также оснащен блоком из шестерен. Последние постоянно находятся в жестком зацеплении с элементами из блока на первичном валу. Также вторичный вал трансмиссии соединен через шестерню с главной передачей. Блок шестеренок оснащен синхронизаторами. В разных конструкциях вторичных валов может быть несколько.

Дополнительно коробка оснащена механизмом переключения передач. Чаще всего он дистанционный. Так как корпус трансмиссии автомобиля небольшой, элементы расположены под капотом.

Трехвальная КПП

Первичный вал служит для того, чтобы соединить механизм коробки переключения передач с узлом сцепления. На валу находятся шлицы, на которые надевается ведомый диск. Момент от двигателя передается посредством шестерни КПП, находящейся в зацеплении с данным элементов. Параллельно находится промежуточный элемент. Он оснащен блоком шестерен, находящихся в жестком зацеплении с валом.

Вторичный вал находится на одной оси с первичным. Шестерни не имеют жесткого зацепления и свободно вращаются. Шестерни промежуточного и вторичного вала, а также деталь на первичном валу, зацеплены постоянно.

Между шестеренками установлены синхронизаторы. Механизм переключения установлен непосредственно в корпусе трансмиссии автомобиля. Он представляет собой рычаг переключения, а также ползуны и вилки.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет коробка передач. Как видите, это очень важный узел в конструкции любого автомобиля. Именно он позволяет осуществить движение автомобиля с разным усилием и скоростью. Движение машины во многом определяется именно коробкой переключения передач.

Создание двигателя внутреннего сгорания способствовало развитию всех типов транспорта и даже появлению новых видов. Первые автомобили именовались самобеглыми колясками и имели достаточно примитивную конструкцию. Передача крутящего момента от силового агрегата на ведущие колеса происходила при помощи очень ненадежного ременного, а позднее и цепного привода.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на транспортных средствах, имеют относительно небольшой рабочий диапазон. При малой частоте вращения коленчатого вала силовой агрегат не развивает достаточной мощности и под нагрузкой просто глохнет. При больших оборотах резко возрастают нагрузки на детали, и мотор может просто пойти вразнос. Коробка перемены передач призвана обеспечить оптимальный режим работы двигателя в разных условиях.

Этот агрегат представляет собой редуктор, позволяющий в широком диапазоне изменять частоту оборотов и крутящий момент на ведущих колесах автомобиля. Такие механизмы не нужны на транспортных средствах, оснащенных электрическими и паровыми двигателями.

Тяговые характеристики данных силовых агрегатов позволяют обходиться без дополнительных устройств. В идеале двигатель может быть встроен непосредственно в колесо, в настоящее время уже существуют промышленные образцы приводов такого рода.

Термин коробка перемены передач в настоящее время практически не используется, вместо него применяется более современное название: коробка переключения передач.

Помимо основного назначения этот механизм выполняет еще ряд функций:

• обеспечение реверса, иными словами, движения задним ходом;
• разобщение работающего силового агрегата и трансмиссии во время длительной остановки или стоянки;
• обеспечение условий для запуска двигателя.

Применение коробки переключения передач позволяет водителю автомобиля выбирать наиболее оптимальный режим работы силового агрегата в зависимости от внешних условий.

Проектированием и серийным изготовлением такого рода механизмов занимаются в основном производители автомобилей. Кроме того, в мире существует ряд компаний, специализацией которых является производство элементов трансмиссий и, в частности, коробок переключения передач:

• Allison Engine Company;
• BorgWarner Inc;
• Delphi Corporation;
• Robert Bosch GmbH;
• Wulf Gaertner Autoparts AG;
• ZF Friedrichshafen AG.

Указанные компании обычно выполняют заказы автопроизводителей, осуществляя при этом серийное изготовление оригинальных и лицензионных механизмов. Нередко они осуществляют опытно-конструкторские работы и участвуют в совместных проектах корпораций, занимаясь доводкой техники. Продукция данных производителей отличается высочайшим качеством и надежностью.

Классификация коробок переключения передач

В процессе развития автомобилестроения инженерами были предложены несколько типов механизмов, реализующих разные принципы действия и способы управления. Общепринятая в инженерной среде классификация коробок использует названные выше признаки в качестве отличительных:

По принципу работы коробки переключения передач делятся на три вида:

• ступенчатые;
• бесступенчатые;
• комбинированные.

По способу управления устройством различают:

• механические;
• автоматические;
• роботизированные.

Данная классификация не включает в себя некоторые типы коробок переключения передач, которые в силу ряда обстоятельств не получили широкого распространения.

Так, некоторые автомобили, предназначенные для людей с ограниченными физическими возможностями, оснащались полуавтоматическими трансмиссиями. По сути это обычная коробка с ручным переключением передач, агрегатированная с автоматизированным сцеплением.

В настоящее время многие автопроизводители в рамках экологических программ выпускают автомобили с гибридными силовыми установками. Конструкций таких машин достаточно много, используются самые разные схемы компоновки. В некоторых из них присутствуют коробки переключения передач, в других же в качестве привода используются электрические двигатели, не нуждающиеся в дополнительных устройствах для передачи крутящего момента.

Видео — виды коробок переключения передач автомобиля, их плюсы и минусы:

Подавляющее большинство коробок переключения передач представляют собой редуктор, с несколькими парами шестеренок. Изменение передаточного числа в них происходит дискретно, а число пар соответствует количеству ступеней.

В свою очередь, существует две основных конструктивные схемы механизмов такого рода: соосные и планетарные. Первая компоновка в основном применяется в механических коробках, а вторая – в автоматических.

Бесступенчатые механизмы называются вариаторами, в них изменение частоты вращения ведомого вала по отношению к ведущему происходит плавно без рывков. В них реализуется принцип передачи крутящего момента через промежуточный элемент, используя силу трения. Соответственно вариаторы классифицируются по типу передающего звена: клиноременные, клиноцепные, роликовые и шариковые передачи.

Механические

Агрегаты такого типа получили наибольшее распространение в Старом Свете ими оснащено около 80% от общего количества транспортных средств. В технических описаниях автомобилей механические коробки часто обозначаются аббревиатурой МКПП. Они отличаются простотой и высокой надежностью конструкции. Подробное описание принципа действия и устройства механической коробки можно найти .

Вкратце работу агрегата можно описать следующим образом: на маховике двигателя установлен механизм сцепления. Ведомый диск его имеет возможность перемещаться вдоль ведущего вала в шлицах разной формы. Сцепление обеспечивает прерывание потока мощности в момент переключения передачи. Через первичный вал крутящий момент приводит в действие через постоянную главную передачу ведущий вал коробки.

На нем установлены и жестко зафиксированы шестерни по количеству передач и еще одна для заднего хода. В постоянном зацеплении с ними находятся соответствующие детали ведомого вала. Они свободно вращаются на подшипниках, а между ними имеются стопорные кольца с синхронизаторами. Эти детали выравнивают скорости вращения ведущих и ведомых шестерней между собой и обеспечивают зацепление при включении определенной передачи.

Перемещение муфты производится специальными вилками, которые приводятся в действие специальным механизмом. Защитой от одновременного включения двух передач является замок, исключающий перемещение других устройств. Водитель осуществляет управление работой коробки при помощи специального рычага, который может устанавливаться в разных точках салона:

• на полу;
• на центральной консоли;
• на рулевой колонке;
• на панели приборов.

Передача управляющего воздействия на МКПП может передаваться непосредственно либо через специальные тросовые механизмы или кулисы.

Роботизированные

Развитие электроники и появление достаточно надежных процессоров и контролеров сделало возможным их применение в выборе режимов работы трансмиссии автомобилей. Роботизированные коробки переключения передач представляет собой проверенную временем и надежную механику, управление которой осуществляется при помощи электронного блока.

Подробное описание устройства таких коробок и принципа их действия можно найти . Отработка методики осуществлялась на болидах, специально созданных для участия в соревнованиях Формулы -1. В данных автомобилях сервоприводы управляют работой сцепления и переключениями передач. Время перемены передачи в них составляет от 0,01 до 0,02 с.

Существуют два способа управления функционированием роботизированной коробки передач: гидравлический и электрический. Первый вариант обеспечивает минимальное время срабатывания, но более сложен в изготовлении. Используется преимущественно на дорогих автомобилях бизнес-класса. Электрические сервомоторы применяются на бюджетных моделях и не могут похвастаться значительным быстродействием.

Основное достоинство роботизированных коробок переключения передач: жесткая механическая связь между двигателем и ведущими колесами. В сравнении с автоматическими коробками данный тип трансмиссии обладает лучшими характеристиками и меньшими потерями. Основным недостатком ее является высокая сложность и соответственно стоимость механизма.

Автоматические

Общепринятые обозначения агрегатов такого рода АКП или АКПП, они представляют собой целый комплекс устройств. В его состав входит гидромеханическое сцепление и планетарный редуктор. Данная конструкция позволяет создавать разные передаточные соотношения в зависимости от выбранного режима работы. Развернутое описание устройства и принципа работы АКП можно найти .

Планетарный механизм состоит из двух шестерней – центральной и внешней, а также расположенных между ними сателлитов. Они устанавливаются на специальном узле – водиле. Детали могут фиксироваться относительно корпуса коробки при помощи специальных механизмов, по устройству аналогичных фрикционам сцепления или ленточным тормозам.

Управление работой АКПП осуществляется при помощи гидроприводов, при этом выбор режима производится селектором. Педаль акселератора на таких автомобилях не имеет прямой механической связи с дроссельной заслонкой двигателя. При нажатии на нее происходит изменение положения клапана в гидросистеме, которая управляет работой коробки.

Видео — как устроена автоматическая коробка передач:

На современных АКП выбор режима выполняется процессором, который способен адаптироваться под манеру вождения. Это позволило несколько уменьшить негативные стороны данного типа коробок переключения передач.

Так, резкое нажатие на педаль газа вызывает включение режима кикдаун, при котором переход на повышенную передачу происходит при значительно больших оборотах коленчатого вала. Разгонная динамика при этом значительно возрастает.

Вариаторы

Бесступенчатая передача обеспечивает силовому агрегату возможность работы на постоянных оборотах. Таким образом, достигаются максимальные показатели по мощности, экономичности или крутящему моменту в зависимости от выбранного режима.

Передача усилия от двигателя на ведущие колеса осуществляется без разрывов потока. С полным и точным описанием конструкции вариатора и принципа действия можно ознакомиться .

Название этого устройства происходит от английского слова variable – переменная, которое входит в наименование конструкции. CVT расшифровывается как непрерывная переменная трансмиссия, что наилучшим образом характеризует ее работы. Предусмотренное конструкцией сцепление используется исключительно для запуска и обеспечения работы двигателя во время остановки.

Существует несколько разновидностей конструкций вариаторов:

• клиноременный;
• клиноцепной;
• тороидальный.

В первом устройстве передача усилия осуществляется при помощи ремня, который находится между двумя направленными своими вершинами друг к другу конусами. Расстояние между ними изменяется в простейшем устройстве под воздействием центробежной силы, а в более сложных конструкциях под управлением электронного контролера.

Видео — что такое бесступенчатая трансмиссия (вариатор):

Клиновый ремень проваливается к центру и соответственно меняется радиус зоны его соприкосновения со шкивом. Обратная картина наблюдается на другой части конструкции. В результате передаточное соотношение плавно изменяется. Клиноременные передачи используются на относительно небольших транспортных средствах скутерах.

Полимерные материалы не способны выдержать больших нагрузок, и малопригодны для автомобильных трансмиссий. Прочность клиноременной передачи увеличивается за счет использования пакета стальных пластин особой формы с вырезами, через которые пропущены синтетические соединительные элементы. Такие элементы применяются даже на относительно небольших кроссоверах модели Honda H-RV.

Большие усилия могут передавать торовые вариаторы, разработанные инженерами компании Ниссан. Данное устройство состоит из двух конусов с вогнутой поверхностью, находящихся на одной оси. Один из них является ведущим, а другой соответственно ведомым. Передача крутящего момента осуществляется через два ролика, которые соединяются их и образуют хорду. Наклоном этих элементов изменяются радиусы в точках соприкосновения и передаточное отношение.