Как устроена и как работает мкпп. Как работает коробка передач в автомобиле? Как работает коробка скоростей

Переключения передач – устройство, необходимое каждому автомобилю с двигателем внутреннего сгорания. Необходимость этого механизма обусловлена тем, что у любого двигателя довольно узок диапазон оборотов, где крутящий момент и мощность достигают своего максимума. И, кроме того, у каждого двигателя существует так называемая «красная зона» — предел частоты оборотов, который нельзя превышать во избежание поломок мотора.

Данная статья будет полностью посвящена тематике КПП, а именно – ее механической разновидности (МКПП). Ведь и «бывалому» водителю, и автолюбителю-новичку необходимо знать устройство механической коробки передач и ее принцип работы. Также в статье будут представлены графические схемы МКПП, рассмотрены ее основные неисправности и даны советы по правильной эксплуатации этого жизненно важного для автомобиля механизма.

Разновидности коробок передач

Помимо механической, существуют и другие виды КПП – вариаторная, и автоматическая.

Вариаторная коробка передач является бесступенчатой. Самые важные детали вариатора – это раздвижные шкивы (их два) и ремень, который их соединяет. Соединительный ремень в разрезе имеет форму трапеции. Основной плюс вариатора – это постоянная работа мотора авто в оптимальном режиме. Также есть и дополнительные преимущества, к которым относится динамичность разгона, плавность движения и экономичность. В сравнении с «автоматом» ( , автоматической коробкой переключения передач), вариатор отличается весьма простой конструкцией. Но если сравнивать его с механической коробкой, то вариатор все же уступает ей в плане динамики и экономичности.

Кроме того, вариаторную коробку передач практически невозможно совместить с мощным мотором, поскольку этого не позволит недолговечность ремня. Обслуживать и ремонтировать вариатор – достаточно дорогое удовольствие, проще и дешевле будет заменить КПП. И еще один минус – это необходимость дополнительных механизмов для движения задним ходом и трогания с места.

Роботизированная КПП почти ничем не отличается от механической – крутящий момент так же передается от мотора к трансмиссии при помощи классического «сухого» однодискового сцепления. Но все же имеется такой нюанс: в роботизированной коробке автоматизированы процессы переключения передач и вкл./выкл. сцепления. Поэтому «робот» способен значительно упростить процесс управления транспортным средством – исчезает нужда вручную и, теряя драгоценное время, думать над тем, какую из передач включить в данный конкретный момент. Также к плюсам коробки-«робота» можно добавить ее относительную дешевизну, экономичность и малый вес.

Однако существуют и недостатки. Роботизированная КПП работает не слишком плавно, а переключение передач происходит со значительной задержкой. Кроме того, при высокой скорости движения, «робот» может реагировать на переключения рывками и толчками. Ручной режим здесь не поможет, поскольку сцеплением «командует» все та же электроника. Если сравнивать роботизированную коробку даже с простой АКПП, то четкость переключений «робота» значительно уступает «автомату». Следует также помнить, что при начале движения автомобиль с роботизированной коробкой делает небольшой откат. Исходя из всех перечисленных минусов, РКПП традиционно ставят на самые «бюджетные» модели авто.

Устройство механической коробки передач

Теперь перейдем к нашему «виновнику торжества», которому и посвящен данный материал – к . Как известно, МКПП – это механизм, передающий, преобразующий и меняющий направление крутящего момента от маховика двигателя. В «механике» ступени переключаются соответственно механически – передвижениями рычага переключения передач. Крутящий момент сперва передается на вторичный вал, а затем на колесный привод.

Что же подразумевается под термином «ступенчатая передача»? Традиционно им определяется устойчивый коэффициент передачи (так называемое передаточное число) между взаимодействующими шестернями валов – ведущего и ведомого. Этим «механик» отличается от, например, вариатора, где упомянутый коэффициент не привязан к передаточному числу и является плавающим. Другими словами, отношение количества зубьев шестерни ведомой к количеству зубьев шестерни ведущей и дает передаточное число. Эти числа отличаются на разных ступенях КПП. Наибольшее передаточное число получается на низшей ступени, а наименьшее наоборот – на высшей.

В целом принцип работы механической КПП достаточно прост, а комплект ее деталей невелик

Механической коробки передач можно назвать относительно несложным. В комплектацию МКПП входят:

• валы с шестернями (первичный, промежуточный и вторичный);
• дополнительный вал с шестернями движения задним ходом;
• картер;
• синхронизаторы;
• непосредственно механизм переключения передач, оснащенный устройствами для блокировки и замками;
• рычаг переключения.

В картере установлены подшипники, в которых вращаются валы КПП. Валы оборудованы наборами шестерен с различным количеством зубьев. Для бесшумности и плавности включения передач служат синхронизаторы – они уравнивают угловые скорости шестерен в процессе их вращения. Работа механизма переключения передач заключается в смене передач – ею и управляет водитель при помощи рычага. Блокировочное устройство позволяет удерживать передачи от нежелательного самовыключения. Замковое устройство предназначено для избегания включения одновременно двух передач.

Ступени и валы МКПП

Как уже говорилось выше, передаточное число определяется через соотношение числа зубьев шестерен, находящихся во взаимодействии. Например: первая передача = меньшая ступень = наибольшее передаточное число. Все механические коробки передач делятся на виды по количеству ступеней. Различают четырех-, пяти- и шестиступенчатые МКПП. В наши дни наиболее распространена «пятиступка» – 5-ступенчатая коробка – а вот 4-ступенчатую удастся встретить уже очень редко.

Помимо количества ступеней, МКПП делятся на виды также и по числу валов. Существуют трехвальные и двухвальные коробки. Трехвальными оснащаются машины с и задним приводом (в том числе и большегрузы), а двухвальные коробки передач чаще всего ставят преимущественно на легковые автомобили с передним приводом.

Устройство трехвальной кпп

В комплектацию трехвальной КПП входят:

• ведущий вал, также называемый первичным и его шестерня;
• вал промежуточный с блоком шестерен;
• вторичный вал (ведомый), также с блоком шестерен;
• корпус коробки передач, называемый картером;
• муфты синхронизаторов;
• непосредственно механизм переключения передач.

В трехвальных КПП, как видно из их названия, работают три вала – ведущий (первичный), промежуточный и ведомый (вторичный). Ведущий вал обеспечивает передачу крутящего момента на промежуточный, с которым соединен при помощи шестерни. Вал промежуточный тоже оборудован блоком шестерней. Вторичный (ведомый) вал вращается независимо от первичного, хотя и расположен на одной оси с ним и также имеет блок своих шестерен.

Корпус механической коробки передач изготавливается из легкого металла. Внутри корпуса крепится весь механизм КПП, туда же заливается смазка (чаще всего – трансмиссионное масло, хотя в старых моделях советского образца использовался нигрол).

Расположения рычага переключения может быть различным: иногда рычаг находится непосредственно в коробке, а иногда монтируется на кузове. Механизм, отвечающий за дистанционное переключение передач в просторечии зовется «кулиса».

Устройство двухвальной кпп

В комплектацию двухвальной КПП входят:

• ведущий (первичный) вал, оборудованный блоком шестерен;
• ведомый (вторичный) вал, тоже с блоком шестерен;
• механизм переключения передач;
• главная передача;
• муфты синхронизаторов;
• дифференциал;
• картер КПП.

Итак, этот вид МКПП имеет только два вала. В целом же расположение и предназначение деталей двухвальной коробки аналогично трехвальной. Отличие состоит только в расположении валов (они стоят параллельно) и в принципе создания передачи – если в трехвальной она создается двумя парами шестрен, то в двухвальной работает одна пара. У двухвальной МКПП отсутствует прямая передача. Также в двухвальных коробках может применяться не один, а сразу несколько ведомых валов.

Для передачи заднего хода и в двух-, и в трехвальных коробках применяется дополнительный вал и промежуточная шестерня. Чтобы удерживать передачу включенной (также для всех видов КПП), используются фиксаторы. Чтобы одновременно не включались две передачи – предусмотрено устройство блокировки.

Синхронизаторы в коробках передач служат для бесшумного включения передачи за счет выравнивания угловой скорости шестерни и вала. В обычную комплектацию синхронизатора входят два блокировочных кольца, муфта, сухари и проволочные кольца. При помощи синхронизатора можно поочередно включить две шестерни вторичного (ведомого) вала.

Основные поломки КПП и их причины

1. Подтекание масла. Чаще всего оно может быть связано с повреждениями сальников и прокладок-уплотнителей. Также причиной может стать ослабленное крепление крышки корпуса (картера). Чтобы избавиться от протечки, необходимо поменять сальники и прокладки на новые и/или подтянуть крышки.
2. КПП шумит. Вероятней всего, шум коробки связан с неисправностью синхронизатора. Также причиной может являться износ шестерен, шлицевых соединений и/или подшипников. В этом случае следует определить изношенные детали и заменить их.
3. КПП включается с трудом. Это может быть следствием поломки какой-то из деталей механизма переключения. Также возможен износ шестерен и/или синхронизаторов. Проверьте эти детали и, при необходимости, замените.
4. Передачи выключаются сами по себе. Наиболее часто это происходит по причине неисправности устройства блокировки, а также при сильном износе синхронизаторов и/или шестерен. Метод устранения поломки все тот же – замена блокировочного устройства, шестеренок, синхронизаторов – в зависимости от того, с чем именно из них связана поломка.

Чтобы КПП долгое время служила вам верой и правдой – обращайтесь с ней соответственно. Главный совет при использовании рычага переключения – будьте грамотны в этом процессе. Также не забывайте время от времени менять масло в картере коробки. Если соблюдать эти простые пункты – коробка передач способна прослужить столько же, сколько и сам автомобиль, не напоминая о себе никакими неисправностями.

Основная часть поломок КПП связана именно с некорректным обращением с рычагом управления. Не дергайте рычаг быстрыми и резкими движениями – такая жесткая эксплуатация может в итоге повлечь за собой капитальный ремонт всей коробки, поскольку механизм переключения и синхронизаторы выйдут из строя очень быстро (собственно, это же касается и валов с шестернями).

Переводите рычаг плавно, делайте мини-паузы в нейтральной позиции – тогда будут срабатывать синхронизаторы, которые защитят от поломок шестерни.

Не забывайте периодически проверять уровень масла в картере! Доливайте его, если возникнет такая необходимость. Также в свое время потребуется полная замена масла – ее сроки указаны в инструкции по эксплуатации машины.

Видео — Принцип работы механической коробки передач МКПП

Заключение!

И, конечно – классический, всегда актуальный совет: прислушивайтесь к своей машине! Хороший водитель всегда чувствует своего железного друга и относится к нему бережно. При таком подходе вам не придется ремонтировать ни коробку передач, ни другие устройства вашего автомобиля.

• Новости
• Практикум

Генпрокуратура начала проверку автоюристов

Как утверждают в Генпрокуратуре, в России резко возросло количество судебных разбирательств, которые ведут «недобросовестные автоюристы», которые работают «не для защиты прав граждан, а для извлечения сверхприбылей». Как сообщают «Ведомости», информацию об этом ведомство направило в правоохранительные органы, ЦБ и Российский союз автостраховщиков. В Генпрокуратуре поясняют, что посредники пользуются отсутствием должной осмотрительности...

Владельцы кроссовера Tesla пожаловались на качество сборки

По словам автомобилистов, проблемы возникают с открытием дверей и стеклоподъемниками. Об этом в своём материале сообщает The Wall Street Journal. Стоимость Tesla Model X составляет около 138 000 долларов, но, если верить первым владельцам, качество кроссовера оставляет желать лучшего. К примеру, сразу у нескольких владельцев заклинили открывающиеся вверх...

Парковку в Москве можно будет оплатить картой Тройка

Пластиковые карты «Тройка», использующиеся для оплаты общественного транспорта, этим летом получат полезную для автомобилистов функцию. С их помощью можно будет оплатить стоянку в зоне платной парковки. Для этого паркоматы оборудуют специальным модулем для связи с центром обработки транспортных транзакций Московского метрополитена. Система сможет проверять, достаточно ли средств на балансе...

О пробках в Москве будут предупреждать за неделю

На такую меру специалисты центра пошли из-за работ в центре Москвы по программе «Моя улица», сообщает Официальный портал Мэра и правительства столицы. В ЦОДД уже сейчас анализируют автомобильные потоки в ЦАО. На данный момент на дорогах в центре бывают затруднения, в том числе на Тверской улице, Бульварном и Садовом кольце и Новом Арбате. В пресс-службе ведомства...

Отзыв Volkswagen Touareg добрался до России

Как сказано в официальном сообщении Росстандарта, причиной отзыва послужила вероятность ослабления фиксации стопорного кольца на опорном кронштейне педального механизма. Ранее компания Volkswagen объявила об отзыве 391 тысячи «Туарегов» по всему миру по той же причине. Как поясняет Росстандарт, в рамках отзывной кампании в России на всех автомобилях будет...

Владельцы Mercedes забудут, что такое проблемы с парковкой

По словам Цетше, которые приводит Autocar, в ближайшем будущем автомобили станут не просто транспортными средствами, а персональными помощниками, которые здорово упросят жизнь людям, перестав провоцировать стрессы. В частности, гендиректор Daimler заявил, что вскоре на автомобилях Mercedes появятся специальные датчики, которые «будут отслеживать параметры организма пассажиров и корректировать ситуацию...

Названа средняя цена нового автомобиля в России

Если в 2006 году средневзвешенная цена машины составляла примерно 450 тыс. рублей, то в 2016 - уже 1,36 млн рублей. Такие данные приводит аналитическое агентство «Автостат», изучившее ситуацию на рынке. Как и 10 лет назад, самыми дорогими на российском рынке остаются иномарки. Сейчас средняя цена нового автомобиля...

Названы регионы России с самыми старыми автомобилями

При этом самый молодой автопарк числится в Республике Татарстан (средний возраст - 9,3 года), а самый старый - в Камчатском крае (20,9 года). Такие данные в своем исследовании приводит аналитическое агентство «Автостат». Как оказалось, помимо Татарстана, лишь в двух российских регионах средний возраст легковых автомобилей менее...

Фото дня: гигантская утка против водителей

Путь автомобилистам на одной из местных автотрасс преграждала… огромная резиновая утка! Фотографии утки моментально разошлись по соцсетям, где у них нашлось немало поклонников. Как сообщает The Daily Mail, гигантская резиновая утка принадлежала одному из местных автомобильных дилеров. Судя по всему, на дорогу надувную фигуру снес...

Внедорожник GMC превратили в спорткар

телье Hennessey Performance всегда славилось своим умением щедро добавлять дополнительных скакунов «прокачиваемому» автомобилю, но в этот раз американцы явно поскромничали. GMC Yukon Denali мог бы превратиться в настоящего монстра, благо, что 6,2-литровая «восьмерка» позволяет это сделать, но мотористы Hennessey ограничились достаточно скромным «бонусом», увеличив мощность мотора...

КАК выбрать и купить автомобиль, Покупка и продажа.

Как выбрать и купить автомобиль Выбор автомобилей, как новых, так и подержанных, на рынке огромен. И не потеряться в этом изобилии поможет здравый смысл и практичный подход к выбору машины. Не поддавайтесь первому желанию купить понравившийся автомобиль, внимательно изучите все...

Самый дорогой во всём мире автомобиль

В мире существует огромное количество автомобилей: красивых и не очень, дорогих и дешёвых, мощных и слабых, своих и чужих. Однако самая дорогая в мире машина одна – это Ferrari 250 GTO, именно 1963 года выпуска и только этот автомобиль считается...

Самая дешевая машина в мире – ТОП-52018-2019года

Кризисы и финансовая ситуация не слишком располагают для покупки нового автомобиля, тем более в 2017 году. Только ездить приходится всем, а покупать автомобиль на вторичном рынке готов не каждый. На то есть индивидуальные причины - кому происхождение не позволяет ездить...

Рейтинг ТОП-5: самая дорогая машина в мире

К ним можно относиться как угодно - восхищаться, ненавидеть, любоваться, испытывать отвращение, но равнодушным они не оставят никого. Часть из них - это просто памятник человеческой бездарности, выполненный из золота и рубинов в натуральную величину, часть настолько эксклюзивны, что при...

Какой автомобиль купить новичку Когда долгожданные водительские права наконец-то получены, наступает самый приятный и волнительный момент — покупка автомобиля. Автопром наперебой предлагает покупателям самые навороченные новинки и неискушенному водителю очень сложно сделать правильный выбор. А ведь часто именно от первого...

Рейтинг 2018-2019: видеорегистраторы с радар детектором

Требования, которые предъявляются к дополнительному оборудованию в салоне автомобиля, растут стремительными темпами. Вплоть до того, что в салоне элементарно не хватает места для размещения всей необходимой аппаратуры. Если раньше обзору мешали только видеорегистраторы и ароматизаторы воздуха, то сегодня перечень девайсов, ...

Где можно купить новую машину в Москве? Количество автосалонов в Москве скоро достигнет отметки в тысячу. Сейчас в столице можно купить практически любой автомобиль, даже Ferrari или Lamborghini. В борьбе за клиента салоны идут на всевозможные хитрости. Но ваша задача...

Самые покупаемые машины в 2018-2019 году в России

Как выбрать новый автомобиль? Кроме вкусовых предпочтений и технических характеристик будущего автомобиля, вам может помочь список или рейтинг самых продающихся и популярных автомобилей в России в 2016–2017 году. Если автомобиль пользуется спросом, значит, он заслуживает вашего внимания. Очевидный факт россияне...

• Обсуждение
• Вконтакте

Большинство современных транспортных средств комплектуются следующими типами коробок переключения передач:

• механическая;

Каждый тип КПП имеет свою, отличную от других конструкцию, свои достоинства и недостатки, исходя из которых, автолюбитель во время покупки автомобиля может отдавать предпочтение тому или иному устройству. Устройство механической коробки передач (МКПП), которое будет детально рассмотрено в данной статье, отличается своей простотой, поэтому понять принцип ее действия достаточно легко.

Механизм

Перед тем как приступить к изучению устройства механической коробки передач (МКПП) и принципов ее работы, следует подробно описать данный механизм. Механическая коробка передач – это неотъемлемая часть любого транспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Ее обязательное наличие обусловлено спецификой работы современных моторов, имеющих достаточно небольшой диапазон оборотов, в пределах которого достигаются максимальные значения мощности и крутящего момента. Помимо этого любой двигатель имеет критическую величину частоты оборотов, превышение которой неизменно приводит к преждевременному износу агрегата, вплоть до выхода его из строя. Перед передачей крутящего момента на вторичный вал и на колесный привод транспортного средства МКПП меняет направление данной векторной физической величины и преобразовывает ее. Переход на каждую новую ступень в МКПП осуществляется посредством механического передвижения рычага в ту или иную позицию.

Непосредственно механизм КПП находится в металлическом корпусе, внутрь которого заливаются смазочные материалы, обеспечивающие стабильную работу механизма. Рычаг переключения скоростей может располагаться как в самой коробке переключения передач, так и за ее пределами (в кузове автомобиля). В случае дистанционного процесса переключения передач применяется тяга привода управления (кулиса).

Составные части МКПП:

• первичный вал;
• промежуточный вал;
• вторичный вал;
• дополнительный вал;
• картер;
• синхронизаторы;
• устройство переключения передач, в комплектацию которого входят замки и блокировочные механизмы;
• рукоятка переключения передач.

Принцип действия

Подшипники, находящиеся в картере, способствуют вращению валов устройства. Каждый вал имеет в своем оснащении наборы шестерен, на которых в различном количестве расположены специальные зубья.

Функция синхронизаторов заключается в уравновешивании угловых скоростей шестерен, возникающих в процессе их вращения. Благодаря их работе передачи переключаются плавно без постороннего шума.

Блокировочные механизмы предотвращают возможность самопроизвольного выключения передач, в то время как замки препятствуют одновременному включению нескольких передач.

Количество ступеней и валов

Сегодня наибольшей популярностью пользуется пятиступенчатая КПП, однако, нередко можно встретить четырехступенчатые и шестиступенчатые механизмы.

В комплектацию МКПП могут входить два или три вала. Трехвальными механизмами оснащаются переднеприводные и заднеприводные транспортные средства (в т.ч. грузовые автомобили).

Двухвальными коробками чаще всего комплектуют переднеприводные легковые машины.

Основные различия КПП с разным количеством валов:

• Местонахождение валов. В двухвальной КПП валы располагаются параллельно друг другу;
• Процесс осуществления передачи. В КПП с тремя валами передача создается за счет работы одной пары шестерен, в трехвальной – за счет взаимодействия двух пар;
• Прямая передача. Двухвальная КПП не имеет прямой передачи.

В остальном устройство МКПП существенных отличий в конструкции и в принципе работы не имеет.

Видео

Принцип работы МКПП наглядно показан в следующем видеоматериале:

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с , разобравшись с мифами и слухами о , мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?

Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.

Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.

Современная МКПП

Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.

Принцип работы и устройство

Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.

Сцепление

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.

Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.

Шестерни и валы

В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.

В трехвальных имеется три вала:

• первый – ведущий;
• второй – промежуточный;
• третий – ведомый.

Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.

Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.

Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.

Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.

В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.

Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.

Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.

Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.

Синхронизаторы

Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.

Синхронизатор МКПП

Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.

Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.

Работает синхронизатор таким способом. Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Работа синхронизаторов

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Процесс переключения передач

За процедуру переключения отвечает соответствующий механизм. Для автомобилей, имеющих задний привод, рычаг устанавливается непосредственно на корпусе МКПП. Весь механизм прячется внутри корпуса агрегата, а ручка переключения непосредственно управляет им. Такое расположение имеет свои достоинства и недостатки.

• простое в конструкционном плане решение;
• обеспечение четкости переключения;
• более долговечная конструкция для эксплуатации.

• нет возможности для применения конструкции с задним расположением мотора;
• не используется на переднеприводных автомобилях.

Машины с передним ведущим мостом оборудуются рычагом переключения передач в таких местах:

• напольно между водительским и передним пассажирским креслом;
• на рулевой колонке;
• в районе панели приборов.

Дистанционное управление коробкой для переднеприводных авто осуществляется при помощи тяг или кулис. У такой конструкции также есть свои особенности.

• комфортное более независимое расположение рычага для переключения передач;
• вибрация от коробки не передается на рычаг МКПП;
• обеспечивается большая свобода для дизайна и инженерной компоновки.

• меньшая долговечность;
• со временем могут появляться люфты;
• требуется периодическая квалифицированная регулировка тяг;
• четкость менее точная, в отличие от расположения непосредственно на корпусе.

Хотя существуют различные приводы для механизма включения/выключения передач, но сам механизм в большинстве КПП имеет схожую конструкцию. В его основе подвижные штоки, которые находятся в крышке корпуса, а также вилки, жестко зафиксированные на штоках.

Механизм переключения передач Лада Гранта

Вилки полукругом входят в проточку муфты синхронизатора. Дополнительно в МКПП располагаются приспособления, которые уберегут механизм от недовключения либо от самовольного выхода из зацепления шестерен, а также от одновременной активации двух ступеней.

Преимущества и недостатки механических коробок передач

Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.

Достоинства :

• конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
• в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
• не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
• среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
• простота и инженерная отработанность конструкции;
• высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
• не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
• водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
• авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
• есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.

Недостатки :

• для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
• необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
• неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
• невысокий ресурс узла сцепления;
• у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.

Трансмиссия современного автомобиля порой имеет более сложную конструкцию, чем двигатель. Она делает работу мотора гибче и адаптирует крутящий момент к условиям движения. Несмотря на появление разных суперсовременных автоматических и роботизированных трансмиссий с электронным управлением, механическая коробка передач всегда была и будет генералиссимусом трансмиссии, и ключом к пониманию принципа работы любой сложной КПП.

Зубчатая теория

Вначале стоит определить основные понятия и предназначение каждой шестеренки в простейшей коробке передач, тогда и любая сложная конструкция не будет казаться высшей математикой. Все понимают, что механическая коробка передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения оборотов коленвала мотора к количеству оборотов ведущих колес в конечном итоге. Также КПП служит для изменения направления вращения выходного вала.

Теперь немного цифр, чтобы все стало по местам. Диапазон рабочей частоты оборотов двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 400 до 5-8 тысяч оборотов в минуту. Причем максимальный крутящий момент, который он способен отдать, достигается совсем не на каждой частоте, а в среднем, в пределах 3-4 тысяч оборотов. В других диапазонах двигатель не способен выдавать высокий крутящий момент.

Скорость же вращения ведущего колеса машины составляет примерно 1600-1900 об/мин, следовательно, для синхронизации работы двигателя с ведущими колесами необходим механизм, который будет максимально эффективно подстраивать скорость вращения колес к оборотам двигателя. На практике получается наоборот, тем не менее этим механизмом стала механическая коробка передач со ступенчатой передачей крутящего момента.

Основы конструкции трехвальной КПП

Любая традиционная коробка передач с механическим типом управления конструктивно состоит из таких элементов:

КПП может иметь трехвальную конструкцию или двухвальную. Вращение коленвала передается на КПП при помощи сцепления, которое временно разъединяет двигатель и первичный вал КПП. Первичный и вторичный валы на двухвальной конструкции расположены соосно, но не соединены между собой. Вращение от первичного вала передается посредством промежуточного вала, он входит в зацепление с вторичным.

Принцип работы КПП

Первичный вал имеет одно зубчатое колесо, которое жестко закреплено на нем и передает момент на промежуточный вал. Вторичный же вал имеет целый блок разных шестерен, они могут как свободно вращаться, так и быть жестко зафиксированы на нем с помощью специального механизма. Нa современных автомобилях применяются только косозубые зубчатые соединения, поскольку они менее шумны, чем прямозубые.

Переключение и выбор нужной пары шестерен для передачи наиболее подходящего крутящего момента для конкретных условий движения, осуществляется при помощи вилок переключения, они приводятся в движение селекторным механизмом управления. Механизм переключения передач перемещается вдоль и в поперечном направлении при помощи рычага КПП. Он может быть расположен непосредственно на картере КПП, а может быть вынесен отдельно и фиксироваться на кузове машины или иногда на рулевой колонке.

В этих случаях применяют кулисную конструкцию привода механизма переключения. Весь принцип работы коробки передач основан только на зубчатом зацеплении косозубыми шестернями, а смазываются они трансмиссионным маслом, которое залито в картер коробки передач.

Принцип работы двухвальной КПП схож с трехвальной конструкцией, с одной только разницей. В конструкции нет промежуточного вала, а первичный и вторичный валы расположены параллельно. И еще одно принципиальное различие - вращение передается только одной парой зубчатых колес, в то время, как в трехвальной конструкции вращение передается при помощи третьей шестерни на промежуьочном валу. Еще одно конструктивное отличие заключается в том, что в двухвальной КПП не может быть прямой передачи. То есть передаточного отношения 1:1.

Задняя передача. которая вращает вторичный вал в сторону, противоположную вращению коленвала, осуществляется при помощи отдельной шестерни на собственном валу. Такая же схема задней передачи реализована в трехвальной КПП. Передачи в двухвальной КПП переключаются при помощи штока, а не вилки. Шток толкает нужную шестерню, она входит в зацепление с парной и фиксируется на валу специальным фиксатором. В двухвальных коробках, как правило, дифференциал скомпонован в одном корпусе с КПП.

В общих чертах, так работает механическая коробка передач двухвального и трехвального типа. Не хрустите шестернями, и удачи всем в дороге.