Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно

Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно.

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 автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, 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 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.

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 «крутящий момент» 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.

Задний ход
Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.

На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.

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 раллийного гонщика 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.

Как работает механическая коробка передач?

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

корпус с масляным картером;
три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
устройства синхронизации;
рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения. На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Устройство коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.
Устройство механической коробки передач (кликабельно). Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности.

Устройство механической коробки передач

Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер. Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

картера;
первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
дополнительного вала и шестерни заднего хода;
синхронизаторов;
механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
рычага переключения.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки.
Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
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.

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.

Виды механических КПП

По количеству ступеней (передач) механические коробки в основном подразделяются на:

4-ступенчатую;
5-ступенчатую;
6-ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается 5МТ, то есть пятиступенчатая коробка переключения передач.

По количеству валов МКПП подразделяются на:

двухвальные, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
трехвальные, устанавливаемые на легковые заднеприводные, а также на грузовые автомобили.

Принцип работы МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.

Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.

Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Преимущества и недостатки МКПП

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью	При неправильной эксплуатации повышенные нагрузки на ДВС

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

отпустить педаль газа;
левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Заключение

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%. Связано это в первую очередь с комфортом во время вождения — при использовании АКПП он несомненно выше. Механическая КПП имеет самый простой принцип работы. Из-за этого она дешевле и экономичнее. МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Как пользоваться механической коробкой передач

Главная » Блог » Как переключать скорости на механической коробке передач

24.08.2020

Комментариев нет

Автомобили с механической коробкой передач имеют массу преимуществ перед автомобилями с автоматической коробкой. Они сложнее в управлении, но стоимость их ремонта гораздо ниже по сравнению с автоматом. К тому же, если вы научитесь пользоваться МКПП, то машина на автомате покажется вам в управлении очень простой. Сегодня рассмотрим, что такое механическая коробка и как научиться ею управлять.

Как устроена МКПП

Механическую коробку в отличие от автоматической водитель должен переключать сам. Большинство машин с механикой имеют 4-5 передних и одну заднюю скорость передачи. Чтобы научиться управлять МКПП, необходимо знать нахождение и назначение каждой из скоростей. Рассмотрим каждую подробнее:

нейтральная передача означает, что крутящий элемент двигателя не передается колесам. При включенном двигателе и нейтральной передаче при нажатии на газ движения не произойдет. Из нейтральной передачи можно переключиться в любое другое положение;
первая передача нужна для начала движения;
вторая и последующие передачи необходимы для скорости. Их количество зависит от конкретного автомобиля;
передача заднего хода необходима для разгона, но не для постоянного использования.

Перед тем, как сесть за руль, стоит выучить положение каждой скорости на рычаге управления. Это важно, потому что во время движения нужно смотреть на дорогу, а не на рычаг. Скорость переключения придет с опытом. По началу каждый водитель мысленно вспоминает, где находится нужная скорость. Со временем вы привыкните к местоположению, и переключение будет происходить без лишних мыслей.

Расположение педалей

В автомобиле с механической коробкой передач есть три педали:

Левая педаль – это сцепление;
Средняя педаль – тормоз;
Правая – газ.

Расположение одинаково как для праворульных, так и для леворульных машин.

Педаль сцепления служит разделителем работы двигателя и колес и позволяет переключать КПП. Ее необходимо нажимать перед каждым переключением. Понятно, что педаль тормоза необходима для остановки, а педаль газа – для движения.

Для правильного переключения КПП необходимо полностью нажимать на педаль сцепления. В противном случае включение каждой скорости будет сопровождаться скрежетом, что неизбежно приведет к поломке.

Принцип переключения передач на механике

Принцип работы механической коробки основывается на соединениях между входным и выходным валом через сочетания шестеренок с разным количеством зубьев. Иными словами, работа двигателя происходит за счет изменения количества оборотов, регулируя усилие на ведущих колесах. Это позволяет добиться оптимального режима работы двигателя при начале движения, разгоне и снижении скорости. Принцип работы не зависит от привода, но в каждой модели будут свои особенности.

Механическая коробка предназначена для плавного и равномерного распределения крутящего элемента. МКПП включает в себя несколько передач, управление которыми происходит с помощью рычага. Связующим элементом между коробкой и двигателем является сцепление. Постоянно вращающийся коленчатый вал зацеплен с первичным валом коробки передач. А сцепление позволяет разъединять и соединять эти элементы, благодаря чему происходит движение.

Как научиться ездить на механике

1. Старт.

При первых попытках научиться вождению на механике важно не торопиться, а все делать последовательно. Перед началом движения первое, что необходимо сделать, это пристегнуть ремень безопасности. Если обучение происходит в теплое время года, можно открыть окна, чтобы лучше слышать и понимать двигатель
Далее следует отрегулировать сиденье, чтобы дотягиваться до педалей и нажимать на них без усилий. В этот момент можно поучиться плавно отпускать сцепление.

Затем нужно перевести рычаг переключения в нейтральное положение, из которого он может свободно двигаться в разных направлениях. После этого можно запустить двигатель с помощью ключа зажигания и нажатой до конца педали сцепления.

Для начала движения нужно нажать педаль сцепления, переключиться на первую передачу, немного поднять ногу со сцепления и нажать на педаль газа. Чтобы начать движение, машине нужно приложить много усилий, именно поэтому в этот момент может заглохнуть двигатель. Плавное начало движения обеспечивает одновременное нажатие педалей газа и сцепления.

Для того, чтобы включить передачу, нужно до конца нажать педаль сцепления и плавно подвинуть рычаг. В случае сопротивления и наличия непонятных звуков следует вернуть рычаг в исходное положение, отпустить сцепление и снова нажать. Когда нужное положение включится, усилие рычага снизится, а его движение остановится, поскольку он столкнется с ограничителем.

При морозной погоде можно стартовать со второй передачи, чтобы избежать пробуксовки или заноса. Для этого надо выбрать вторую передачу и плавно балансировать между педалями сцепления и газа.

2. Движение.

Для плавного движения автомобиля необходимо понять:

в какой момент нужно переключать передачи;
как достичь оптимальной динамики;
что нельзя делать, чтобы не сломать коробку передач.

Грамотное переключение скоростей при движении обеспечивает правильную динамику всей системы механической коробки, продлевает срок ее службы и позволяет снизить расход топлива. Самая главная рекомендация для начинающих водителей, это следить за показателями тахометра. При показателях от 2,5 до 3,5 тысяч оборотов в минуту работа двигателя происходит наиболее правильно и нет необходимости переключаться на другую передачу.При более высоких показателях тахометра необходимо переключиться на более высокую передачу, чтобы снизить нагрузку. Педаль сцепления при этом стоит жать до конца. При снижении оборотов необходимо произвести переключение на более низкую передачу. Чтобы ехать без рывков.

При разгоне переключать КПП необходимо поочередно, начиная от первой и доходя до нужной. Переключаться через несколько ступеней в целом не запрещено, но стоит делать это, предельно обращая внимание на сцепление. При неполной выжатой педали вероятен риск повреждения валов коробки.

Благодаря МКПП можно заранее подготовиться к сложной дорожной обстановке. Например, если следовать правилам дорожного движения, переключение передач на более низкую ступень необходимо:

при приближении к крутому подъему;

при движении по опасному спуску;

при обгоне;

на крутых поворотах.

МКПП может помочь даже в тех ситуациях, когда нельзя воспользоваться тормозом. Например, по скользкой дороге или при движении под уклоном. В этих случаях можно тормозить с помощью двигателя. Нужно отпустить газ и переключаться с высокой передачи до низкой, пока скорость не снизится. Но не стоит сильно повышать обороты и, при возможности, использовать тормоз.

3. Снижение скорости и остановка.

Для снижения скорости нужно переключаться на более низкую передачу. При слишком медленной скорости для текущей передачи автомобиль будет вибрировать, как будто вот-вот заглохнет. Для снижения скорости нажмите сцепление, отпустите газ, сделайте переключение скорости, отпустите сцепление, надавив при этом на педаль газа. Чтобы остановиться, переключайте передачи поочередно, пока не включите первую передачу.

При необходимости остановки нажмите правой ногой на тормоз. Во время достижения скорости в 15 км в час машина завибрирует. В этот момент нужно до конца нажать сцепление, перевести рычаг в нейтральное положение и нажать на тормоз, чтобы окончательно остановиться.

Сделать остановку можно на любой передаче. Для этого необходимо до конца нажать на сцепление, нажать на тормоз и переключиться на нейтральную. Но в этом случае контроль за автомобилем ослабевает, поэтому пользоваться этим способом можно только в крайнем случае. В любом случаем можно посмотреть уроки вождения на механике для начинающих, как правильно трогаться с места на механике, пошаговая инструкция.

Важные правила управления МКПП

Машины с механической коробкой более выносливы и надежны, чем автомобили на автомате. Но управление МКПП также требует к себе особого внимания. Необходимо знать несколько простых правил, чтобы автомобиль на механике прослужил дольше:

нельзя оставлять ногу на нажатой педали сцепления. Нередко водители при переключении с одной передачи на другую оставляют ногу на педали сцепления, но так делать не рекомендуется. Снимайте ногу с педали сразу после переключения передачи, иначе вы рискуете повредить выжимной подшипник и диск сцепления;
запрещено включать 3,4 и 5 передачи на низких оборотах двигателя. При неравномерном включении передач на механическую коробку создается большая нагрузка, которая со временем неизбежно приведет к износу всех деталей сцепления. С самого начала привыкайте переключать передачи на нужных оборотах двигателя, чтобы потом не пришлось переучиваться;
не нажимайте на педаль сцепления при остановке на уклоне, иначе быстро произойдет износ диска. Для удерживания автомобиля от ската при подъеме следует нажимать педаль тормоза. А когда необходимо тронуться, уже нажимать сцепление, затем плавно на газ, отпуская сцепление;
на светофоре стоит переключаться на нейтральную передачу, а не нажимать на сцепление с включенной скоростью. Если оставлять скоростную передачу при остановке, то система сцепления находится под большой нагрузкой, что приведет к ее быстрому износу;
не стоит оставлять руку на рычаге переключения передач, поскольку такая привычка создает давление на коробку. Ненужное давление со временем может привести к износу механизма переключения передач и других деталей коробки;
на скользкой дороге не выключайте сцепление и не осуществляйте движение на нейтральной передаче;
в зимнее время нельзя оставлять автомобиль с включенной передачей;
регулярно проходите технический осмотр, не забывайте чистить коробку передач и поддерживать нужный уровень масла.

Эти простые правила позволят сохранить работоспособность автомобиля с механической коробкой и прослужить ему как можно дольше.

Основные ошибки начинающих водителей

Начинающие водители часто делают одни и те же ошибки:

не понимают, когда нужно сменить передачу, из-за чего двигатель работает на очень высоких оборотах, машина теряет скорость, а водитель – контроль за движением;
у новичков не получается начать движение по причине резкого бросания педали сцепления. Именно поэтому автомобиль глохнет. Со временем это может привести к износу всех деталей коробки;
опоздание с включением второй скорости. При начале движения на вторую передачу можно переходить достаточно быстро, но новички забывают об этом;
не убирают ногу с педали сцепления, из-за чего она быстрее изнашивается, а нога устает;
при смене передач левая рука начинает поворачивать руль.

Когда вы знаете, чем грешат начинающие водители, вы заранее будете помнить и не допускать таких ошибок.

Секреты экономии расхода топлива

Существует несколько особенностей, которые могут помочь снизить расход топлива и нагрузку на двигатель:

при разгоне переключение передач стоит делать побыстрее. Моменты переключения индивидуальны для каждого автомобиля, но переход от первой до второй передачи оптимально делать при скорости 25 км в час. На следующие ступени можно переходить при достижении 55-60 км в час;
при чрезвычайно интенсивной работе двигателя стоит перейти на более высокую передачу, если автомобилю не нужна такая мощность для поддержания скорости;
переключение на низшую ступень необходимо, если без нажатой педали газа машина снижает скорость. Стоит избегать медленной езды на высоких передачах, так как это сильно повышает расход топлива.

Многие начинающие водители боятся управлять машиной с механической коробкой. Но если вы освоите и поймете принцип управления, то любой автомобиль на автоматической коробке окажется для вас простым для вождения. Каждый водитель выбирает сам, на какой коробке ездить. Но освоив механику, вы получите незабываемый опыт и навык управления автомобилем, который сможет помочь вам при возникновении трудной ситуации. Просмотреть урок вождения на механике можно здесь https://youtu.be/MWtxwEqZyl8

Механическая коробка передач для чайников: принцип работы, устройство и виды

01 октября 2016 Категория: Устройство автомобиля

Любой водитель, в том числе новичок, должен научиться разбираться в коробках переключения передач, а также понимать, что это такое, как работает и что выполняет.

Помимо вполне очевидной необходимости умения ею владеть, понимание принципа работы коробки, зная ее преимущества и недостатки, как обслуживать – это позволит вам в будущем избежать серьезных поломок, в том числе выхода из строя КПП автомобиля. Более того правильная эксплуатация коробки передач поможет не только избежать весьма дорогостоящего ремонта, но и увеличить срок службы двигателя автомобиля, а также по максимуму использовать его возможности.

В этой статье мы постараемся объяснить принцип работы механической коробки передач для чайников, сильно не углубляясь в конструкцию и избегая сложной автомобильной терминологии. Но для начала давайте разберемся с тем, что такое коробка переключения передач и для чего она, собственно, нужна. Также вкратце рассмотрим основные виды автомобильных трансмиссий.

Что такое коробка передач и за что отвечает?

Коробка передач, ее еще называют трансмиссией, хотя это не совсем правильно, представляет собой механизм, позволяющий изменять передаточное число системы привода с целью адаптации параметров двигателя к меняющимся потребностям во время вождения. Другими словами, коробка передач позволяет эффективно использовать энергию (мощность или крутящий момент), создаваемый двигателем в процессе сгорания топливно-воздушной смеси.

Это неотъемлемая часть автомобиля, без которого разгон был бы чрезвычайно долгим, подъем в гору невероятно трудным, а максимальная скорость сильно ограничена. Более того, без коробки передач движение автомобиля задним ходом стало бы невозможным.

Основные типы коробок передач

В настоящее время наиболее часто используемыми в автомобильной промышленности коробками передач являются:

Механические коробки передач;
Ступенчатые автоматические коробки передач;
Ступенчатые полуавтоматические коробки;
Бесступенчатые коробки передач.

На сегодняшний день существует множество подвидов каждой из трансмиссий. Поэтому любую из них можно также разделять по типу управления, количеству передач или другим параметрам. Ниже речь пойдет именно о механической трансмиссии.

Что такое механическая коробка передач и из чего состоит?

Механическая или ручная коробка передач – это та трансмиссия, в которой за изменение передаточных чисел, в упрощении “передач”, отвечает водитель. В таких системах подходящая передача выбирается водителем с помощью рычага коробки передач и предварительного нажатия на педаль сцепления.

Механическая коробка передач состоит из совокупности валов с шестернями разного диаметра и количества зубьев, которые передают вращение от двигателя к колесам, а также механизма их перемещения. Именно этот элемент конструкции связан с рычагом, который использует водитель во время переключения передач.

Также в современных конструкциях используют синхронизаторы. Этот элемент является частью блокирующей муфты, который служит для выравнивания угловых скоростей муфты и зубчатого колеса. Синхронизаторы могут устанавливать как на определенные передачи МКПП, так и на все сразу. Они позволяют производить включения скоростей очень плавно и без каких-либо ударов.

Кроме того, в состав коробки входят и другие элементы, а именно:

Подшипники, которые крепятся к валам.
Различные уплотнения, предотвращающие утечку масла из корпуса коробки.

Механическая коробка передач: принцип работы для чайников

Существует множество разновидностей автомобильных МКПП, которые можно разделять по количеству передач, например 4, 5 или 6 ступенчатые коробки. По устройству такие коробки также бывают разными. Обычно МКПП легковых автомобилей разделяют на два основных типа:

Двухвальные;
Трехвальные.

Конструкция двухвальной МКПП более простая, в ней имеется два вала:

Ведущий вал, который передает вращение от двигателя к коробке переключения передач.
Ведомый, с которого вращение передается колесам.

На каждом из валов есть свой комплект шестерен, взаимодействующий друг с другом.

В случае если автомобиль оборудован более сложной трехвальной трансмиссией, то конструкция его будет совершенно другой. В современной коробке данного типа располагается три вала:

Первичный вал, на котором находится только одна шестерня, получает крутящий момент от двигателя через муфту сцепления и передает его на промежуточный через зубчатую передачу.
Промежуточный вал, шестерни которого жестко зафиксированы. Их количество чаще всего соответствует числу возможных скоростей (передаточных чисел) механической коробки передач.
Выходной вал. На нем имеется такое же количество зубчатых колес (свободно вращающихся на подшипниках), как и на промежуточном. Причем все они находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.

Зубчатое колесо промежуточного вала начинает передавать крутящий момент только после того, как одна из шестерней, которая свободно крутится на выходном валу, не заблокируется специальным блокирующим механизмом. Это происходит в момент, когда водитель включает одну из передач.

Стоит отметить, что это далеко не единственная конструкция коробки данного типа. Встречаются механические коробки передач, принцип работы и структура которых совершенно другая. К примеру, существуют трансмиссии, в которых переключения передач происходит с помощью передвижных шестерней-кареток. Такая система часто встречается на тракторах.

Зачем нужны разные шестерни в МКПП?

Дело в том, что шестерни разных размеров обладают разным количеством зубьев. Изначально ведущий вал в любой механической коробке передач вращается со скоростью, указанной на тахометре. Но вот ведомый вал будет вращаться с совершенно другой скоростью. В зависимости от выбранной передачи (по факту, выбранной шестерни) ведомый вал может совершать обороты как быстрее двигателя, так и медленнее.

Ради эксперимента попробуйте вдавить “газ в пол” на первой и, скажем, на третьей передаче. В первом случае (на большинстве автомобилей) вы получите скорость не более 60-80 км/ч, а вот на третьей – гораздо выше. Правда, вам следует избегать подобных экспериментов, чтобы не перегреть двигатель.

Тогда почему бы не ездить все время, например, на пятой передаче, раз она позволяет достичь высокой скорости? Давайте попробуем разобраться в этом на примере бегуна. Да, непосредственно к автомобилю это мало относится, однако наша задача рассказать так, чтобы был понятен принцип работы механической коробки передач для чайников.

Представьте себе крутой склон, на вершину которого нужно добраться, и бегуна, собирающегося это сделать. С разбега взбежать на склон он не сможет, так как ему не хватит сил. Но зато он может, сбавив скорость, медленно взобраться на вершину, после чего продолжить бег. С автомобилем, который едет в гору, все будет точно также. Именно поэтому при заезде на склон водитель, управляя машиной, чтобы облегчить работу мотора должен пользоваться более низкой передачей. Объясняется это тем, что у более низкой передачи более высокий крутящий момент (сила, с которой вращается коленчатый вал).

А вот при движении по автостраде, где крутящий момент не настолько важен, чем скорость вращения колес, уже можно переходить на высокие передачи. Сам ведущий вал МКПП не сможет вращаться со скоростью, позволяющей достичь высоких скоростных показателей автомобиля. Поэтому водителю придется перейти на более маленькую шестерню, то есть повышенную передачу, которая обеспечит более высокую скорость вращения ведомого вала, тем самым пожертвовав крутящим моментом.

По этой же причине очень сложно, а в некоторых случаях практически невозможно сдвинуть полуторатонный автомобиль с места, скажем, на пятой передаче. Слишком маленькая мощность, передающаяся на колеса, не позволит тронуться с места.

Зато двигателю этой мощности хватит, чтобы ускориться, если автомобиль уже будет двигаться с какой-то скоростью, то есть когда ведомый вал уже вращается. Если машина идет по шоссе, то нужно лишь слегка прибавить газа, чтобы мотор ускорил вращение и увеличил скорость автомобиля.

Получается, что водитель, исходя из дорожных условий и желаемой скорости движения, последовательно переключает при помощи рычага пары шестерен на валах с разным количеством зубьев, которые соответствуют заданным передаточным числам. Более подробно читайте об этом ниже.

Полезное видео, механическая коробка передач для чайников (принцип работы, конструкция, разновидности), обязательно смотрим:

Передаточное число механической коробки передач

В свою очередь передаточное число – это отношение скорости вращения ведущего колеса к скорости вращения ведомого колеса. Если сказать более правильно, то это отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой. Шестерня в коробке передач – это не что иное, как реализация определенного передаточного числа, то есть определенной конфигурации расположения взаимодействующих зубчатых колес, а именно ведущего и ведомого.

Таким образом, включая какую-либо скорость в коробке передач, мы запускаем определенное передаточное число зубчатых колес. Например, когда обе шестерни (ведущая и ведомая) имеют одинаковый диаметр и равное количество зубьев, тогда мы имеем дело с передаточным отношением 1:1. То есть, на один оборот ведущей шестерни приходится одно вращение ведомой шестеренки.

Когда ведущее колесо по размерам меньше ведомого, другими словами скорость вращения ведущей шестерни выше, чем ведомой, то мы получаем передаточное отношение, которое обеспечивает мощный крутящий момент и большую движущую силу, но в то же время это препятствует достижению высоких скоростей. В механической коробке передач максимальную тягу обеспечивает именно первая передача.

С другой стороны, когда ведущее колесо больше, чем ведомое, точнее скорость вращения первого ниже, чем второго, тогда получается передаточное число, при котором значение крутящего момента будет относительно низким, но скорость вращения ведомой шестерни сможет обеспечить высокие обороты. Наиболее высокую скорость в механической коробке осуществляет именно пятая или шестая передача, если речь идет о шестиступенчатой МКПП.

Таким образом, переключая скорости в механической коробке передач на более высокие (изменяя передаточные числа), мы увеличиваем максимальную скорость транспортного средства за счет крутящего момента, то есть движущей силы, передаваемой на ведущие колеса автомобиля. В случае переключения на пониженную скорость, мы меняем передаточные числа в коробке на те, которые за счет снижения максимальной скорости обеспечивают больший крутящий момент на ведущих колесах.

Универсального совета, на какой скорости нужно включать определенную передачу, естественно не существует. Ведь у каждой марки и модели автомобиля определенный двигатель и тип коробки передач, в которой размеры шестерен на каждой передаче могут существенно отличаться. В данном случае следует полагаться на свои ощущения. Вы должны чувствовать, когда динамика автомобиля падает, и переключать передачу в соответствии с выбранным скоростным режимом.

На этом все! Сегодня мы разобрали принцип работы механической коробки передач для чайников. Надеемся, наша статья оказалась вам полезной и понятной. Свое мнение можно оставить в комментариях.

Принцип действия механической коробки передач

Все автомобили с двигателями внутреннего сгорания непременно оснащены коробками передач. Любой автолюбитель знает, сколько всего существует и каких разновидностей этого устройства, а также принимает факт, что самой распространенной на сегодняшний день является механическая коробка передач. Ее краткое обозначение – МКПП. Основное отличие, помимо конструкционных и показательных, заключается в том, что переключение передач полностью контролируется водителем. Разберемся подробнее, что собой представляет названная разновидность КП.

Подробнее о том, что представляет собой «механика»

Как работает механическая КП? Что она из себя представляет? Давайте разберемся.
Механическая коробка передач выполняет простую и понятную функцию: смена передаточного отношения скорости вращения колесам от мотора. Важная составляющая часть её – передаточный механизм зубчатого (чаще всего) вида. Мы уже выяснили, что функционирует механическая КП путем манипуляций водителя, который самостоятельно решает, какое в настоящий момент значение передаточных чисел требуется для корректной работы всего авто.Отсюда и название – механическая, что предполагает полностью ручное управление.

Принцип работы МКПП

В общем и целом, КП – это ступенчатые редукторы закрытого типа. В себе они содержат зубчатые шестеренки, которые в зависимости от востребованности в данный момент могут быть сцеплены и могут изменять обороты и меж входным и выходным валами, а так же их частоту.

Как работает механическая КП

Важно! «Проще говоря, принцип действия механической коробки передач состоит в том, что на различных ступенях входного и выходного валов происходит переключение (вручную) и соединение различных комбинаций шестеренок». Следует рассмотреть ещё один важный вопрос: устройство МКПП.

Устройство механической коробки передач

Стоит понимать, что сама по себе любая коробка передач не сможет функционировать отдельно от других, не менее важных узлов автомобиля. Одним из них является сцепление. Данный узел осуществляет разъединение мотора и трансмиссии в требуемый момент времени. Это позволяет осуществлять переключение передач без последствий для автомобиля при сохранении оборотов двигателя.Наличие сцепление и необходимость его применения обусловлена тем, что МКПП пропускает через свои шестерни большой по значению крутящий момент.Так же важно знать, что любая коробка передач при условии классической конструкции имеет оси валов, на которые нанизаны зубчатые шестеренки. О них мы упоминали ранее. Корпус при этом обычно называют «картером». А самыми распространенными компоновками являются трех- и двухвальные.

В первых расположены:

ведущий вал;
промежуточный вал;
ведомый вал.

Ведущий вал обычно соединяется со сцеплением, а уже по нему осуществляются перемещения особого диска (его называют диском сцепления). Далее вращение уходит к промежуточному валу, который крепко соединен с шестеренкой первичного вала.При рассмотрении конструктивных особенностей МКПП следует брать во внимание особое расположение ведомого вала. Часто он соосен с ведущей осью, и соединены они посредством подшипника, что находится внутри ведущего вала. Такое устройство обеспечивает независимость их вращений. Блоки шестерней с ведомого вала не зафиксированы, а сами шестерни ограничены специальными муфтами. Они так же могут смещаться по оси.При включенной нейтральной передаче обеспечивается свободное вращение шестеренок. Тогда муфты приобретают разомкнутое положение. После того, как водителем выжато сцепление, а передача переключена, скажем, на первую, специальная вилка в КП переместит муфту таким образом, что она зацепится за требуемую пару шестеренок. Так осуществляется передача вращения и усилия, направленного от двигателя.

Устройство механической коробки передач

От ведомой оси происходит передача крутящих моментов и оборотов двигателя посредством карданного вала (в случае с задним приводом) на ведущие колеса. В момент зацепления синхронизатором ведущего и ведомого вала при условии, что шестерни не участвуют в процессе, достигается наивысший коэффициент полезного действия.Для осуществления движения назад механика оснащена «паразитной» шестеренкой, приводя в действие которую водитель может сменить путь вращения на обратный.Многие из коробок передач механического типа снабжены косозубыми шестернями. Это обусловлено их способностью справляться с большими усилиями и при этом создавать меньше механического шума.Что касается 2-вальной КП, там точно так же предусматривается соединение ведущего вала со сцеплением. Разницей между двуосной и трехосной является наличие блока шестерней на ведущем валу. Ну и, конечно же, отсутствие промежуточного вала.На ведомой оси находится жестко закрепленная шестерня главной передачи. Другие из шестерней оснащены синхронизационными муфтами.

Такое устройство и принцип работы очень похожи с трехосной версией МКПП.Стоит отметить, что двухвальные механические коробки передач обладают большим коэффициентом полезного действия, но из-за особенностей своей конструкции и связанного с этим ограничения на допустимо возможное повышение передаточного числа используются только в легковых автомобилях.Также важным элементом в конструкции механических коробок переключения передач являются синхронизаторы.

Подробнее о МКПП

Ранее, когда первые образцы таких КП ими не оснащались, водителям приходилось осуществлять двойной выжим для равнения окружных скоростей шестерней. С появлением синхронизаторов эта необходимость исчезла.Следует отметить, что синхронизаторы не применяются для коробок передач с большим их числом (когда речь идет, скажем, о 18 ступенях), ведь с технической точки зрения комплектации такого формата просто невозможна. Так же для увеличения скорости переключения передач синхронизаторы не применяются при конструировании спорткаров.Синхронизаторы функционируют таким образом: когда управляющий переключает передачи, муфта смещается к нужной шестерне. Усилия поступают на блокировочное кольцо муфты, и при имеющейся силе трения поверхности зубьев начинают своё взаимодействие.Механическая коробка передач принцип работы имеет, как мы выяснили, доступный и ясный. Рассмотрим теперь вопросы, касающиеся переключение передач.

Переключение передач

Теперь, когда мы знаем, как работает коробка передач механического принципа управления, важно разобраться с самим процессом переключения. За этот процесс ответственным выступает специальный механизм.Автомобили с задним приводом оснащаются рычагом переключения именно на самой МКПП. Механизм же скрыт в корпусе, а рычаг позволяет производить управление. Этот вариант расположения характеризуется некоторыми преимуществами и недостатками. Среди достоинств:

доступность и простота с точки зрения конструкционных решений;
четкое переключение;
высокий срок службы.

К недостаткам относятся:

невозможность расположить мотор в задней части машины;
невозможность применения на автомобилях с передним приводом.

Если автомобили оснащены передним приводом, то рычаги предусмотрены на полу между сидением водителя и сидением пассажира, на панели руля или же на приборной панели.Конструктивные особенности в переключении передач автомобилей с передним приводом тоже обладают своими преимуществами и недостатками. Среди первых выделяются особенный комфорт в расположении и удобство переключения, отсутствие вибраций на рычаге, относительно высокая свобода с точки зрения дизайнерской и инженерной компоновки.

Переключение передач МКПП

Недостатки, главным образом, представлены относительно небольшой долговечностью, вероятностью возникновения люфтов, а так же потребности регулировки тяги. К тому же, такой вариант в конструкции и расположении рычага обладает меньше четкостью, чем при расположении на корпусе МКПП.Любому, кто интересуется темой разнообразия коробок передач, следует ознакомиться с плюсами и минусами конкретно механической КП, ведь она – это своего рода «мать» всех последующих вариантов исполнения и функционала коробок переключения.

Плюсы и минусы механических коробок передач

Разумеется, идеальной коробки передач просто не существует. Но несравненными преимуществами именно механической являются:

Относительная дешевизна конструкции по сравнению с аналогами.
Небольшая масса и завидный КПД (коэффициент полезного действия).
Отсутствие особых требований к охлаждению.
Преимущество с точки зрения экономии и лучшая среди аналогов динамика разгона.
Легкость и простота с точки зрения инженерии.
Высокая надежность и высокий ресурс эксплуатации.
Наличие возможности применять различные техники (что важно для асов и водителей со стажем) и стили вождения при некоторых условиях (например, во время гололедицы и при езде по бездорожью).

Устройство механической коробки передач

Машину с МКПП можно завести посредством толчка и осуществить её буксировку максимально легко и удобно на большие расстояния при любой скорости.
Наличие возможности рассоединения двигателя и трансмиссии.

Впечатляющий список. Поговорим о недостатках. Среди них:

Потребность при переключении полного разобщения между силовым механизмом и трансмиссией, а это оказывает влияние на время осуществления переключения.
Для достижения плавности переключения, придется долго набивать руку и копить опыт.
Идеальной плавности добиться не получится вообще, так как число ступеней в современных авто с механической коробкой передач колеблется от 4 до 7.
Относительно малый ресурс на узле сцепления
Статистические данные, говорящие о том, что водители, предпочитающие механику, более подвержены утомлениям в пути.

В завершение статьи рассмотрим краткий курс езды на МКПП для не имеющих опыта водителей.

Механическая коробка для «чайников». 9 важных деталей

Плюсы и минусы МКПП

Новичку, приобретшему авто с механической коробкой, требуется ознакомиться с важными нюансами в обращении с коробкой и уяснить некоторые моменты.Начнем по порядку. Для чего нужны передачи? Для того, чтобы выбирать, какая именно и при каких условиях будет наилучшей для применения в требуемой вам ситуации (погодные условия, качество дорожного покрытия и т.п.)

Важно! Освоение расположения передач. Важным моментом является синхронное нажатие педали сцепления с одновременным переключением скоростей.

1. Запуск мотора. Схема: «нейтралка» — сцепление – запуск двигателя. И никак иначе.

2. Правильное применение сцепления. Выжимать – строго до конца и не больше 2 секунд. Бережем машину.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

3. Похвальная координация и гладкие действия. Сцепление. Скорость (например, первая). Бросаем сцепление (медленно, конечно же), при этом так же медленно принимаемся за газ.

4. «Дауншифтинг». Проще говоря, при понижении скорости важно понижать и передачи, точно так же, как осуществлялось их повышение при разгоне.

5. Задний ход. Никогда и ни при каких обстоятельствах не рекомендуется включать заднюю передачу до момента, пока авто не остановится.

Важные детали МКПП

6. Паркуемся. Мотор заглушен, выжато сцепление, включена первая передача, ручной тормоз в рабочем положении. Все просто.

Непонятно, трудно и нудно? Больше практики! Только при условии постоянного и непрерывного вождения описанные принципы и тонкости будут не просто сводом правил или законов, а чем-то естественным и понятным.

Заключение

Механической коробки передач устройство и принцип работы, как мы выяснили, довольно интересны, хоть вместе с тем и сложны для восприятия. Работает МКПП исключительно вкупе с двигателями внутреннего сгорания. Такой тип конструкции и принципов в управлении наделяет рассмотренный тип коробки передач определенными превосходствами перед своими аналогами, которые всё чаще начинают занимать лидирующие по продажам места на рынке. Однако не стоит забывать, что наиболее практичной, хоть и не совсем на первый неопытный взгляд простой в использовании, является именно МКПП.
Познакомьтесь с «механикой» поближе, и вы будете приятно удивлены!

Выводы про МКПП

Принцип работы сцепления

Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.

В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:

✔фрикционное сцепление;
✔гидравлическое сцепление;
✔электромагнитное сцепление.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:

✔однодисковое сцепление;
✔двухдисковое сцепление;
✔многодисковое сцепление.

В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Однодисковое сцепление имеет следующее устройство:

✔маховик;
✔картер сцепления;
✔нажимной диск;
✔ведомый диск;
✔диафрагменная пружина;
✔подшипник выключения сцепления;
✔муфта выключения;
✔вилка сцепления.

Схема однодискового сцепления

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Схема двухдискового сцепления

На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Двухдисковое сцепление осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.
Принцип работы сцепления

Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.

При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.

При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.