Транспортные средства, работающие от двигателей внутреннего сгорания, оснащены трансмиссией. Данный механизм передает мощность от силового агрегата на ходовую часть. Чаще всего в состав трансмиссии входит механическая коробка передач МКПП. Данный тип коробки пользуется наибольшей популярностью среди владельцев авто, благодаря надежности, долговечности и другим отличным техническим характеристикам. В процессе движения машины водитель самостоятельно выбирает режим работы трансмиссии, согласно ситуации на дороге.
Основное назначение МКПП
Коробка передач изменяет передаточное число трансмиссии, исходя из требуемого скоростного режима авто. Механическая коробка передач представлен в виде многоступенчатого закрытого редуктора. Ступени переключаются ручным способом. Устройство позволяет передвигаться транспортному средству вперед, задним ходом, включает нейтральный режим. В механической коробке, шестерни с косыми зубьями поочередно входят во взаимное зацепление, согласно выбранной передачи.
Интересно: При создании механических коробок используются шестерни с косым расположением зубьев. Во время эксплуатации коробка с косыми зубцами издает намного меньше шума. Зубья, изготовленные из легированных сталей по оригинальной схеме, выдерживают усилия, намного выше прямозубых аналогов. Для уменьшения износа в техпроцесс изготовления зубчатых колес входит операция по поверхностному упрочнению зубьев
Основное назначение МКПП:
- преобразовать
- распределить;
- довести до колес момент вращения мотора.
При этом коробка передач изменяет тяговые, скоростные характеристики, в соответствии с различными условиями движения автомобиля. С помощью механической коробки передач имеется возможность прерывать поток мощности от силового агрегата к ведущим колесам. При этом рычаг переключения скоростей переводится в нейтральное положение, двигатель работает в режиме холостого хода.
Принцип работы механических коробок передач- классификация по видам
«Механика» относится к коробкам ступенчатого типа. Принцип работы коробки передач – изменение крутящего момента по ступеням, шестерни на валах взаимодействуют попарно. Каждая ступень обладает своим передаточным числом. Номинальные обороты коленчатого вала двигателя передаются на ходовую часть с изменяемой частотой вращения.
Согласно числу ступеней, механические коробки передач разделяются по классам:
- Четырехступенчатые МКПП.
- Пяти- шестиступенчатые.
Чаще всего современные транспортные средства оснащены пятиступенчатыми механическими коробками передач. Это является наиболее оптимальным вариантом исполнения.
Заднеприводные транспортные средства оборудуются трехвальными МКПП (три вала), переднеприводные – двухвальными соответственно.
Устройство механических коробок передач
Самый распространенный тип механических коробок – двухвальный. Устройство коробки передач 2х-вального строения. В ее конструкцию входят следующие элементы:
- ведущий вал с блоком шестерен (первичный);
- ведомый вал с шестернями (вторичный);
- вилки переключения;
- специальные муфты для синхронизации зацепления шестерен;картер коробки (корпус).
Первичный вал передает вращение от силового агрегата, благодаря сцеплению. Шестерни на ведущем валу жестко зафиксированы и вращаются одновременно с ним. Каждое зубчатое колесо вторичного вала вращается, благодаря зацеплению с соответствующей шестерней, расположенной на первичном валу.
В конструкцию механической коробки передач трехвального типа дополнительно включен вал промежуточный. Независимо от различий в конструкции, принцип работы 3х-вальной коробки почти не отличается от двухвального устройства.
Интересно: Механические двухвальные коробки передач обладают большим КПД, в сравнении с трехвальным аналогом. Здесь имеются ограничения по повышениям передаточных чисел. Поэтому двухвальные МКПП устанавливаются только в легковушках.
Механическая коробка передач схема переключения
Механизм сцепления трансмиссии
В процессе движения автомобиля фрикционные диски механизма сцепления плотно взаимно сопряжены, в это время обороты первичного вала коробки передач и мотора равны между собой. При выжимании педали сцепления, трансмиссия отсоединяется от силового агрегата, поток передаваемой мощности кратковременно прерывается. Одновременно появляется возможность переключения передач без значительного снижения оборотов двигателя. Шестерни ведущего и ведомого валов выходят из зацепления и образуют другие пары, передачи переключаются.
Процесс переключения передач
Вторичный вал соединяется с первичным посредством специального подшипника, размещенного во внутренней полости ведущего вала. Первичный и вторичный валы вращаются независимо друг от друга.
На вторичном валу размещены блоки шестерен свободного вращения. Между ними жестко стоят специальные муфты-синхронизаторы, которые могут ходить только по продольным шлицам ведомого вала вдоль центральной оси. На торцах муфт имеются зубчатые венцы, предназначенные для сопряжения с торцовыми зубьями ведомых шестерен.
- При выключении сцепления рычаг перемещается на заданную ступень.
- Вилка вводит муфту-синхронизатор в торцевое соединение с соответствующей шестеренчатой парой.
- Зубчатое колесо неподвижно фиксируется на валу для передачи усилия вращения.
Интересно: Если муфты синхронизаторы непосредственно сопрягают валы (первичный со вторичным), минуя шестеренки, МКПП работает с максимальным коэффициентом полезного действия.
При работающем двигателе на холостом ходу (на нейтральной передаче) шестерни свободно вращаются, синхронизирующие муфты разомкнуты. Для движения задним ходом предусмотрена, так называемая, «паразитная» шестеренка. При ее использовании вторичный вал коробки передач вращается в обратном направлении.
Для переключения скоростей используется специальный привод, состоящий из:
- рычага для переключения передач;
- вилок;
- подвижных штоков.
Каждая вилка находится в проточенной кольцевой канавке синхронизирующей муфты.
Как работают муфты синхронизаторы
В схемы современных механических коробок передач включены синхронизаторы. Эти устройства необходимы для взаимного сглаживания скорости вращения шестеренок и обеспечения плавного перехода на другую скорость. Такие муфты не используются в трансмиссиях с увеличенным количеством передач – коробки с количеством уровней, доходящим до 18 шт., характерны для машин спецназначения. В спортивных моделях авто синхронизаторы также отсутствуют.
Порядок работы синхронизатора:
- Подача муфты к соответствующей шестерне при включении передачи.
- Направление потока мощности на блокировочное кольцо.
- Взаимодействие поверхностей шестерни и муфты конической формы за счет сил трения.
- Поворот кольца блокировки до упора.
- Установка зубьев кольца в соответствии с муфтой (чтобы предотвратить взаимное перемещение).
- Зацепление зубцов синхронизирующей муфты с зубчатым колесом (блокировка шестерни).
Описанный процесс происходит в течение долей секунды.
Плюсы и минусы механических коробок передач
Машины, оборудованные механическими коробками передач, пользуются заслуженной популярностью среди автовладельцев, т. к. обладают многочисленным достоинствам механики:
- Сравнительно невысокая цена.
- Малый вес.
- Повышенный КПД.
- МКПП не требует особых условий охлаждения коробки.
- Простота управления.
- Повышенная надежность.
- Длительный срок эксплуатации.
- Доступность сервисного обслуживания, ремонтных работ, запасных частей.
- Обеспечение хорошей проходимости в условиях бездорожья, гололеда и пр.
- Возможность запуска двигателя с буксира.
- Отсутствие ограничений скорости и расстояний при буксировке авто.
В список некоторых недостатков вошли следующие пункты:
- сравнительно замедленная реакция на переключение скоростей;
- необходимость дополнительного обучения навыкам плавного воздействия на рычаг управления;
- ограниченное количество ступеней (от 4 до 7);
- быстро изнашиваются фрикционные диски сцепления (малый ресурс).
Одним из основных минусов механических коробок передач является более быстрая утомляемость водителей при управлении МКПП, по сравнению с коробкой автомат.
Заключение
При эксплуатации автомобилей с механической коробкой передач необходимо:
- Соблюдать правила эксплуатации.
- Вовремя проходить техосмотр.
- Проводить своевременное сервисное обслуживание машины.
В таком случае транспортное средство будет бесперебойно работать в течение всего эксплуатационного срока.
Коробки передач механического типа нуждается в постоянном контроле уровня трансмиссионного масла ATF, при этом нежелательны как занижение, так и превышение требуемого показателя. Недостаточное количество смазки приводит к быстрому разрушению и износу трущихся поверхностей рабочих узлов и деталей коробки. Избыток масла в трансмиссии может вызвать повышение давления в системе, течи.
Полная замена масла АТФ в рекомендованные сроки является основным профилактическим мероприятием с целью предотвращения поломок элементов коробки и транспортного средства в целом.
Совет: Неисправности и поломки коробки передач часто возникают вследствие агрессивного грубого воздействия на селектор переключения передач. При резком стремительном переходе на другую скорость механизмы переключения, валы, синхронизирующие муфты, шестерни и пр. быстро ломаются.
Водителям во время поездки нужно регулярно следить за работой каждого узла коробки передач. При возникновении непривычных симптомов МКПП рекомендуется определить причины возникновения неисправностей. Если поломку не удается исправить или нет возможности заменить изношенную деталь, необходимо обратиться к квалифицированным специалистам сервисного центра.
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. МКПП получила свое название от «ручного» (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.
Принцип работы механической коробки передач
Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором — повышающая.
Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная — максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.
Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики — там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.
Виды механических КПП
По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:
- 4-х ступенчатую;
- 5-и ступенчатую;
- 6-и ступенчатую.
Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.
В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:
- двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
- трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.
Устройство механической коробки передач
Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:
- ведущий или первичный вал;
- ведомый или вторичный вал;
- промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
- шестерни первичного и вторичного валов;
- механизм выбора передач;
- муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
- картер;
- главная передача;
- дифференциал.
При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.
Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.
Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.
Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:
- В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
- При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
- Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
- Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
- Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.
Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:
Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.
Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню — таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.
Устройство трехвальной МКПП
Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.
На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.
Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.
Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.
В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.
Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.
Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.
Немного о синхронизаторе МКПП
Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.
В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.
Преимущества и недостатки МКПП
Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.
| 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 | |
| Возможность буксировки автомобиля |
Заключение
Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более «драйверскими» ощущениями от вождения 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.
МКПП — механическая коробка переключения передач (в обиходе «механика») является разновидностью КПП и позволяет ступенчато изменять передаточное число (соотношение), при этом выбор и включение/выключение передачи осуществляется самим водителем вручную.
Простыми словами, механическая коробка позволяет водителю самостоятельно выбирать необходимую ступень из доступных (с тем или иным передаточным числом) в зависимости от режима работы ДВС, нагрузки, дорожных условий и т.д.
Читайте в этой статье
Особенности работы ступенчатой коробки передач
Начнем с того, что данный тип КПП является самым простым и дешевым в производстве решением для обеспечения переменного передаточного числа трансмиссии. Также коробка-механика проста в ремонте и достаточно надежна. Сама ступенчатая механическая коробка передач представляет собой шестеренчатый редуктор, в котором передаточное число изменяется благодаря выбору пары шестерен с разным передаточным соотношением, которые передают крутящий момент.
Как правило, в ступенчатой коробке имеются низкие, промежуточные и высокие передачи. Низших передач зачастую бывает не больше двух, а пара шестерен на таких передачах имеет самые большие передаточные числа. Указанные передачи нужны для того, чтобы стронуться с места и быстро разогнать автомобиль.
Также наличие пониженных передач позволяет двигаться на малой скорости под нагрузками, по снегу, размытым грунтовым дорогам и т.д. Даже если на низкой передаче обороты будут высокими, скорость движения значительно не увеличится, однако на колеса будет передаваться максимум мощности и крутящего момента.
При этом нужно учесть, что езда в таком режиме не позволит разогнать машину до высокой скорости, быстро изнашивает мотор и приводит к значительному увеличению расхода топлива, а также колеса на высоких оборотах могут потерять сцепку с покрытием, то есть машина начинает буксовать.
Что касается повышенных передач, в этом случае задействованы пары шестерен с самым малым передаточным числом. Такие передачи нужны для движения с постоянной высокой скоростью. Силовой агрегат в таком режиме работает на средних и высоких оборотах, что позволяет мотору отдавать максимальную мощность, необходимую для преодоления сопротивления, которое создает встречный воздушный поток и т.д.
Другими словами, именно мощность ДВС позволяет противостоять влиянию тех факторов, которые воздействуют на автомобиль после набора высокой скорости, что в результате дает возможность разогнать машину до максимальных скоростей.
Добавим, что в зависимости от того, насколько плотным окажется ряд передач коробки, настолько менее заметным будет снижение оборотов двигателя после переключения передачи на одну ступень выше. Простыми словами, чем больше передач в КПП, тем активнее и плавне разгоняется автомобиль.
Преимущества и недостатки МКПП
С учетом вышесказанного становится понятно, что главным плюсом механической коробки является возможность самостоятельно подбирать необходимую передачу, что дает полный контроль над автомобилем, чего не скажешь об АКПП, вариаторах или роботизированных коробках.
Изменение дорожных условий также требует постоянного переключения передачи выше или ниже, в результате чего процесс управления транспортным средством становится более сложным, водитель быстрее устает.
Параллельно с этим снижается комфорт не только для водителя, но и для пассажиров (если водитель не умеет пользоваться механической коробкой). Также отсутствие базовых навыков езды на авто с МКПП часто становится причиной повышенного расхода топлива, быстрого износа ДВС и элементов трансмиссии. В отдельных случаях неумение ездить на «механике» становится причиной различных ДТП.
Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия
Причины затрудненного включения передач на заведенном моторе. Трансмиссионное масло и уровень в КПП, износ синхронизаторов и шестерен коробки, сцепление.
Что такое КПП в автомобиле: назначение коробки передач, виды коробок передач, принцип работы, отличительные особенности трансмиссий.
Стыковка коробки передач и двигателя автомобиля. Соединение механической и автоматической трансмиссии с ДВС: на что обратить внимание, особенности и нюансы.
Как работает коробка-автомат: классическая гидромеханическая АКПП, составные элементы, управление, механическая часть. Плюсы, минусы данного типа КПП.
Автоматическая коробка передач (АКПП, АКП) "классического" типа с гидротрансформатором: устройство и принцип работы. Плюсы и минусы гидромеханической АКПП.
