Пристрій і принцип роботи коробки передач

Щоб автомобіль пересувався по дорозі, мало мати під капотом потужний і ефективний мотор. Крутний момент від колінчастого вала повинен якось передаватися на провідні колеса транспортного засобу.

З цією метою було створено спеціальний механізм - коробка передач. Розглянемо її пристрій і призначення, а також чим відрізняються різні модифікації КП.

Призначення коробки передач

Якщо сказати коротко, то коробка передач призначена для передачі крутного моменту від силового агрегату на провідні колеса. Трансмісія також перетворює швидкість обертання коленвала так, щоб водій міг розігнати машину, не розкручуючи мотор до максимальних обертів.

Даний механізм підбирається під параметри ДВС, щоб максимально використовувати весь ресурс двигуна без шкоди для його деталей. Завдяки трансмісії машина може виконувати рух як вперед, так і назад.

Всі сучасні автомобілі мають таку трансмісію, яка дозволяє тимчасово відключити жорстку зчеплення клонували з провідними колесами. Це дає можливість машині рухатися на холостому ходу, наприклад, плавно наближаючись до світлофора. Даний механізм також дозволяє не глушити двигун, коли авто зупиняється. Це необхідно для підзарядки акумулятора і роботи додаткового обладнання, наприклад, кондиціонера.

Кожна КП повинна відповідати таким вимогам:

• Забезпечувати тягу автомобіля і економічна витрата палива в залежності від потужності і обсягу мотора;
• Простота у використанні (водій не повинен відволікатися від дороги при зміні швидкості ТЗ);
• Чи не видавати шум під час роботи;
• Високу надійність і ККД;
• Мінімальні габарити (наскільки це можливо у випадку з потужними транспортними засобами).

Пристрій коробки передач

Протягом історії автомобілебудування даний механізм постійно модернізувався, завдяки чому на сьогоднішній день існує велика різноманітність трансмісій, які мають багато суттєвих відмінностей.

У пристрій будь-коробки передач входить:

• Корпус. У ньому знаходяться всі необхідні деталі, що забезпечують зчеплення мотора з приводним валом, від якого обертання надходить на колеса.
• Резервуар з маслом. Так як в даному механізмі деталі стикаються один з одним під великим навантаженням, мастило забезпечує їх охолодження і створює масляну плівку, яка захищає від передчасної вироблення на шестернях.
• Механізм передачі швидкості. Залежно від типу коробки до складу механізму можуть входити вали, набір шестерень, планетарний редуктор, гідротрансформатор, фрикційні диски, ремені і шківи.

Класифікація КП

Існує кілька параметрів, за якими проводиться класифікація всіх коробок. Таких ознак шість. У кожному з них крутний момент на провідне колесо подається за власним принципом і має різний спосіб вибору передачі.

За способом передачі потоку потужності

У цю категорію ввійшли такі КП:

• Механічна КП. У такій модифікації відбір потужностей проводиться зубчастої передачею.
• КП з співісними валами. Обертання передається теж через зубчасту передачу, тільки її елементи виконані в конічної або циліндричної форми.
• Планетарна. Передача обертання виробляється через планетарний ряд, шестерні якого розташовані в одній площині.
• Гідромеханічна. У такій трансмісії механічна передача (в основному планетарний тип) використовується спільно з гидротрансформатором або гідромуфтою.
• Варіаторная. Це різновид КП, в яких не використовується ступінчаста передача. Найчастіше такий механізм працює разом з гідромуфтою і ремінним з'єднанням.

За кількістю основних валів з шестернями

При класифікації КП за кількістю валів розрізняють:

• З двома валами і одноступінчастим зачепленням осі. У таких трансмісіях немає прямої передачі. Найчастіше такі модифікації можна зустріти в машинах з переднім приводом. У деяких моделях із заднім розташуванням моторів також встановлена ​​подібна коробка.
• З трьома валами і двоступінчастим зачепленням осі. У цій категорії є модифікації з співісними і Неспіввісність валами. У першому випадку мається пряма передача. У поперечному розрізі вона має менші габарити, а в довжину трохи більші. Такі коробки використовуються в задньопривідних авто. Друга категорія не має прямої передачі. В основному така модифікація використовується в машинах з повним приводом і в тракторах.
• З кількома валами. У цій категорії КП вали можуть мати послідовне або непослідовне число зачеплень. Такі коробки передач використовуються в основному в тракторах і верстатах. Це дозволяє збільшити кількість передач.
• Без валів. У звичайному транспорті такі КП не використовуються. Серед таких моделей бувають співвісні і Неспіввісність варіанти. В основному вони використовуються в танках.

Класифікація планетарних КП

Планетарні коробки передач діляться за такими параметрами:

• Дві, три, чотири і більше ступеня свободи, коли всі фрикційні елементи від'єднані;
• Тип планетарного ряду, який використовується в механізмі - епіциклічних (основний вінець має внутрішнє або зовнішнє розташування зубів).

За способом управління

У даній категорії є такі коробки:

• Ручна. У таких моделях вибір потрібної передачі здійснює водій. Існує два види ручних трансмісій: перемикання проводиться зусиллями водія або через сервопривід. В обох випадках управління здійснює людина, тільки друга категорія КП має сервоустройство. Воно отримує сигнал від водія, після чого встановлює обрану передачу. В машинах найчастіше використовується гідравлічний сервопривід.
• Автоматична. Електронний блок управління визначає кілька чинників (ступінь натискання акселератора, навантаження, що надходить від коліс, обороти коленвала і ін.) І на підставі цього сам визначає, коли включити підвищену або знижену передачу.
• Робот. Це електромеханіч коробка. У ній передачі включаються в автоматичному режимі, тільки її пристрій - як у звичайній механіки. При роботі роботизованої трансмісії водій не бере участі в перемиканні передач. Блок управління сам визначає, коли яку передачу включити. При цьому перемикання відбувається практично непомітно.

За кількістю передач

Дана класифікація найпростіша. У ній все коробки поділяються за кількістю передач, наприклад, чотири, п'ять шість і так далі. У цю категорію входять не тільки ручні, а й автоматичні моделі.

Типи коробок передач

Найпоширеніша класифікація - за типом самої коробки:

• Механіка. У таких моделях вибір і перемикання передач виконується повністю зусиллями водія. В основному це редуктор з декількома валами, робота якого здійснюється через шестерну передачу.
• Автомат. Така трансмісія працює в автоматичному режимі. Вибір підходящої передачі здійснюється на підставі параметрів, які заміряє система управління коробкою.
• Робот є різновидом механічної КП. Конструкція цієї модифікації практично нічим не відрізняється від звичайної механіки: в ній є зчеплення, а передачі включаються через під'єднання відповідної шестерні на відомому валу. Тільки управління вибором передач керує комп'ютер, а не водій. Гідність такої трансмісії - максимально плавне перемикання.

Коробки передач з конструктивною специфікою

Крім відомих трансмісій в транспортних засобах також можуть застосовуватися і унікальні модифікації. Такі типи коробок мають специфічну конструкцію, а разом з нею і свій принцип роботи.

Безвальна КП

Трансмісії, в яких не використовуються вали з набраними комплектом шестерень, називаються безвальнимі. У своїй конструкції вони мають кілька рядів шестерень, розташованих в двох паралельних осях. З'єднання шестерень здійснюється завдяки блокуванню муфт.

Шестерні розташовані на двох валах. Дві з них закріплені намертво: на провідному вона встановлена ​​в першому ряду, а на відомому - в останньому. Проміжні шестерні, розташовані на них, можуть грати роль ведучої або ж відомою в залежності від сформованого передавального числа.

Така модифікація дозволяє збільшити передавальне відношення в обох напрямках. Ще одна перевага такої трансмісії - збільшений силовий діапазон коробки. Одним з найбільш серйозних недоліків є обов'язкова наявність допоміжної автоматичної системи, за допомогою якої здійснюється перемикання швидкостей.

несинхронізованих КП

До ще одного різновиду специфічних коробок відноситься несинхронізованих або та, в конструкції якої не передбачено наявність синхронізаторів. Це може бути тип з постійним зачепленням шестерень або зі легкими шестернями.

Щоб переключити передачу в такій коробці, водій повинен мати певний навичкою. Він повинен вміти самостійно синхронізувати обертання шестерень і муфт, визначаючи час переходу від передачі до передачі, а також вирівнюючи швидкість обертання коленвала акселератором. Професіонали називають цю процедуру перегазовкой або подвійним вижимом зчеплення.

Для виконання плавного перемикання водій повинен мати досвід в управлінні такими механізмами. Подібний тип трансмісії встановлюється в американських тягачах, мотоциклах, іноді в тракторах і спортивних автомобілях. В сучасних несинхронізованих трансмісіях можна не використовувати зчеплення.

кулачкова КП

Кулачкові коробки це різновид несинхронізованою моделі. Відмінністю є форма зачіпляються зубів. Для підвищення ККД коробки передач використовується прямокутна форма або кулачковий профіль зубів.

Такі коробки дуже галасливі, тому в легковому транспорті використовуються в основному на гоночних авто. Під час змагань на цей фактор не звертається увага, але в звичайному автомобілі така трансмісія не дасть можливості отримати насолоду від поїздки.

Послідовна КП

Під секвентальною коробкою мається на увазі тип трансмісії, в якому перехід на знижену або підвищену передачу здійснюється виключно на один щабель. Для цього використовується ручка або ножний перемикач (на мотоциклах), який дозволяє перемістити шестерню в кошику виключно на одну позицію за одне натискання.

Схожий принцип роботи має автоматична коробка типу Привід, але вона лише імітує дію даної трансмісії. Класична секвентальная коробка встановлюється в болідах F-1. Перемикання швидкості в них здійснюється за допомогою підрульових пелюсток.

Преселективна CP

У класичному виконанні преселективна КП вимагала попереднього вибору наступної передачі до того, як коробка на неї переключиться. Часто це виглядало так. Під час руху авто водій виставляв на селекторі наступну передачу. Механізм готувався до перемикання, але виконував це по команді, наприклад, після натискання на зчеплення.

Раніше такі КП використовувалися у військовій техніці з несинхронізованою, безвальной або планетарної трансмісією. Такі модифікації коробок полегшували управління складними механізмами, поки не були розроблені синхронізовані механічні та автоматичні коробки.

В даний час преселективна коробка використовується, але вона частіше називається трансмісією з подвійним зчепленням. У цьому випадку комп'ютер сам готує перехід на потрібну швидкість, заздалегідь під'єднуючи до незафіксованим диску відповідний вал з включеною передачею. Інша назва цього типу в сучасному виконанні - робот.

Вибір коробки передач. Що краще?

Багато хто з перерахованих коробок передач використовуються тільки на спецтехніці або в верстатах. Основними КП, які мають широке застосування в легковому транспорті, є:

• Механічна коробка передач. Це найпростіший тип трансмісії. Щоб обертальний рух передавалося з силового агрегату на вал КП, використовується кошик зчеплення. Натисканням педалі водій від'єднує провідний вал коробки від мотора, що дозволяє йому без шкоди для механізму вибрати відповідну для даної швидкості передачу.
• Автоматична коробка передач. Крутний момент від мотора подається через гідропередачу (гідротрансформатор або гидромуфта). Робоча рідина грає роль зчеплення в механізмі. Вона приводить в рух, як правило, планетарний редуктор. Вся система управляється електронним блоком управління, який аналізує дані з багатьох датчиків і відповідно до цього вибирає передавальне число. Серед автоматичних коробок є багато модифікацій, в яких використовуються різні схеми роботи (залежить від виробника). Існують навіть автоматичні моделі з можливістю ручного управління.
• Роботизована коробка передач. Серед таких КП також є свої різновиди. Існують електричні, гідравлічні і комбіновані типи. За конструкцією робот в основному схожий на механічну коробку, тільки з подвійним зчепленням. Перше подає крутний момент від мотора до провідних колесам, а друге автоматично готує механізм до включення наступної передачі.
• Варіаторная коробка передач. У поширеному виконанні варіатор представляє собою два шківа, які з'єднані між собою ременем (одним або декількома). Принцип дії наступний. Шків розсується або зсувається, в результаті чого ремінь переміщається на елемент з більшим чи меншим діаметром. Від цього і змінюється передавальне число.

Ось порівняльна таблиця кожного типу коробок з їх достоїнствами і недоліками.

Тип коробки:	Принцип роботи	Переваги	Недоліки
МКПП	Ручне перемикання, зачеплення синхронізоване.	Проста конструкція, дешева в ремонті і обслуговуванні, дозволяє економити паливо.	Новачкові потрібно звикати до синхронної роботи педалі зчеплення і газу, особливо при початку руху в гору. Не у всіх відразу виходить включати правильну передачу. Вимагає плавного використання зчеплення.
АКПП	Гідронасос створює тиск робочої рідини, яка приводить в рух турбіну, а та передає обертання на планетарний механізм.	Комфортно керувати автомобілем. Не потребує втручання водія в процес перемикання швидкостей. Змінює передачі, максимально використовуючи весь ресурс мотора. Виключає людський фактор (коли водій випадково замість третьої включає першу швидкість). Плавно перемикає передачі.	Висока вартість обслуговування. Маса більше, ніж у МКПП. У порівнянні з попереднім типом трансмісії ця буде приводити до більшого витраті палива. ККД і динаміка нижче, особливо при спортивному стилі їзди.
Робот	Подвійне зчеплення дозволяє під час руху приготувати наступну передачу до включення. Найчастіше в одну групу зав'язані парні передачі, а в іншу - непарні. Внутрішньо схожа на механічну коробку.	Максимальна плавність перемикання. Не потребує втручання водія в процес роботи. Економічна витрата палива. Високий ККД і динаміка. Деякі моделі мають можливість вибрати режим роботи.	Складність механізму призводить до його низької надійності, частому і дорогому обслуговування. Погано переносить складні дорожні умови.
Варіатор (CVT)	Крутний момент передається за допомогою гідротрансформатора, як в автоматі. Перемикання передач здійснюється переміщенням шківа ведучого вала, який виштовхує ремінь на потрібну позицію, від чого збільшується або зменшується передавальне число.	Перемикання без ривків, більш динамічна в порівнянні зі звичайним автоматом. Дозволяє трохи заощадити паливо.	Не використовується в потужних силових агрегатах, так як передача - ремінна. Висока вартість обслуговування. Вимагає справної роботи датчиків, від яких надходить сигнал для роботи CVT. Погано переносить складні дорожні умови і не любить буксирування.

Визначаючись з видом трансмісії, необхідно виходити не тільки з фінансових можливостей, але більше орієнтуватися на те, чи підійде дана коробка до автомобіля. Виробники не даремно з заводу кожен силовий агрегат ставлять в пару з конкретною коробкою.

Механічна коробка більше підійде для активного водія, який розуміє тонкощі швидкісного керування авто. Автомат більше підійде для любителів комфорту. Робот забезпечить розумний витрата палива і пристосований для розміреної їзди. Для любителів максимально плавної роботи машини підійде варіатор.

Що стосується технічних характеристик, то неможливо вказати на ідеальну коробку. Кожна з них хороша в своїх умовах і при наявності конкретних водійських навичок. В одному випадку новачкові легше почати з управління різновидом автоматичних трансмісій, в іншому - більш вигідна виробити навик використання механіки.

Питання та відповіді:

Як влаштовано коробку передач? Механічна КПП складається з набору шестерень, які утворюють різні передавальні числа. Автоматична КПП оснащена гідротрансформатором та шківами із змінним діаметром (варіатор). Робот – аналог механіки, лише з подвійним зчепленням.

Що всередині коробки? Усередині будь-якої коробки є провідний і ведений вал. Залежно від типу коробки на валах встановлюються або шківи, ​​або шестерні.