Устройство и принцип работы механической коробки передач

Виды неисправностей, причины и методы устранения поломок МКПП

Первый и самый популярный дефект
Назначение трансмиссионного масла – улучшить смазывание и скольжение соприкасающихся деталей, снизив негативное воздействие на них силы трения и коэффициента теплового расширения. Устранить проблему можно простой заменой трансмиссионного масла.

Рассмотрим частные случаи, когда можно встретить посторонний шум или увеличение его уровня в процессе эксплуатации автомобиля:

На нейтральной передаче при работающем моторе уровень шума заметно возрастает. Основная причина – недостаточный уровень масла в МКПП или плохое качество трансмиссионной жидкости (выработка, износ, загрязнение). Часто данная неисправность возникает при попадании грязи или воды. При устранении данных дефектов сохраняется уровень шума? Значит, проблема вызвана износом одного или нескольких узлов механической коробки передач. Это может быть выработка посадочных мест или контактных частей подвижных элементов, износ в процессе эксплуатации, появление задиров, неровностей, потертостей в выжимном подшипнике, ведущей шестерне, одном из валов (ведущем, ведомом, промежуточном), разрушение шестерней дифференциала в автомобилях с передним приводом. Необходимо разобрать МКПП и заменить изношенные детали на новые запчасти.
При работающем моторе уровень шума заметно превышает привычный независимо от передачи. Причины аналогичны предыдущему случаю: износ в результате эксплуатации одной или нескольких деталей механической трансмиссии. Также может быть диагностирована несоосность картеров сцепления и двигателя. Необходимо заменить изношенные части – в первом случае. Во втором — отцентровать картер сцепления относительно двигателя или заменить его на новый, но сделать это самостоятельно довольно сложно. Лучше обратиться в специализированный сервис.
При работающем моторе уровень шума заметно превышает привычный на одной из передач.

Вторым по распространённости дефектомперед съемом и разбором МКПП необходимо проверить следующие узлы:

рычаг переключения передач на предмет наличия люфта в кулисе;
тросик привода на предмет обрыва или утечку жидкости;
регулировку механизма выбора скоростей;
исправность корзины и диска сцепления;
качество крепления МКПП к кузову транспортного средства;
уровень и качество трансмиссионной жидкости в МКПП.

При разборе нужно обратить внимание на наличие дефектов на следующих элементах:

выжимной подшипник;
тяги;
цельность вала;
исправность муфт и шестерней.

самопроизвольное выбивание скорости происходит при дефектах следующих узлов:

выработка штока, вилки переключения скоростей;
обрыв или заедание троса;
выработка подшипника вала;
смещение МКПП в результате износа подушки;
ослабленное крепление МКПП к корпусу транспортного средства.

Третьей, самой распространенной причиной неисправности на «механике» является подтекание масла.
В первую очередь, необходимо проверить дыхательный клапан (сапун) и избавиться от засора – при забитии возникает избыточное давление в МКПП, которое выдавливает уплотнительные кольца и провоцирует течь.

Плюсы и минусы

Работа любых механизмов имеет как плюсы, так и минусы, что в полной мере относится и к механической КПП.

Плюсы

Меньшая стоимость на фоне других подобных устройств.
Автомобиль на «механике» гораздо экономичнее и динамичнее в плане разгона, если сравнивать с машинами, оснащенными «автоматом».
Не требует создание специфичных условий охлаждения, что отличает от «автомата».
По сравнению с гидромеханической КПП обладает меньшей массой и лучшим КПД. При этом «механика» способна полностью разобщать силовой агрегат и трансмиссию.
Допустимость буксировки без ограничения скорости вне зависимости от расстояния.
Широкая вариативность техник вождения.
Отсутствие специфики в обслуживании.
Длительный срок эксплуатации.
Простота конструкции.
Высокая надежность.

Минусы

Большая утомляемость водителя, если сравнивать с «автоматом».
Невозможность плавного изменения передаточных отношений в связи с ограничением количества ступеней.
Более долгое переключение передач из-за полного разъединения мотора и трансмиссии.
Необходимость иметь определенные навыки вождения, чтобы передачи можно было переключать плавно.
Низкий ресурс сцепления как автомобильного узла.

Механические коробки передач МКПП

Механическая коробка передач представлена в виде многоступенчатого цилиндрического редуктора. Классический вариант – 4-х ступенчатая коробка. Современные легковые автомобили разделяются на виды, в зависимости от количества ступеней: они часто оборудуются 5- и даже 6-ступенчатыми коробками передач.

Что означает понятие ступенчатой системы переключения передач? Момент вращения передается от двигателя внутреннего сгорания на ходовую часть автомобиля не напрямую, а через зубчатые зацепления различных пар шестерен. При этом величина момента вращения претерпевает изменения, в соответствии с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом колесах (передаточное отношение). Как правило, ведущее колесо имеет меньший диаметр, чем ведомое, поэтому вращающий момент уменьшается, пропорционально заданному передаточному числу.

Зубчатые зацепления шестерен переднего и заднего хода отличаются по форме. Для передних передач разработаны косозубые шестерни оригинальных очертаний. Такая форма зуба дает возможность передавать мощность постепенно без громких скрежещущих звуков. При включении задней передачи в зацепление входят колеса с прямыми зубьями. КПД зубьев прямой конфигурации заметно увеличен. При этом передается больший момент вращения, но одновременно появляются такие негативные явления, как шумовые эффекты.

Виды трансмиссий. Конструктивно, механические КПП разделяются на:

2-вальные.
3-вальные

Двух-вальные виды КПП предназначены для машин, оснащенных ведущим передним приводом. Трех-вальные устанавливаются на автомобилях повышенной мощности (спецтехника, грузовики, тягачи, вездеходы).

Среди представленных видов коробок различают еще такие КПП автомобилей, как секвентальные, где переход на следующую передачу производится в строгой последовательности.

В механической коробке передач скорости переключаются ручным способом при помощи специального рычага в салоне автомобиля.

История разработки

Мало кто знает, кто изобрёл и придумал АКПП, но ведь именно это стало основой того автомобиля, к которому мы привыкли. Базой автоматической трансмиссии является планетарная коробка передач, оснащённая гидротрансформатором.

АКПП появилась благодаря инженеру из Германии Герману Фиттенгеру (Hermann Föttinger) в 1902 году. В тот момент она применялась для судостроения. Позднее в 1904 году братья-изобретатели из Бостона предоставили свою конструкцию, она выглядела как усовершенствованная механика.

Первый автомобиль, оснащённый планетарной коробкой передач — Ford Т. Принцип её действия состоял в плавности регулировки скоростного режима за счёт наличия двух педалей. Одна из них повышала и понижала передачу, а вторая включала заднюю. Таким образом, делаем вывод, что первая страна изобрела АКПП – это США.

Первая в мире АКПП Hydramatic

В 1930 году над улучшением трансмиссии хорошо поработали инженеры компании General Motors, вышла в свет полуавтоматическая коробка. Сцепление в машине присутствовало, но управление над планетарным механизмом получила гидравлика. В ближайшее время наработку доработала фирма Крайслер, оснастив модуль гидромуфтой. С этим в мир пришла достойная замена двухступенчатой коробке передач, это – овердрайв.

Полностью автоматическую КПП миру подарила компания Дженерал Моторс в начале 40 годов прошлого века. Она представляла соединение четырёхступенчатой планетарной коробки с автоматической регулировкой гидравликой, оснащённую гидромуфтой.

Эта историческая сводка поможет читателям расширить свой кругозор. Благодаря этим знаниям, без труда можно ответить на вопросы: какая страна первая изобрела АКПП и в каком году получили её.

Что такое АКПП и история ее создания

Под АКПП понимается трансмиссия, которая без участия автомобилиста выбирает оптимальный показатель передаточного числа согласно условиям передвижения. В результате обеспечивается плавность хода ТС и комфорт для самого водителя.

Управление коробкой передач.

История изобретения

Основой автомата считают планетарную коробку передач и гидротрансформатор, который создал немец Герман Фиттенгер в 1902 году. Изобретение изначально предполагалось использовать в области судостроения. В 1904 г. братьями Стартевентами из Бостона был представлен другой вариант АКПП, состоящей из 2-х коробок передач.

В 1930-е годы конструкторы General Motors выпустили полуавтоматическую трансмиссию. В машинах еще предусматривалось сцепление, зато гидравлика управляла планетарным механизмом. Примерно в эти же годы инженеры Крайслера добавили в коробку гидромуфту. Двухступенчатая коробка заменилась овердрайвом — повышающей передачей, где передаточное число меньше 1.

Первая АКПП появилась в 1940 г. в General Motors. В ней сочетались гидромуфта и четырехступенчатая планетарная коробка, а автоматическое управление достигалось за счет гидравлики.

Плюсы и минусы АКПП

У каждого типа трансмиссии имеются поклонники. Но гидроавтомат не теряет своей популярности, поскольку обладает несомненными преимуществами:

передачи активируются автоматически, что способствует полному сосредоточению на дороге;
процесс начала движения максимально облегчен;
ходовая часть с двигателем эксплуатируются в более щадящем режиме;
проходимость машин с АКПП постоянно улучшается.

Несмотря на наличие плюсов, автолюбители выявляют в работе автомата следующие недостатки:

отсутствует возможность быстро разогнать машину;
приемистость двигателя имеет более низкие показатели, чем у МКПП;
транспорт нельзя завести с толкача;
автомобиль сложно буксировать;
неправильное использование коробки ведет к появлению поломок;
АКПП недешево обслуживать и ремонтировать.

Автоматическое устройство

Еще в пятидесятые годы прошлого века появились АКПП, расшифровывается это название – автоматическая тип коробки переключения передач, всем стала править автоматика. Такая альтернатива трансмиссии транспортных средств стала особенно привлекательной для новичков и женщин, которым было тяжело совладать с механической коробкой передач.

По сравнению с роботами, коробка передач, имеющая автоматическое переключение, более плавная, даже контрактные устройства с автомобилей, которые подверглись аварии, все равно надежнее, чем «роботы».

Но есть и отрицательные моменты. Так АКПП имеет больший вес нежели механика, так как в ней находятся тяжелые планетарные ряды, а не простые шестеренки.

Рычаги заменяет сложная гидравлика, сцепление – это гидротрансформатор, который не может работать в полной мере так, как это устраивало бы инженеров, поэтому они вынуждены увеличивать число фрикционных накладок. Все это во много раз утяжеляет машину, что ведет к ее более медлительному ходу и увеличению расхода топлива.

Достаточно часто можно увидеть АКПП с восемью передачами. Но каким бы хорошим ни было описание трансмиссии автоматики, все равно она проигрывает механической коробке в том, насколько эффективно она работает.

Что входит в трансмиссию автомобиля

Стандартный комплект трансмиссионной передачи состоит из нескольких компонентов:

сцепления;
коробки передач;
карданной передачи;
главной передачи;
дифференциала;
полуосей.

В зависимости от компоновки (передний, задний, полный привод) трансмиссия может включать другие узлы: ШРУСы (шарниры равных угловых скоростей), раздаточные коробки, фрикционные, вязкостные муфты.

Сцепление

Сцепление — набор деталей, который способен на некоторое время отделить передачу крутящего момента от двигателя к колесам. Узел устанавливают на машинах, оснащенных механическими коробками передач. Принцип действия — сухое трение дисков: Если крайняя левая педаль остается не нажатой, два диска ведомый (трансмиссия) и ведущий (двигатель) остаются плотно прижатыми друг к другу.

Механизм крайне чувствителен к неправильным действиям водителя и может часто выходить из строя из-за резкого включения сцепления («сгорают» соприкасающиеся детали). У большинства авто с автоматическими коробками переключения передач роль сцепления играют гидротрансформаторы — две турбины, связанные валами с двигателем и трансмиссией, которые вращаются в моторном масле. Ведущая турбина передает свою энергию вращения жидкости, от движения которой начинает вращаться ведомая.

Для простоты восприятия — это как два пропеллера, расположенные друг напротив друга. После включения одного струя воздуха начинает вращать лопасти второго. Вместо пропеллеров — турбины, вместо воздуха — вязкое моторное масло.

Коробка передач

Частота вращения коленчатого вала в двигателе примерно в 4 раза больше, чем тот же показатель у ведущих колес. Одна из функций трансмиссии — установка нужного крутящего момента, сообщаемого колесам. Например, При преодолении бездорожья на низкой передачи двигатель работает интенсивнее, а колеса вращаются медленнее. Разрыв в частоте вращения коленвала и ведущих колес сокращается, когда машина двигается по шоссе с высокой скоростью и относительно невысоких оборотах двигателя. Такую возможность предоставляет КПП — сложная система валов и шестерен, преобразующих крутящий момент до нужного показателя. Коробки изготавливают в нескольких вариантах:

ручные (МКПП);
автоматические (АКПП).

Коробки-автоматы делятся на собственно автоматические, роботизированные и вариаторы.

Карданная передача

Карданный вал — деталь, передающая вращение двигателя от коробки передач к задней оси автомобиля. Такой вид соединения используют в производстве заднеприводных либо полноприводных моделях авто. Характерная особенность — вал состоит из двух частей, соединенных под углом специальным шарниром. В переднеприводных автомобилях крутящий момент передается прямо к колесам валами из кардана коробки передач.

Главная передача

Узел, который сообщает вращение коленвала к ведущему мосту, называют главной передачей. Основная функция — уменьшение вращательного момента, передаваемого к колесам. Чем больше разница между количеством оборотов двигателя и колес, тем выше проходимость авто.

Дифференциал

При движении колеса машины (передние, задние, с правой либо левой стороны) могут вращаться с разной скоростью. Например, при повороте направо правые колоса преодолевают меньший путь, чем левые, поэтому вращаются медленнее. То же самое происходит, когда авто двигается по неровной проезжей части с большими неровностями. Для компенсации неравных скоростей вращения используют дифференциал — систему шестерен, вращающихся с двумя степенями свободы. Блокировка дифференциала (одна из функций в полноприводных автомашинах) заставляет колеса одной оси либо двух осей вращаться с одинаковой скоростью.

Ремонт зубьев шестерен, шлицев и валов

Зубья шестерен подвергаются нормальному износу в результате трения, а ускоренному — в результате неправильного ударного переключения передач, неполного зацепления зубьев, рывков или недоброкачественной смазки. При этом зубья скалываются, выкрашиваются, а иногда и ломаются.

Состояние зубьед контролируют внешним осмотром, шаблоном или измерением толщины их штангензубомером по начальной окружности шестерни.

Зубья шестерен, имеющие заусенцы и небольшую выработку, зачищают абразивными брусками (оселком). Шестерни, имеющие выкрошенные или сломанные зубья, заменяют новыми. Для получения правильного зацепления зубьев необходимо сопряженные шестерни (пару) заменять одновременно. Замена одной шестерни допускается при постановке не новой, а уже работавшей шестерни, которая но своему износу может быть допущена к дальнейшей эксплуатации.

При необходимости изношенные и выкрошенные зубья можно восстановить наплавкой металла с последующей термической и механической обработкой. Наплавку зубьев газовой сваркой производят сормайтом № 2 (твердый сплав) или стержнями, изготовленными из выбракованных шатунных болтов и клапанных пружин.

При наплавке торцевой поверхности зубьев производят следующие операции:

Устанавливают шестерню в ванну с водой так, чтобы зубья были погружены в воду на 1/3—1/2 своей длины (рис. а).
Нагревают поверхность зуба ацетилено-кислородной горелкой до потения (не доводя металл до плавления), наносят флюс (буру) и каплями наносят сормайт до заполнения изношенной части зуба. После наплавки всех изношенных поверхностей шестерню оставляют в ванне до остывания. При наплавке стержнями из шатунных болтов и клапанных пружин зубья закаливают путем опускания шестерни в ванну. Зачищают наплавленные зубья абразивным бруском.
При наплавке боковой поверхности зубьев шестерню помещают в ванну с водой на стержне вертикально (рис. б) и наплавляют второй зуб, считая от поверхности воды. Когда наплавленный зуб остынет до вишневого цвета, его погружают в воду поворотом шестерни, затем наплавляют следующий зуб и т.д.

По окончании наплавки всех зубьев их зачищают. Изношенные шлицы шестерен ремонтируют редко, так как шестерни выбраковываются обычно ранее из-за износа зубьев. Шлицы можно ремонтировать также наплавкой металла. Изношенные шлицы на валах иногда восстанавливают раздачей с последующей механической обработкой. Помимо износа шлицев, валы коробки передач могут иметь погнутость и изношенные места посадки шариковых и роликовых подшипников.

Вал проверяют на биение индикатором в центрах токарного станка.

Погнутый вал выправляют без нагрева под прессом.

Изношенные места посадки подшипников на валах восстанавливают наплавкой металла сваркой, хромированием, металлизацией или протачиванием шеек с последующей напрессовкой стальных втулок.

Какая коробка передач лучше

Каждая из рассмотренных коробок передач имеет как преимущества, так и недостатки.

Отличия основных типов КП

Основные отличия автомобильных трансмиссий:

Механическая коробка на легковой машине может иметь до 6-7 передач переднего хода, обслуживание заключается в замене масла в соответствии с регламентом и проведении ремонта (в случае появления посторонних шумов). Ресурс агрегатов доходит до 600-700 тыс. км, что превышает срок эксплуатации мотора до капитального ремонта.
Классическая автоматическая трансмиссия может иметь до 8 передач (например, коробки Aisin, используемые на автомобилях Skoda Karoq или Octavia A8). Агрегат снижает нагрузку на водителя при движении в пробках, а дополнительные ступени позволяют снизить расход топлива.
Робот бюджетного класса представляет собой симбиоз автоматической и ручной коробок, число ступеней не — более 5. Владельцу придется смириться с рыками при переключении передач и не всегда корректному алгоритму выбора скоростей.
Трансмиссии с 2 сцеплениями используются некоторыми производителями на машинах бюджетного класса B (например, Volkswagen Polo или Skoda Rapid с моторами объемом 1,4 л). В зависимости от модели, коробки имеют 6 или 7 передач, встречаются агрегаты с сухим или мокрым сцеплением (отличаются максимально допустимым крутящим моментом).
Вариатор бесступенчатого типа позволяет изменять передаточное число в диапазоне значений, ограниченном механической прочностью конусов и ремня. Поскольку кинематическая схема не позволяет реализовать реверс, то в конструкцию входят гидравлический трансформатор и планетарная передача. Вариатор не предназначен для передачи высокого крутящего момента при старте с места, поэтому в конструкцию вводят стартовую передачу (например, коробка Direct-Shift CVT от Toyota).

Преимущества и недостатки

Механическая коробка отличается простотой конструкции, что положительно сказывается на себестоимости узла и цене машины. Преимуществом является простота обслуживания и ремонта, агрегат позволяет снизить расход топлива. При покупке машины с МКПП следует учесть, что ручное переключение утомительно при движении в пробках. При переключении ступеней происходит разрыв потока мощности, что вызывает пробуксовку ведущих колес при движении по рыхлому грунту или заболоченной местности.

Классическая автоматическая коробка упрощает процесс управления автомобилем, самые надежные модели способны пройти без среднего ремонта до 350-400 тыс. км. Трансмиссия нуждается в периодическом обслуживании (замене масла и фильтра) и негативно влияет на топливную экономичность (за исключением агрегатов с 6 и более скоростями, которые позволяют снизить затраты горючего по сравнению с техникой, оборудованной механической коробкой). Дополнительным недостатком является замедленное переключение ступеней (даже при включении спортивного режима).

Роботизированные трансмиссии с двойным сцеплением обеспечивают мягкое переключение скоростей и снижают расход топлива на 5-10% по сравнению с классической ручной КПП (при одинаковом силовом агрегате). Коробки DSG поддерживают проведение компьютерной диагностики, показывающей степень износа фрикционов и время работы под разными нагрузками, что позволяет оценить состояние агрегата на подержанном автомобиле.

Покупатель может выбрать машину с вариатором, обеспечивающим плавный разгон и поддерживающим работу двигателя в диапазоне с минимальным расходом горючего. Трансмиссия позволяет буксировать прицепы и другие транспортные средства, но владельцу необходимо соблюдать рекомендации изготовителя по обслуживанию агрегата. При неаккуратной эксплуатации происходит образование стружки, выводящей из строя подшипники и ускоряющей износ многорядной цепи и поверхностей конусов.

Основное назначение

Коробка передач должна постоянно заниматься передачей крутящего момента от начала и до конца движения автомобиля. К эксплуатации относится движение по всем ухабистым дорогам, когда есть необходимость в частой смене скоростей. Изменяя передачу, водитель передвигает рычаг кулисы, что в свою очередь приводит в движение конкретную шестерню.

Еще коробка передач позволяет авто двигаться задним ходом. Также в трансмиссии предусмотрено сцепление, которое служит возможностью разъединения мотора и колес, а это просто необходимо, так как сменить передачу без данного устройства просто невозможно. Также у любой КПП есть нейтральная передача, она необходима для движения накатом или в зимнее время, когда нужно разогреть двигатель, а также при остановке у светофора.

Выбивает в нейтральную на механике почему вылетает передача

Похоже, что это общая проблема для изношенных коробок передач. Вы переключаетесь на скорость, и она выпрыгивает.

Еще раз, может быть несколько других причин этой проблемы, кроме изношенной коробки передач:

Распространенной проблемой является изношенная, растянутая или плохо приспособленная сдвиговая связь. Растяжение тяги может быть вызвано повреждением двигателя или крепления коробки. Внешняя тяга может изнашиваться или ослабевать и плохо регулироваться, что приводит к тому, что коробка выходит из строя.
Возможно, вы имеете дело со слабой или сломанной пружиной в рельсе переключения. Во внутреннем рычаге переключения пружина является частью подпружиненного шарика, который блокирует передачу. Если шар выскользнет из выемки, коробка передач выйдет из зацепления.
Кроме того, вы можете иметь дело с изношенным направляющим подшипником (зазор вызывает вибрацию входного вала, что вызывает перемещение вилок переключения передач или синхронизаторов).
У вас могут быть проблемы с изношенным синхронизатором или вилкой переключения или другими внутренними компонентами.

Другие потенциальные причины, чтобы иметь в виду:

Слабая или выбиваемая передача
Изношенные зубья шестерни

Примечание. Если коробка передач выпрыгивает только из верхней скорости, проверьте надежность крепления болтов корпуса сцепления или несоосность коробки.

Изношенная вилка переключения может затруднить переключение.