Плюсы и минусы коробок передач: что выбрать механику, автомат, вариатор или робот

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Функции КПП:

1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты

Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость

Как работает двухвальная МКПП, особенности конструкции

Во время работы ДВС, энергия вращения передается через узел сцепления на ведущий вал коробки. Одна часть шестерен на вторичном и первичном валу может свободно вращаться, а другая – устанавливаться на валу неподвижно. Это зависит от модели КПП. Также для сглаживания угловых скоростей и плавного включения передач на каждом валу есть синхронизатор.

Шестерни валов (вторичного и первичного) постоянно взаимодействуют между собой. Определить, какие из них вращаются, а какие жестко зафиксированы, можно следующим образом. Шестерни у муфт синхронизаторов вращаются на валу постоянно. А на главной передаче они неподвижны.

Для передачи момента от валов КПП на колеса, задействуется дифференциал и главная передача. Для чего служит дифференциал? Он предназначен для изменения угловой скорости вращения ведущих колес. Это актуально при прохождении поворотов и при любой другой смене траектории движения авто. Дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость авто на дороге и равномерный износ шин протектора.

Узел выбора передач находится в корпусе трансмиссии. Он являет собой набор штоков и вилок, двигающий муфту синхронизаторов. Узел выбора передач имеет защиту от включения сразу двух скоростей.

Что происходит во время включения передачи

• Когда рычаг находится в положении «нейтраль», маховик не передает вращательный момент и крутится свободно от диска сцепления. При этом шестерни валов МКПП свободно прокручиваются.
• Если водитель включает передачу, в данный момент перемещается муфта синхронизатора через систему тяг или тросиков.
• Муфта выравнивает обороты вала и используемой шестерни.
• Муфта входит в зацепление с шестерней КПП.
• Вращательный момент передается от первичного на вторичный вал трансмиссии.
• Энергия вращения передается в полном объеме от ДВС на колеса с определённым передаточным числом. Каждая передача имеет свое число. Чем ступень КПП выше, тем оно меньше.

Для того, чтобы выполнить движение назад, применяется дополнительный вал. Он имеет промежуточную шестерню реверсивного движения. Синхронизаторы у данной передачи отсутствуют, поэтому включать ее необходимо только после полной остановки авто.

Механическая коробка: классификация

История этого вида трансмиссии насчитывает уже более сотни лет, за все время существования он претерпел массу изменений, позволивших довести его до совершенства и убрать недочеты. Проще говоря, механическая КПП – наиболее простая и удобная в использовании конструкция из всевозможных вариантов. Это правило распространено на коробки с количеством ступеней, не превышающим 5. Ввиду стремления производителей к экономичности, изготавливаются обычно 6-ступенчатые виды агрегатов, но это не влияет на КПД.

Секвентальная МКПП: основные особенности

Точнее говоря, это устройство относится по принципу действия к механическим моделям. Идея появилась из спортивных машин. Конструкция функционирует на базе традиционной КПП, которая имеет электронное управление приводом.

Преимущества:

• Достижение оптимальной скорости через возможность быстрого переключения передач.
• Выработка последовательных действий без вреда для двигателя на больших оборотах.
• Возможность управления посредством подрулевых лепестков, позволяющих перемещаться на высоких скоростях.

В таких видах коробок автомобилей используются прямозубые шестерни, но не применяются синхронизаторы включения. Скорость их вращения выравнивается с помощью датчика скорости на компьютере. Наблюдается значительное сокращение времени включения нужной скорости (до 80%). Это делает процесс вождения удобным для новичков и профессиональных пользователей.

Роботизированные системы

Основное отличие от предыдущего вида – наличие электромеханического привода для включения шестерен. В основе схемы традиционно лежит механическая КПП, каждый вал оснащается в данном случае диском сцепления.

Устройства имеют отношение к механической КПП. Но, тем не менее, являются средним звеном между автоматом и механикой по стоимости и функциональности.

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

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

Схема двухвальной МКПП

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:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. 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:

Нейтральное положение

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

Задний ход

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.

Классификация по структуре

По структуре коробки передач автомобилей делятся на следующие виды: двухвальная и трехвальная. Обе имеют свои достоинства и особенности.

Двухвальная коробка: устройство и принцип работы

Ведущий вал таких коробок гарантирует объединение со сцеплением. Ведомый вал имеет параллельное расположение, в нем находится блок шестерен. Если нужно, дифференциал способствует обеспечению разной угловой скорости.

Механизм

Связь может обеспечиваться посредством специальных тросов и тяг. Самый простой вариант – тросы. Он наиболее распространенный и удобный для опытных водителей и новичков.

Механизм работы этого устройства схож с принципом трехвальной коробки, основное различие заключается в особенностях переключения передач. Разделение рычага, когда передача включена, проводится в продольном и поперечном направлениях. Выбор передач происходит посредством функционирования всех элементов и их взаимодействия.

Трехвальная МКПП

В составе КПП автомобилей присутствуют ведущий вал и ведомый, оба содержат в структуре синхронизаторы с шестернями, механизмом переключения. Ведущий вал обеспечивает соединение механизмов с системой сцепления. Параллельно ему имеется промежуточный вал, включающий шестерни в блоке.

Механизм, ответственный за переключение, находится на корпусе. В его конструкции имеется рычаг управления, ползуны, оснащенные вилками. Чтобы не возникла работа обеих передач одновременно, предусматривается дистанционное управление.

Принцип работы

Такой вид коробок не предполагает передачу момента крутки к передним колесам. Следствие передвижения рычага управления – перемещение муфты. В результате, благодаря муфте, обеспечивается синхронизация скоростей.

Переключение передач МКПП

Для эффективного управления автомобилем мало знать расшифровку МКПП, нужно понимать, как же переключаются передачи. Ведь от того, насколько хорошо вы изучите этот вопрос, будет зависеть и срок эксплуатации машины. Коробка передач – одна из самых часто выходящих из строя деталей. Переключение МКПП осуществляется с помощью рычага, который располагается по правую руку водителя в центре салона. Он находится либо на крыше коробки, либо соединяется с ней через специальный удлинитель. Второй тип рычага является наиболее предпочтительным, так как не передает вибрацию от двигателя и располагается в удобном для водителя положении.

Для того, чтобы эффективно и долго управлять автомобилем, необходимо понимать основные принципы переключения передач:

Включать передачу можно только после того, как педаль сцепления будет полностью выжата

Очень важно до конца нажимать на нее, в ином случае сцепление очень быстро износится и его будет необходимо заменить.
Переводить рычаг из одного положения в другое нужно плавно, без резких движений. В процессе вы почувствуете небольшое сопротивление, ведь в этот момент под капотом вашего автомобиля происходят сложные соединения разных деталей в редукторе

Если переключение с передачи на передачу будет идти с трудом, или в процессе вы услышите скрежет, то выжмите сцепление и включите нейтральную передачу – скорее всего вы либо недостаточно нажали на левую педаль, либо в вашей машине есть какие-то неполадки.

Процесс переключения передач

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

Плюсы:

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

Минусы:

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

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

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

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

Плюсы:

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

Минусы:

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

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

Механизм переключения передач Лада Гранта

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

Синхронизаторы

Это важная составляющая любой механической трансмиссии. Служат синхронизаторы для сглаживания скорости вращения шестерни и вала. Переключение передач благодаря синхронизаторам происходит быстро и мягко. В устройство входит:

• Блокировочное кольцо.
• Ступица.
• Шестерня, имеющая фрикционный конус.
• Муфта включения.

Ступица – это главный элемент узла. Она имеет два шлица (наружные и внутренние). За счет них механизм соединяется с валом трансмиссии, двигаясь по нему в разную сторону. Благодаря наружному шлицу элемент соединяется с муфтой включения. Также устройство ступицы предполагает наличие трёх пазов. Каждый установлен под углом в 120 0 относительно друг друга. Данные пазы служат для установки «сухарей». Что это такое? Это подпружиненные элементы, фиксирующие муфту в положении «нейтраль». При такой установке муфты синхронизатор коробки не работает. Маховик свободно вращается, не передавая момент на коробку. Сама муфта соединяет шестерни с валом коробки. Деталь устанавливается на ступице. С внешней стороны она соединяется с вилкой КПП.

Для выравнивания угловых скоростей используется блокировочное кольцо. Сглаживание вращения происходит за счёт трения. Кольцо не дает муфте замкнуться, пока шестерня и вал не будут иметь равные обороты вращения. Внутренняя часть блокировочного кольца обладает конусной формой.

Как работает синхронизатор в МКПП:

• Муфта при нерабочем состоянии находится в среднем положении. Шестерни на валах трансмиссии свободно вращаются.
• При выборе водителем передачи, муфта двигается к шестерне посредством вилки. При этом муфта двигает блокировочное кольцо. Последнее прижимается к конусу шестерни.
• Кольцо прокручивается и блокирует последующее движение муфты.
• За счет трения, обороты вала и шестерни выравниваются.
• Муфта зацепляет вал и шестерню КПП.
• Передается крутящий момент от маховика ДВС.

Устройство механической коробки передач

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.