Как работает механическая коробка передач. Принцип работы механической коробки передач (мкпп)

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА»

«КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ»

Трансмиссия автомобиля (силовая передача )

обеспечивает передачу усилий (крутящего момента) от двигателя на ведущие колёса, а также преобразование (трансформацию) этих усилий в зависимости от условий движения.
К трансмиссии относятся все узлы и механизмы автомобиля, связывающие двигатель с ведущими колёсами.
Следует различать трансмиссии автомобилей с приводом на заднюю ось (а/м классической компоновки), с приводом на передние колёса и полноприводных автомобилей. Так же, будет различаться трансмиссия полноприводного автомобиля, сконструированного для эксплуатации в условиях бездорожья (внедорожник), от трансмиссии полноприводного автомобиля, созданного для дорог с твёрдым покрытием.
Колёсные формулы автомобилей с приводом на задние или передние колёса, пишутся – 4х2 (т.е., четыре колеса, два из которых – ведущие).
Колёсная формула автомобиля с приводом на переднюю и заднюю ось, пишется – 4х4 (т.е., четыре колеса – все колёса ведущие).
К механизмам трансмиссии относятся: сцепление , коробка передач (в том числе и коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы), карданная передача, главная передача, дифференциал , приводы ведущих колёс и некоторые другие механизмы.
Главная передача, коробка передач и раздаточная коробка (при её наличии) обеспечивают суммарное передаточное число трансмиссии автомобиля.

Коробка передач

служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов), передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним ходом.
Коробки передач, по характеру изменения , классифицируются на ступенчатые и бесступенчатые .

По способу управления переключением передач различают коробки:

С полуавтоматическим управлением;

С автоматическим управлением.

По конструкции агрегатной части различают коробки:

Вальные с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления;

Вальные шестерёнчатые ступенчатые коробки передач с ручным управлением.

На автомобилях с ручным управлением трансмиссией применяются вальные ступенчатые коробки передач с зубчатыми передачами. Зубчатые передачи КП характеризуются фиксированными передаточными числами, обеспечивающими на всех режимах работы нужное соответствие между рабочими характеристиками двигателя и трансмиссии.

К основным элементам «ручных» коробок передач и элементам их управления относятся:

агрегат коробки передач с набором валов и зубчатых передач постоянного зацепления;

механизм переключения передач.

Конструкции коробок передач могут различаться в зависимости от компоновочной схемы автомобиля.
Широкое применение имеют двухвальные и трёхвальные коробки с косозубыми шестернями постоянного зацепления.
В единый блок с КП могут входить главная передача и дифференциал, а у автомобилей с приводом на обе оси, ещё и раздаточный узел (раздаточная коробка). С единым блоком также может компоноваться коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы (например, на лебёдку).
Коробки передач грузовых автомобилей дополнительно оборудуются мультипликатором (делителем) и/или демультипликатором*

*Делителем (мультипликатором) называется повышающий редуктор трансмиссии.
Демультипликатором называют понижающий редуктор трансмиссии.
Многовальные КП с делителями и демультипликаторами широко используют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности для увеличения числа передач с целью улучшения тягово-экономических свойств. Делитель устанавливают перед КП; обычно он имеет две передачи – прямую и повышающую. Демультипликатор размещают за КП; обычно он имеет две или три передачи. При применении указанных устройств число передач КП увеличивается и может достигать значения 24 или выше.

Устройство ручной трёхвальной коробки передач показано на рисунке 1.

Рис. 1. Трёхвальная ступенчатая коробка передач с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и ручным управлением.

1 – сальник первичного вала; 2 – задний опорный подшипник первичного вала; 3 – картер сцепления (фрагмент); 4 – кольцо установочное; 5 – передний подшипник вторичного вала; 6 – упорная шайба пружины синхронизатора четвёртой передачи; 8 – сапун; 9 – скользящая муфта синхронизатора; 10 – ступица синхронизатора; 11 – стопорное кольцо блокирующего кольца синхронизатора; 12 – блокирующее кольцо синхронизатора; 14 – ведомая шестерня третьей передачи; 15 – ведомая шестерня второй передачи; 16 – вторичный (ведомый) вал; 17 – ведомая шестерня первой передачи; 18 – втулка шестерни первой передачи; 19 – промежуточный подшипник вторичного вала; 20 – стопорная пластина; 21 – ведомая шестерня заднего хода; 22 – рычаг переключения передач; 23 – упорная подушка рычага переключения передач; 24 – упругая подушка рычага переключения передач; 25 – дистанционная втулка; 26 – запорная втулка; 27 – ведущая шестерня привода спидометра; 28 – сальник ведомого вала; 29 – фланец; 30 – гайка; 31 – уплотнитель центрирующего кольца; 32 – стопорное кольцо; 33 – центрирующее кольцо; 34 – задний подшипник ведомого вала; 35 – грязеотражатель; 36 – ведомая шестерня привода спидометра; 37 – задняя крышка КП; 38 – привод спидометра; 39 – вилка включения передачи заднего хода; 40 – ведущая шестерня заднего хода; 41 – промежуточная шестерня заднего хода; 42 – ось промежуточной шестерни заднего хода; 43 – задний подшипник промежуточного вала; 44 – ведущая шестерня первой передачи; 45 – муфта синхронизатора первой и второй передачи; 46 – корпус коробки передач; 47 – ведущая шестерня второй передачи; 48 – ведущая шестерня третьей передачи; 49 – пробка заливного и контрольного отверстия; 50 – крышка картера коробки передач; 51 – промежуточный вал; 52 – шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 53 – передний подшипник промежуточного вала; 54 – болт; 55 – зажимная шайба подшипника; 56 – шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 57 – пружинная шайба; 58 – стопорное кольцо; 59 – передняя крышка коробки передач; 60 – первичный (ведущий) вал.

Для обеспечения плавного и бесшумного переключения передач коробки оснащаются синхронизаторами .
Синхронизаторы (позиция 9 и 45 на рисунке 1) , при включении передачи уравнивают (синхронизируют) частоту вращения соединяемых элементов (валов и шестерён).
Состав синхронизатора показан на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство синхронизатора.

1 – ступица; 2 – скользящая муфта; 3 – блокирующее кольцо; 4 – пружина; 5 – стопорное кольцо; 6 – шестерня передачи с косозубым венцом постоянного зацепления; а – дополнительный прямозубый венец шестерни передачи; б – внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Работа простой зубчатой передачи

Изменение соотношения между числами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колёс автомобиля и изменение вследствие этого тягового усилия на колёсах производится посредством зубчатых колёс (шестерён), из набора которых и состоит коробка передач.
При вращении малой ведущей шестерни находящаяся с ней в зацеплении большая ведомая шестерня (рис. 3) будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз её число зубьев больше числа зубьев ведущей шестерни.
Отношение числа зубьев (равно как, диаметра или скорости вращения) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру или скорости вращения) ведущей шестерни, называется передаточным числом (D 2/ D 1 = n , где n – передаточное число пары шестерён, D2 и D1 – диаметр ведомой и ведущей шестерни, соответственно).
Чем больше передаточное число пары шестерён, тем значительнее изменяются число оборотов и крутящий момент, получаемые на валу ведомой шестерни по отношению к ведущей шестерне.

Рис. 3. Простая зубчатая пара.

На изменении передаточных чисел путём введения в зацепление шестерён с различным диаметром основано действие коробки передач, раздаточной коробки и коробки отбора мощности.
Задний ход автомобиля осуществляется способом введения в зацепление между ведущей и ведомой шестернями, так называемой промежуточной шестерни , в результате чего вал ведомой шестерни будет вращаться в противоположную сторону (см. рис. 4 В).

При работе передачи некоторая часть передаваемой мощности теряется на преодоление сил трения в самих шестернях, в опорах их валов и на взбалтывание масла. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия (кпд) передачи , который представляет собой отношение мощности полученной на валу ведомой шестерни, к мощности на ведущей шестерне.
Для цилиндрической зубчатой передачи кпд составляет примерно 0,98, а для конической пары шестерён примерно 0,97. Общий кпд нескольких зубчатых передач будет равен произведению кпд отдельных пар шестерён.

Работу зубчатых передач поясняет рисунок 4.

Рисунок 4. Схемы зубчатых передач.

Дополнительная информация.
Шестерёнчатые передачи широко применяются в различных приводах, включая приводы валов. Типичным примером такого привода может служить шестерёнчатый привод распределительного вала двигателя, где коленчатый вал и шестерня КВ являются ведущими, а распределительный вал и его шестерня – ведомыми.

Рисунок 5. Шестерёнчатый привод валов двигателя

Работа ручной шестерёнчатой трёхвальной четырёхступенчатой коробки передач

Трёхвальная коробка передач (см. рис. 1), имеет первичный (60), вторичный (16) и промежуточный (51) валы, а также ось (42) промежуточной шестерни (41) передачи заднего хода. Валы опираются на подшипники качения (2, 19, 34, 43 и 53), установленные в корпусе (46) коробки. Передний носок первичного вала (60) опирается на подшипник, запрессованный в выточку фланца коленчатого вала двигателя. Передний носок вторичного вала (16) лежит в игольчатом подшипнике (5), установленном в торцевой выточке шестерни (56) ведущего вала (60). Шестерня (56) ведущего вала (60) располагается на его заднем конце и изготовлена с валом, как одно целое.

На вторичном (ведомом) валу установлены косозубые шестерни первой (17), второй (15) и третьей (14) передачи и синхронизаторы (9 и 45) в сборе. Все шестерни передач переднего хода имеют дополнительный прямозубый зубчатый венец для соединения с синхронизатором. Шестерни установлены на валу свободно (т.е., не закреплены и могут вращаться независимо от вала). Синхронизаторы (9 и 45), в отличие от шестерён первой, второй и третьей передач, подвижно закреплены на шлицах вторичного вала посредством ступиц (10) и поэтому могут вращаться с валом только совместно, а также могут передвигаться по шлицам ступицы в осевом направлении. Синхронизаторы управляются водителем посредством рычага переключения передач (22) через штоки и вилки механизма переключения (на рисунке 1 показана только вилка (39) включения заднего хода).
Промежуточный вал (51) имеет четыре косозубые шестерни (44, 47, 48 и 52), выполненные совместно с валом (как одно целое). Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями вторичного вала (16), образуя пары зацепления (44 – 17, 47 – 15, 48 – 14, и 52 – 56).
При работающем двигателе, включённом сцеплении и нейтральном положении синхронизаторов (т.е., муфты синхронизаторов не заблокированы ни с одной из шестерён), что соответствует нейтральной передаче в коробке передач, ведущий вал (60) через шестерню (56), находящуюся в постоянном зацеплении с шестернёй (52) промежуточного вала (51), вращает этот вал вместе с его шестернями 44, 47 и 48 и, входящие с ними в постоянное зацепление шестерни 17, 15 и 14 ведомого вала (16). Так как шестерни 14, 15 и 17 сидят на валу свободно и не могут передавать вращение, вторичный вал (16) остаётся неподвижным. Крутящий момент на ведущие колёса не передаётся.
При включении любой из передач (например, первой передачи), скользящая муфта синхронизатора (в рассматриваемом случае – 45) посредством механизма переключения передач вводится в зацепление с дополнительным зубчатым венцом шестерни первой передачи (17) и, тем самым, блокирует шестерню (17) на валу (16). Передача крутящего момента осуществляется по «цепи»: первичный вал (60) и его шестерня (56) – шестерня постоянного зацепления (52) промежуточного вала (51) – шестерня (44) промежуточного вала (51) – шестерня (17) первой передачи вторичного вала (16) – вторичный вал (16) – далее на трансмиссию.
При включении второй или третьей передачи в КП вращение на вторичный вал будет передаваться через заблокированные синхронизатором шестерни, соответственно, второй или третьей передачи.
При включении четвёртой передачи, первичный вал (60) и вторичный вал (16) блокируются синхронизатором (9) «на прямую» через шестерню (56) первичного вала (60).

Работа синхронизатора.

Синхронизатор (см. рис. 2) состоит из ступицы (1), скользящей муфты (2), блокировочного кольца (3) и пружины (4).
Ступица шлицами посадочного отверстия установлена на шлицах вторичного (ведомого) вала коробки передач (вал на рисунке не показан).
Скользящая муфта шлицами посадочного отверстия сидит на внешних шлицах ступицы и может перемещаться по ним в осевом направлении посредством рычага переключения передач через штоки и вилки механизма переключения. Внутренняя, рабочая поверхность скользящей муфты (б) гладкая и имеет конусность (сужение конуса – внутрь муфты).
Блокировочное кольцо, как правило, латунное (бронзовое), совместно с пружиной закреплено посредством стопорного кольца (5) на дополнительном прямозубом венце (а) шестерни передачи (6). Зубья внутренней части кольца находятся в предзацеплении с краем прямозубого дополнительного венца шестерни. Внешняя поверхность блокировочного кольца имеет конусность (сужение в сторону скользящей муфты). На поверхность кольца нанесена маслосгонная «резьба» (накатка) и имеются поперечные маслоотводящие канавки. Накатка и канавки способствуют снятию и отводу с рабочей поверхности скользящей муфты излишек масла. Шестерня свободно сидит на ведомом валу КП (вал на рисунке не показан).
При включении передачи скользящая муфта надвигается на шестерню (6), сжимая пружину (4) и воздействуя на наружную конусную поверхность блокировочного кольца (3) своей рабочей поверхностью, также имеющей конусность. При «затягивании» конусных рабочих поверхностей блокировочного кольца, закреплённого на шестерне передачи и скользящей муфты, закреплённой на шлицах вторичного вала через ступицу (1), за счёт возрастающих сил трения происходит «притормаживание» вращающихся деталей и, уравнивание угловых скоростей их вращения. Когда угловые скорости сравняются, зубья внутреннего венца скользящей муфты войдут в зацепление с зубьями дополнительного венца шестерни передачи. Передача будет включена.

Устройство и работа ручной шестерёнчатой двухвальной пятиступенчатой коробки передач

Устройство двухвальной пятиступенчатой коробки схематически показано на рисунке 6.

На первичном валу (10) КП размещается комплект шестерён 1, 2, 4, 5 и 8 из которых шестерни 5 и 8 являются свободными, а шестерни 1, 2 и 4 изготовлены совместно с валом. Совместно с валом изготовлена и шестерня заднего хода (находится между шестернями 2 и 3).
На вторичном валу (15) размещаются шестерни передач 14, 16, 17, 18, 19 и ведущая шестерня главной передачи (13). Шестерни 13, 14 и 16 выполнены вместе с валом, шестерни 17, 18 и 19 свободные.
Передача крутящего момента от КВ двигателя через сцепление передаётся на первичный вал (10) коробки и, через его шестерни (1, 2, 4, 5 и на шестерни (14, 16, 17, 18 и 19) вторичного вала (15). При включении передачи свободные шестерни первичного/вторичного вала через детали синхронизатора (3, 7 и 20) блокируются с самим валом и, крутящий момент с двигателя поступает на вторичный (ведомый) вал и далее через шестерни 12 и 13 главной передачи на дифференциал и привод ведущих колёс (11).

Рисунок 6. Схема двухвальной коробки передач.

1 – шестерня пятой передачи первичного вала; 2 – шестерня первой передачи первичного вала; 3 – муфта синхронизатора включения первой, второй передачи и передачи заднего хода; 4 – шестерня второй передачи первичного вала; 5 – шестерня третьей передачи первичного вала; 6 – корпус КП; 7 — муфта синхронизатора включения третьей и четвёртой передачи; 8 – шестерня четвёртой передачи первичного вала; 9 – картер сцепления; 10 – первичный (ведущий) вал; 11 – шарнир привода передних колёс; 12 – ведомая шестерня главной передачи; 13 – ведущая шестерня главной передачи; 14 – шестерня четвёртой передачи вторичного вала; 15 – вторичный (ведомый) вал; 16 – шестерня третьей передачи вторичного вала; 17 – шестерня второй передачи вторичного вала; 18 — шестерня первой передачи вторичного вала; 19 – шестерня пятой передачи вторичного вала; 20 – муфта синхронизатора включения пятой передачи.

На рисунке 7 схематично показаны направления потока мощности при включении соответствующей передачи.

Рисунок 7. Направление потока мощности в двухвальной коробке при включении передач переднего и заднего хода.

Направление потока мощности показано стрелками. Муфты синхронизаторов и шестерни, находящиеся под нагрузкой подкрашены розовым цветом.

Сдвоенные шестерёнчатые вальные коробки передач с двумя сцеплениями и автоматическим управлением.

Механическая шестерёнчатая коробка передач, сконструированная по принципу «две в одной», концептуально объединяет в агрегатном узле две полностью синхронизированные между собой, коробки передач, каждая из которых образует, так называемый «делительный механизм». Каждый из двух делительных механизмов имеет свой первичный и вторичный вал с набором шестерён. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на первичные валы каждого делительного механизма передаётся через двухдисковое или сдвоенное многодисковое (пакетное) сцепление. При этом за привод первичного вала каждого из двух делительных механизмов отвечает свой (один из двух) пакет фрикционов.

Принципиальная схема коробки передач показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Принципиальная схема КП с двухдисковым сцеплением.

1, 3, 5, 7 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 1;
2, 4, 6 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 2;
ГП – шестерни главной передачи;
Д – дифференциал.

Работа сдвоенной коробки передач.

От КВ двигателя крутящий момент через сцепление 1 поступает на первичный вал 1 и шестерни передач с ним связанные, а через сцепление 2 на первичный вал 2 и его шестерни.
Конструкция КП позволяет одновременно включать две передачи, но так как одномоментно только одно из двух сцеплений может быть в состоянии «включено» и, в связи с этим, лишь один делительный механизм находится в состоянии силового замыкания – одна из этих передач будет неактивной. Данная особенность конструкции КП и сцепления позволяет переключать передачи в коробке без разрыва потока мощности.
Делительный механизм 1 отвечает за включение нечётных передач переднего хода (1, 3, 5 и 7).
Делительный механизм 2 отвечает за включение чётных передач переднего хода (2,4 и 6) и передачи заднего хода (R).

Включение передач осуществляется автоматически через блок управления КПП, посредством соленоидов (электрических клапанов) или гидроклапанов, классическим для механических коробок механизмом переключения и синхронизации.
Передача крутящего момента с любого из двух вторичных валов осуществляется на ведомую шестерню главной передачи (ГП) и далее через дифференциал (Д) на валы ведущих колёс.

Рисунок 9. Устройство многовальной КП с пакетным сдвоенным сцеплением.

Для наглядности все валы КП изображены на одной плоскости.
СЦ 1 и СЦ 2 – сцепление 1 и 2; R – шестерня заднего хода.

Для лучшего понимания устройства на рисунке 9 показана конструкция вальной шестиступенчатой коробки передач с пакетным сдвоенным сцеплением.
Особенностью устройства КП является сборная конструкция из первичных валов.

Первичный вал 2 имеет осевую полость, в которой размещается и свободно вращается первичный вал 1. В первичном вале 1 выполнен осевой канал, в котором размещается вал привода шестерёнчатого масляного насоса. Каждый первичный вал имеет шлицевой «носок», посредством которого вал соединяется со сцеплением. На первичном вале 1, помимо шестерён, выполнен зубчатый ротор (маркерный диск) для датчика частоты вращения вала.

Сборная конструкция первичных валов КП показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Первичный вал коробки передач .

Устройство и работа механизма переключения передач .

По способу воздействия рычагом на исполнительные механизмы переключения передач различают три основных типа привода управления ручными коробками.

Прямой привод управления
обеспечивает непосредственное воздействие рычага переключения передач на детали переключения – штоки и вилки, а через них на муфты переключения.
Пример такого типа привода показан на рисунке 11 применительно к раздаточной коробке.
К основным деталям привода относятся: рычаг управления коробкой – 13; штоки переключения – 2 и 10; вилки переключения – 1 и 14; муфты переключения – 24 и 54.
От самопроизвольного выключения передачу удерживает механизм фиксации, имеющий в своём составе подпружиненный шарик – 16, помещённый во втулку – 17.
При включённой передачи пружина вдавливает шарик в специальное углубление, выполненное в штоке, тем самым не позволяя штоку произвольно перемещаться в ползунах вследствие воздействия на него сил, возникающих при работе механизма (толчки, вибрации и т.п.).
Применительно к рисунку 11 можно видеть, что в каждом штоке имеется два углубления (условно – 1 и 2) под шарик фиксатора. Положение шарика фиксатора в углублении 1 соответствует состоянию — «нейтраль» (передача выключена). Положение шарика фиксатора в углублении 2 соответствует состоянию – «передача включена».
Устройство привода тягового и тросового типа можно посмотреть здесь.

Раздаточная коробка

служит для распределения (раздачи) усилия на ведущие мосты автомобиля.
Коробка передач и раздаточная коробка могут конструктивно объединяться в одном корпусе.

Раздаточная коробка автомобилей повышенной проходимости

имеет устройство сходное с коробкой передач и, как правило, две передачи – высшую (прямую) и понижающую, что удваивает общее число передач в трансмиссии и позволяет более точно и правильно подбирать передаточные числа в соответствии с условиями движения. Передачи синхронизированы.
В раздаточную коробку помещают механизм для включения/выключения одного из мостов и главную передачу с межосевым дифференциалом, если предусматривается постоянный (неотключаемый) привод на все колёса, а также механизм блокировки межосевого дифференциала.
Раздаточная коробка легкового автомобиля повышенной проходимости с понижающей передачей и возможностью блокировки межосевого дифференциала, показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Устройство раздаточной коробки полноприводного автомобиля повышенной проходимости.

1 – вилка муфты блокировки дифференциала; 2 – шток вилки блокировки дифференциала; 3 – защитный чехол штока; 4 – стопорная шайба; 5 – втулка оси рычага; 6 – ось рычага; 7 — рычаг; 8 – стопорный болт вилки; 9 – выключатель контрольной лампы блокировки дифференциала; 10 – шток вилки переключения передачи; 11 – соединительный рычаг; 12 – кронштейн рычага управления раздаточной коробкой; 13 – рычаг управления раздаточной коробкой; 14 – вилка муфты переключения передач; 15 – дистанционная втулка; 16 – пружина и шарик фиксатора; 17 – втулка пружины фиксатора; 18 – фланец ведущего вала; 19 – передняя крышка корпуса; 20 – сальник ведущего вала; 21 – упорное кольцо подшипника; 22 – передний подшипник ведущего вала; 23 – шестерня высшей передачи; 24 – муфта синхронизатора передачи; 25 – картер (корпус) раздаточной коробки; 26 – шестерня низшей передачи; 27 – задний подшипник ведущего вала; 28 – установочное кольцо подшипника; 29 – ведущий вал; 30 – втулка; 31 – ступица синхронизатора; 32 – задняя крышка корпуса; 33 – задний подшипник промежуточного вала; 34 – промежуточный вал; 35 – подшипник вала привода заднего моста; 36 – задний подшипник корпуса дифференциала; 37 – фланец; 38 – сальник вала; 39 – корпус дифференциала (задняя часть); 40 – опорная шайба шестерни; 41 – шестерня вала привода заднего моста; 42 – ось сателлитов; 43 – стопорное кольцо оси сателлитов; 44 – пружинная шайба; 45 – кронштейн подвески; 46 – упорная шайба сателлита; 47 – картер дифференциала; 48 – сателлит; 49 – ведомая шестерня дифференциала; 50 – корпус дифференциала (передняя часть); 51 – стопорное кольцо; 52 – пружинная шайба; 53 – передний подшипник корпуса дифференциала; 54 – муфта синхронизатора дифференциала; 55 — установочное кольцо переднего подшипника дифференциала; 56 – маслоотражатель; 57 – сальник вала; 58 – подшипник вала привода переднего моста; 59 – вал привода переднего моста; 60 – фланец; 61 – пробка сливного отверстия; 62 – ведомая шестерня привода спидометра; 63 – передний подшипник промежуточного вала; 64 – ведущая шестерня привода спидометра; 65 – пробка заливного отверстия.

Раздаточные коробки автомобилей с полным приводом

для дорог общего назначения (с твёрдым или грунтовым покрытием) имеют менее сложную конструкцию.
В коробках, как правило, отсутствует понижающая передача и все те механизмы, которые отвечают за её включение. Устройство раздаточной коробки с цепным приводом показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Бесступенчатая дифференциальная раздаточная коробка с цепным приводом.

Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ «Русская Техническая Школа».

Большинство современных транспортных средств комплектуются следующими типами коробок переключения передач:

Каждый тип КПП имеет свою, отличную от других конструкцию, свои достоинства и недостатки, исходя из которых, автолюбитель во время покупки автомобиля может отдавать предпочтение тому или иному устройству. Устройство механической коробки передач (МКПП), которое будет детально рассмотрено в данной статье, отличается своей простотой, поэтому понять принцип ее действия достаточно легко.

Механизм

Перед тем как приступить к изучению устройства механической коробки передач (МКПП) и принципов ее работы, следует подробно описать данный механизм. Механическая коробка передач – это неотъемлемая часть любого транспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Ее обязательное наличие обусловлено спецификой работы современных моторов, имеющих достаточно небольшой диапазон оборотов, в пределах которого достигаются максимальные значения мощности и крутящего момента. Помимо этого любой двигатель имеет критическую величину частоты оборотов, превышение которой неизменно приводит к преждевременному износу агрегата, вплоть до выхода его из строя. Перед передачей крутящего момента на вторичный вал и на колесный привод транспортного средства МКПП меняет направление данной векторной физической величины и преобразовывает ее. Переход на каждую новую ступень в МКПП осуществляется посредством механического передвижения рычага в ту или иную позицию.

Непосредственно механизм КПП находится в металлическом корпусе, внутрь которого заливаются смазочные материалы, обеспечивающие стабильную работу механизма. Рычаг переключения скоростей может располагаться как в самой коробке переключения передач, так и за ее пределами (в кузове автомобиля). В случае дистанционного процесса переключения передач применяется тяга привода управления (кулиса).

Составные части МКПП:

• первичный вал;
• промежуточный вал;
• вторичный вал;
• дополнительный вал;
• картер;
• синхронизаторы;
• устройство переключения передач, в комплектацию которого входят замки и блокировочные механизмы;
• рукоятка переключения передач.

Принцип действия

Подшипники, находящиеся в картере, способствуют вращению валов устройства. Каждый вал имеет в своем оснащении наборы шестерен, на которых в различном количестве расположены специальные зубья.

Функция синхронизаторов заключается в уравновешивании угловых скоростей шестерен, возникающих в процессе их вращения. Благодаря их работе передачи переключаются плавно без постороннего шума.

Блокировочные механизмы предотвращают возможность самопроизвольного выключения передач, в то время как замки препятствуют одновременному включению нескольких передач.

Количество ступеней и валов

Сегодня наибольшей популярностью пользуется пятиступенчатая КПП, однако, нередко можно встретить четырехступенчатые и шестиступенчатые механизмы.

В комплектацию МКПП могут входить два или три вала. Трехвальными механизмами оснащаются переднеприводные и заднеприводные транспортные средства (в т.ч. грузовые автомобили).

Двухвальными коробками чаще всего комплектуют переднеприводные легковые машины.

Основные различия КПП с разным количеством валов:

• Местонахождение валов. В двухвальной КПП валы располагаются параллельно друг другу;
• Процесс осуществления передачи. В КПП с тремя валами передача создается за счет работы одной пары шестерен, в трехвальной – за счет взаимодействия двух пар;
• Прямая передача. Двухвальная КПП не имеет прямой передачи.

В остальном устройство МКПП существенных отличий в конструкции и в принципе работы не имеет.

Видео

Принцип работы МКПП наглядно показан в следующем видеоматериале:

Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).

На данный момент существует четыре основных типа коробки:

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Основные виды МКПП

Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.

«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.

Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:

1. четырехступенчатые;
2. пятиступенчатые;
3. шестиступенчатые и более.

Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».

Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).

Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы

Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:

1. первичный (или ведущий) вал;
2. блок шестерен первичного вала;
3. вторичный (или ведомый) вал;
4. блок шестерен вторичного вала;
5. механизм переключения передач;
6. муфты синхронизаторов;
7. картер;
8. главную передачу;
9. дифференциал.

Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.

Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.

Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.

Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.

Основные неисправности МКПП

Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.

1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.

2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.

3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:

• шум при работе коробки;
• шум при работе только одной конкретной передачи;
• шум коробки при нейтральном положении рычага управления.

Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.

4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.

Основы эксплуатация и обслуживания МКПП

При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.

В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.

Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.

И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.

На пути перехода от экипажей на конной тяге к автомобилю с двигателем внутреннего сгорания конструкторы сталкивались со множеством проблем, которые требовали решения. Одной из них стала необходимость совместить диапазоны оборотов мотора и колес. Интервал рабочих оборотов двигателя от 800 до примерно 8000 об/мин. Частота вращения колес до 1500 об/мин. Без введения промежуточного звена такую задачу не решить. В результате работы над решением вопроса совместимости частоты вращения появилась механическая КПП (коробка перемены передач). В России ее впервые применил И.П. Кулибин на своей «самокатной тележке» в конце XVIII в. Несмотря на появление впоследствии более удобных автоматических КПП, механическая коробка передач используется в автомобилях и поныне.

Преимущества и недостатки механической КПП

Коробки передач подразделяются виды: ступенчатые и бесступенчатые. Механическая относится к первому виду. По сравнению с остальными старая добрая «механика» обладает рядом достоинств:

• простота конструкции;
• надежность;
• ремонтопригодность;
• самая маленькая потеря мощности при передаче от двигателя к колесам;
• высокая скорость переключения;
• невысокая стоимость изготовления.

Благодаря этим качествам механическая КПП остается до сих пор в строю. К недостаткам можно отнести:

• необходимость обладания специфическим навыком управления (плавный выжим сцепления);
• высокая утомляемость водителя при большом количестве циклов трогание-остановка.

Сцепление

Механизм сцепления обязательно входит в устройство всех МКПП. Служит он для прерывания потока мощности от двигателя к коробке передач. Это необходимо сделать для того, чтобы скорости вращения шестерен можно было уравнять при переключении.

В большинстве автомобилей используется сухое однодисковое фрикционное сцепление. Его составные части:

Принцип работы сцепления: в обычном состоянии оно замкнуто, ведущий и ведомый диски плотно прилегают друг к другу. Размыкает его водитель, нажимая соответствующую педаль. Далее посредством гидравлического или тросового привода воздействие передается на вилку выключения сцепления, которая через выжимной подшипник отодвигает ведомый диск от ведущего, и двигатель с МКПП оказываются разобщенными.

Величина крутящего момента, передаваемого от двигателя приводному валу, должна соответствовать условиям движения. Для ее изменения и служит механическая коробка передач, внутри корпуса которой находятся валы с шестернями. Принцип работы коробки передач прост: изменение величины передаваемого крутящего момента происходит ступенчато посредством перемены пар шестерен, находящихся в зацеплении.

Механическая коробка передач состоит из следующих частей:

Устройство агрегатов для переднеприводных и заднеприводных машин различно. Это связано с расположением двигателя. Мотор в переднеприводных автомобилях расположен поперек продольной оси. Такое положение требует от КПП компактности. Достигается это использованием конструкции с двумя валами. Задне- и полноприводные автомобили имеют продольно расположенный силовой агрегат, что позволяет использовать в конструкции коробки три вала.

Шестерни, расположенные на валах механической КПП, имеют разный диаметр и число зубьев. За счет этого меняется передаваемый крутящий момент. Если диаметр и число зубьев ведущей шестерни меньше, чем у ведомой, то момент увеличивается, если наоборот — то уменьшается. Соотношение количества зубьев ведомой и ведущей шестерни называется передаточным числом. Чем оно больше, тем с меньшей скоростью вращается ведомая шестерня. В трехвальных МКПП одна из передач имеет соотношение 1:1. В этом случае момент, передаваемый от двигателя, не изменяется. Как правило, такое передаточное число соответствует четвертой передаче.

Для получения заднего хода в зацепление входят три шестерни. Нечетное количество шестерен заставляет вторичный вал изменить направление вращение на противоположное.

Современные МКПП легкового автомобиля могут иметь от четырех до семи передач. В коробках грузовых автомобилей применяются дополнительные устройства: делители и демультипликаторы, которые позволяют добиться количества передач, выражаемого двузначными числами.

Принцип действия

Для того, чтобы водитель мог включить необходимую передачу, необходимо временно разъединить двигатель и первичный вал МКПП. В коробках с механическим управлением для этой цели служит сцепление. В автомобилях используют дисковые сцепления, использующие силу трения между рабочими поверхностями двух дисков — ведущего и ведомого.

Выжимая педаль сцепления, водитель разобщает двигатель и коробку, получая возможность с помощью управляющего рычага поменять пары шестерен, находящиеся в зацеплении. Но валы коробки, даже и отсоединенной от двигателя с помощью сцепления, продолжают вращаться. Скорость вращения при этом у них разная. Поэтому зубья шестерен, входящих в зацепление, не совмещены между собой и с силой соударяются друг об друга. Нагрузка, возникающая при этом, весьма велика и сокращает срок службы деталей. Чтобы снизить отрицательный эффект соударения, конструкторы ввели в устройство механической КПП синхронизаторы.

Синхронизатор представляет собой муфту с внутренними зубьями и конусными зубчатыми кольцами. Шестерни синхронизированной коробки передач имеют конические поверхности, соответствующие поверхностям колец. Принцип работы: выравнивание скоростей вращения происходит за счет сил трения, возникающих между шестернями и кольцами муфты синхронизатора.

Управление

Для в механической КПП водитель должен проделать следующую последовательность действий:

• выжать педаль сцепления;
• перевести рычаг КПП в нейтральное положение;
• не опуская педали перевести рычаг в положение, соответствующее выбранной передаче;
• плавно отпустить педаль сцепления.

Схема расположения передач для удобства наносится на рукоятку рычага переключения коробки. Каждая передача имеет свой номер, от единицы и далее. Чем он больше, тем меньше передаточное число. Начиная с пятой передаточные числа меньше единицы. Такие передачи называют повышающими, так как ведомая шестерня в этом случае вращается быстрее ведущей. Их используют для движения с высокой скоростью, позволяя двигателю работать с меньшей нагрузкой. Передача заднего хода маркируется латинской буквой R.

Опытному водителю схема переключения не нужна. Достаточно один раз ее запомнить, и сверяться с ней уже нет необходимости. Гораздо сложнее научиться переключать передачи без рывков и пробуксовки сцепления. Навык плавного переключения передач требует длительной тренировки, и не всем дается сразу. Поэтому конструкторы искали и продолжают искать способы упростить водителю процесс управления классической «механикой».

Пик развития — роботы

На помощь в нелегком деле совершенствования конструкции механической коробки передач пришла электроника. С ее помощью реализовали управление переключением передач без участия водителя. Такие КПП называют роботизированными. Оставаясь конструктивно механическими, и имея в своем устройстве такую часть, как фрикционное сцепление, процесс выжима и переключения они берут на себя.

Такое устройство позволяет сохранить относительную простоту самой коробки и приблизиться к комфорту управления автоматических трансмиссий. Но избавившись от ряда недостатков МКПП, новые агрегаты приобрели собственные, присущие только им.

Поскольку механизм сцепления никуда не делся, возникла проблема: при трогании на подъеме машина откатывается назад. Связано это с тем, что при размыкании ведомого и ведущего дисков автомобиль ничто не удерживает — водитель в этот момент переносит ногу с педали тормоза на акселератор. Решают возникшее затруднение двумя путями — внося коррективы в алгоритм управления, заставляя автомобиль сбрасывать давление в тормозной системе с задержкой, или вводя в конструкцию второе сцепление. Тогда при переключении одно из них остается замкнутым.

Будущее МКПП

В итоге автопроизводители продолжают использовать механическую коробку передач в конструкции своих машин. Благодаря сочетанию простоты и невысокой стоимости ей практически нет альтернативы в сегменте доступных по цене авто. Уважают ее и любители спортивной езды за возможность быстрого переключения, надежность и неприхотливость. Несмотря на почтенный возраст конструкции, принцип действия которой за долгое существование практически не изменился, старая добрая «механика» остается самым распространенным вариантом трансмиссии в автостроении.

Рассмотрим, как устроена коробка передач, так же поподробнее узнаем про принцип ее работы. Двигатель самых первых машин напрямую соединялся с ведущими колесами, что упрощало уход за машиной и управление, но мощность оставляла желать лучшего. Современные же автомобили позволяют передавать энергию двигателя ведущим колесам через трансмиссию, что производится путем преобразования постоянного вращения вала двигателя коробкой передач, и водитель имеет возможность в зависимости от выбранной им скорости замедлять или ускорять движение автомобиля.

Кроме того, коробка передач позволяет изменять величину тягового усилия, которое передается к ведущим колесам машины, изменять направление их вращения и пускать двигатель неподвижного автомобиля при включенном сцеплении. Посмотреть как устроено сцепление автомобиля вы сможете на нашем сайте .

Но основное ее предназначение состоит в изменении крутящегося момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам по величине и направлению путем зацепления шестерен различного диаметра, а также длительного отключения двигателя от трансмиссии. Проще говоря, коробка передач позволяет сочетать оптимальное число оборотов двигателя с разной скоростью движения. Число ступеней зависит от числа пар шестерен, вводимых в зацепление в определенных сочетаниях.

Как устроена механическая коробка передач?

Количество передач напрямую связано со способностью машины приспосабливаться к различным условиям и преодолевать препятствия. Состав коробки передач включает набор зубчатых колес (шестерен), зацепляющихся между собой в различных сочетаниях и образующих тем самым несколько передач, а расположены шестерни и валы коробки передач внутри картера, из которого выходят два связанных между собой вала — ведомый и ведущий. На ведомом вале установлены шестерни, перемещающиеся по нему в результате перестановки рычага переключения передач водителем.

Основная часть современных автомобилей оснащена двухвальной трехходовой пятиступенчатой коробкой передач с шестернями постоянного зацепления. В картере коробки передач на подшипниках устанавливают первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами. Здесь же находится ось с промежуточной шестерней заднего хода. Шестерни передач переднего хода пребывают в постоянном зацеплении.

Одну из шестерен каждой передачи переднего хода устанавливают на валу на подшипниках, и крутящийся момент при включении передач передается через синхронизаторы, расположенные на валу на шлицах. Когда включены передачи переднего хода, первичный и вторичный валы вращаются в противоположных направлениях, а при включении передачи заднего хода они вращаются в одну сторону. Шестерни заднего хода (ведущая и ведомая) соединяются через промежуточную шестерню.

Она установлена на оси на подшипнике и вводится в зацепление при включении передачи заднего хода. В результате этих процессов промежуточная шестерня обеспечивает изменение направления вращения вторичного вала.

Водитель переключает передачи специальным механизмом, установленным на картере коробки передач. Включение передач он производит рычагом, перемещающим синхронизатор выбранной им передачи к соответствующей шестерне при помощи вилок. Так обеспечивается передача крутящегося момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки передач.

Включение первой передачи происходит в результате перемещения коробки передач синхронизатора вправо по шлицам вторичного вала с помощью вилки и соединения его с ведомой шестерней первой передачи, которая установлена на валу, на подшипнике. Крутящийся момент от первичного вала передается через установленную на нем ведущую шестерню на ведомую шестерню первой передачи и дальше на вторичный вал коробки передач через синхронизатор. На первой передаче скорость автомобиля снижается, но возрастает крутящийся момент.

Вторая передача оказывается включенной, когда при помощи вилки синхронизатор перемещается влево и соединяется с ведомой шестерней второй передачи. Крутящийся момент от первичного вала на вторичный передается через ведущую и ведомую шестерни второй передачи и синхронизатор. При включении данной передачи скорость машины увеличивается, а крутящийся момент, напротив, замедляется.

Третья и четвертая передачи включаются одновременно с помощью вилки при перемещении синхронизатора по шлицам вторичного вала в противоположных направлениях, в результате чего он соединяется с ведомой шестерней третьей или четвертой передачи. Крутящийся момент от первичного вала на вторичный передается через шестерни третьей или четвертой передач. В результате включения этих скоростей скорость автомобиля значительно возрастает, а крутящийся момент не меняется.

Устройство коробки передач так же наглядно можно посмотреть на следующем видео .

Источник http://pov57.ru/kak-rabotaet-mehanicheskaya-korobka-peredach-princip-raboty-mehanicheskoi.html