Устройство механической коробки передач и как она работает

Любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет в своей конструкции коробку передач. Существует множество разновидностей этого агрегата, но наиболее распространенным типом является механическая коробка передач (МКПП). Ею оснащаются как отечественные, так и зарубежные автомобили.

Назначение МКПП

Коробка передач используется для того чтобы изменять передаточное отношение скорости вращения от двигателя к колесам. Способ переключения между ступенями (передачами) этого редуктора – ручной (механический), что дало название всему узлу. Водитель самостоятельно принимает решение о том, какое из фиксированных значений передаточного числа (шестерни, входящие в зацепление) должно быть включено в текущий момент.

Кроме этого, МКПП позволяет переключаться на режим заднего хода, в котором автомобиль движется в обратном направлении. Также есть нейтральный режим, когда отсутствует передача вращения от мотора к колесам.

Принцип работы и устройство

Коробка передач является многоступенчатым закрытым редуктором. Косозубые шестерни имеют возможность поочередно быть в зацеплении и менять частоту оборотов между входным валом и выходным. В этом заключается принцип работы коробки передач.

Сцепление

Механическая коробка работает в паре со сцеплением. Этот узел позволяет временно разъединять мотор от трансмиссии. Такая операция дает возможность безболезненно переключить передачи (ступени) не выключая обороты двигателя.

Блок сцепления необходим, так как через МКПП проходит значительный крутящий момент.

Шестерни и валы

В любой КПП традиционной конструкции располагаются параллельно оси валов, на которых базируются шестерни. Общий корпус принято называть картером. Наиболее популярными являются трехвальные и двухвальные компанийки.

В трехвальных имеется три вала:

• первый – ведущий;
• второй – промежуточный;
• третий – ведомый.

Первый вал соединен со сцеплением, на его поверхности нарезаны шлицы, по которым перемещается ведомый диск сцепления. С этой оси вращение передается на промежуточную ось, жестко соединенную с шестерней первичного вала.

Ведомый вал МКПП имеет специфическое расположение. Он соосен с ведущим и соединен с ним через подшипник, находящийся внутри первого вала. За счет этого обеспечивается их независимое вращение. Блоки шестеренок с ведомой оси не имеют жесткой фиксации с ним, а также шестерни разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Последние как раз жестко сидят на ведомом валу, но способны перемещаться вдоль оси по шлицам.

Торцы муфт оснащены зубчатыми венцами, способными соединяться с такими же венцами, расположенными на торцах шестерен ведомого вала. Современное устройство коробки передач предполагает наличие таких синхронизаторов на всех передних передачах.

Во время включения нейтрального режима происходит свободное вращение шестерен, а все муфты-синхронизаторы находятся в разомкнутом положении. Когда водитель выжмет сцепление и переключит рычаг на одну из ступеней, то в это время вилка в КПП перемещает муфту в зацепление со своей парой на торце шестерни. Так шестеренка жестко фиксируется с валом и не прокручивается на нем, а обеспечивает передачу вращения и усилия.

От ведомого вала осуществляется передача крутящего момента и оборотов на ведущие колеса через карданный вал (на заднем приводе) или через редуктор и ШРУСы (на переднем приводе). Когда синхронизатор зацепляет напрямую ведущий и ведомый валы без участия шестеренок, то при этом коробка обеспечивает максимальный КПД. Для задней скорости установлена промежуточная «паразитная» шестерня, меняющая вращение на обратное.

В большинстве МКПП применяются шестерни с косым зубом, способные выдерживать большие усилия, чем прямозубые, также они менее шумные. Изготавливаются они из высоколегированной стали, после чего проводится закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений. За счет этого обеспечивается максимальный срок службы.

Для двухвальной коробки также предусмотрено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трехосной конструкции на ведущей оси располагается блок из шестеренок, а не одна. Промежуточного вала нет, а параллельно ведущему идет ведомый вал. Шестерни на обеих осях свободно вращаются и находятся все время в зацеплении.

Ведомый вал оснащен жестко закрепленной ведущей шестеренкой главной передачи. Между остальными шестеренками располагаются синхронизационные муфты. Такая схема механической коробки передач в плане работы синхронизаторов схожа с трехвальной схемой. Разница заключается в отсутствии прямой передачи, и в том, что каждая ступень имеет лишь одну пару соединенных шестеренок, а не две пары.

Двухвальное устройство механической коробки передач имеет больший КПД, чем трехвальное, однако, имеет ограничение по повышению передаточного числа. За счет такой особенности конструкция применяется лишь в легковых автомобилях.

Синхронизаторы

Все современные механические коробки переключения передач оснащены синхронизаторами. Без них на машинах приходилось делать двойной выжим, чтобы окружные скорости шестерен сравнялись, и обеспечилась возможность переключения ступеней. Также синхронизаторы не ставятся на КПП с большим числом передач, иногда до 18 ступеней, характерным для спецтехники, так как это технически невозможно. Для быстроты переключения скоростей спортивные авто могут в МКПП не иметь синхронизаторов.

Легковые автомобили, используемые большинством водителей, оснащены синхронизаторами, так как работает коробка передач автомобиля без них менее дружелюбно. Эти элементы обеспечивают бесшумность эксплуатации и выравнивание скоростей шестеренок.

Внутренний диаметр ступицы имеет шлицевые пазы, благодаря которым осуществляется перемещение вдоль оси вторичного вала. При этом такая жесткость обеспечивает передачу больших усилий.

Работает синхронизатор таким способом. 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.

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.

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

• 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.

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

• 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.

Преимущества и недостатки механических коробок передач

Все типы механизмов обладают своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим их у МКПП.

Достоинства:

• конструкция обладает наименьшей стоимостью при сравнении с аналогами;
• в отличие от гидромеханической имеет меньшую массу и более высокий КПД;
• не нуждается в особых условиях охлаждения по сравнению с автоматическими КПП;
• среднестатистическое авто с МКПП обладает более экономичными параметрами и динамикой разгона в отличие от среднего автомобиля с АКПП;
• простота и инженерная отработанность конструкции;
• высокая степень надежности и большой эксплуатационный ресурс;
• не нуждается в специфическом обслуживании и дефицитных расходных либо ремонтных материалах;
• водитель имеет более широкий диапазон использования техник вождения в экстремальных условиях гололедицы, бездорожья и т.д.;
• авто легко заводится толканием и может буксироваться с любой скоростью и на любое расстояние;
• есть техническая возможность полного разобщения мотора и трансмиссии в отличие от гидромеханической АКПП.

Недостатки:

• для переключения передачи используется полное разобщение силовой установки и трансмиссии, что сказывается на времени операции;
• необходимы специфические навыки вождения для обеспечения плавности переключения передач;
• неспособность плавного переключения передаточного отношения, так как количество ступеней ограничено обычно числом от 4 до 7;
• невысокий ресурс узла сцепления;
• у водителя при длительном управлении автомобилем с МКПП появляется большая утомляемость, чем при езде на «автоматической» трансмиссии.

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%.

Автомобильный портал. Ответы на вопросы

Как управлять автомобилем с механической коробкой передач и двойной выжим сцепления с перегазовкой. Используем перегазовку и двойной выжим

Узнайте, в каких ситуациях имеет смысл применять двойной выжим сцепления. В дни, когда среди автомобилей царили несинхронизированные коробки передач, владение этой техникой было обязательным для всех водителей, потому что без данного навыка можно было легко вывести из строя трансмиссию. На любом современном автомобиле можно переключаться и вверх, и вниз, выжав сцепление всего один раз, но понижение передачи выходит всё же не таким гладким, да и обороты возрастают. В любом случае, существует, по крайней мере, две цели, для достижения которых вам на машине с механической коробкой может понадобиться двойной выжим сцепления.

• Для достижения плавности переключения, особенно, когда вы перескакиваете через передачу. Например, если вы огибаете шпильку поворота и не хотите злоупотреблять тормозами, то вы можете переключиться с четвёртой сразу на вторую. При таком понижении с однократным выжимом сцепления передача обычно втыкается с некоторым хрустом.
• Для продления срока службы синхронизаторов коробки передач. Когда происходит переключение, скажем, с третьей на вторую, то до окончательного срабатывания синхронизаторов второй передачи должно пройти некоторое время, да и шестерни зацепятся не самым лучшим образом. Но если грамотно переключиться с двойным жимом, то и передача включится плавно, и синхронизаторы будут целее.

Найдите пустую площадку достаточного размера. Практиковаться лучше всего в таких местах, где движение очень слабое или отсутствует вообще. Несмотря на то, что двойной выжим сцепления — не бог весть какая наука, стоит, однако, подумать о безопасности и минимизировать риск возможных происшествий, пока вы ещё осваиваетесь.

Начните с невысоких передач. Разгонитесь, например, до третьей и выжмите сцепление, как перед обычной сменой передачи. Пока вы ещё не сделали ничего для себя нового.

Выжав сцепление, включите нейтраль, а затем отпустите сцепление. Теперь вы катитесь со скоростью около 40 км/ч, коробка — на нейтрали.

Нажмите на газ, чтобы увеличить обороты двигателя; коробка всё ещё стоит на нейтрали. Вам нужно достичь оборотов, которые бы слегка превышали значение, до которого раскрутился бы двигатель на пониженной передаче, которую вы собираетесь включить. Так вы поможете трансмиссии, уравняв её обороты с оборотами двигателя.

• Чтобы понять эту мысль, представьте, что случится, если вы переключитесь с третьей на вторую как обычно, с однократным жимом сцепления. Обороты резко взлетят, так? А идея вот в чём: надо, чтобы двигатель раскрутился почти до таких же высоких оборотов, какие станут после переключения, ещё до этого переключения . Это сильно уменьшит напряжение элементов трансмиссии и удлинит ей жизнь.

Отпустив газ, ещё раз выжмите сцепление. Вот отсюда и пошло название «двойной выжим»: перед тем, как включить пониженную, вы жмёте на сцепление второй раз.

Если на автомобиле механическая коробка, то водитель должен хорошо знать, как правильно пользоваться педалью сцепления. Для чего нужен этот механизм и какую функцию он выполняет? Даже само название “сцепление” говорит само за себя. С помощью этой педали уменьшается вращение колес, а двигатель работает в том же режиме. Чтобы быть ещё точнее: между двумя дисками есть пружина, она их смыкает, чтобы ослабить эту пружину, необходимо выжать сцепление.

Для того чтобы автомобиль тронулся с места, нужно нажать сцепление и выставить первую скорость. Педаль сцепления находится слева, затем тормоз и третья – газ. Нажимать сцепление трудно: очень туго идёт, дело привычки, со временем этого не замечаешь. Тренироваться трогаться нужно на ровной дороге, чтобы не было рядом ни прохожих, ни транспорта, а колёса машины стояли прямо. Для тренировки вставляем ключ в замок зажигания, автомобиль должен быть на ручнике. Заводим машину, выжимаем сцепление, снимаем с ручника, включаем третью скорость и на газ не нажимаем, а просто пытаемся почувствовать машину и слушаем обороты. Отлично, если есть тахометр (датчик числа оборотов), к примеру, мы хотели поймать 2000 оборотов, высветилось на тахометре, отпускаем плавно сцепление, автомобиль не поедет, а будет глохнуть. Для новичка так и нужно. Будущий водитель должен почувствовать, как и когда отпускать сцепление. Не резко, а плавно и недолго. Повторить несколько раз для сноровки.

Потом дать и себе, и автомобилю отдохнуть минут 10. Иначе можно спалить сцепление. Если не усвоили урок, то ещё повторите, а если получается, то можно учиться трогаться. Для этого заводим автомобиль, выжимаем сцепление, снимаем с ручника и включаем первую скорость. Правую ногу ставим на газ. Плавно отпускаем сцепление и немного жмем на педаль газа. Если всё будет верно, автомобиль не будет дёргаться и глохнуть. Чтобы плавно отпускать сцепление и не сильно жать другой ногой на газ, придётся подучиться, это не так и трудно. Но когда один раз получится, вы поймете, как корректно управлять автомобилем, чтобы двигатель не глох и не рычал (из-за сильного нажима на педаль газа, при отпущенном не до конца сцеплении). Для машины это может закончиться поломкой, тренироваться долго нежелательно. Лучше – на специальном тренажере. В любой автошколе такие тренажеры есть.

Когда у вас получается трогаться с места и вы уже чувствуете, как правильно выжимать сцепление, необходимо отрабатывать прием экстренного торможения. Для этого автомобиль не запускаем, а только отрабатываем навыки. Правую ногу держим на педали газа, а левую – возле сцепления. По команде инструктора резко левой жмём сцепление, а правой – тормоз. Этот приём нужно выработать до автоматизма, повторить много раз. В будущем он поможет избежать аварий или столкновений.

Необходимо уметь правильно пользоваться сцеплением и при движении машины назад. Этот прием тоже нужно отработать. Когда водитель едет задом, то все внимание сосредоточенно, нет ли помех сзади, а левая нога уже автоматически должна знать местоположение педали сцепления. Для того чтобы начать движение задним ходом: жмем сцепление до упора, включаем заднюю скорость, смотрим, нет ли помех. Правую ногу на газ, а левую – плавно отпускаем, машина едет задом. Необходимо учитывать, что на газ нужно жать слабее, чем при движении вперёд, потому что задняя передача сильнее первой скорости.

При большом желании можно научиться выжимать сцепление, главное – спокойно выполнять все инструкции и не волноваться, если сразу всё не получается.

Поколение, выученные в советских автошколах или шоферов работавших на старом отечественном автопроме, подобный вопрос не поставит в тупик. Они прекрасно знают что такое двойной выжим, что такое перегазовка и как тормозить двигателем. Это основные вопросы, которые должен был освоить водитель на первых ступенях обучения.

В современном мире эти вопросы не актуальны, так как машин, работающих на таких принципах, становится все меньше и меньше. До сих пор они функционируют у деревенских фермеров, в наших общеобразовательных школах в качестве наглядного примера на уроках труда, училищах, техникумах и конечно в армии.

Однако, данные вопросы необходимо знать любому водителю, так как это была основа основ и в случае, не дай бог, катаклизмов вселенского масштаба и если земля превратится в безлюдную пустыню, аля «Безумный макс», то они будут актуальны. Почему? Потому что единственная техника, которая будет функционировать — старые зилки с газонами, полуторки, армейский броневики и прочие монстры эпохи холодной войны. Ультрасовременные машины с коробками типтроник, вариаторами и роботизированной трансмиссией канут в лету как сладкий сон, которому не суждено будет сбыться и товарищи, которые привыкли ездить в положении «D», либо переучатся, либо будут бегать пешком. Подойдем ближе к сути.

Что такое двойной выжим и перегазовка?

Что такое синхронизаторы?

Двойной выжим требуется не только, когда отсутствуют синхронизаторы, но и когда они неисправны или коробка откровенно мертва.

Сам процесс двойного выжима, это переключение на повышенную передачу путем двойного нажатия на педаль сцепления. Зачем это нужно? Поясняю. Это нужно для того, что бы обороты двигателя уровнялись с валами и шестернями, в противном случает вторые разлетятся или заклинят, кому как повезет. Как это происходит? Вы едите на первой скорости, раскручиваете двигатель до 3000 оборотов и планируете перейти на вторую, вам необходимо бросить газ, нажать на сцепление и перевести рычаг на нейтраль, опустить сцепление и ждать, пока упадут обороты двигателя до 2000 и вновь нажать сцепление, что переключится на вторую. Тем самым вы уравниваете обороты первичного и вторичного вала. Коробка в порядке и можно двигаться дальше.

Перегазовка — это обратный процесс, при котором вы стараетесь понизить передачу не умертвив КПП. Происходит это следующим образом. Вы приближаетесь к повороту, на котором вам не удастся пройти на четвертой передаче. Вы притормаживаете и если вы не понизите передачу, то рискуете заглохнуть, так как не хватит оборотов, чтоб раскрутить коробку двигателем. Вы плавно бросаете газ и выжимаете сцепление, снимете со скорости и переводите в нейтральное положение. Далее происходит следующее, вам необходимо набрать оборотов, так как у шестерни пониженной передачи передаточное число выше. Вам необходимо поработать педалью газа или как говорят сделать перегазовку, чтоб поднять обороты двигателя. Обороты поднялись, они синхронизировались с валом и можно нажать на сцепление и переключится на пониженную передачу и дальше продолжать на ней движение.

Главное в процессе соблюсти паузу перегазовки, при нейтральной передаче. Это как новичок, который садится впервые за руль авто и не понимает как можно поймать правильный момент сцепления при троганье, чтоб машина не клевала и не заглохла. Особых секретов тут нет, умение появляется с опытом.

Зачем это нужно, если современные машины с МКПП снабжены синхронизаторами? На это есть простой ответ. Представьте, что у вас пикап или небольшой грузовичок, типа Газель и Валдай и вы перевозите какой-либо груз. Дорога ведь не всегда ровная и прямая, встречаются спуски и подъемы или участки пересеченной местности с гравийной дорогой, а там ухабы, овраги, через которые она проходит. Ну так вот, что эти самые синхронизаторы не приказали долго жить после первого же подъема, нужно использовать перегазовку. Идете вы в подъем и понимаете, что на данной передаче авто не вытянет, не хватит оборотов, вы делаете перегазовку, переходя на пониженную и машине под уклоном не составляет труда переключится, не потеряв необходимой инерции.

Существует еще один момент, которые должен знать каждый водитель — торможение двигателем. Зачем же он ужен, если у меня есть четыре бравых колеса, которые все сделают. Нужен, особенно когда тормоза отказали, гололед или крутой спуск в горной местности. В этих случаях умение тормозить двигателем просто необходимо. Как же это происходит? Заподозрив, что ваши тормоза не справляются, переключитесь на пониженную передачу, обороты двигателя возрастут, а скорость на трансмиссии упадет, так как вы переключитесь на пониженную. Машина начнет замедляться. Далее таким же способом переключаетесь до момента, пока опасность минует и можете либо продолжать движение, либо использовать тормозную систему, чтобы остановиться. Но это на МКПП, а как тормозить с автоматом? Необходимо перевести коробку в овердрайв и постепенно снижать скорость, когда скорость упадет до 90 км/ч перевести на вторую и ждать кода скорость упадет до 50 км/ч потом переключит на L. Все просто. Однако, большинство современных автоматов не требуют таких телодвижений и сами подстраиваются под вашу манеру, если вы в определенный момент бросили газ, то из-за нехватки оборотов, она сама будет снижать передачу, тормозя всю конструкцию.

Многие начинающие и порой более опытные водители не слышали о таких терминах, как перегазовка и двойной выжим педали. Такие техники вождения полезны в современном вождение (особенно, если стоит ручная коробка). Рассмотрим представленные приемы более подробно.

Перегазовка

Перегазовка – это когда происходит повышение оборотов двигателя на нейтрали. Это обратный процесс понижения передачи.

Речь идет о повышении тяги мотора.

Когда совершается быстрый старт или быстрый маневр, происходит перегазовка. Как говорят опытные люди, это снижает инерцию двигателя.

Когда вы находитесь на нейтралке, тут главное уже вовремя сделать паузу. Нужно поймать правильный момент сцепления при троганьи.

• Плавно снижать обороты и начинать торможение двигателем.
• Выжать сцепление и отпустить педаль газа.
• Включаем нейтралку.
• Педаль сцепления должна быть до конца отпущена.
• Повысить обороты двигателя (1 перед.).
• Выжимаем сцепление.
• Включаем первую передачу.
• Плавно отпускаем фрикционную муфту.

Для чего нужна перегазовка (при торможении)?

• Войти в поворот.
• Чтобы предотвратить резкое смещение автомобиля.
• Для плавного торможения.
• Выполняется при резком маневре.
• Избежать аварийную ситуацию.

Обычно применяется при обгоне, на подъеме, при входе в крутой поворот.

Есть еще один термин — скоростная перегазовка. Чаще всего используется при очень экстремальных ситуациях. Например, в снежные бури, когда дорогу обсыпало, очень крутых подъемах, на дорогах с сыпучим покрытием;

Двойной выжим

Двойным выжимом считается:

• Выжал сцепление.
• Включил нейтралку.
• Отпустил сцепление.
• Снова выжал его.
• И включил передачу.

Если сказать по-другому, то двойной выжим — это переключение передачи на более высокую путем двойного нажатия на сцепления.

Двойной выжим нужен для облегчения включения передачи.

Методика данного выжима:

• Разгон на первой передаче до 3 тыс.об.
• Выжимаем сцепление и отпускаем газ.
• Переходим на нейтральное положение.
• Отпускаем сцепление.
• Небольшая пауза (в этот момент происходит синхронизация).
• Выжимаем сцепление.
• Включаем передачу.
• Отпускаем фрикционную муфту.
• Нажимаем на педаль газа (увеличиваем обороты двигателя.

Синхронизатор

Синхронизаторы – составная часть коробки передачи. Это механизмы. Они синхронизируют вращательное число вала и шестерен.

В коробке передач есть спектры скоростей вращения мотора и колес. У них есть несовпадения, и чтобы сделать совмещение, нужен синхронизатор.

Данные приемы могут использоваться в любых ситуациях. Главное, знать их значения, методы и правильно выполнять в экстремальной ситуации.

Источник Источник http://ktonaavto.ru/remont-i-obsluzhivanie/transmissiya/ustrojstvo-mexanicheskoj-korobki-peredach-i-kak-ona-rabotaet.html
Источник http://telzakaz.ru/fuel-system/kak-upravlyat-avtomobilem-s-mehanicheskoi-korobkoi-peredach.html