19 апреля 2017

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

1. Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
2. Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
3. Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие . Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

• корпус с масляным картером;
• три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
• устройства синхронизации;
• рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения . На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Механическая коробка передач - агрегат, в котором выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. В связи с ограниченным диапазоном функционирования двигателей автотранспорта для расширения возможностей работы ДВС, адаптации к разным условиям движения используется трансмиссия.

Основной функцией МКПП, равно как и любой другой, является адаптирование и передача крутящего момента на колеса путем изменения передаточного числа. В механической КПП оно осуществляется вручную, путем выбора соответствующей для ситуации ступени. Крутящий момент в механической КПП осуществляется по ступеням.

Прототипом для создания автоматической КПП послужила механическая КПП. Понимания принципа ее работы даст понимания сути функционирования практически любой трансмиссии.

По числу ступеней бывают:

• четырехступенчатые (в основном на старых машинах, сейчас встречаются крайне редко);
• пятиступенчатые (наиболее распространенные);
• шестиступенчатые.

Виды механической КПП по числу имеющихся валов:

• двухвальная (в основном устанавливается на переднеприводных легковых машинах);
• трехвальная (устанавливается на переднеприводные и заднеприводные транспортные средства, как в легковых, так и в грузовиках).

Роботизированная КПП является современной усовершенствованной МКПП, переключение скоростей происходит с использованием электрических механизмов, управляемых электронным блоком. Некоторые режимы в «роботе» сходны с режимами АКПП, а другие требуют подбора режима. Отсутствует педаль сцепления.

Устройство МКПП

Механическая трансмиссия состоит из корзины сцепления и собственно из самой коробки.

В силовой агрегат входят:

• картер (корпус);
• первичный, вторичный и промежуточные валы;
• устройство выбора ступеней;
• ведомые и ведущие наборы шестеренок;
• синхронизаторы;
• подшипники, муфты и сальники.

Все эти компоненты находятся в корпусе и взаимодействуя друг с другом передают вращательный момент.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Если утрировать — сцепление отключает крутящий момент, при этом и мотор, и колеса машины крутятся в холостую.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с мотором машины, второй - с колесами транспорта. Передача вращательного момента осуществляется через первичный вал трансмиссии.

Управлением включением (отпускание) и выключением (выжимание) сцепления осуществляется через педаль.

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.

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.

Перемещение и выбор необходимой пары шестерен для раздачи соответствующего условиям передвижения крутящего момента выполняется вилками переключения посредством двухстороннего механизма управления.

Шток переключения ступеней состоит из замка, муфты переключения ступеней, приводов, ползунов с вилками, которые передвигаются вдоль и поперек при помощи рукоятки КПП, находящейся в салоне машины, и привода.

Механизм выбора передач может располагаться как в корпусе трансмиссии, так и располагаться на кузове автотранспорта и в редких случаях на рулевой колонке. В большинстве случаев используется кулисное устройство привода штока передач.

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.

Не оснащаются синхронизаторами спецтехника и некоторые спортивные автомобили.

Принцип работы и устройство двухвальной МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Для несведущих в этих вопросах людей суть функционирования МКПП возможно объяснить упрощенно, для понимания сути вопроса.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количество оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотом снижается передаваемое усилие, а при увеличении - увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная МКПП состоит:

• ведущий и ведомый вал;
• шестерни ведущего и ведомого валов;
• главная передача;
• дифференциал;
• синхронизаторы;
• механизм переключения передач;
• корпус - картер.

Большинство современных переднеприводных машин оборудовано двухвальной МКПП.

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.

Без промежуточного вала, характерного для трехвальных МКПП, габариты агрегата меньше, как и вес, но увеличенное количество шестерен приводит к снижению КПД. Компактный размер такой трансмиссии позволяет устанавливать ее и на тяжелые мотоциклы.

Параллельно первичному валу, на котором закреплены шестеренки, располагается вторичный с набором шестеренок. Шестеренки валов постоянно взаимодействуют друг с другом и при этом свободно крутятся на оси.

Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестерёнками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины. Дифференциал дает возможность вращаться колесам с разной скоростью, что становится заметным на попадание одного из ведущих колес на скользкую поверхность.

Механизм переключения ступеней обычно располагается вне корпуса трансмиссии. Связь между ним и трансмиссией осуществляется с помощью тросов и тяг. Наиболее простым и распространенным является переключение с помощью тросов.

Устройство механизма переключения скоростей:

• трос выбора ступеней и рычаг управления;
• трос включения скоростей и рычаг их выбора;
• шток включения передач с вилками и рукоятка включения скоростей;
• блокирующий замок.

При выборе ступеней происходит поперечное перемещение рычага управления, при включении - продольное.

Принцип работы двухвальной коробки во многом сходен с функционированием трехвальной. Основным отличающим принципом является некоторая специфика работы переключающего ступени механизма.

При включении конкретной скорости рычаг управления будет двигаться и продольно и поперечно. При поперечном перемещении усилие переходит на трос, который действует на рычаг выбора ступеней, который, с свою очередь, поворачивает шток вокруг оси и способствует выбору требуемой передачи.

Принцип работы и устройство трехвальной МКПП

Основополагающим принципом функционирования МКПП является зубчатое взаимодействие шестеренок, которые обволакиваются трансмиссионной жидкостью, находящейся в картере коробки.

В состав такой МКПП входят:

• ведущий и ведомый валы;
• промежуточный и дополнительный валы;
• корпус;
• синхронизаторы;
• комплекты шестеренок;
• механизм переключения ступеней с замками и блокирующими механизмами;
• рычаг переключения ступеней.

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкается к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Устройство переключения ступеней в трехвальной МКПП чаще всего расположен на ее корпусе. Основой его конструкции являются рукоять управления и ползуны с вилками. Для предупреждения синхронного выбора двух степеней присутствует механизм блокировки. Устройство переключения степеней может управляться на расстоянии, с рулевой колонки.

На нейтральной ступени крутящий момент на колеса не отдается, так как первичный вал отсоединен от мотора сцеплением.

При изменении положения рукоятки управления, аналогичная положению вилка передвигает муфту синхронизатора, выравнивающую скорости вращения соответствующей шестеренки и вторичного вала. Зубчатая часть синхронизатора начинает взаимодействовать с зубчатым ореолом шестеренки и осуществляется ее блокировка на вторичном валу и происходит отдача крутящего (вращающего) момента с необходимым передаточным числом на колеса.

Движение автотранспорта назад осуществляется при содействии соответствующей ступени. Смена направления вращения происходит с участием промежуточной шестеренки заднего хода, которая располагается на отдельной оси.

Трехвальные МКПП громоздкие и тяжелые, но их явным преимуществом является прямая передача вращающего момента с первого вала на второй, что дает больший КПД.

Устанавливается на заднеприводных и полноприводных автомобилях, грузовиках.

Как пользоваться механической коробкой передач

Езда на машинах с механической КПП и грамотное управление таким транспортом имеет специфические особенности, знание которых необходимо любому водителю.

Как заводить машину на механике

Правильный положительно влияет на ресурс его работы и обеспечивает безопасность окружающим машинам и людям. Для избегания создания помех периодически необходимо быстро отъехать.

Последовательность действий при запуске машины:

• выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
• при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
• при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Опытные водители и механики советуют:

• крутить стартером, то есть запускать двигатель не более 10 секунд для избегания поломок, если автомобиль не завелся - поворачивается ключ назад и через минуту заново повторяется процедура запуска двигателя;
• при запуске в минусовую температуру необходимо несколько минут прогревать машину с выжатой педалью сцепления для снижения нагрузки на двигатель и трансмиссию в связи с загустеванием масла от мороза.

Как переключать скорости

Схема переключения скоростей на МКПП чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага.

Процесс переключения скоростей состоит из нескольких этапов:

• левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
• правой рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
• аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

• езда на прямой передаче (на большинстве коробок четвертая) весома снизит расход топлива;
• выбор задней скорости производится только после полного прекращения движения транспортного средства;
• педаль необходимо нажимать быстро и до упора, а отпускать следует аккуратным выверенным движением, избегая рывков;
• на дороге с недостаточным сцеплением с поверхностью (лед, глина, мокрые поверхности) передвижение на нейтральной ступени или с выжатой педалью сцепления противопоказано;
• при совершении поворота не рекомендуется выжимать сцепление, даже для переключения скорости;
• при свободном передвижении на дороге возможно эффективно тормозить двигателем постепенно понижая ступени.

Масло

Регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

В большинстве механических трансмиссий замена рабочей жидкости осуществляется с интервалом в 50-60 тысяч километров в связи с накоплением побочных продуктов работы и снижения свойств масел.

В коробку заливается специальная трансмиссионная жидкость, предназначенная для МКПП, марка и остальные показатели выбираются согласно требованиям производителя, указанным в сервисной книжке и инструкции по эксплуатации. Применение неподходящего масла может привести к повышенному износу или поломке.

Большинство МКПП имеют щуп для проверки уровня и сливную пробку, что позволяет самостоятельно и без особых усилий заменить трансмиссионную жидкость.

Плюсы и минусы механической КПП

Преимущества МКПП:

• возможно буксирование машины на любую дальность маршрута даже с заглушенным двигателем;
• возможен запуск автомобиля с «толкача» при разряженном АКБ или неисправностях в системе зажигания;
• меньшие габариты и вес, чем у автоматической КПП;
• динамичность транспортного средства, возможность выбирать манеру управления, путем подходящего изменения оборотов двигателя;
• возможно использование по максимуму всех возможностей двигателя при регламентированных производителями оборотах на каждой скорости, при которых крутящий момент максимальный или приближен к нему;
• динамичный разгон и экономия топлива в сравнении с автоматом (при агрессивных и спортивных манерах вождения расход возрастает);
• простота конструкции;
• приемлемая цена обслуживания и ремонта, особенно в сравнении с АКПП;
• большой ресурс работы.

К минусам МКПП относятся:

• сложность вождения автомобилей с МКПП, особенно для начинающих;
• сцепление, которое возможно спалить неопытным водителям или при регулярном буксовании в снегу и на льду;
• по неопытности присутствует вероятность повредить трансмиссию при переключении на заднюю скорость при движении вперед или неправильной работы со сцеплением;
• сниженный ресурс двигателя из-за слишком низких или наоборот высоких оборотов, АКПП не даст такого сделать;
• при недостаточно быстром переключении ступеней и при переключении на слишком низких оборотах происходит значительная потеря мощности мотора;
• повышенная утомляемость из-за необходимости контролировать сцепление, выбор и переключение скоростей, особенно у неопытных водителей;

Преимуществ у механической КПП достаточно много, а минусы исчезнут с приобретением опыта вождения на МКПП.

Основные неисправности МКПП и их симптомы

«Механика» относится к надежным агрегатам с большим сроком службы, но неправильная работа с ней, некачественная трансмиссионная жидкость и время приводят к появлению неисправностей.

Для механических КПП свойственны неисправности:

• посторонние шумы во время эксплуатации или при выборе скорости;
• не включается какая-либо скорость или все скорости;
• затрудненное включение скоростей;
• самовыключение скорости;
• подтекание трансмиссионной жидкости.

Подтекание трансмиссионной жидкости возникает вследствие изнашивания сальников, повреждения уплотняющих прокладок, не до конца закрученной сливной пробки или неправильно вставленного щупа или при повреждениях корпуса МКПП.

Появление шума при нахождении рычага на нейтральной ступени о недостаточном уровне трансмиссионной жидкости или чрезмерном износе подшипника первичного вала.

Появление посторонних звуков при выборе скорости:

• изнашивание или деформирование механизмов блокировки устройства выбора передач;
• изнашивание синхронизаторов;
• недостаточный выжим сцепления;
• откручены крепления коробки.

Посторонние шумы в процессе работы МКПП могут свидетельствовать об изнашивании подшипников, синхронизаторов или недостаточном уровне трансмиссионной жидкости.

Причинами затруднительного включения скоростей могут быть:

• чрезмерное изнашивание синхронизаторов;
• сильное изнашивание шестерен;
• износившийся или неисправный механизм переключения ступеней;
• ослабленная фиксация или неисправности тяг механизма переключения;
• недостаточный выжим сцепления.

Выбивание скоростей:

• ослабленные крепления МКПП;
• неисправные подушки двигателя;
• застревание тяг управления приводом;
• чрезмерное изнашивание синхронизаторов, шестеренок, механизма переключения степеней, вилок переключения, подшипников вторичного или промежуточного валов.

При появлении тревожных симптомов, связанных с работой МКПП, необходимо обратиться к специалисту для их устранения.

Вовремя не устранённые неисправности могут повлечь за собой поломки других элементов коробки, где ремонт обойдется гораздо дороже.

Благодаря широкому распространению автоматических КПП все больше начинающих водителей предпочитают обучаться именно на таких авто. Но настоящий водитель должен уметь справляться с транспортным средством с любой трансмиссией, поэтому
учиться лучше на авто с механической КПП. Вдобавок механическая коробка имеет ряд преимуществ перед «автоматом» — она позволяет получить больший контроль над машиной, тратить меньше топлива в работе, а благодаря более простой
конструкции она дешевле как при покупке, так и в обслуживании. Единственный минус – переключение скоростей на механической коробке может показаться сложным для новичка, но это обязательно проходит с опытом.

Прежде, чем начать практику, необходимо иметь определенные знания о механической коробке. У большинства механических КПП имеется 4 или 5 передач и одна задняя, еще есть нейтральная, при включении которой крутящий момент не будет передаваться на колеса. Из нейтрального положения можно перейти на любую передачу, в том числе и заднюю. Обязательно выучите расположение передач, чтобы на ходу не приходилось смотреть на рычаг КПП. 1-я передачка используется в большей степени для трогания с места либо при парковке машины. С задней нужно быть осторожным – она имеет больший диапазон скорости, чем первая, а при длительном использовании может привести к повреждению коробки.

И так, чтобы начать движение, нужно полностью выжать педальку сцепления и включить 1-ю передачку, затем, плавно отпуская педаль сцепления, также плавно нажимать педаль газа. В какой-то момент вы ощутите, как автомобиль начнет движение, сцепление в это время немного подержите на месте, затем плавно полностью его отпустите. Разогнав авто до скорости 20-25 км/час нужно перейти на вторую, после чего отпустить педаль газа, до упора выжать сцепление, включить вторую и пустить сцепление. Переход на третью и более высокие скорости выполняется по такой же схеме. Не стоит перескакивать передачи: если скорость будет недостаточной, то двигатель может не справиться – заглохнуть или просто начнет замедляться. Переход на следующую передачку производится приблизительно через каждые 25 км/час, но стоит
учитывать, что диапазоны переключения у разных автомобилей могут быть разными — они зависят от мощности двигателя и передаточных чисел КПП. Немного набравшись опыта можно будет научиться вовремя переключать передачи, ориентируясь по
звуку двигателя.

Чтобы переключиться на более низкую скорость – отпускаем педаль газа и жмем тормоз, пока автомобиль не замедлится до нужной скорости, затем выжимаем сцепление и переключаемся на желаемую, отпускаем сцепление и давим на педаль газа.
При понижении всегда снижайте скорость автомобиля – если на большой скорости включить низкую передачку, то автомобиль резко затормозит и может уйти в занос. Также переключая передачи обязательно нужно полностью выжимать
сцепление – в противном случае вы услышите характерный скрежет в коробке, а со временем она и вовсе выйдет из строя.

Зная, как переключать скорости на механической коробке, можно приступать к практике. Нужно понимать, что сначала у вас может многое не получаться, например, плавно отпускать сцепление и вовремя переключаться на нужную передачу.
Самым сложным в первое время будет плавный старт, поэтому стоит потратить достаточное количество времени на тренировки где-нибудь на свободной площадке.

Автомобили с механической коробкой передач, которую сокращенно называют МКПП, до недавнего времени составляли абсолютное большинство среди других ТС с различными .

Более того, механическая (ручная) коробка и сегодня остается достаточно распространенным устройством для изменения и передачи крутящего момента двигателя. Далее мы поговорим о том, как устроена и работает «механика», как выглядит схема КПП данного типа, а также какие преимущества и недостатки имеет данное решение.

Читайте в этой статье

Схема механической коробки передач и особенности

Начнем с того, что механическим данный тип КПП называется по причине того, что подобный агрегат предполагает ручное переключение передач. Другими словами, на машинах с МКПП передачи переключает сам водитель.

Идем далее. Коробка «механика» является ступенчатой, то есть крутящий момент изменяется ступенями. Многие автолюбители знают, что фактически коробка передач имеет шестеренки и валы, однако не все понимают, как работает агрегат.

Итак, ступенью (она же передача) является пара шестерен (ведущая и ведомая шестерня), взаимодействующих между собой. Каждая такая ступень обеспечивает вращение с той или иной угловой скоростью, то есть имеет свое передаточное число.

Под передаточным числом следует понимать отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев на ведущей шестерне. При этом разные ступени коробки получают разные передаточные числа. Самая низкая ступень (пониженная передача) имеет самое большое передаточное число, а наиболее высокая ступень (повышенная передача) имеет наименьшее передаточное число.

Становится понятно, что количество ступеней равно количеству передач на той или иной коробке (четырехступенчатая КПП, пятиступенчатая и т.д.) Отметим, что на подавляющем большинстве авто сегодня устанавливается пятиступенчатая коробка передач, реже встречаются МКПП на 6 и более ступеней, а достаточно распространенные ранее 4-х ступенчатые механические коробки передач постепенно отошли на задний план.

Устройство механической коробки передач

Итак, хотя конструкций такой коробки с теми или иными особенностями может быть много, однако на начальном этапе можно выделить два основных типа:

• трехвальные КПП;
• двухвальные коробки;

На автомобили с задним приводом обычно устанавливается трехвальная механическая коробка передач, в то время как двухвальная КПП ставится на переднеприводные легковые авто. При этом устройство механических коробок передач как первого, так и второго типа может заметно отличаться.

Начнем с трехвальной механической коробки. Такая коробка состоит из:

• ведущего вала, который еще называется первичным;
• промежуточного вала КПП;
• ведомого вала (вторичного);

На валах установлены шестерни с синхронизаторами. Также в устройство КПП включен механизм переключения передач. Указанные составные элементы расположены в корпусе коробки передач, который еще называют картером КПП.

Задачей ведущего вала является создание соединения со сцеплением. На ведущем валу выполнены шлицы для ведомого диска сцепления. Что касается крутящего момента, указанный момент от ведущего вала передается через шестерню, которая находится с ним в жестком зацеплении.

Затрагивая работу промежуточного вала, этот вал располагается параллельно первичному валу КПП, на нем установлена группа шестерен, которая находится в жестком зацеплении. В свою очередь, ведомый вал установлен на одной оси с ведущим валом.

Такая установка реализована при помощи торцевого подшипника на ведущем валу. В этот подшипник входит ведомый вал. Группа шестерен (блок шестерен) на ведомом валу не имеет жесткого зацепления с самим валом и поэтому свободно вращается на нем. При этом группа шестерен промежуточного вала, ведомого вала и шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Синхронизаторы (муфты синхронизаторов) установлены между шестернями ведомого вала. Их задачей является выравнивание угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала посредством силы трения.

Синхронизаторы находятся в жестком зацеплении с ведомым валом, а также имеют возможность перемещаться по валу в продольном направлении благодаря наличию шлицевого соединения. Современные коробки передач имеют муфты синхронизаторов на всех передачах.

Если рассматривать механизм переключения передач на трехвальных КПП, зачастую этот механизм установлен на корпусе агрегата. Конструкция включает в себя рычага управления, ползуны и вилки.

Корпус коробки (картер) изготовлен из алюминиевых или магниевых сплавов, необходим для установки валов с шестернями и механизмов, а также ряда других деталей. Еще в картере коробки передач находится трансмиссионное масло (масло коробки передач).

• Чтобы понять, как работает механическая (ручная) коробка передач трехвального типа, давайте в общих чертах рассмотрим принцип ее действия. Когда рычаг переключения передач находится в нейтральном положении, передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса автомобиля не происходит.

После того, как водитель произведет перемещение рычага, вилка переместит муфту синхронизатора той или иной передачи. Затем синхронизатор выровняет угловые скорости нужной шестерни и ведомого вала. Затем зубчатый венец муфты войдет в зацепление с аналогичным венцом шестерни, что обеспечит блокировку шестерни на ведомом валу.

Еще добавим, что задний ход автомобиля обеспечивает задняя передача КПП. В этом случае промежуточная шестерня заднего хода, установленная на отдельной оси, позволяет изменить направление вращения.

Двухвальная механическая коробка передач: устройство и принцип работы

Разобравшись с тем, из чего состоит коробка передач с тремя валами, перейдем к двухвальным коробкам. Данный тип КПП имеет в своем устройстве два вала: первичный и вторичный. Первичный вал является ведущим, вторичный ведомым. На валах закреплены шестерни и синхронизаторы. Также в картере коробки находится главная передача и дифференциал.

Ведущий вал отвечает за соединение со сцеплением, также на валу находится блок шестерен в жестком зацеплении с валом. Ведомый вал расположен параллельно ведущему, при этом шестерни ведомого вала в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала, а также свободно вращаются на самом валу.

Также на ведомом валу жестко закрепляется ведущая шестерня главной передачи, а между самими шестернями ведомого вала расположены муфты синхронизаторов. Добавим, чтобы уменьшить размеры КПП, а также увеличить количество передач, в современных коробках нередко вместо одного ведомого вала может быть установлено 2 или даже 3 вала.

На каждом таком валу жестко закреплена шестерня главной передачи, при этом такая шестерня имеет жесткое зацепление с ведомой шестерней. Получается, конструкция фактически реализует 3 главных передачи.

Сама главная передача, а также дифференциал в устройстве КПП осуществляют передачу крутящего момента от вторичного вала на ведущие колеса. При этом дифференциал также может обеспечить такое вращение колес, когда ведущие колеса вращаются с разными угловыми скоростями.

Что касается механизма переключения передач, на двухвальных КПП он вынесен отдельно, то есть за пределы корпуса. Коробка связана с механизмом переключения тросами или специальными тягами. Чаще встречается соединение при помощи тросов.

Сам механизм переключения 2-х вальной коробки имеет рычаг, который соединяется тросами с рычагом выбора и рычагом включения передачи. Указанные рычаги соединяются с центральным штоком переключения передач, который также имеет вилки.

• Если говорить о принципе работы двухвальной механической коробки передач, он похож на принцип трехвальной КПП. Отличия состоят в том, как работает механизм переключения передач. В двух словах, рычаг может осуществлять как продольные, так и поперечные движения относительно оси автомобиля. Во время поперечного движения происходит выбор передачи, так как усилие идет на трос выбора передач, который оказывает воздействие на рычаг выбора передач.

Далее рычаг движется продольно, а усилие идет уже на трос переключения передач. Соответствующий рычаг горизонтально перемещает шток с вилками, вилка на штоке смещает синхронизатор, что и приводит к блокировке шестерни ведомого вала.

Напоследок отметим, что также механические коробки разных типов имеют дополнительные блокировочные устройства, которые препятствуют включению одновременно двух передач или же непредвиденному выключению передачи.

Читайте также

Выжим сцепления перед запуском мотора: когда нужно выжимать сцепление и в каких случаях делать это не рекомендуется. Полезные советы и рекомендации.

Причины затрудненного включения передач на заведенном моторе. Трансмиссионное масло и уровень в КПП, износ синхронизаторов и шестерен коробки, сцепление.

иметь возможность выбора передаточных чисел для наиболее производительной и экономичной работы МТА при оптимальной загрузке его двигателя.

Конструкции КП во многом определяются назначением тракторов, их тяговыми классами, характером эксплуатационных нагрузок и показателями комплексов агрегатируемых машин - орудий. Наибольшее число машин - орудий агрегатируется с сельскохозяйственными колесными и гусеничными тракторами, работающими в относительно установившихся режимах нагрузки. Значительно меньшее число видов оборудования агрегатируется с промышленными тракторами - не более трех - пяти видов, а на особо мощных - не более двух (отвал и рыхлитель). Причем, работа промышленных МТА имеет в основном циклический характер, с большими амплитудами тяговых нагрузок (от нуля до максимума) и повышенной скоростью заднего хода для цикла отката.

Не последнюю роль в применяемости типов КП имеют также их конструктивная простота, надежность в работе, технологичность и стоимость производства.

Анализ современного отечественного и зарубежного тракторостроения указывает на преимущественное применение ступенчатых КП на большинстве сельскохозяйственных тракторов и ряде промышленных, особенно в малых и средних тяговых классах. В большинстве промышленных тракторов применяются комбинированные гидромеханические передачи, где наряду с гидротрансформаторами обязательно имеются ступенчатые диапазонные КП. Гидрообъемные и электрические трансмиссии, в которых практически не используются диапазонные КП, применяются в весьма ограниченных количествах, причем последние - только в особо мощных промышленных тракторах. Бесступенчатые - механические КП практически не применяются ввиду недостаточной их надежности.

Таким образом, в современном тракторостроении ступенчатые КП продолжают занимать доминирующее положение, как основные, так и диапазонные - в гидромеханических передачах.

6.2. Ступенчатые коробки передач

Ступенчатые КП представляют собой редукторы с набором валов и цилиндрических (прямозубых или косозубых) зубчатых колес. Последние вводятся во временные силовые связи для получения необходимого передаточного числа между входным и выходным валом.

Благодаря этому, при постоянстве крутящего момента и частоты вращения входного вала КП на его выходном можно иметь ограниченный ряд различных их значений, необходимых для рациональной работы МТА.

В ступенчатой шестеренной КП необходимо отметить три режима ее работы:

1) нейтральной передачи , когда двигатель работает, сцепление включено, входной вал вращается, а трактор стоит - разомкнута силовая связь между шестернями КП, передающими крутящий момент от входного к выходному валу (этот режим работы КП характерен для времени пуска двигателя и перед началом включения передачи для движения трактора; он также необходим для кратковременных остановок МТА при совершении им технологических операций, или для стационарной его работы с отбором мощности на ВОМ или приводной шкив;

2) режим переднего хода для выполнения технологических операций МТА (сильно отличается по частоте воздействия на органы управления КП у сельскохозяйственных и промышленных тракторов); 3) режим заднего хода , когда в КП включают передачи, изменяющие направление вращения выходного вала (для большинства сельскохозяйственных тракторов этот режим играет второстепенную роль, хотя и необходимую; для промышленных тракторов в большин-

стве случаев он играет такую же роль, как и передний ход).

Классификацию ступенчатых КП можно провести по следую-

щим характерным признакам:

- по способу образования шестеренной передачи ;

- по способу зацепления шестерен ;

- по методу переключения передач ;

- по способу управления ;

- по расположению валов КП относительно продольной оси трактора ;

- по конструктивной компоновке ;

- по кинематической схеме .

П о с п о с о б у о б р а з о в а н и я ш е с т е р е н н о й п е р е -

д а ч и КП бывают с неподвижными осями валов, с вращающимися осями (планетарные) и комбинированные. В настоящее время боль-

шинство отечественных сельскохозяйственных и промышленных тракторов имеют КП с неподвижными осями валов. Планетарные передачи в отечественных тракторах пока имеют ограниченное применение, только как элементы отдельных устройств трансмиссии - увеличитель крутящего момента (УКМ), ходоуменьшитель, механизм ре-

верса. В зарубежном тракторостроении достаточно широко применяются планетарные КП, особенно на промышленных тракторах, однако они конструктивно сложнее и дороже в производстве. Если в КП применены оба способа образования передачи, то ее называют комбинированной.

П о с п о с о б у з а ц е п л е н и я ш е с т е р е н КП бывают с подвижными шестернями (каретками) и с шестернями постоянного зацепления. Принципиальные схемы элементов зацепления шестерен в нейтральном положении приведены на рис. 6.1.

На рис. 6.1,а включение передачи производится продольным перемещением каретки 2 (в данном случае двухвенцовой, для образования двух различных передач) по шлицам вала 1 до полного ее зацепления с одной из шестерен 4 , неподвижно закрепленных на параллельном валу 3 .

На рис. 6.1,б ,в и г показаны три варианта блокировки свободно вращающихся шестерен постоянного зацепления с валом для включения передачи.

На рис. 6.1,б включение передачи производится продольным перемещением зубчатой муфты 3 , установленной на зубчатом венце 4 вала 1 , до полного ввода ее в зацепление с аналогичными венцами на ступицах свободно вращающихся шестерен 2 или 5 .

На рис. 6.1,в включение передачи производится с помощью синхронизатора. Принцип работы синхронизатора заключается в том, что его зубчатая муфта 6 вала 1 может входить, в зацепление с зубчатыми венцами ступиц свободно вращающихся шестерен 2 или 7 только после предварительного выравнивания их угловых скоростей с валом муфты. Это достигается посредством сил трения в контакте конусных поверхностей ступиц и прижимного кольца 3 , имеющего упругую связь с поводковым устройством 4 муфты 6 . После чего при дальнейшем приложении осевого усилия к поводковому устройству 4 преодолевается сопротивление пружинных фиксаторов 5 и последующее включение передачи происходит легко и безударно.

На рис. 6.1,г включение передачи происходит с помощью многодисковых фрикционных муфт М 1 и М 2 (чаще всего с гидравлическим нажимным механизмом), общий наружный барабан 3 которых соединен с валом 1 , а их внутренние барабаны закреплены на ступицах блокируемых свободно вращающихся шестерен 2 и 4 .

В планетарных КП применят только шестерни постоянного зацепления. Здесь переключение передач осуществляется тормозами и многодисковыми фрикционными муфтами. При применении в трансмиссии трактора планетарных КП и КП с неподвижными осями валов,

где переключение передач осуществляется с помощью многодисковых фрикционных муфт, в ряде случаев можно исключить применение сцепления.

Рис. 6.1. Принципиальные схемы элементов зацепления шестерен в КП

П о м е т о д у п е р е к л ю ч е н и я п е р е д а ч КП подразделяются на переключаемые с остановкой трактора (с разрывом потока мощности) и без его остановки (без разрыва потока мощности или с кратковременным разрывом, не прекращающим вращение валов). В первом случае включение передачи обязательно при неподвижных валах и последующем разгоне МТА с места на любой передаче. Такие КП обычно выполняют с каретками и блокировочными муфтами (рис. 6.1,а и рис. 6.1,б ). Во втором случае КП выполняются с элементами переключения, представленными на рис. 6.1,в и рис. 6.1,г , или планетарного типа.

Современные КП обеспечивают получение от 5 до 36 и более передач переднего хода, что связано с разнообразием работ, выполняемых, главным образом, универсальными тракторами. Все передачи подразделяются на четыре диапазона, характерные для назначения трактора: основной (рабочий), резервный, транспортный и технологический (замедленный, иногда называемый рассадочно - посадочный).

О с н о в н о й д и а п а з о н служит для выполнения главных сельскохозяйственных или других работ, требующих высоких значений силы тяги на крюке трактора при допустимом буксовании его движителей и эксплуатационной загрузке двигателя близкой к номинальной. В этом диапазоне скоростей трактор работает наибольшее

для получения повышенных тяговых усилий примерно на 20...25% больше, чем на основном диапазоне. Он необходим для преодоления больших тяговых сопротивлений в экстремальных условиях эксплуатации МТА.

Т р а н с п о р т н ы й д и а п а з о н (1-8 передач) имеет передачи, позволяющие МТА двигаться в различных условиях профиля дороги и ее покрытия.

Т е х н о л о г и ч е с к и й д и а п а з о н необходим для выполнения работ, требующих стабильных небольших технологических скоростей движения МТА, особенно в сельскохозяйственном производстве и для тракторов трубоукладчиков. Число передач в этом диапазоне наибольшее - достигает 12-16. Следует отметить, что в этом диапазоне не всегда удается полностью использовать мощность двигателя трактора, несмотря на оптимальные варианты комплектации МТА.

Количество передач заднего хода обычно одна-две, но встречается и большее их число, вплоть до полностью реверсивных КП, когда число передач вперед и назад одинаковое.

П о с п о с о б у у п р а в л е н и я КП бывают с механическим, гидравлическим и электромагнитным механизмами переключения передач. Если в КП переключение передач производится с остановкой трактора или без его остановки, но с синхронизаторами, то обычно применяется управляемая вручную механическая рычажная система с тягами перемещающими каретку или блокировочные муфты. Чтобы исключить возможность переключения передач на ходу в КП с оста-

новкой трактора иногда применяют специальное блокировочное устройство, действующее совместно со сцеплением.

Два других способа управления применяются, как уже отмечалось, в КП с переключением передач на ходу посредством многодисковых фрикционных муфт с дистанционным управлением. Если в КП применены оба метода переключения передач, то, как правило, переключение диапазонов производится рычажно-тяговой системой, а переключение передач внутри диапазона - блокировочными фрикционными муфтами.

П о р а с п о л о ж е н и ю в а л о в о т н о с и т е л ь н о п р о- д о л ь н о й о с и т р а к т о р а КП подразделяются на продольные и поперечные. Последние чаще всего применяются на колесных тракторах малых тяговых классов 0,6 и 0,9, что позволяет уменьшить их продольную базу, увеличив, тем самым, их маневренность, и упростить центральную передачу их трансмиссий, заменяя коническую пару шестерен на цилиндрическую.

П о к о н с т р у к т и в н о й к о м п о н о в к е различают следующие КП:

выполненные в виде самостоятельного агрегата (модуля), картер которого фланцем присоединен к передней стенке корпуса заднего моста трактора или вставлен внутрь его (если КП выполнена планетарной) со стороны его задней стенки;

установленные в переднем отдельном отсеке общего корпуса заднего моста и выполненные вместе с другими агрегатами трансмиссии в общем корпусе заднего моста. Последняя компоновка характерна для КП с поперечными валами.

П о к и н е м а т и ч е с к о й с х е м е КП подразделяются на

двухвальные (однопарные), трехвальные (двухпарные), составные и специальные. Следует отметить, что термины двух и трехвальные КП относятся только к способу получения передач основного диапазона, КПД которых желательно иметь максимально высоким. Для получения передач других диапазонов и заднего хода в этих КП обычно имеются дополнительные валы и пары шестерен, снижающие КПД передачи. Входной и выходной валы этих КП обычно называют первичным и вторичным.

В д в у х в а л ь н о й К П поток мощности от первичного к параллельному вторичному валу всегда передается только через одну работающую пару шестерен, образующую необходимую передачу. Поэтому такую КП называют еще однопарной.

В т р е х в а л ь н о й К П при получении основных передач поток мощности от первичного вала вначале передается через дополни-