Работа механической коробки передач
Механическая коробка передач (МКП) — это традиционное решение, которое используется на большинстве автомобилей в Европе и Азии. А в России МКП — это де-факто стандарт, на который опираются как отечественные автопроизводители, так и автошколы при обучении водителей. О том, что такое механическая коробка передач, как она устроена и работает, читайте в этой статье.
История механической коробки передач
Уже первые эксперименты с двигателями внутреннего сгорания в конце XIX века показали, что у них есть существенный недостаток: ДВС могут обеспечивать высокий крутящий момент только в достаточно узком диапазоне оборотов. Поэтому наиболее сложным для автомобилей того времени было стронуться с места и подняться в гору.
Первое решение этой проблемы в 1888 году предложил Карл Бенц: он установил на вал двигателя и на ведущую ось по два шкива разного диаметра, и «переключение» передач производилось простым перекидыванием ремня с одной пары шкивов на другую. Удивительно, но даже это простое решение намного улучшило характеристики автомобиля.
На самом деле коробка передач была изобретена задолго до Бенца — подобные механизмы столетиями использовались для изменения крутящего момента в станках, которые приводились в движение сначала водяными колесами, а затем паровыми двигателями.
Уже на рубеже XIX и XX веков были созданы двух- и трехвальные коробки передач с ручным управлением, которые за прошедшее столетие принципиально не изменились и сегодня используются на автомобилях.
Устройство МКП
Вне зависимости от типа, все механические коробки передач имеют одинаковое устройство. В современных коробках есть несколько основных элементов:
- Два или три параллельных вала;
- Блоки шестерен на валах;
- Синхронизаторы (муфты включения передач);
- Механизм переключения передач.
Все эти элементы расположены в герметичном корпусе (картере), где обеспечивается их постоянная смазка — для этого картер заполняется специальным трансмиссионным маслом. При понижении уровня масла детали КП быстро выходят из строя (так как испытывают значительное трение и механические нагрузки), могут потребоваться новые запчасти для коробки передач и проведение ремонтных работ.
Однако между двухвальной и трехвальной МКП существуют существенные отличия, о которых необходимо сказать особо.
Двухвальная коробка передач
Как понятно из названия, двухвальная коробка передач имеет два вала:
- Ведущий вал — соединен со сцеплением, вращается с той же скоростью, что коленчатый вал двигателя;
- Ведомый вал — расположен параллельно ведущему, при включении передач крутящий момент с него передается на редуктор ведущего моста.
На каждом валу имеется блок шестерен, причем шестерни ведущего вала составляют с ним единое целое (часто фрезеруется из одной заготовки). Шестерни ведомого вала свободно вращаются на нем, и при этом имеют постоянное зацепление с шестернями ведущего вала. На ведомом валу, между шестернями, расположены муфты включения передач (синхронизаторы), с помощью которых осуществляется блокировка шестерен на вал при включении передач.
Двухвальные МКП обладают достаточно высоким КПД и имеют простую конструкцию, что обеспечивает высокий срок службы и снижает затраты на ремонт и запчасти для коробки передач. Однако двухвальные коробки из-за ограниченного диапазона изменения крутящего момента находят применение только на легковых автомобилях — они устанавливаются преимущественно на переднеприводных машинах, а также на авто с задним расположением двигателя.
У двухвальной коробки есть и еще одна особенность: расположенные параллельно валы не могут вращаться как единое целое, поэтому передача крутящего момента от двигателя к редуктору на любых скоростях осуществляется только через пары шестерен. Невозможность реализации прямой передачи несколько снижает ресурс коробки, так даже на высших передачах шестерни всегда работают под нагрузкой.
Трехвальная коробка передач
Трехвальные МКП имеют более сложное устройство, однако они, по сравнению с двухвальными КП, обладают более широкими возможностями. Как нетрудно понять, эти коробки имеют три вала:
- Ведущий вал — соединен со сцеплением и передает крутящий момент от двигателя к остальным элементам коробки;
- Промежуточный вал — служит промежуточным звеном, через него осуществляется передача крутящего момента от ведущего вала к ведомому;
- Ведомый вал — с него снимается крутящий момент для передачи к редуктору ведущего моста (или мостов в случае многоосевых автомобилей).
Ведущий вал короткий и имеет всего одну жестко закрепленную шестерню, на промежуточном валу также жестко закреплен блок шестерен, а шестерни ведомого вала (он расположен на одной оси с ведущим, нередко эти валы имеют общий коренной подшипник) свободно вращаются и блокируются синхронизатором только при включении передач. Промежуточный вал всегда находится в зацеплении с ведущим, поэтому он постоянно вращается. Шестерни ведомого вала тоже всегда находятся в зацеплении с шестернями промежуточного вала, однако ведомый вал приходит во вращение только при включении передач.
При ремонте МКП, из-за ее сложной конструкции, необходима более широкая номенклатура запасных частей для коробок передач. Однако благодаря наличию промежуточного звена в этой коробке удается реализовать прямую передачу (обычно это 4-я передача), когда крутящий момент передается напрямую от ведущего вала ведомому, чем достигаются лучшие показатели экономичности при движении на больших скоростях.
Синхронизаторы
Важную роль в коробках передач играют синхронизаторы. Эти устройства, расположенные на ведомом валу между шестернями, обеспечивают плавную, безударную блокировку шестерни при включении передачи. Необходимость в синхронизаторах возникает из-за того, что все шестерни имеют разный диаметр, а, значит, вращаются с различной скоростью — либо быстрее, либо медленнее ведомого вала.
Синхронизаторы вращаются с валом как единое целое, но могут перемещаться по нему в продольном направлении. При переключении передачи синхронизатор входит в контакт с шестерней с помощью конической поверхности (за счет сил трения), доводит скорость ее вращения до необходимой (ускоряет или затормаживает), а затем входит с шестерней в зацепление с помощью зубчатого венца. Этот процесс возможен только при выжатой педали сцепления, в противном случае есть риск повреждения венцов шестерен и синхронизаторов, а также более серьезных поломок.
В итоге, синхронизатор, шестерня и вал начинают вращаться, как единое целое, включение передачи производится без ударов и возможных при этом деформаций компонентов коробки передач.
Работа механической коробки передач
Принцип работы механической коробки передач прост, и в общем случае сводится к блокировке той или иной шестерни на ведомом валу с помощью механизма переключения передач. Механизм переключения передач состоит из следующих частей:
- Рычаг — с его помощью осуществляется ручное переключение передач;
- Ползуны включения передач — штанги, которые передают усилие от рычага к вилкам переключения передач. В четырехступенчатой МКП три ползуна — по одному для включения 1-2 и 3-4 передач и один для включения заднего хода;
- Вилки переключения передач — они постоянно зацеплены с синхронизаторами, с их помощью синхронизаторы перемещаются по ведомому валу и входят в зацепление с шестерней.
Также в МКП предусмотрен механизм защиты от одновременного включения двух передач — так называемый замок, который обеспечивает нейтральное положение неиспользуемых при включении передач ползунов.
Работа механической коробки передач сводится к следующему:
- В начальный момент рычаг находится в нейтральном положении, коробка не передает крутящий момент;
- При включении первой передачи соответствующий ползун приводит в движение синхронизатор, который, в свою очередь, блокирует на ведомом валу шестерню первой передачи. При отпускании педали сцепления ведущий, промежуточный и ведомый вал приходят во вращение, при этом коробка обеспечивает передачу на редуктор моста максимального крутящего момента. Автомобиль трогается с места, осуществляется разгон;
- При достижении определенной скорости производится переключение на 2, а затем на 3 передачу — процесс аналогичен описанному выше. При каждом переключении передач необходимо выжимать педаль сцепления, чтобы разъединять коробку и вал двигателя;
- При включении четвертой передачи ведомый вал входит в сцепление с ведущим — этим обеспечивается прямая передача (передаточное отношение 1:1), при которой двигатель работает в наиболее выгодном и экономичном режиме.
Многие МКП оборудованы повышающей передачей (обычно пятой), при которой передаточное отношение меньше единицы. В этом случае достигается не столько повышение скорости автомобиля, сколько оптимизация режима работы двигателя, снижение потребления топлива при больших оборотах. Такое решение усложняет конструкцию трансмиссии, и зачастую при ремонте необходимо приобретать дорогостоящие запчасти на механические коробки передач.
Напоследок нужно сказать, что термин «механическая коробка передач», который используется в нашей стране, некорректен — этот тип коробок правильнее называть «ручным». Неточность вкралась из-за англоязычной аббревиатуры MT, которая означает «manual transmission», то есть — «ручная трансмиссия». Буква «М» здесь была истолкована как «механическая», что не соответствует истине. Однако данный термин стал общепризнанным, и, услышав словосочетание «механическая коробка передач, мы понимаем, о каком механизме идет речь.
Другие статьи
Запчасти в продаже
