Механическая коробка передач

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.

Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы (другое название — муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

Принцип работы трехвальной МКПП

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней — по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

IT News

• Новости науки
• Новости игр
• Новости IT
• Другие новости

• Физика
• Погода и климат
• Человеческое тело
• Подводный мир
• Все о транспорте

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Устройство и принцип работы коробки передач

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
• E-mail

Дата Категория: Транспорт

Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения — так называемый вращательный момент — от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.

Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.

Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.

Ручное управление передачей

Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.

Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.

Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.

Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) — скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.

Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня’вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.

Работа акселератора

Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.

Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.

Автоматическая коробка передач

Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.

А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.

Как работает трансмиссия автомобиля

Управление карданным валом

Автомобиль с передним расположением двигателя и задним приводом

Коробка передач находится рядом с двигателем, между ними располагается сцепление. Двигатель жестко крепится к опоре, а карданный вал подвижен и позволяет двигаться заднему мосту.

В автомобиле с передним расположением двигателя и задним приводом энергия передается от двигателя через сцепление и коробку передач на задний мост посредством полого карданного вала.

Задний мост двигается вверх и вниз на подвеске, адаптируясь к неровностям дороги.

При движении автомобиля угол поворота карданного вала и расстояние между коробкой передач и задним мостом постоянно меняются.

Для этого на передней части карданного вала предусмотрены шлицы, которые позволяют ему входить в коробку и выходить из нее. Кроме того, к обоим концам (и иногда в центре) вала крепятся шарниры.

Шарниры обеспечивают гибкость вала при постоянной передаче энергии.

Последним компонентом трансмиссии является главная передача, включающая в себя дифференциал, поэтому главную передачу иногда называют дифференциалом.

Главная передача

К карданному валу крепится зубчатый валик, который входит в корпус дифференциала в центре заднего моста.

Скошенные ведущие шестерни в дифференциале вращаются вместе с ведомой шестерней, управляя полуосями, которые ведут к задним колесам. Как правило, полуоси вращаются с одинаковой скоростью. При повороте одно колесо вращается быстрее, чем другое.

Дифференциал предназначен для передачи крутящего момента под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, изменения скорости вращения одного из задних колес при повороте, а также для управления редуктором главной передачи.

Зубчатый валик в дифференциале работает под управлением карданного вала и обладает скошенными зубьями. Эти зубья соприкасаются с ведомой шестерней так, что обе детали образуют угол в 90 градусов.

Карданный шарнир

В современных автомобилях чаще всего используется шарнир Гука с крестовиной, пересекающей ось вращения несущего вала. Крестовина крепится посредством игольчатых подшипников, чтобы минимизировать трение.

Количество зубьев ведомой шестерни обычно в четыре раза превышает количество зубьев на валике, поэтому шестерня вращается в четыре раза медленнее, чем карданный вал.

Энергия передается от дифференциала к задним колесам посредством полуосей.

На концах, которыми полуоси крепятся к дифференциалу, предусмотрены валики со скошенными зубьями. Эти валики взаимодействуют с ведомой шестерней посредством промежуточных шестерен.

Управление передними колесами

В автомобилях с передним приводом используется тот же принцип, что и в автомобилях с задним приводом, однако механические компоненты отличаются в зависимости от местоположения двигателя и коробки передач.

Поперечно расположенные двигатели обычно крепятся прямо над коробкой, и энергия передается через сцепление блоком шестерен.

Поперечно расположенный двигатель

Коробка передач вмонтирована в картер, энергия передается на передние колеса посредством валов на шарнирах.

Рядный двигатель

В рассматриваемом автомобиле с передним приводом коробка передач расположена стандартно (позади двигателя).

Однорядные двигатели обычно соединены с коробками передач, и энергия проходит через сцепление обычным способом.

В любом случае, энергия поступает к конечной передаче через коробку передач.

В автомобилях с поперечно расположенным двигателем механизм конечной передачи обычно располагается в коробке передач. В автомобилях с однорядными двигателями он обычно находится между двигателем и коробкой передач.

Механизм конечной передачи отдает энергию колесам посредством коротких несущих валов. Для корректной работы подвески и рулевого управления крепление несущих валов осуществляется посредством шарниров равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей

Шарнир справляется с напряжением, которое возникает при вращении и повороте колес в автомобилях с передним приводом.

Вместо крестовины шарнир равных угловых скоростей контактирует с подшипниками, внутри которых находятся стальные шарики, и передает энергию с одинаковой скоростью вне зависимости от расстояния между механизмом конечной передачи и колесами.

В некоторых автомобилях (например, ранних моделях Mini) использовались пары несущих валов, соединенных шарнирами с крестовиной. Такие конструкции выполняли ту же функцию, что и карданные шарниры в автомобилях с задним приводом, т.е. позволяли подвеске двигаться вверх и вниз. Эти шарниры изготавливались из резины и металла.

Автомобили с задним положением двигателя и задним приводом

В некоторых автомобилях (например, VW Beetle и небольших Fiat) двигатели и коробки передач располагаются сзади.

Для привода на задние колеса энергия передается от двигателя к коробке через сцепление, а затем к колесам посредством несущих валов.

В отличие от автомобилей с передним приводом, в таких конструкциях вращательное движение колес в расчет не принимается.

В некоторых случаях валы соединяются с выступами на коробке передач посредством круглой муфты.

Валы и выступы крепятся к краям муфты, а энергия передается через гибкую резиновую прокладку.

Как работают автоматические коробки передач с двойным сцеплением

Трансмиссия автомобиля до недавнего времени делилась на два типа: механика, которая требует от водителя при выборе следующей передачи выдавливать педаль сцепления и перемещать рычаг КПП, и автоматическая, которая делает самостоятельно всю работу за водителя при помощи гидротрансформатора и набора планетарных передач. Теперь появилось промежуточное решение, вобравшее в себя лучшее из двух вышеупомянутых концепций – трансмиссия с двойным сцеплением

Трансмиссия автомобиля до недавнего времени делилась на два типа: механика, которая требует от водителя при выборе следующей передачи выдавливать педаль сцепления и перемещать рычаг КПП, и автоматическая, которая делает самостоятельно всю работу за водителя при помощи гидротрансформатора и набора планетарных передач. Теперь появилось промежуточное решение, вобравшее в себя лучшее из двух вышеупомянутых концепций – трансмиссия с двойным сцеплением, или, как ее еще называют, полуавтоматическая трансмиссия, механика «без сцепления» и автоматизированная механическая коробка передач.

В мире гоночных автомобилей полуавтоматические коробки передач, такие как секвентальные механические коробки — sequential manual gearbox (сокращенно SMG), используются уже многие годы. Но в мире массового производства это относительно новая технология.

В данной статье мы изучим принципы работы автоматический КПП с двойным сцеплением, сравним ее с другими видами КПП и поймем, почему многие называют ее трансмиссией будущего.

С руками или без них
Трансмиссия с двумя сцеплениями предлагает в одном агрегате достоинства двух механических КПП. Чтобы лучше понять, что это означает, повторим, как работает обычная механика. Когда водитель хочет переключить передачу в машине с МКПП, он сначала выдавливает сцепление, которое отсоединяет двигатель от коробки и вызывает прерывание потока крутящего момента на КПП. Когда водитель передвигает рычаг МКПП, происходит перемещение зубчатой муфты от одной шестерни к другой шестерни отличного размера от первой. Устройства, называемые синхронизаторами, выравнивают скорость вращения муфты со скоростью зацепляемой шестерней для предотвращения скрежета. Как только новая шестерня выбрана, водитель отпускает педаль сцепления, которая снова соединяет двигатель с трансмиссией и посылает крутящий момент на колеса.

Итак, в традиционной механике нет беспрерывного потока мощности от двигателя до колес. Вместо этого подача мощности изменяется от включенного до выключенного состояния во время переключения передач, вызывая явление, известное как «толчок переключения передачи» или «прерывание крутящего момента». Для неопытного водителя это явление оборачивается швырянием пассажиров вперед и назад после переключения передач.

Коробка передач с двойным сцеплением, напротив, использует два сцепления, но не имеет педали сцепления. Сложная электроника и гидравлика контролируют сцепления аналогично стандартной автоматической коробке передач. В коробке передач с двойным сцеплением, однако, сцепления работают независимо. Одно сцепление контролирует нечетные передачи (1, 3, 5 и заднюю), другое отвечает за четные передачи (2, 4 и 6). При такой компоновке передачи можно переключать без прерывания потока мощности от двигателя до трансмиссии. Принцип работы такой:

Комментарии к анимации. 1. нажмите старт, машина едет на второй передаче и управляется внутренним сцеплением (зеленый цвет), мощность от двигателя передается через внешний вал на шестерню 2-й передачи.
2. С набором скорости компьютер обнаруживает точку переключения на следующую передачу, и заранее выбирает 3-ю передачу.
3. когда водитель выбирает передачу, внутреннее сцепление освобождается и активизируется внешнее сцепление
4. Крутящий момент от двигателя идет вдоль внутреннего вала к заранее выбранной 3-й передаче.