Коробка переключения передач: назначение и принцип работы

Что входит в трансмиссию автомобиля

Стандартный комплект трансмиссионной передачи состоит из нескольких компонентов:

• сцепления;
• коробки передач;
• карданной передачи;
• главной передачи;
• дифференциала;
• полуосей.

В зависимости от компоновки (передний, задний, полный привод) трансмиссия может включать другие узлы: ШРУСы (шарниры равных угловых скоростей), раздаточные коробки, фрикционные, вязкостные муфты.

Сцепление

Сцепление — набор деталей, который способен на некоторое время отделить передачу крутящего момента от двигателя к колесам. Узел устанавливают на машинах, оснащенных механическими коробками передач. Принцип действия — сухое трение дисков: Если крайняя левая педаль остается не нажатой, два диска ведомый (трансмиссия) и ведущий (двигатель) остаются плотно прижатыми друг к другу.

Механизм крайне чувствителен к неправильным действиям водителя и может часто выходить из строя из-за резкого включения сцепления («сгорают» соприкасающиеся детали). У большинства авто с автоматическими коробками переключения передач роль сцепления играют гидротрансформаторы — две турбины, связанные валами с двигателем и трансмиссией, которые вращаются в моторном масле. Ведущая турбина передает свою энергию вращения жидкости, от движения которой начинает вращаться ведомая.

Для простоты восприятия — это как два пропеллера, расположенные друг напротив друга. После включения одного струя воздуха начинает вращать лопасти второго. Вместо пропеллеров — турбины, вместо воздуха — вязкое моторное масло.

Коробка передач

Частота вращения коленчатого вала в двигателе примерно в 4 раза больше, чем тот же показатель у ведущих колес. Одна из функций трансмиссии — установка нужного крутящего момента, сообщаемого колесам. Например, При преодолении бездорожья на низкой передачи двигатель работает интенсивнее, а колеса вращаются медленнее. Разрыв в частоте вращения коленвала и ведущих колес сокращается, когда машина двигается по шоссе с высокой скоростью и относительно невысоких оборотах двигателя. Такую возможность предоставляет КПП — сложная система валов и шестерен, преобразующих крутящий момент до нужного показателя. Коробки изготавливают в нескольких вариантах:

• ручные (МКПП);
• автоматические (АКПП).

Коробки-автоматы делятся на собственно автоматические, роботизированные и вариаторы.

Карданная передача

Карданный вал — деталь, передающая вращение двигателя от коробки передач к задней оси автомобиля. Такой вид соединения используют в производстве заднеприводных либо полноприводных моделях авто. Характерная особенность — вал состоит из двух частей, соединенных под углом специальным шарниром. В переднеприводных автомобилях крутящий момент передается прямо к колесам валами из кардана коробки передач.

Главная передача

Узел, который сообщает вращение коленвала к ведущему мосту, называют главной передачей. Основная функция — уменьшение вращательного момента, передаваемого к колесам. Чем больше разница между количеством оборотов двигателя и колес, тем выше проходимость авто.

Дифференциал

При движении колеса машины (передние, задние, с правой либо левой стороны) могут вращаться с разной скоростью. Например, при повороте направо правые колоса преодолевают меньший путь, чем левые, поэтому вращаются медленнее. То же самое происходит, когда авто двигается по неровной проезжей части с большими неровностями. Для компенсации неравных скоростей вращения используют дифференциал — систему шестерен, вращающихся с двумя степенями свободы. Блокировка дифференциала (одна из функций в полноприводных автомашинах) заставляет колеса одной оси либо двух осей вращаться с одинаковой скоростью.

Основные неисправности МКПП

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

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

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

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

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

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

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

Технические характеристики

В КПП КамАЗ с делителем входят такие элементы:

• картер, в котором монтированы ведущие, ведомые и промежуточные валы в сборе с шестернями;
• подшипники;
• синхронизаторы,
• блок шестерен заднего хода,
• верхняя крышка коробки,
• механизм переключения передач.

КПП КамАЗовских машин бывает пяти- и десятиступенчатая. Делитель КПП имеет высшую и низшую передачи и в сочетании с основной коробкой позволяет получать 10 передач переднего хода и 2 заднего. Система делителя улучшает тяговые качества машины, облегчает управление, снижает частоту переключения скоростей рычагом. Передаточные числа КПП имеются в инструкции по эксплуатации устройства.

На КПП 141 КамАЗ имеется выключатель фонаря заднего хода. Для предотвращения одновременной активации 2 передач в крышке имеется замок шарикового типа, а от случайного включения заднего хода — пружинно-пальчиковый предохранитель. КПП с делителем весит 320 кг. Манжеты находятся в крышках валов. Они предохраняют КПП от засорения и предотвращают утечку масла. Недостаточный объем масла в КПП ведет к ее повреждению. При первой заправке в КПП должно быть 9 литров масла, при смене жидкости — 8 л.

Технические характеристики КПП КамАЗ-141: Картер:

1. Диаметр отверстия подшипника составляет 150 мм.
2. Диаметр отверстия оси блока зубчатых колес равен 32 мм.

Первичный вал:

1. Диаметр шейки переднего подшипника составляет 24 мм.
2. Заднего подшипника — 59 мм.

Вторичный вал имеет следующие диаметры у деталей:

1. Втулки зубчатого колеса четвертой передачи — 63 мм.
2. Роликовых подшипников — 80 мм.
3. Втулки зубчатого колеса заднего хода — 70 мм.
4. Наружный диаметр втулки составляет 72 мм.

Промежуточный вал:

1. Диаметр шейки переднего подшипника составляет 65 мм, заднего — 49 мм.
2. Диаметр стакана заднего подшипника равен 119 мм.
3. Диаметр промежуточного вала составляет 65 мм.
4. Внутренний диаметр зубчатого колеса равен 65 мм.

Вес КПП с делителем — 320 кг.

Виды коробок передач

Основные разновидности коробок передач:

1. Механические, оборудованные соосными валами (2 или 3, на тракторных агрегатах вводятся дополнительные валы) с шестернями, имеющими прямые или косые зубья (в прошлом столетии существовали мелкосерийные конструкции с планетарными передачами). Существуют коробки с валами, установленными под углом, рассчитанные на использование в тракторах и машинах с полным приводом.
2. Автоматические или гидромеханические, для преобразования крутящего момента используются планетарные механизмы.
3. Роботизированные, построенные на базе механической коробки с дополнительными приводами, управляющими переключением ступеней. В категорию роботов попадают преселективные АКПП с двойным сцеплением (например, DSG), имеющим автоматическое управление.
4. Вариаторы, оснащенные гидравлической муфтой для передачи крутящего момента от двигателя.

МКПП (Механика)

Механическая трансмиссия с ручным выбором ступени оборудована муфтой сцепления, которая размыкается нажатием на педаль сцепления. За счет использования синхронизаторов переключение происходит без посторонних шумов и ударных нагрузок на зубья. Рычаг переключения расположен на тоннеле между креслами водителя и переднего пассажира. До 60-х гг. прошлого века выпускались автомобили с рукояткой, установленной на рулевой колонке.

АКПП (Автомат)

Автоматические трансмиссии получили широкое распространение на машинах американских концернов в начале 50-х гг. прошлого века, а затем стали использоваться европейскими и японскими компаниями. В состав агрегата входит гидравлический трансформатор, обеспечивающий передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя. Переключение ступеней осуществляется гидроблоком с золотниковыми клапанами и электронным блоком управления. Водитель выбирает требуемый режим работы с помощью селектора, расположенного на тоннеле или рулевой колонке.

Автоматический режим работы предотвращает ошибочный выбор ступени с последующим перекручиванием коленчатого вала двигателя. Некоторые модели АКПП поддерживают ручной алгоритм выбора скоростей (при помощи рычага или лепестков, расположенных под рулевым колесом).

Роботизированная коробка передач

На автомобилях встречаются роботизированные трансмиссии 2 типов:

1. Механический блок электрическими или гидравлическими механизмами, позволяющими управлять сцеплением сухого типа и переключать ступени без вмешательства водителя. Подобная схема используется на техники производства компаний Lada или Opel, отличается низкой себестоимостью, но требует частого обслуживания и регулировки, а также и не обеспечивает плавное переключение передач.
2. Конструкция с 2 сцеплениями, отвечающими за включение четных или нечетных скоростей, впервые запущенная в серийное производство концерном Volkswagen под обозначением DSG. Позднее аналогичные роботы появились в производственной программе концернов Ford, Hyundai-KIA и ряда других. За счет использования двойной муфты достигается быстрое и плавное переключение скоростей, реализована поддержка ручного управления.

Коробка передач вариатор

В конструкции предусмотрены 2 конические поверхности, по которым передвигается металлический ремень, обеспечивая плавное изменение частоты вращения выходного вала. Ряд изготовителей предусматривает фиксированные положения ремня, которые необходимы для имитации ступеней при ручном управлении.

Необычные по форме ручки переключения передач

Начиная со второго поколения гибридного автомобиля Toyota Prius, в автопромышленности начала набирать популярность технология позволяющая устанавливать вместо обычных рычагов переключения АКПП, необычные по форме элементы управления трансмиссией.

Например, в наши дни стало модно вместо громоздких ручек АКПП устанавливать миниатюрные ручки. Это стало возможным благодаря электронным системам, которые, по сути, и переключают современные автоматические коробки передач. Вот пример как может необычно выглядеть современная ручка переключения передач. Посмотрите на интерьер Nissan Leaf, где в глаза сразу бросается круглая ручка передач, которая очень похожа на компьютерную мышь. 

Моностабильная ручка переключения передач

Моностабильный рычаг переключения передач (особенно в виде джойстика) стал модным с момента его первого появления в автомобилях БМВ

Но наибольшее внимание эта ручка переключения АКПП получила после премьеры нового поколения 5-серии. . В итоге, мода на подобные ручки переключения автоматической коробкой передач начали набирать популярность во всем мире

Например, компания General Motors решила оснастить подобными ручками свои автомобили (Buick LaCrosse и Chevrolet Bolt EV)

В итоге, мода на подобные ручки переключения автоматической коробкой передач начали набирать популярность во всем мире. Например, компания General Motors решила оснастить подобными ручками свои автомобили (Buick LaCrosse и Chevrolet Bolt EV).

Компания Ауди, которая долгое время использовала в качестве ручки переключения передач классические рукоятки, также обратила внимание на эту технологию. Правда пока что Ауди решила внешне придерживаться более классического дизайна ручек переключения АКПП, расширив пока только их функциональную возможность за счет дополнительного оснащения кнопками

Вариаторные кп

Настал черед рассмотреть вариаторную коробку. Её появление обуславливается возрастанием цен на бензины и дизельное топливо, требованиями экологов и желанием комфорта. Вариатором является трансмиссия, где отсутствуют передачи совсем. Этот самый вариатор состоит из 1 и 2 пары шкивов в виде конуса, а между ними осуществляется процесс вращения ремня. Передаточные числа меняются почти что постоянно, что обеспечивает полную плавность работы такой коробки передач, абсолютный комфорт и отсутствие различного вида толчков, рывков и ударов. Вариаторы оснащаются различной электроникой, что играет роль системы управления. Компьютер, который осуществляет процесс управления, самостоятельно учитывает условия и тонкости движения. Из очевидных плюсов: работа «движка» в оптимальном режиме, повышенный комфорт, экономичность, плавный разгон, относительно легкая конструкция, отсутствие траты времени на переключениях передач.

вариатор

Среди минусов выделяются дороговизна, в том числе обслуживания, невозможность использовании мощных «движков», «боязнь» перегревов, недостаточная динамика. На данный момент рынок машин с вариаторами представлен чаще всего моделями Renault (Scenic 2.0, Mitsubishi Lancer 1.8, Audi A4 2.0 Multitronic). Наверняка, знакомые многим, если не каждому автолюбителю, марки и модели, а? Поклонникам вариаторных коробок передач первым делом — сюда.

Итак, теперь, когда мы знакомы поближе с каждым вариантом коробок передач, разумно задаться главным вопросом.