Вне зависимости от конструкции коробки передач, для переключения переда­чи необходимо передвинуть или зубчатое колесо или муфту синхронизатора или ка­ретку синхронизатора. Для этого используется механизм управления переключени­ем передач.

Механизм управления переключением передач можно разделить на две части: механизм наружный - соединяющий рычаг переключения передач, находящийся в кабине водителя, с коробкой передач - и механизм внутренний - находящийся внутри крышки коробки передач.

В зависимости от вида кабины и расстояния от рычага переключения до ко­робки передач используются различные конструкции наружных механизмов. В про­стейшем случае коробка передач помещается под полом кабины, а рычаг 1 пере­ключения передач, размещенный рядом с сидением водителя, вводится через отвер­стие в полу непосредственно внутрь крышки 2 коробки (рис. 6.6, а). Если коробка передач удалена от места водителя, как в автомобиле ВАЗ-2110, или установлена на автомобиле с откидывающейся кабиной, как в автомобилях семейства МАЗ, то ис­пользуется дистанционный привод управления основной коробкой передач.

Наружный механизм управления коробкой передач автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 6.6, б) состоит из рычага 7 переключения передач, шаровой опоры 9, тяги 6 привода с шарниром 5, реактивной тяги 10, а также штока 4 и рычага 3 выбора пе­редачи, находящихся в картере коробки передач 11. Реактивная тяга 10 введена в наружный механизм, чтобы исключить самопроизвольное выключение передач вследствие осевого перемещения силового агрегата на своих опорах при движении автомобиля. Один конец реактивной тяги связан с силовым агрегатом, а к другому концу прикреплена обойма 8 шаровой опоры 9.

Рис. 6.6. Наружные механизмы управления переключением передач:

а - с рычагом, введенным внутрь коробки; б и в -с механическим дистанционным управлением; г- с пневматическим дистанционным управлением

На автомобилях МАЗ-53371 и МАЗ-63038 с пятиступенчатой коробкой пере­дач (рис. 6.6, в) рычаг 12 переключения передач шарнирно связан с рычагом 12 по­перечного вала 20, соединенного с промежуточным механизмом 18 привода. Корпус 19 этого механизма закреплен на раме автомобиля. Промежуточный механизм 18 шарнирно связан с тягой 17, которая через рычаг 16 соединена с валом 14 переклю­чения передач, установленным в корпусе 15. На валу 14 закреплен рычаг 13, взаи­модействующий с внутренним механизмом переключения, расположенном в крышке коробки передач.

Наличие шарнирных соединений в дистанционном механическом приводе управления коробкой передач обеспечивает легкость переключения и позволяет оп­рокидывать кабину автомобиля без нарушения нейтрального положения рычага 12 управления коробкой передач. При значительном отдалении коробки передач (на­пример, в автобусах) используются гидравлические или пневматические механизмы дистанционного управления.

Ручное управление с механической передачей усилия распространено для 5-ти, 6-ти ступенчатых коробок передач. Для многоступенчатых коробок передач, имеющих дополнительный редуктор, применяются смешанные механизмы: основ­ная коробка имеет ручное механическое управление, а дополнительный редуктор -электропневматическое или пневматическое.

Пневматический привод механизма управления дополнительным редуктором 10-ти ступенчатой коробки передач автомобилей КамАЗ (рис. 6.6, г) имеет пере­ключатель 22 крана управления, расположенный на рукоятке 23 рычага переключе­ния передач. Нижнее положение переключателя 22 соответствует включению низ­шей Н, а верхнее - высшей В передачи в дополнительном редукторе. Кран управле­ния 24 имеет золотник, соединенный тросом с переключателем 22. При включении низшей передачи сжатый воздух из пневмосистемы А поступает в полость Б возду­хораспределителя 28. При этом золотник воздухораспределителя смещается влево и полость Г под поршнем силового цилиндра соединяется с клапаном 29 включения дополнительного редуктора. При нажатии на педаль 31 сцепления упор 30 нажимает на шток клапана 29 включения дополнительного редуктора. Клапан открывается, и сжатый воздух от редукционного клапана 25 через клапан 29 поступает в полость Г под поршнем силового цилиндра 27.

Поршень и соединенный с ним рычаг 26 пере­мещается вправо, и в дополнительном редукторе включается низшая передача.

При установке переключателя 22 в верхнее положение В и нажатии на педаль сцепления 31 в редукторе включается высшая передача. При заранее включенном переключателе 22 переключение передач в редукторе произойдет только лишь при нажатии на педаль сцепления.

) представляет собой одно из самых распространенных устройств, способное изменять крутящие моменты двигателя. Данная коробка передач получила свое название в связи с механическим (ручным) способом переключения передач.

Механическую коробку передач относят к ступенчатым коробкам, так как крутящие моменты в ней изменяются с помощью ступеней. Ступенью называют пару взаимодействующих шестерен. Каждая из этих ступеней обеспечивает функцию вращения, имеющую определенную угловую скорость, или другими словами определенное передаточное число.

Передаточное число – это отношение числа зубьев главной шестерни, к определенному числу зубьев ведущей шестерни. Таким образом, различные ступени механической коробки передач могут иметь различные передаточные числа. Низкая передаточная ступень имеет большое передаточное число, а высшая – наименьшее число.

Конструкции коробки передач различают в зависимости от числа ступеней. Конструкция коробки передач может быть четырех, пяти, шести ступенчатой. Практически все современные автомобили оснащены пятиступенчатой коробкой передач.

Так же из большого разнообразия механических коробок передач выделяют два основных вида коробок передач:

• трехвальную коробку передач (производители устанавливают на заднеприводный автомобиль),
• и двухвальную коробку передач (используется на легковых автомобилях с передним приводом). Принцип работы и конструкция данных коробок также имеют большие различия, поэтому они будут рассмотрены отдельно.

Трехвальная коробка передач состоит из следующих деталей:

• первичного (ведущего) вала;
• шестерни ведущего вала;
• промежуточного вала;
• вторичного (ведомого вала);
• муфты синхронизаторов;
• картера (корпуса коробки передач).

Функции основных составляющих деталей механической коробки передач.

Ведущий вал выполняет соединение со сцеплением. На ведущем валу расположены шлицы необходимые для ведомого диска сцепления. От ведущего вала через шестерню передается крутящий момент.

Промежуточный вал находится параллельно первичному валу. На промежуточном валу расположен блок шестерен, также расположенный с ним в зацеплении.

Ведомый вал находится рядом с ведущим валом на одной оси. Технический процесс производится с помощью торцевого подшипника расположенного на ведущем валу. При этом блок шестерен расположенный на ведомом валу, как правило, не закрепляется с валом, таким образом, осуществляет свободное вращение на нем. Блок шестерен ведомого и промежуточного вала и шестерня промежуточного вала работают в постоянном зацеплении.

Муфты синхронизаторов расположены между определенными шестернями ведомого вала. Действия синхронизаторов основаны на совмещаемости угловых скоростей ведомого вала, с угловыми скоростями самого вала при помощи силы трения. Данные муфты могут иметь крепкое зацепление с ведомым валом, и двигаются по ведомому валу в продольном направлении при помощи шлицевого соединения. Далее, на торцах муфты расположены зубчатые венцы, входящие в соединение с зубчатыми венцами блока определенных шестерен ведомого вала. Практически все современные коробки передач оснащены синхронизаторами, устанавливаемыми на всех передачах.

Механизм (устройство) переключения трехвальной коробки находится на корпусе коробки. Данный механизм состоит из рычага управления, а также ползуны с вилками. Механизм переключения имеет блокирующее устройство, которое предотвращает одновременное включение двух или трех передач. Также данный механизм может оснащаться дистанционным управлением.

Картер коробки передач содержит конструктивные части и механизмы, а также предназначается для хранения масла. Картер может изготавливаться из магниевого или алюминиевого сплава.

Схема работы трехвальной коробки передач

В момент нахождения рычага в нейтральном положении на ведущие колеса не передается крутящий момент. Во время перемещения рычага управления необходимая вилка производит перемещение муфты синхронизатора. Данная муфта синхронизирует угловые скорости ведущего вала и необходимой шестерни. После синхронизации зубчатые венцы муфты заходят в зацепление с зубчатыми венцами шестерни, таким образом, обеспечивая блокировку шестерни на ведомом валу. Функцией коробки передач является передача крутящего момента с определенным передаточным числом на ведущие колеса от двигателя.

Также коробка передач обеспечивает выполнение движения автомобиля задним ходом. Смена направления вращений производиться с помощью шестерни заднего хода, которая устанавливается на отдельной оси.

Состав двухвальной коробки передач .

Двухвальная коробка передач состоит из следующих деталей:

• ведущего вала;
• блока шестерен ведущего вала;
• вторичного вала;
• блока шестерен вторичного вала;
• муфты синхронизаторов;
• главной передачи;
• дифференциала;
• механизма переключения передач;
• картера коробки передач.

Устройство двухвальной коробки передач

Основные функции в двухвальной коробке передач выполняет ведущий вал, на котором крепко зафиксирован блок шестерен. Именно ведущий вал производит соединение со сцеплением.

На одной оси с ведущим валом располагается ведомый вал с определенным блоком шестерен. Данные шестерни обеспечивают постоянное зацепление с шестернями ведущего вала, и могут вращаться на валу без каких-либо препятствий. Также на ведомом валу крепко зафиксирована ведущая шестерня. Между этими шестернями находятся муфты синхронизаторов.

Для того чтобы уменьшить линейные размеры и увеличить число ступеней в коробке, вместо одного вала иногда устанавливают два или три ведомых вала. Каждый вал имеет крепко зафиксированную шестерню главной передачи. Данная шестерня обеспечивает зацепление с ведомой шестерней, и осуществляет работу трех главных передачи.

Главная передача вместе с дифференциалом могут передавать крутящий момент к передним колесам автомобиля от вторичного вала. Функцией дифференциала является обеспечение вращения колес имеющих разные угловые скорости.

Механизмы переключения двухвальной коробки передач имеют дистанционные действия, и, как правило, и располагаются отдельно от самого корпуса коробки передач. Связь между механизмом и коробкой осуществляется при помощи тяг и тросов. Тросовое соединение является наиболее простым, поэтому оно чаще применяется в механизмах переключения.

Данный механизм состоит из следующих деталей:

• рычага управления;
• троса выбора передач;
• рычага выбора передач;
• троса включения передач;
• центрального штока переключения с необходимыми вилками;
• блокирующего устройства.

Следует отметить, что понятие «выбор передачи» означает поперечный ход рычага управления параллельно оси автомобиля. Термин «включение передачи» означает продольный ход рычага (движение или ход к конкретной передаче).

Как работает двухвальная механическая коробка передач.

Схема работы двухвальной коробки передач аналогична трехвальной коробке. Основной акцент уделяется на механизм переключения передач.

При включении необходимой передачи движение рычага подразделяется на продольное и поперечное. При включении поперечного движения рычага основное усилие будет передаваться на трос выбора необходимой передачи. Трос будет воздействовать на рычаг управления выбора передач. Данный рычаг будет осуществлять повороты центральных штоков вокруг его оси, таким образом, обеспечивая выбор передачи.

При продольном ходе рычага, усилие будет передаваться на трос переключения передачи, и далее на сам рычаг переключения необходимой передачи. Далее рычаг будет производить горизонтальное передвижение штока с вилками. Определенная вилка на штоке будет перемещать муфту синхронизатора, и осуществлять блокирование зубчатого колеса ведомого вала. Таким образом, крутящие моменты от двигателя будут передаваться на ведущие колеса.

Автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка передач, которая имеет сокращенное название АКПП, или часто в обиходе ее еще называют коробка автомат, является устройством, служащим для изменения крутящегося момента. АКПП применяется в автоматической трансмиссии автомобилей. Гидромеханическая коробка передач также часто называется автоматической.
Коробка автомат состоит из таких устройств:

• механическая коробка передач;
• гидротрансформатор;
• система управления.
• насос рабочей жидкости;
• система охлаждения рабочей жидкости.

В автоматических коробках передач, которые устанавливаются на легковые автомобили с передним приводом, еще дополнительно в конструкцию включены дифференциал и главная передача.
Гидротрансформатор – это устройство, выполняющее функцию передачи и изменения крутящегося момента двигателя к коробке передач.

Конструкция гидротрансформатора состоит из таких основных деталей:

• реакторное колесо;
• турбинное колесо;
• насосное колесо;
• муфта свободного хода;
• блокировочная муфта;
• корпус гидротрансформатора.

С коленчатым валом двигателя соединено насосное колесо, тогда, когда турбинное колесо связано непосредственно с механической коробкой передач. В пространстве между турбинным и насосным колесом находится реакторное колесо, являющееся полностью неподвижной деталью. Колеса гидротрансформатора имеют лопасти специфической формы, позволяющей свободно проходить рабочей жидкости. Стоит отметить, что для этой цели на лопастях предусмотрены каналы.

Блокировочная муфта выполняет функцию блокировки трансформатора, которая необходима в некоторых режимах работы автомобиля. Как правило, рабочей жидкостью заполнены все элементы, которые расположены в корпусе гидротрансформатора. Гидротрансформатор работает по замкнутому циклу. Поток жидкости передается от насосного колеса на турбинное колесо и уже после – на реакторное колесо. Поток скорости усиливается за счет конструкции лопастей. Крутящийся момент увеличивается за счет потока рабочей жидкости, который направляется на насосное колесо. Крутящийся момент гидротрансформатора может развивать максимальную величину при самой минимальной скорости. Коленчатый вал двигателя увеличивает частоту вращения с увеличением угловой скорости турбинного и насосного колес, при этом поток жидкости меняет свое направление. Реакторное колесо начинает вращаться только тогда, когда срабатывает муфта свободного хода. В режиме гидромуфты может работать гидротрансформатор, при этом только передавая крутящийся момент.
Гидротрансформатор блокируется при замыкании блокирующейся муфты с дальнейшим ростом скорости. Напрямую происходит передача крутящегося момента от двигателя к коробке передач.

В составе автоматической коробки передач механическая служит для изменения крутящегося момента, и она также может обеспечить движение автомобиля задним ходом. Коробки автоматы имеют в своей конструкции планетарные редукторы, которые характеризуются своей компактностью и возможностью автономной работы. Из нескольких планетарных редукторов состоит механическая коробка передач, которые последовательно соединены для совместной работы. Обеспечить нужное число ступеней работы может некоторое объединение планетарных редукторов. Современные оснащаются шестиступенчатыми, семиступенчатыми и восьмиступенчатыми коробками передач.
Редуктор планетарный, как правило, имеет планетарный ряд, который состоит из таких деталей:

• коронная шестерня
• солнечная шестерня;
• сателлиты;
• водило.

В условиях блокировки нескольких элементов планетарного ряда, таких как коронная шестерня, солнечная шестерня, водило, производится передача вращения. Фрикционные тормоза и муфта осуществляет необходимую блокировку. Все элементы планетарного ряда блокирует муфта, при этом обеспечивая крутящимся моментом передачу. Конкретные элементы удерживает тормоз за счет соединения с корпусом коробки. Тормоз и муфта работают с помощью гидроцилиндров, управляющихся из распределительного модуля. Обгонная муфта, которая находится в конструкции коробки передач, выполняет функцию удерживания водила от вращения в противоположную сторону. Фрикционный тормоз и муфта являются механизмами, с помощью которых осуществляется переключение передач в АКПП.

Работа автоматической коробки передач заключается в выполнении некоторого алгоритма выключения и включения тормозов и муфты. Шестеренный насос выполняет функцию передачи рабочей жидкости в коробке автомат. Ступица гидротрансформатора приводит в действие насос. В автоматической коробке передач имеется соответствующая система, которая осуществляет охлаждение рабочей жидкости. В системе охлаждения двигателя находится теплообменник, способствующий охлаждению рабочей жидкости. Некоторые конструкции автоматических коробок передач имеют в своей конструкции отдельный радиатор.
Современные автоматические коробки передач управляются с помощью электронной системы, которая состоит из таких элементов:

• электронный блок управления коробкой передач;
• распределительный модуль;
• входные датчики;
• рычаг селектора.

Система в своей работе использует такие датчики:

• температуры рабочей жидкости;
• положения рычага селектора;
• положения педали газа.
• частоты вращения на входе коробки передач.

Электронный блок управления, находящийся в автоматической коробке передач осуществляет обработку сигналов датчика и управляет сигналами, идущими на распределительный вал. Данная система в процессе своей работы использует программу, которая предусматривает гибкий алгоритм перехода на низшую и высшую передачу. Блок управления двигателем взаимодействует с блоком управления коробкой передач.

В системе АКПП имеется распределительный модуль, который состоит из электромагнитных клапанов, выполняющих функцию управления рабочей жидкостью и переключения передач. Электронный блок управляет работой электромагнитных клапанов.
Рычагом селектора осуществляется непосредственное управление автоматической коробкой передач.

Необходимый режим работы АКПП производится перемещением рычага в соответствующее положение:

• N – нейтральный режим;
• D – движение вперед в режиме автоматического переключения передач;
• Р – режим парковки;
• R – режим заднего хода;
• S – спортивный режим.

Некоторые коробки передач позволяют осуществлять быстрое ускорение авто с помощью режима «Кик-Даун» путем быстрого переключения передач.

Вариатор

Вариатор – это особый вид механической бесступенчатой трансмиссии, которая способна плавно менять соотношение скорости вращения и вращающего момента во всем интервале тяговых усилий и скоростей. Главным плюсом вариатора или бесступенчатой коробки передач является оптимальное использование двигателя за счет координации нагрузки на автомобиль с работой коленчатого вала, что дает в результате высокую экономию топлива.

У вариатора есть универсальное название – Continuously Variable Transmission (трансмиссия с плавно изменяющимся передаточным числом) и аббревиатура – CVT. Учитывая предельную мощность вариаторов, их обычно используют на легковых автомобилях, однако, с учетом новых разработок в автомобилестроении, сфера их применения постоянно расширяется.

В упрощенном виде структура вариаторной коробки передач выглядит следующим образом:

• устройство, отвечающее за разъединение трансмиссии и двигателя (то есть, нейтральное положение);
• непосредственно вариатор;
• механизм, обеспечивающий задний ход;
• управление коробкой передач.

Для обеспечения нейтрального положения коробки передач предназначены такие устройства:

• автоматическое центробежное сцепление. Данный тип сцепления реализован в системе Transmatic;
• оснащенное электронным управлением электромагнитное сцепление. Примером может служить коробка передач Hyper CVT на автомобилях марки ;
• так называемое, «мокрое» многодисковое сцепление с электронным управлением. Реализовано в системе на автомобилях марки и ;
• конвертер крутящегося момента или гидротрансформатор. Имеется в коробке передач Lineartronic на автомобилях , Ecotronic на автомобилях и Extroid на автомобилях марки .

На практике в автомобилестроении используются два типа вариатора – клиноременной и тороидный.

Описание устройства клиноременного вариатора.

Обычно клиноременная трансмиссия имеет в своем устройстве одну или две ременные передачи, которые включают два шкива, скрепленные клиновидным ремнем. Шкив – это соединение двух конических дисков, которые раздвигаются или сдвигаются, тем самым варьируя его диаметр. Сам ремень состоит из конических металлических пластин. Таким образом, за счет трения, которые происходит между шкивом и боковиной клиновидного ремня, осуществляется передача вращения. В устройстве вариаторов Lineartronic и используется цепь из металла, поэтому они называются клиноцепными.

Особенности работы клиноременного вариатора

Из-за специфики устройства вариаторная трансмиссия не имеет возможности обратного хода. Для обеспечения заднего хода в подобных коробках передач применяются особые конструкции. Обычно в таких конструкциях используется один из классов механических редукторов – дифференциальный (или планетарный) редуктор.

Часто производители оснащают вариаторную трансмиссию электронными системами управления, которые осуществляют синхронизацию диаметра шкивов с режимом оборотов двигателя, а, также управляют сцеплением и работой планетарного редуктора.

Для управления вариатором имеется рычаг переключателя. Эти режимы соответствуют режимам работы автоматической коробки передач. Иногда в вариаторе может присутствовать возможность выбора передаточных отношений в одном конкретном режиме. Эта функция призвана устранить субъективный фактор отрицательного восприятия водителем постоянства оборотов двигателя при наборе скорости.

Раздаточная коробка

Трансмиссия автомобиля состоит из множества конструктивных элементов, однако важнейшим из них, безусловно, является коробка передач. Данный модуль выполняет сразу несколько функций:

• изменяет крутящий момент двигателя;
• изменяет скорость и направление движения автомобиля;
• служит для длительного разъединения двигателя и трансмиссии.

Существует несколько типов коробок передач, которые отличаются друг от друга принципом действия и во многом формируют тип трансмиссии автомобиля:

• ступенчатые коробки;
• бесступенчатые коробки;
• коробки комбинированного типа.

В ступенчатых коробках крутящий момент силового агрегата изменяется ступенчато, то есть каждая ступень обеспечивает вращение с жестко установленной угловой скоростью или, если говорить другими словами, имеет конкретное передаточное число. Под этим термином подразумевается соотношение между количеством зубьев у ведомой и ведущей шестернями. Таким образом, все ступени в такой коробке имеют различные передаточные числа, причем более низкие ступени имеют большие передаточные числа, а более высокие – соответственно меньшие.

В свою очередь ступенчатые коробки передач делятся на два типа:

• механические коробки;
• роботизированные.

Механическая коробка передач (в обиходе ее часто называют просто «механикой», а сокращенно – МКПП) является ни чем иным, как многоступенчатым цилиндрическим редуктором, переключение передач в котором происходит в ручном режиме. Такой редуктор может иметь разное количество ступеней и, соответственно, механическая коробка передач может быть четырех-, пяти-, шести-, семиступенчатой, а в отдельных случаях иметь и больше ступеней.

По сравнению с другими коробками передач, «механика» имеет несколько плюсов. Прежде всего, это простота конструкции, из которой выплывает следующее преимущество – надежность. Еще одной важной особенностью является возможность ручного управления при любых режимах движения автомобиля. Подобные качества сделали механическую коробку передач наиболее распространенной среди всех типов коробок. Впрочем, в последнее время наблюдается рост популярности автоматических коробок, речь о которых пойдет немного ниже.

Роботизированная коробка передач (иногда ее еще называют автоматизированной коробкой, а в обиходе просто «роботом») является вариацией механической коробки, где функции переключения передач и включения/выключения сцепления автоматизированы. Современные «роботы» комплектуются двойным сцеплением, благодаря которому передача крутящего момента происходит без разрыва потока мощности. К тому же, роботизированные коробки передач на основе двойного сцепления заметно снижают расход топлива и обеспечивают более высокую динамику разгона по сравнению с другими видами КПП. Подобные качества принесли «роботам» высокую популярность, которая с каждым годом только увеличивается. По сути, «робот» сочетает в себе удобство коробки-автомата с надежностью и экономичностью механической коробки передач. Сегодня преселективные КПП можно увидеть как на бюджетных автомобилях от таких производителей как , и др., так и на автомобилях класса премиум ( , ). Наиболее известными являются роботизированные коробки передач Direct Shift Gearbox (), Sequential M Gearbox (SMG) и Изитроник.

Что касается бесступенчатых КПП, то к ним, прежде всего, относится вариаторная коробка передач, которую в обиходе называют просто «вариатором». Главным отличием такой коробки от своих ступенчатых собратьев является то, что в ней передаточные числа изменяются плавно. Такой эффект достигается благодаря механическому или же гидравлическому преобразованию крутящего момента.

Благодаря такой конструкции, автомобили, оснащенные вариаторами, обладают оптимальными динамическими характеристиками. Вместе с тем, у вариаторных коробок есть и свои ограничения. Одним из самых существенных является ограничение величины передаваемого крутящего момента. К тому же, некоторые конструкции имеют проблемы с надежностью и общим ресурсом работы. Как правило, вариаторы устанавливаются на автомобили японского производства ( , ). Что касается европейских компаний, то здесь вариаторные коробки чаще всего использует концерн . Наиболее известными конструкциями вариаторных КПП являются Экстроид и Мультитроник.

В автоматических коробках переключения передач (в обиходе их называют «автоматами», а сокращенно ) используется комбинированный принцип действия. Классическая АКПП состоит из гидротрансформатора, который заменяет механическое сцепление и обеспечивает безступенчатое изменение крутящего момента и механической коробки передач, которая, как правило, имеет вид планетарного редуктора. Также в современную коробку-автомат входят такие узлы, как система охлаждения рабочей жидкости, насос для подачи рабочей жидкости и система управления коробкой. У современных автоматов насчитывается семь (так называемые 7G-Tronic), а в некоторых случаях даже восемь передач.

Коробки-автоматы имеют как преимущества, так и недостатки. К преимуществам можно отнести высокую надежность и плавное переключение передач. К недостаткам таких коробок обычно относят низкую разгонную динамику и повышенный (по сравнению с другими коробками) расход топлива. В последнее время на рынке появились автоматические коробки передач, в которых предусмотрена функция имитации ручного переключения (Стептроник, ).

Сегодня под термином «коробка-автомат» подразумевается не только классическая коробка на основе гидротрансформатора, но также вариаторные и роботизированные КПП. Все эти коробки имеют электронное управление.

Еще одной разновидностью автоматической КПП является так называемая адаптивная коробка передач, которая способна адаптироваться под стиль вождения водителя.

Сцепление

Сцепление автомобиля предназначено для плавной и безударной передачи крутящего момента от коленвала двигателя к коробке переключения передач. Сейчас на подавляющем большинстве автомобилей устанавливается однодисковое сцепление. Данный узел автомобиля был разработан в конце IXX века. Ранее двигатель был связан с коробкой передач посредством кожаного ремня с изменяемым натяжением. Автомобильное сцепление имеет свой собственный корпус и устанавливается на двигатель и уже к нему крепится коробка переключения передач.

Важнейшей задачей современного сцепления, независимо от его конструкции и устройства является плавное отключение и подключение двигателя к трансмиссии автомобиля. Кроме того, сцепление защищает детали и узлы трансмиссии от резких перегрузок. Автомобильное сцепление может быть фрикционным, гидравлическим или электромагнитным. На данный момент широко распространено фрикционное сцепление, которое в свою очередь делится на подвиды:

• однодисковое;
• двухдисковое;
• многодисковое.

Также стоит отметить, что существует и так называемое «мокрое сцепление». В конструкции мокрого сцепления, ведомые и нажимные диски, работают в какой-либо жидкости, которой чаще является специальное масло. В сухом агрегате жидкость не используется и соединение двигателя и КПП осуществляется за счет сухого трения.

Устройство сцепления

Как уже было сказано, на данный момент практически на всех легковых автомобилях с механической КПП используется сухое однодисковое сцепление. Двух- и многодисковые агрегаты устанавливаются на грузовые или мощные спортивные легковые автомобили.

Сухое однодисковое сцепление состоит из следующих основных составляющий:

Ведущий диск, который также является маховиком, на котором устанавливается зубчатый венец для стартера, жестко крепится к коленчатому валу двигателя автомобиля. Маховик может состоять как из одной, так и из двух частей. Ведущий диск, состоящий из двух частей, называется двухмассовым и позволяет максимально сгладить рывки при включении сцепления. На большинстве автомобилей установлен простейший маховик.

На маховике закрепляется корпус нажимного диска сцепления, который чаще называют корзиной. В корзине установлен непосредственно нажимной диск, который закреплен в корпусе при помощи специальной диафрагменной пружины. Между ведущим и нажимным диском устанавливается ведомый диск, который имеет шлицы на ступице для соединения с первичным валом КПП и жестко зажат между маховиком и корзиной сцепления. Ведомые диски для большинства легковых автомобилей оборудованы демпферными пружинами, которые способствуют сглаживанию рывков и вибраций.

Нажимной или как его чаще называют – выжимной подшипник, расположен на муфте выключения сцепления, непосредственно на корпусе коробки переключения передач. Выжимной подшипник предназначен для воздействия на диафрагменную пружину корзины сцепления, которая в свою очередь перемещает нажимной диск. Подшипник перемещается посредством вилки, на которую воздействует трос или гидропривод сцепления.

Двухдисковое сцепление сухого типа состоит практически из тех же конструктивных элементов. Отличия состоят лишь в наличии второго ведомого диска и проставки между ними. Такое сцепление способно передать от двигателя к трансмиссии намного больший крутящий момент и имеет довольно большой ресурс работы. Однако, как показала практика, для легкового автомобиля вполне достаточно простого однодискового агрегата.

Принцип работы автомобильного сцепления

Несмотря на то, что устройство сцепления кажется весьма сложным, принцип его действия довольно прост. При нажатии на педаль, вилка с выжимным подшипником воздействует на диафрагменную пружину, тем самым отводя на определенное расстояние нажимной диск от маховика и освобождая ведомый – происходит выключение сцепления и отсоединение двигателя от КПП . При нажатой педали сцепления, водитель имеет возможность включить, выключить или же, переключить передачу.

При отпускании педали, вилка отводит нажимной подшипник от лепестков корзины, тем самым прижимая нажимной диск к маховику. За счет того, что между маховиком и корзиной расположен ведомый диск с фрикционными накладками, происходит плавная передача крутящего момента. Насколько плавно была отпущена педаль сцепления, настолько плавно передастся крутящий момент.

Типтроник

Продвинутый механизм переключения коробки передач, дающий возможность контролировать динамику автомобиля при любом режиме работы двигателя принято называть типтроник (Tiptronic). Независимо от того, тормозите вы, ускоряетесь или едите на пониженной передаче, Типтроник прекрасно справляется с контролем динамики, что выгодно отличает коробку передач с функцией Типтроник от обычной АКПП.

Впервые о торговой марке Типтроник автомобилисты узнали в 1989 году – именно тогда известный гигант немецкого автопрома зарегистрировал ее. Изначально Типтроник разрабатывалась исключительно для спортивных автомобилей, которым был необходим удобный механизм переключения передач на больших скоростях. Система позволяла быстрее переключать передачи, за счет меньшей траектории рычага управления.
>

Многие автомобили концерна оснащены коробками передач с этой системой. Система Типтронник используется в роботизированных коробках передач , S-Tronic и вариаторе . В автомобилях реализован аналог Типтроника – Стептроник (Steptronic). Название системы Типтроник стало нарицательным ввиду распространения ручного режима на автоматических коробках передач.

Существует неверное мнение, что Типтроник – отдельный элемент автоматической коробки передач, позволяющий перейти на ручное управление, но это не так. Типтроник не конструкция, а функция – коробка передач проектируется и собирается уже с системой Типтроник. Выбирая автомобиль, многие автолюбители, интересующиеся этой системой, верят обещаниям продавца, что Tiptronic можно установить в классическую коробку передач позже. Знайте, что это обман!

Для включения режима Типтроник, воспользуйтесь рычагом селектора автоматической коробки передач. Чтобы вам было понятней, обратите внимание на кулис селектора – на нем имеется специальный вырез, на котором указаны обозначения «+» и «-».

Существуют модели автомобилей, в которых по рулевым колесом имеется специальный переключатель, позволяющий перейти на ручное управление коробкой передач. Эти подрулевые переключатели часто называют «лепестками», выбрав определенную передачу, вы увидите ее изображение на дисплее информации.

В электронном блоке, управляющим работой коробки передач, имеется специальная программа, предназначенная для запуска системы. За активацию функции Типтроник отвечают два устройства: переключатель в селекторе коробки передач и переключатель под рулевым колесом.

Селектор коробки передач может быть оснащен несколькими переключателями (1-3). Один переключатель отвечает за включение и выключение, два других позволяют переключиться на нижнюю и на наивысшую передачу. При нажатии переключателя, сигнал поступает в электронный блок, в котором происходит активация алгоритма программы. Переключение передач осуществляется через блок управления.

Нажимая на лепестки, водитель производит активацию механизма, переводящего автоматическую коробку передач в ручной режим, без переключения селекторного рычага. Если необходимость в использовании подрулевых переключателей отпала, и водитель некоторое время не использует их, в системе срабатывает алгоритм, возвращающий коробку передач в автоматический режим работы. Это очень полезно начинающим автолюбителям: даже если водитель забудет переключить режим – «умный» алгоритм все сделает сам.

Функция Типтроник, реализованная в вариаторе срабатывает в результате запрограммированного алгоритма фиксированных передаточных чисел в вариаторе.

Мультитроник

Вариатор мультитроник – это лучшая бесступенчатая коробка передач из когда-либо создававшихся в мире. Благодаря использованию данного устройства не только повышается комфорт при управлении автомобилем, но и достигается невероятно высокая топливная экономичность двигателя, а также значительно улучшаются динамические качества транспортного средства. Мультитроник устанавливается, как правило, на автомобили Audi премиум-класса.
Данная коробка передач состоит из восьми устройств, обеспечивающих по-настоящему идеальную езду автомобиля. Мокрое сцепление здесь представляет собой совокупность многодисковых муфт-фрикционов переднего и заднего хода. Для того чтобы избежать перегрева фрикционов, в коробке передач предусмотрено их принудительное охлаждение посредством отдельного потока рабочей жидкости. Муфты, установленные в мультитронике, выгодно отличаются от гидротрансформаторов, применяемых в обычных АКПП. По сравнению с последними, муфты более компактны, легки и удобны в управлении.
Для обеспечения комфортного управления автомобилем при езде задним ходом используется планетарный механизм. Когда машина движется вперед, фрикцион переднего хода полностью блокирует редуктор. При движении в обратном направлении начинает действовать уже фрикцион заднего хода, блокирующий коронную шестерню, что заставляет планетарный редуктор двигаться в другую сторону. При этом развить чрезмерно высокую скорость не получится: при движении задним ходом она ограничивается электроникой.

В мультитронике также используется вариатор, необходимый для плавного изменения передаточного числа. Данное устройство состоит из ведущего и ведомого шкивов, каждый из которых включает в себя по два диска с поверхностью конической формы. Ведущий диск соединяется через промежуточную передачу с коленчатым валом, в то время как крутящий момент с ведомого идет на главную передачу. Кроме того, каждый шкив имеет один подвижный диск, что позволяет менять диаметр шкива прямо во время работы.

В мультитронике впервые было внедрено техническое решение, позволившее значительно увеличить количество передаточных чисел. Этого удалось достигнуть за счет использования металлической цепи, работающей максимально тихо. Снижения шума удалось добиться путем использования звеньев с разным размером.
Привод обоих шкивов включает в себя прижимной и регулировочный гидроцилиндры. Если первый необходим для того, чтобы прижимать цепь к дискам, то регулировочный гидроцилиндр служит для регулировки передаточного отношения.
В мультитронике используется уникальная система управления коробкой передач, состоящая из гидравлического блока, входных датчиков и электронного блока управления.
Первый из перечисленных элементов отвечает за работу фрикционов и их охлаждение с помощью эжекционного насоса, за функционирование прижимных и регулировочных цилиндров, регулировку давления рабочей жидкости.
Циркуляция рабочей жидкости обеспечивается масляным насосом шестерного типа. Охлаждается она посредством масляно-водяного теплообменника, который является составной частью системы охлаждения двигателя.

Все входные датчики делятся на следующие устройства:

• датчик контроля давления жидкости
• температурный датчик
• датчики количества оборотов на выходе и входе коробки передач
• датчик, отслеживающий положение рычага селектора

Выбор оптимального передаточного числа в зависимости от пожеланий водителя и дорожных условий производит электронный блок управления. Ориентируясь на сигналы, поступающие от датчиков, блок управления определяет оптимальное давление рабочей жидкости на конкретный момент времени и обеспечивает это давление, оказывая воздействие на электромагнитные клапаны.
Режимы управления мультитроником, имеющим механическое соединение с селекторным рычагом, совпадают с режимами АКПП. Кроме того, для возможности быстрого ускорения автомобиля в данной коробке существует режим Kick-Down. Здесь также реализована функция Tiptronic специально для тех, кто привык пользоваться механической коробкой.

Роботизированная коробка передач DSG

В настоящее время на поток концерна AG поставлено производство роботизированной DSG, известной как Direct Shift Gearbox, которая устанавливается почти на все современные модели легковых автомобилей массового производства, и обеспечивает быстрое переключение передач, не прерывая мощности двигателя. Именно эти качества коробки в большей мере привлекают внимание автолюбителей.

При использовании роботизированной коробки, непрерывное поступление крутящего момента непосредственно от двигателя к колесам достигается посредством двух сцеплений и соответствующих им рядов передач. Конструкции новой роботизированной коробке DSG имеют шесть и семь ступеней.

7-я коробка имеет крутящий момент около 250 Нм и устанавливается на автомобили класса В и С, а так же отдельные модели класса D. Коробка передач, имеющая шесть ступеней, создает крутящий момент почти в 350 Нм. Она, как правило, устанавливается на легковые автомашины с более мощным двигателем.

В коробку передач DSG внесены следующие устройства:

• - главная передача
• - два ряда передач
• - 2-е сцепление
• - дифференциалы
• - систему управлений коробкой
• - картер (корпус)

Схема коробки DSG

В новой коробке крутящий момент передается на два ряда передач сцеплением, включающим ведущий диск. Его работу обеспечивает маховик, соединенный с диском через входную ступицу, которая, в свою очередь, взаимодействует с двумя фрикционными многодисковыми муфтами, связанными с рядами передач при помощи все той же главной ступицы.
Двойное сцепление шестиступенчатой коробки передач является «мокрым» типом, так как заливается маслом, в то время как семиступенчатая имеет обычное сцепление. Такая конструкция DSG позволяет потреблять масла всего 1,7 л, что значительно сокращает энергозатраты и повышает экономичность двигателя. Немаловажную роль так же играет и электрический масляный насос, который заменил гидравлический.
Первый ряд механизмов коробки передач используется при движении задним ходом и имеет нечетное число передач. За движение автомобиля передним ходом отвечает четное количество передач коробки. Оба ряда имеют вид первичного и вторичного валов, снабженных блоками шестерен.
Для переключения передач и управления сцеплением разработаны специальные системы, которые снабжены:

• - входными датчиками
• - электронным блоком управления
• - исполнительными механизмами
• - электрогидравлическим блоком управления.

Вся система объединена в единый модуль, известный как Mechatronic, расположенный в картере. Входными датчиками производится контроль частоты вращения на входе и выходе роботизированной коробки DSG, температуры и давления масла, положение вилок при включении передач. Электронным блоком управления осуществляется алгоритмом управления коробкой передач на основании сигналов датчиков.
Работа гидравлических контуров управления роботизированной коробкой отслеживается электрогидравлическим блоком управления, который имеет следующие устройства:

• - мультиплексор
• - электромагнитные клапана
• - распределительные золотники
• - клапаны регулирования давления

Встроенный в коробку передач мультиплексор осуществляет контроль работы цилиндров переключения при помощи электромагнитных клапанов. Клапаны регулирования давления и клапаны электромагнитные являются основными механизмами в системе управления роботизированной коробки Direct Shift Gearbox. Электромагнитными клапанами осуществляется переключение передач, а золотники-распределители включаются в работу посредством рычага селектора.
Работа новой DSG осуществляется последовательным включением передач всех рядов, причем во время работы одной из передач, автомат выбирает вторую и готовит ее к включению, которое производится синхронизатором и муфтой. Эта операция управляется электроникой с гидравлическим усилителем.
Все инновации, применяемые в DSG, позволяют автомобилю быстро набирать скорость, что с успехом используется в спортивных автомобилях и не позволяет терять драгоценные секунды. При ее создании преследовалась цель уменьшения потерь крутящего момента, который создает большие нагрузки на трансмиссию и сцепление. Автолюбителями отмечено, что новая модель коробки передач нежнее, хорошо работает на автомашинах с меньшим крутящим моментом и позволяет в значительной мере экономить топливо.

Управление коробками передач осуществляется системами уп­равления сцеплением, переключением передач, поворотом машины и горным тормозом. Исполнительным механизмом системы уп­равления является механизм распределения.

Система управления сцеплением предназначена для отключе­ния КП от двигателя при его пуске и переключении передач, а также для плавного трогания машины с места и состоит из педа­ли 71 (рис. 10) и приводных устройств, соединяющих ее с MP.

Отключение КП осуществляется выжимом педали 71 до упора в регулировочный болт 60. При этом усилие от педали передается через рычаг 72, приводные устройства системы, рычаг 43 и ва­лы 25 и 42 к рычагам 5 я 79 выключения MP. В механизмах рас­пределения обеих КП каналы бустеров соединяются со сливом, поэтому все ранее включенные фрикционы выключаются. При дальнейшем движении педали рычаги 23 и 37, приваренные к валам 25 и 42, выбирают зазор К (см. виды А и Б), поворачивают рычаги 6 и 82 и облегчают включение первой передачи и пере­дачи ЗХ. Включение КП осуществляется отпусканием педали. При этом педаль и приводные устройства системы под действием пружины 58 возвратятся в исходное положение и масло из MP поступит в бустер включенного фрикциона. Вал 25 соединен при­водом с механизмом блокировки переключения реверса в поло­жениях Ф и Т. Педаль сцепления размещается в отделении управления, а приводные устройства - в носовой части корпуса.

Монтажное регулирование системы должно обеспечить:

быстрое падение давления масла в бустерах фрикционов обеих КП до 0 при выжиме педали до упора;

равномерное и синхронное возрастание давления в бустерах фрикционов обеих КП при плавном отпускании педали;

четкое возвращение системы в исходное положение при отпус­кании педали.

Регулирование системы осуществляется следующим образом.

В исходном положении системы рычаг 43 винтом 41 упирается в кронштейн 40. Зазор К между рычагом 37 и пальцем рычага 82 и между рычагом 23 и пальцем 7 должен быть в пределах 1 ... 4 мм. Регулируется зазор винтом 41.

Длина тяги 30 регулируется так, чтобы стрелка 78 при упоре винта 41 в кронштейн 40 совпадала с риской, обозначенной циф­рой 0 на крышке левого MP.

Ход педали 71 должен быть отрегулирован так, чтобы при упоре педали в болт 60 стрелка 78 совпадала с риской, обозна­ченной цифрой 1 на крышке левого MP. Регулируется ход педали болтом 60.

Возвращение системы в исходное положение обеспечивается регулированием натяжения пружины 58 с помощью винта 55.

Система управления переключением передач осуществляет изменение положения пробок MP, обеспечивая этим включение фрикционов КП, соответствующих включаемой передаче.

Система состоит из избирателя 76 и приводных устройств.

Избиратель состоит из корпуса 1 (рис. 11), рычага 2, блоки­ровочного устройства. К корпусу 1 (рис. 11) избирателя крепится гребенка 7. Гребенка имеет девять пазов для фиксации рычага 2. У каждого паза предусмотрено цифровое обозначение передач (1 ... 7), а также набиты буквы Н - нейтраль и ЗХ-задний ход. Для четкой фиксации передач в корпусе под гребенкой уста­новлены штифты 6.

Рычаг переключения передач установлен на вал 18. На рычаге закреплено механическое блокировочное устройство.

Рычаг 2 находится в постоянном зацеплении с вилкой рыча­га 11 под действием возвратной пружины 20. Для передачи ко­манд блоку 14 переключателей к рычагу 11 крепится копир 10.

Блокировочное устройство состоит из электрического и меха­нических устройств.

Электрическое блокировочное устройство предназначено для предотвращения прямого перехода рычага переключения передач с седьмой передачи на четвертую при скорости движения маши­ны, большей, чем скорость, позволяющая производить переключе­ние передач в КП.

Во время движения машины со скоростью, соответствующей включенной передаче, от датчика 13 блока 14 переключателей и тахогенератора, установленного в правом направляющем колесе в блок автоматики БА20-1С, поступают одинаковые электрические сигналы, при этом цепь электромагнита 8 остается замкнутой и шток его давит на собачку 15, которая входит в зацепление с защелкой 16 и препятствует переключению рычага 2 с высшей передачи на низшую. Одновременно с этим на щите электропри­боров загорается желтая сигнальная лампа КУЛИСА. Для переключения передачи необходимо снизить скорость движения машины до погашения сигнальной лампы. При этом в блок авто­матики поступают два разных электрических сигнала от датчика и тахогенератора, цепь электромагнита размыкается и гаснет сигнальная лампа КУЛИСА, пружина 9 выводит собачку 15 из зацепления с зубьями защелки 16 и возвращает собачку и шток электромагнита в исходное положение. Это позволяет включить передачу на одну ступень ниже. После включения передачи на одну ступень ниже копир 10 через блок 14 переключателей включает датчик 13 и в блок автоматики снова поступают два одинаковых сигнала (от датчика и от тахогенератора). Цепь электромагнита замкнется, и он штоком введет собачку 15 в за­цепление с защелкой 16, а на щите загорится сигнальная лампа. Этот процесс повторяется при переключении передач с седьмой до четвертой. Блокировочное устройство не ограничивает после­довательность выбора передач при переключении с четвертой на низшую, а также с низшей на высшую передачу.

Электрическое блокирующее устройство в аварийных случаях (при отказе тормоза), когда возникает необходимость быстрого снижения скорости движения путем перехода на низшую передачу (например, на скользком участке пути для предотвращения наез­да), может быть выключено с помощью выключателя. При этом установленная на выключателе пломба срывается.

Механическое блокировочное устройство предназначено для предотвращения прямого перехода рычага 2 переключения пере­дач с седьмой на четвертую и с первой передачи на передачу ЗХ без введения его в пазы промежуточных передач и нейтрали.

Переключение передач осуществляется перемещением рычага избирателя в требуемый паз гребенки. Рычаг через тягу 75 (рис. 10), рычаг 73, вал 77 и тягу 1 поворачивает рычагом 13 пробки MP, соединенные между собой валом 27

Система управления поворотом машины состоит из рыча­гов 68 и 69 поворота и приводных устройств.

Правый рычаг 69 поворота приварен к валу 53. На шлицы вала 53 устанавливается и крепится стяжным болтом рычаг 67. Вал опирается на подшипники, установленные во втулке 48 и в корпусе 52.

Левый рычаг 68 поворота установлен на вал 53. Рычаг с по­мощью пальца 65 соединяется с рычагом, приваренным к втул­ке 48. На шлицевую часть втулки устанавливается рычаг 66.

Система управления в процессе работы имеет три положения: исходное, первое и второе. Из них фиксируется только исходное положение.

Усилие при перемещении правого рычага 69 поворота переда­ется через приводные устройства системы к рычагу 18, тяге 17 и далее на рычаг 4, который в свою очередь воздействует на золот­ник поворота. При достижении рычагом поворота первого поло­жения давление масла в бустерах КП снизится до нуля. При дальнейшем перемещении рычага поворота давление масла в бус­терах включаемых фрикционов правой КП возрастает до нор­мального и во втором положении рычага поворота включится пе­редача на одну ступень ниже. Чтобы не было пробуксовки дисков фрикционов в левой КП со стороны забегающей гусеницы, в бус­теры этих фрикционов подается масло с повышенным давлением, создаваемым левым MP. Это достигается одновременным пере­мещением рычагов 18, 20, 34 и тяги 36. Тяга, перемещаясь, вы­бирает свободный ход и воздействует на палец рычага 82 левого MP. Последний воздействует на золотник регулятора давления MP. Аналогично происходит поворот при переводе левого рычага поворота. Если одновременно переместить оба рычага поворота во второе (крайнее заднее) положение, скорость движения маши­ны снизится на одну передачу, а при движении на первой пере­даче или передаче ЗХ машина остановится.

Если отпустить рычаги поворота, то под действием пружин 59 и 83 все детали системы возвратятся в исходное положение.

Рычаги поворота размещены в отделении управления, а при­водные устройства системы - в носовой части корпуса.

Механизм распределения

Механизм распределения предназначен для изменения давле­ния масла и направления его потоков к соответствующим бустерам фрикционов КП в зависимости от заданных положений сис­тем управления сцеплением, переключением передачи и поворотом машины.

На машине установлены два механизма 12 (рис. 10) и 44 рас­пределения - правый и левый. Механизм распределения состоит из пробки 25 (рис. 12), втулки 36, механизма 30 регулирования давления.

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.

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.

Современная МКПП

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.

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.

Синхронизатор МКПП

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.

Работа синхронизаторов

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%.

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.