Коробка передач

Коробка передач

Назначение и особенности устройства КПП. Принцип работы коробок переключения передач. Специфика и плюсы разных видов.

Коробка передач или коробка переключения передач (КПП) – это один из важнейших агрегатов трансмиссии – наряду с карданным валом, сцеплением и задним ведущим мостом. Как составляющая трансмиссии КПП характерна для всех автомобилей ДВС.

Назначение и устройство

• изменения крутящего момента,
• изменения скорости,
• коррекции направления движения автомобиля,
• разъединения ДВС и трансмиссии и, напротив, их соединения (такая потребность актуальна при переключении передач, необходимости получения малых «ползучих» скоростей, кратковременной остановки транспортного средства),
• блокировки гидротрансформатора (функция ценна для уменьшения потери полезной энергии «автомата» при передаче крутящего момента в ситуации, когда выравниваются обороты ведомой и ведущей турбин).

В корпусе устройства коробки передач с “механикой” объединены валы (2, 3 или более), синхронизатор, шестерни, рычаг для переключения скоростей, проволочные кольца, подшипники, сальники.

Устройство АКПП (КПП с “автоматикой”) представляет собой узел, в который входят гидротрансформатор, планетарный ряд, фрикционы, тормозная лента, узел управления (насос + маслосборник + клапанная коробка).

В основе роботизированных коробок могут лежать как решения механического типа с электрической либо гидравлической системой управления сцеплением и передачами, так и автоматические коробки, оборудованные электрогидравлическим приводом сцепления.

На сцеплении, шестернях, валах и синхронизаторах остановимся более подробно.

Сцепление

Предназначено для передачи крутящего момента от маховика коленвала ДВС к первичному валу коробки передач.

Именно благодаря наличию сцепления двигатель на короткий промежуток времени можно аккуратно отсоединить от трансмиссии, а трансмиссию защитить от перегрузок.

Стандартная муфта сцепления большинства транспортных средств с механической коробкой включает маховик, нажимной диск, ведомый диск, выжимной подшипник, привод, вилку и выключатель сцепления.

Один двигатель соединен с колёсами, другой — с ДВС. В момент, когда водитель отпускает педаль, диски прижимаются друг к другу и начинают совместное вращение.

Именно о классическом сцеплении как таковом чаще говорят при использовании механической коробки передач, а при езде с ДВС на АККП говорят о совмещенном решении сцепления и гидротрансформатора. Его непосредственная функция аналогична сцеплению. Но водителю не нужно совершать никаких рутинных действий и выжимать сцепление вручную. За него все будет делать сама КПП.

Что касается роботизированных решений типа DSG (с мехатроникой), то они располагают двумя сцеплениями. Наличие двух сцеплений ценно для повышения мощности транспортного средства, и при этом минимизации пробуксовок, оптимизации расхода топлива.

Ведь физически в момент переключения обороты двигателя при использовании двух сцеплений способны остаются на прежнем уровне.

На картинке ниже вы видите “поведение” сцепления в роботизированной коробке DSG в момент после переключения на вторую передачу.

Шестерни и валы

Шестерни и валы – главные «управляющие» крутящим моментом. Именно шестерни и валы помогают изменять передаточное отношение. Неотъемлемые элементы устройства всех механических КПП и некоторых АКПП (например, Honda).

Устройство механической коробки передач чаще всего сконструировано так, что оси валов находятся в параллельной плоскости. Сверху монтированы шестерни.

Первичный или ведущий вал (ведвал) посредством корзины сцепления присоединен к маховику. Выступы способствуют продвижению второго диска сцепления и направления крутящего момента на промежуточный вал посредством шестерни.

Конец вторичного вала примыкает к подшипнику на хвостовике ведущего. Так как нет фиксированной связи, валы независимы, и нет препятствий для того, чтобы они вращались в разные стороны. Нет препятствий и для варьирования скоростей.

Устройство автоматической коробки передач вместо шестерён и валов предполагает планетарный редуктор. Вращаются шестерни и валы всегда как единое целое. Но конструктивно это могут быть как разные детали, так и неразборный узел.

Синхронизаторы

Синхронизаторы – неотъемлемый элемент КПП с шестернями – кроме решений со скользящими шестернями. Физически работа синхронизаторов обязана силе трения.

Функция синхронизаторов – выравнивание частоты вращения шестерен и валов, благодаря чему создаются все условия для плавного переключения скоростей. Благодаря синхронизаторам КПП меньше изнашивается и меньше шумит.

Синхронизаторы активно присутствуют у МКП и роботизированных КПП. У автомобилей с планетарными АКП альтернатива синхронизаторам – фрикционные управляющие элементы. Синхронизаторы состоят из муфты, блокировочных колец, стопорного кольца, пружины, шестерён.

Как работает стандартный синхронизатор?

• Муфта подается в сторону шестерни.
• Блокировочное кольцо муфты принимает на себя усилие.
• Поверхности зубьев начинают взаимодействовать.
• Блокировочное приобретает положение “на упор”.
• Зубья муфты оказываются напротив зубьев блокировочного кольца.
• Муфта оказывается в зацеплении с венцом на шестерне.
• Муфта и шестерня блокируется.

Казалось бы шагов достаточно много, но все это происходит за доли секунд – в момент включения водителем передачи.

Принцип работы механических коробок переключения передач

КПП с “механикой” во время работы задействуют различные комбинации зубчатых колес.

Принцип работы МКПП базируется на создании соединений между первичным и вторичным валом. Благодаря использованию шестерен с разным количеством зубьев трансмиссия подстраивается под условия на дороге, цели водителя.

При возрастании скорости вращения выходного вала МКПП по отношению к скорости вращения входного величина крутящего момента от ДВС к колёсной базе уменьшается.

При уменьшении скорости вращения выходного вала МКПП по отношению к скорости вращения входного вала величина крутящего момента, от двигателя к ведущим колесам, наоборот увеличивается.

КПП различны по количеству ступеней. Каждая ступень имеет свое передаточное число. Оно представляет собой отношение зубьев количества зубьев ведомой шестерни по отношению к числу зубьев ведущей шестерни.

У пониженной передачи – наибольшее передаточное число, а у повышенной передачи, наоборот, наименьшее передаточное число.Чем ниже передаточные числа, тем быстрее транспортное средство способно разогнаться.

При изменении передаточных чисел и скорости транспортного средства для кратковременного отключения коробки передач применяется сцепление.

В зависимости от конструкции КПП при этом могут быть двухвальные и трехвальные. И устройство, и процесс работы агрегатов несколько отличается.

2-х-вальная коробка передач: устройство и принцип работы

• картер – несущий элемент, корпус. К нему крепятся все остальные детали устройства. Он же защищает агрегат от внешнего воздействия, а человека – от вращающихся деталей, а также выполняет функцию хранилища для масла.
• валы – первичный и вторичный,
• шестерни (в блоках), часть крепится к ведущему, часть к ведомому валу,
• шлиц (соединяет ПВ и сцепление),
• синхронизаторы.

Рычаг переключения – в нейтральном положении: шестерни прокручиваются, крутящий момент от ДВС не передается к колёсам.

Рычаг перемещен – муфта синхронизатора также изменяет положение. Уравниваются угловые скорости соответствующего вала и шестерни. Крутящий момент передаётся с первичного вала на вторичный. От ДВС на ведущие колеса с заданным передаточным числом .передается крутящий момент.

Отдельно на картинке показан задний ход. Для него в КПП есть задняя передача. Для коррекции направления задействуется промежуточная шестерня. Она монтируется на отдельную ось.

3-вальная КПП: устройство и принцип работы

3-х вальные решения популярны у авто с задним приводом.

Устройство:

• Картер.
• Ведвал.
• Ведомый вал. Находится на одной оси с ведущим.
• Промежуточный вал. Монтирован параллельно первичному.
• Шестерни. Блок шестерен ведомого вала свободно вращается на нем. Блоку шестерен промежуточного и ведвала обеспечена жесткая связь, а шестерни на ведомом валу свободно вращаются, четкой фиксации нет.
• Синхронизаторы. Стоят на всех передачах. Благодаря шлицу беспрепятственно перемещаются в продольном направлении.
• Механизм переключения (рычаг + ползунки + блокатор). Монтирован на картере.

Система функционирует схоже с двухвальной, но за счёт наличия промежуточного вала возможностей больше.

Первичный вал работает в тандеме со сцеплением и отвечает за передачу крутящего момента к промежуточному валу. Все детали находятся в зацеплении. Принципиальное отличие – меньше потерь на трение при первой передачи и возможность обеспечить зацепление сразу двух пар зубчатых колёс. Соответственно у решения более высокий КПД на первой передаче.

Виды коробок переключения передач

Рассматривая устройство и назначение КПП,невозможно было не упомянуть, что они бывают разных типов: механические, автоматические, роботизированные. Кроме того, существует ещё такая подгруппа устройств как вариаторы. Рассмотрим эти КПП более подробно.

Механические КПП

“Механика” — это классика. Для работы с “механикой” нужны навыки, понимание, как выполнять выбор передаточных чисел, но при умении управлять в ручном режиме, водитель виртуозно может подстроиться под любые условия движения.

Главное при езде на механике научиться чувствовать, когда точно переключать передачи и как достигать нужную динамику.

Впрочем, умение работать с “механикой” – это не только безупречная езда, но ещё и продление службы эксплуатации самой КПП.

Один из неудобных моментов – требуется постоянно следить за тахометром. Но это важно. ДВС работает правильно, если параметры варьируются от 2,5 до 3,5 тысяч оборотов в минуту, если цифры другие, требуется переключить передачу.

Автоматические КПП

Подбор оптимального передаточного числа осуществляется не водителем, а автоматически — посредством модуля управления. Именно посредством электроники (модуля управления) легко контролировать скорость движения транспортного средства.

Наиболее популярны гидравлические “автоматы”. Крутящий момент у них передаётся с помощью турбин через рабочую жидкость.

Несмотря на то, что для машины с “автоматом” нужно больше топлива, чем с механикой и даже больше времени на разгон, всё чаще водители предпочитают именно “автоматы”. Ведь с ними гораздо удобней, чем с “механикой”.

Тем более, что современные АКПП адаптивны и могут беспрепятственно подстраиваться под абсолютно разные стили вождения. В том числе, спортивный.

Роботизированные вариаторы

Роботизированные (автоматизированные, полуавтоматические) КПП как агрегаты – это промежуточные вариант между “механикой” и “автоматом”.

Переключение может быть и ручным, и автоматическим, а вот управление устройством осуществляется посредством переключателя, джойстика.

Полностью вручную (при любом режиме) нужно только нажимать рычаг переключателя. А вот дальше при выборе автоматического режима работа будет возложена на робота. В том числе, автоматически согласуются частота вращения звеньев и оборотов ДВС.

Вариатор

Отдельно можно выделить вариатор. Это изменяющаяся трансмиссия или бесступенчатая КПП. Изменение передаточного числа производится в заданном диапазоне.

Вариаторы позволяют достигнуть наивысшую топливную экономичность, ведь нагрузки в таких решениях идеально согласованы с оборотами коленвала.

Есть вариаторы, которые по своему устройству ближе к МКПП (с центробежным сцеплением), есть решения, которые ближе к АКПП (такое устройство включает гидротрансформатор).

Но, увы, любая конструкция не позволяет создать очень мощный вариатор. Поэтому на практике поставить вариатор получается только на легковые автомобили, всевозможную мототехнику (очень популярный вариант для скутеров), но не на большегрузный коммерческий транспорт (автобусы, грузовики), т.е. транспортные средства, которые как раз и “съедают” больше всего топлива.

Исключение составляют только лёгкая коммунальная, сельскохозяйственная техника.

Плюсы и минусы

• низкая стоимость (как устройства, так и ремонта),
• хорошая динамика,
• простой ремонт.

• в «пробках» требуется регулярное переключение передач,
• сложность в управлении.

• не нужно думать, какую передачу выбрать,
• простота разгона (нет крена авто назад),
• защита ДВС от перегрева.

• высокая стоимость агрегата,
• высокий расход топлива,
• высокая стоимость ремонта.

• можно выбрать ручной или автоматический режим работы,
• топливная эффективность.

• есть риски крена авто при разгоне,
• возможны
• рывки при переключении передач.

• сниженная нагрузка на двигатель,
• плавность езды.

• высокая стоимость коробки и ее ремонта,
• можно поставить только на маломощный двигатель.

• базовый,
• продвинутый,
• специалист.

Дополнительную информацию вы можете посмотреть непосредственно в модулях LCMS LCMS ELECTUDE — платформе для обучения автомехаников, автомехатроников, автодиагностов.

Коробки передач — виды и типы коробок, их отличия, назначение МКПП и АКПП в автомобилях

Современные автомобили не будут работать без коробки передач, этот узел не менее важен, чем мотор и пока незаменим. В современных авто предлагаются такие виды коробок передач – механика, автоматика, роботы и вариаторы разных типов. Какой тип выбрать для себя, каждый решает сам, изучив все плюсы и минусы разновидностей.

Для чего предназначена коробка передач?

Зачем вообще нужна коробка передач в машине: она не только передает вращение от мотора на колеса, но и регулирует обороты шасси за счет смены передаточного числа, позволяя машине легче разгоняться и быстрее останавливаться.

Несмотря на множество вариантов трансмиссий, принцип их работы одинаковый: переключение ступеней в зависимости от требуемой скорости машины. На повышение – когда авто разгоняется и на понижение при торможении.

Служит коробка передач (любого типа) весь срок эксплуатации машины, при условии соблюдения правил обращения и сроков технического обслуживания.

Какие бывают виды коробок передач в автомобиле?

Рассмотрим все разновидности коробок передач, которые доступны автомобилистам на сегодняшний день:

1. Механика – наиболее древняя разновидность, тем не менее, еще не утратила свои позиции;
2. Автоматика – быстро развивающаяся альтернатива механики, пока не успевшая втеснить ее с рынка;
3. Роботы – это вариант совмещения механики и автоматического управления переключением, перспективный конкурент автоматики за лидерство;
4. Вариаторы – отдельной тип трансмиссии, более близкий к автоматическим КПП, однако сильно отличающийся по устройству;

На этом классификация коробок передач в машине заканчивается, все они отличаются друг от дружки размером, устройством и способом управления.

Бесступенчатые

Вариатор – бесступенчатый тип трансмиссии, своего рода эволюционировавший автомат. Считается, что за вариаторами будущее, так как они наиболее выносливы в городских условиях.

Постоянные пробки – сильно изнашивают обычный автомат, который вынужден постоянно переключаться с первой ступени на другую и обратно, либо удерживать одну передачу в ожидании разгона. Детали автомата при этом находятся в постоянном движении, что взывает увеличение расхода горючего и повышает износ трансмиссии.

Интенсивная переработка автомата под городские условия привели к созданию вариаторов. CVT — называется коробка передач вариатор расшифровка – (трансмиссия без ступеней). Это бесступенчатый автомат, имеющий гидравлический трансформатор и пару раздвигающихся роликов, связанных посредством ремня трапециевидной формы.

Передаточное число меняется за счет выталкивания ремня наружу (увеличивает радиус) либо проваливания ремня внутрь ролика (снижает радиус). Трансформатор гидравлический используется только на движение с места, затем происходит его блокировка.

Тороидальный тип вариатора имеет два конусных диска в виде нижней половин волчка (юлы). Вращение от одного диска к другому передают два ролика. Смещение роликов в сторону одного из дисков повышает либо, снижает передаточное число. Несмотря на простоту конструкции, сегодня тороидальные вариаторы в машинах не встречаются, по причине их низкой долговечности. Возможно, они будут использоваться в будущем, после доработки.

Роботизированные

Модель коробки передач робот — это эволюционировавшая механика, где все работает как внутри механической КПП, но ступени переключаются не водителем, а автоматикой. Сцеплением тоже управляет электроника. Робот совместил в себе удобство от автоматических КПП с надежностью и выносливостью механики.

Дисков сцепления у робота бывает один и два. Одно дисковые роботы проигрывают двухдисковым по долговечности службы сцепления и мягкости переключения скоростей, поэтому будущее за роботами с двумя сцеплениями.

Одно сцепление включается для работы четных ступеней (2,4), второе – для нечетных (1,2,5). Получается, что вместе со ступенью выключается одно сцепление и включается второе. Это обеспечивает мягкий переход с одной скорости на другую без рывков, дергания и падения скорости.

Сцепления у робота бывают двух видов — сухое и мокрое:

• Сухое применяется в маломощных двигателях легковых автомобилей, их вращающий момент не превышает 250 Нм;
• Мокрое используется для мощных моторов, с вращающим моментом 350 Нм и выше;

Механические

Механическая коробка передач сокращенно – МКПП, является самой первой трансмиссией, изобретенной больше сотни лет назад. Изначально ступени переключались ремнем, который перескакивал между шкивами, меняя передаточное число. Сегодня так переключаются скорости на спортивных велосипедах.

Сейчас, ступени в механике переключаются за счет специальных муфт – синхронизаторов. Изменение передаточного числа происходит за счет зацепления разного диаметра шестеренок. Передач в разных МКПП разное количество. Наиболее часто в легковых авто используется пяти ступенчатая коробка передач.

Кроме того, механика подразделяется на коробки с двумя валами и тремя валами. Два вала используют, как правило, в легковых машинах с передним приводом. Трех валовые КПП применяются в машинах с передним и задним приводом, как в легковушках, так и в грузовиках.

Автоматические

С целью повышения комфортности управления машиной, были разработаны и изготовлены АКПП. В автоматах, ступени переключаются сами, при достижении автомобилем определенной скорости. Реализовать идею вышло далеко не сразу, первое серийное производство автоматов было налажено только в 1947 году, фирмой Бьюик.

Появилась гидромеханическая трансмиссия вследствие трех разных разработок:

1. Планетарного редуктора;
2. Гидротрансформатора;
3. Гидравлической системы переключения передач;

Объединением этих трех технологий получили современный вид АКПП, которая работает иначе, чем механика и имеет особое устройство, хотя назначение и принцип работы остался неизменным.

Гидравлический трансформатор является преобразователем вращающего момента и состоит из статора, насоса и турбины. Все эти элементы объединены в общий корпус. Заполнен трансформатор смазочной жидкостью АТФ. Двигатель приводит в действие насос. Он создает поток жидкости, вращающий турбину и колесо статора. Отсюда вращение мотора передается к планетарной передаче.

Передача планетарная выполнена их сателлитов (специальных шестерен), которые крутятся вокруг центральной (главной) шестерни. Имеется и внешняя кольцевая шестерня, которая не дает разбегаться сателлитам. Изменение передаточных чисел в АКПП происходит за счет фиксации различных элементов планетарной передачи относительно друг дружки. Чтобы иметь больше вариантов передаточных чисел (ступеней), в АКПП может применяться сразу несколько таких передач.

Гидравлическая составляющая действует как симбионт с остальными элементами автоматической трансмиссии. Подходит сравнение с кровеносной системой организма. Кроме рабочего давления, необходимого для работы всей системы, АТФ обеспечивает смазку всех деталей и их охлаждение. Вдобавок, происходит очищение механизма от загрязнений.

Чем отличаются?

После того как мы рассмотрели, какие бывают коробки передач на авто, переходим к их главным отличиям. Кроме внутреннего устройства, описанного выше, коробки отличаются способом переключения ступеней:

• В механике переключать передачи приходится водителю, с помощью специального рычага на коробке и педали, отключающей сцепление;
• В автоматике, сцеплением является гидравлический трансформатор, через жидкость происходит передача вращения. В автоматике включением передач занимается сама коробка, водитель лишь включает селектором направление движения – A либо D, ехать вперед. R – назад. N – нейтральная передача. P – положение для стоянки. L – пониженная передача, помогающая преодолевать препятствия;
• В роботе, механическая коробка переключается сигналами от автоматики. Есть режимы, схожие с автоматикой – вперед, назад, нейтральное положение. Кроме того, водитель может управлять роботам вручную, как механической КПП;
• Вариатор не имеет ступеней, есть только включение вперед, назад и парковка, переключение режимов происходит с выжатой педалью торможения;

На этом отличие коробок передач заканчивается. Остается сравнить их недостатки и преимущества.

Плюсы и минусы АКПП и МКПП

Механика и автоматика не лишены своих положительных и отрицательных качеств. Достоинства механики:

• Простота, надежность и долговечность конструкции;
• Имеет экономичный режим передвижения;
• В ремонте и обслуживании не дорогая;
• Облегчает управление машиной в движении по бездорожью;

• Неудобна при движении в городском потоке;
• Новичкам трудно быстро освоиться с ее управлением;

• Удобны и комфортны в управлении;
• Сохраняют плавный ход при смене ступеней;
• Защищают мотор от перегрузки, в случае включения неверной ступени;
• Передачи легко меняются даже если мотор разогнался до полной мощности;

• Высокая цена ремонта и технического обслуживания;
• Сниженный КПД;
• Повышенный расход горючего;
• Сниженная динамика машины

Плюсы и минусы роботов и вариаторов

Сравним положительные и отрицательные стороны вариаторов и роботов. Достоинства робота:

• Плавно переключается и улучшает плавность хода;
• Имеет повышенный КПД;
• Экономит топливо;
• Повышает динамику машины;
• Позволяет менять режим работы (автомат/ручное управление);

• Невысокая надежность электромеханической составляющей (в первых поколениях);
• Высокая стоимость в ремонте и обслуживании (с мокрым сцеплением);
• Роботы плохо переносят тяжелые дорожные условия;

Положительные стороны вариаторов:

• Не ощущается переключение ступеней;
• Экономят топливо;
• Повышают динамику авто;

• Дороговизна в ремонте и техническом обслуживании;
• Несовместимы с мощными агрегатами;
• Чувствительность к повышенной нагрузке (прицепы, перегрузки);
• Плохо переносят тяжелые условия эксплуатации;
• Слишком много датчиков, контролирующих работу CVT;

Популярные типы коробки передач на авто

Наиболее популярной среди владельцев авто стала КПП DSG, выпускаемая немецким концерном VAG. DSG — будет расшифровываться как трансмиссия с прямым переключением ступеней с двумя сцеплениями (фактически представляет собой две коробки, работающие попеременно). По классификации это робот. Новой моделью трансмиссии DSG 7 сегодня оснащаются автомобили Фольксваген, Сиат и Шкода.

Второй по популярности стала коробка S-tronic, которой оснащаются машины марки Ауди. Это тоже вид роботизированной трансмиссии от VAG, потому что Ауди давно уже принадлежит этому концерну.

Дурную славу роботам принесли первые поколения трансмиссий вышедших в серию. Они имели много проблем с вилками, которые переключают ступени и мехатронной составляющей. Часто подводил дифференциал. Инженеры решили все проблемы, поэтому роботы современного поколения – достойный конкурент всем остальным трансмиссиям.

Послесловие

Выбирайте коробку под свой вкус и требования, а так же под любимый стиль вождения. Приобретая подержанный автомобиль, следует убедиться, какая коробка на нем стоит, и не сняли ли с производства этот тип трансмиссии. Модели 2010 годов с роботами лучше не брать, это старые капризные трансмиссии первого поколения. Если производство прекращено, будет крайне трудно и дорого отыскать запчасти.

Источник https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/korobka-peredach/

Источник https://mojcar.ru/ustrojstva-avtomobilya/transmissiya/korobki-peredach.html

Источник