Таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число . Выделяют высшие и низшие ступени (передачи) .

• При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

• С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет) .

Скорость автомобиля = Число оборотов двигателя * Длину окружности колеса / Общее передаточное отношение , где :

Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:

, где :

Кроме того, коробка передач обеспечивает движение автомобиля задним ходом, накатом и длительное разобщение двигателя и трансмиссии автомобиля.

Основы устройства

Принцип работы

Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается в том, что зубчатые шестерни в её корпусе могут поочерёдно зацепляться в различных комбинациях, образуя несколько передач с разным передаточным числом .

Сцепление

Педали автомобиля с МКПП: слева направо - сцепления, тормоза и газа. Левее педали сцепления - площадка для отдыха ноги.

МКПП обычно работает в паре со сцеплением . Сцепление служит для временного разобщения двигателя и трансмиссии. Разобщение необходимо для переключения передачи в МКПП, так как, когда двигатель и валы КПП не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать передачи невозможно.

В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором , например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х - 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х - 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.

Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.

Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод .

Валы и шестерни

Любая коробка передач традиционного типа представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером ) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них шестернями.

Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.

В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный .

• Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
• Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах - непосредственно с главной передачей.
• Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.

Обычно, первичный и вторичный валы расположены один за другим, вторичный опирается при этом на подшипник , установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён . Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми .

На первичном валу находится одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном валу расположен блок шестерён , шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение исключено . Для включения передачи, они могут блокироваться на валу , начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач» ).

Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала , которые находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда . Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.

Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.

Переключение передач

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты ). В отличие от шестерней передач, они закреплены на своём валу и вращаются вместе с ним , но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы . Также, зубчатый венец имеет и задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач , которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок ) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее - на колёса.

Соответственно, когда ни одна муфта включения не блокирует ни одной шестерни, коробка передач находится в нейтрали , или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.

Синхронизаторы

Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)

Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут включаться с сильным шумом и чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать момент, когда обороты муфты включения и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень быстро износятся.

Пример

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R - шестерни соответствующих передач.

Цвета:

Ведущий вал - оранжевый; Ведомый вал - жёлтый; Промежуточный вал - серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун - зелёный; Ползун включения III-IV передач - фиолетовый; Ползун включения I-II передач - голубой;

N - нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него - через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи - на вторичный.

IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение - 1:1, и называется прямой передачей , так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КПП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

R - задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

Двухвальные коробки передач

Двухвальная четырёхступенчатая несинхронизированная коробка передач со скользящими шестернями. В отличие от современных конструкций, её шестерни не находятся в постоянном зацеплении: шестерни первичного вала (верхний) могут скользить вдоль него, вступая в зацепление с неподвижно закреплёнными на своём валу шестернями вторичного. 1911 год, Германия.

В настоящее время нередко используются двухвальные МКПП: в них отсутствует промежуточный вал, ведущий и ведомый валы вращаются вокруг параллельных осей (а не расположены на одной оси друг за другом), и крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерней первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном, их принцип действия аналогичен работе трёхвальной МКПП.

Преимущества таких КПП - компактность и несколько бо́льший КПД благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента шестерён. Главный недостаток - отсутствие прямой передачи; кроме того, такая КПП пригодна только для легкового автомобиля: в ней конструктивно сложно получить большие значения передаточного числа.

Таковы коробки передач отечественных мотоциклов «Урал » и «Днепр », переднеприводных автомобилей, таких, как ВАЗ-2108 и Москвич-2141 . Часто такие КПП имеют больше четырёх передач переднего хода.

Синхронизированные и несинхронизированные МКПП

Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)

Существуют синхронизированные и несинхронизированные механические коробки передач.

• В несинхронизированной МКПП включение передач осуществляется полностью водителем вручную. Так как при переключении передачи скорость шестерён различна, муфта переключения не может просто перейти с одной из них на другую.

Поэтому водителю приходится ждать момента, когда окружные скорости шестерён сравняются. Для этого служит способ, называемый «двойным выжимом» : для переключения между низшей и высшей передачей сначала нажимают педаль сцепления, выключают передачу (коробка в «нейтрали»), отпускают сцепление, затем снова нажимают на его педаль и включают нужную передачу (см. видеоролик) . При переключении с высшей передачи на низшую применяют «двойной выжим с перегазовкой» - тот же процесс, но когда коробка находится в нейтрали производят «перегазовку» - нажимают на педаль акселератора. Все эти меры нужны для грубого выравнивания окружных скоростей шестерён и облегчения переключения передач. На некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах с несинхронизированными МКПП передачи обычно переключают без выжима сцепления, что требует от водителя большого опыта (необходимо на уровне автоматизма достаточно точно «подгадывать» необходимые в момент переключения обороты двигателя). На легковых автомобилях полностью несинхронизированные МКПП применялись до 1940-х годов (ГАЗ-А , ГАЗ-М-1 , ранние серии ГАЗ-М-20). Однако, например, на тяжёлых грузовиках и тракторах, КПП которых имеют большое количество передач (до 18), установка синхронизаторов технически невозможна. Кроме того, несинхронизированные МКПП иногда используют на современных спортивных автомобилях и мотоциклах по двум причинам: во-первых, опытный водитель переключает не синхронизированные передачи быстрее (с меньшей задержкой), а во-вторых (что более важно), такие коробки более живучи при характерных для спорта высоких нагрузках.

• В синхронизированной МКПП, включение всех передач (или некоторых) в определённом смысле частично автоматизировано. Специальные устройства - синхронизаторы - не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется (что также выполняется синхронизатором).

У большинства современных легковых автомобилей синхронизированы все имеющиеся передачи, иногда - все передачи переднего хода. В прошлом синхронизированными были лишь высшие передачи. Например, в коробке передач «Волги» ГАЗ-21 и многих автомобилей того же периода синхронизированы только II и III передачи, а I и заднего хода - нет. В этом случае для бесшумного включения несинхронизированных передач (включая заднюю) применяется специальный приём - выжав сцепление, сначала рычаг переключения передач переводят в положение, соответствующее одной из синхронизированных передач, а затем, не отпуская педали сцепления, включают нужную несинхронизированную передачу. При этом происходит выранивание скоростей валов коробки передач, что даёт эффект, аналогичный наличию на этой передаче синхронизаторов. Применение этого приёма позволяет не только избежать неприятного скрежета при включении несинхронизированной передачи, но и значительно увеличить ресурс её шестерней. У большинства отечественных автомобилей передача заднего хода не имеет синхронизатора.

Количество ступеней

Число ступеней считают по номеру передачи переднего хода с наименьшим передаточным отношением .

• Двухступенчатые : на небольшом количестве ранних автомобилей коробки передач имели две ступени переднего хода и одну - заднего; например, на Ford T ;

• Трёхступенчатые : в 1920-х распространились коробки передач с тремя ступенями переднего хода, которые были широко распространены в Европе - до конца 1960-х годов, а в Северной Америке - до второй половины 1970-х; как правило, в них были синхронизированы как минимум вторая и третья передачи;

• Четырёхступенчатые : уже многие ранние автомобили имели четырёхступенчатые коробки без синхронизаторов ; с появлением синхронизаторов, однако, большинство производителей массовых автомобилей ограничило количество ступеней тремя; тем не менее, в конце 1950-х годов на массовых моделях стали появляться коробки передач «со сближенными передаточными числами» и четырьмя ступенями, что обеспечивало более интенсивный и плавный разгон. В США они долго рассматривались как спортивная опция, а в Европе в конце 1950-х - начале 1960-х стали устанавливаться на большинство автомобилей;

• Пятиступенчатые : в 1970-е годы появились, а в 1980-е получили массовое распространение МКПП с четырьмя основными передачами переднего хода и дополнительной пятой, которая представляла собой встроенную в саму коробку повышающую передачу (см. ниже) ;

• Шестиступенчатые : в 1990-е годы появились шестиступенчатые коробки передач. Они могли представлять собой как МКПП с четырьмя базовыми ступенями и двумя - повышающими (для ещё большей экономии топлива), так и МКПП с пятью базовыми и одной повышающей ступенью (для ещё более динамичного разгона);

• Семиступенчатые и далее : в 2000-е годы появляются механические коробки передач с пятью базовыми ступенями и двумя повышающими (например, Bugatti Veyron или BMW M5).

С распространением полуавтоматизированных систем переключения передач (как на том же Bugatti Veyron) с возможностью переключения передач только «вверх» или «вниз» при помощи электроники, по сути стало возможно иметь почти как угодно много передач с сохранением возможности для водителя адекватно переключать их. Тем не менее, на современном этапе большинство массовых легковых автомобилей обходятся пятью, реже шестью.

Повышающие передачи

Повышающая передача , или овердрайв (англ. Overdrive ) - имеет передаточное число меньше единицы. Повышающей она называется, так как при таком передаточном числе ведомый вал обращается быстрее ведущего.

До 1970-х годов овердрайв на легковых автомобилях обычно оформляли в виде отдельного от КПП агрегата. Например, на Volvo 240 с четырёхступенчатой трансмиссией можно было заказать дополнительный овердрайв с различными вариантами передаточных чисел. Такой овердрайв мог включаться как водителем (на илл. слева) , так и автоматически, по достижении определённой скорости при движении на прямой передаче.

Например, на автомобилях Ford 1950-х - 1960-х годов овердрайв автоматически включался при превышении при движении на прямой передаче скорости в 27 миль в час (около 45 км/ч), а отключался при её снижении ниже 21 мили в час (около 35 км/ч) или при резком нажатии на педаль акселератора (так называемый кик-даун, режим включения пониженной передачи для обгона) .

С конца 1970-х годов овердрайв стали встраивать в четырёхступенчатые МКПП как пятую передачу, что стало обычной практикой в 1980-е. В наши дни в КПП может быть более одной повышающей передачи.

Вопреки распространённому мнению, в большинстве случаев повышающая передача существенно не увеличивает максимальной скорости автомобиля. Максимальная скорость достигается уже на прямой передаче (с передаточным отношением 1:1), но на повышающей передаче при прочих равных уменьшаются обороты коленчатого вала, следовательно - расход топлива и износ двигателя.

Планетарные коробки передач

Велосипедная планетарная коробка передач Rohloff Speedhub 500/14.

Некоторые автомобили использовали планетарные механические коробки передач, например, Ford T . Шестерни в планетарном механизме совершают помимо вращательного ещё и поступательное движение.

Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.

Так как при переключении передач в планетарной коробке не происходит зацепления между двумя зубчатыми венцами, нет необходимости и в разобщении двигателя и трансмиссии для переключения передач. Кроме того, такая трансмиссия получается гораздо компактнее обычной.

Однако управление автомобилем с такой коробкой передач очень специфично, а сама она весьма дорога в производстве. Поэтому механические планетарные КПП получили малое распространение на автомобилях (зато нередко применяются на велосипедах, а также танках и иных гусеничных машинах).

Кроме того, практически все гидромеханические автоматические трансмиссии используют планетарную механическую часть, которая достаточно легко поддается автоматизации и может работать в паре с гидротрансформатором без сцепления .

Механизмы переключения

В классической МКПП для выбора нужной передачи служит специальный рычаг, называемый рычагом переключения передач, или селектором. С его помощью в любой момент можно задействовать любую из имеющихся в коробке передач ступень (кроме ступени заднего хода, включать которую допустимо лишь после полной остановки автомобиля во избежание серьёзных поломок).

Расположение рычага и система привода могут в значительной степени варьироваться в зависимости от модели автомобиля.

• Рычаг может располагаться непосредственно на корпусе коробки передач (обычно сверху или сбоку), либо на специальном удлинителе. В этом случае все механизмы переключения расположены внутри корпуса коробки и рычаг непосредственно воздействует на ползуны с вилками переключения передач. Плюсы такой схемы - более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток - из-за особенностей компоновки рычаг, расположенный на корпусе коробки, обычно оказывается сильно вынесен вперёд, что снижает удобство пользования им. Кроме того, такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях.

• Многие европейские автомобили (в том числе переднеприводные ВАЗы) используют другую разновидность этой системы переключения, в которой задняя передача включается движением «влево-вперёд»:

Однако, в этом случае достаточно велик риск случайного включения задней передачи вместо первой, особенно при изношенном приводе. Поэтому на многих современных автомобилях предусмотрена блокировка его включения (показана на примере МКПП-6):

Отключение блокировки осуществляется утапливанием рычага «внутрь», либо перемещением подвижного элемента на рычаге коробки передач, например, подъёмом кольца на нем, либо утапливанием кнопки.

• Некоторые спортивные автомобили (например, старые BMW третьей серии с МКПП марки Getrag), а также старые модели обычных автомобилей, используют совершенно иной вариант системы переключения:

Преимущество в данном случае состоит в том, что положения, соответствующие второй и третьей передаче, находятся на одной линии, что ускоряет переключение. У спортивных машин с мощными двигателями, основной разгон происходит именно на второй и третьей передачах, первая же служит только для трогания с места.

При применении данной раскладки на внедорожниках (УАЗ) облегчается раскачивание автомобиля в случае его застревания путем последовательного включения первой-задней-первой-задней передач (передачи находятся на одной линии, что позволяет их очень быстро переключать).

Кроме того, многие из КПП с такой раскладкой переключения не имеют синхронизаторов либо имеют их только на высших передачах, в этом случае положительным моментом является и то, что при переключении с первой передачи на вторую автоматически возникает некоторая задержка, что упрощает переключение между несинхронизированной первой с синхронизированной второй передачами.

Из отечественных автомобилей, такую раскладку использовал ГАЗ-69 , коробка передач которого была трёхступенчатой. При переделке на напольный рычаг коробки передач «Волги» ГАЗ-21 у неё также получается такая раскладка.

• Многие американские и некоторые европейские автомобили ранее использовали раскладку, в которой первая передача включалась простым движением рычага вперёд (вторая - назад, и т. д.):

Из распространённых на территории России моделей, такую раскладку имели скажем Ford Taunus , Volvo 240 и некоторые модели BMW, вроде BMW E30 . Кроме того, она использовалась практически на всех североамериканских «Фордах» 1960-х - 1970-х годов с МКПП.

• Некоторые современные автомобили, например, Bugatti Veyron , имеют автоматизированное управление коробкой передач и т. н. Paddle-shifter , то есть рычаг МКПП движется только вперёд-назад, как у некоторых АКПП , и последовательно выбирает передачи.

С подрулевым рычагом

Салон «Волги» ГАЗ-21 с цельным передним диваном и переключателем передач на рулевой колонке.

В прошлом наиболее распространённым на легковых автомобилях с МКПП было расположение рычага КПП на рулевой колонке. Эта мода появилась в США в конце 1930-х годов, широко распространилась в Европе в конце 1940-х. Иногда такой механизм встречается и в наши дни.

Привод от подрулевого рычага осуществляется сложными тягами (кулисами ), сочленения которых подвержены износу, а на старых автомобилях - требуют периодической регулировки и смазки путём шприцевания.

Чёткость и скорость выбора передач при таком механизме часто страдают, но в целом, по мнению многих владельцев автомобилей с таким механизмом переключения, подрулевое расположение рычага более удобно, так как к нему не надо тянуться, он всегда под рукой. Тем не менее, из-за большой инерционности привода длинными тягами переключать передачи такой трансмиссии быстро сложно, поэтому для динамичных автомобилей такая трансмиссия малопригодна.

Зато хороший расчёт механизма переключения позволяет минимизировать усилие на рычаге: например, на «Волге» ГАЗ-21 с исправным, смазанным и отрегулированным механизмом переключения передачи можно переключать без отрыва кисти от руля. Однако, сильно разболтанный механизм допускает такие неисправности, как неполное включение и выключение передач, их самопроизвольное выключение («выбивание») и даже полное заклинивание тяг, устранимое только при открытом капоте.

• Наиболее типичным для систем с подрулевым рычагом является раскладка, возникшая в США в 1930-е годы и распространившаяся повсеместно в 1940-е - 1950-е (движение рычага показано в плоскости, параллельной рулевому валу, рычаг расположен справа):

Именно так (второй вариант) переключались передачи на «Победе» ГАЗ-М-20 , «Волге» ГАЗ-21 .

• Существовал и вариант для четырёхступенчатой МКПП:

• На «Москвичах» с четырёхступенчатой МКПП и подрулевым рычагом переключения, а также ряде европейских автомобилей, использовалась иная раскладка:

В отечественном автопроме отказ от подрулевого рычага переключения произошёл в конце 1960-х - начале 1970-х годов, в Европе - несколько раньше. В США это произошло в конце 1970-х.

Однако, в некоторых странах Европы и особенно Японии подрулевые рычаги использовались до самого недавнего времени. Так, в Гонконге все такси моделей Toyota Crown и Nissan Cedric имели МКПП-4 с подрулевым переключателем до перехода на АКПП в 1999 году. До начала 1990-х годов на микроавтобусах Toyota Hiace и Mitsubishi L400 также встречались переключатели передач на рулевой колонке, коробка передач была механической пятиступенчатой.

В процессе эксплуатации автомобиля следует правильно пользоваться коробкой передач во избежание поломок и преждевременного износа.

• Стараться двигаться преимущественно на прямой передаче, при техническом наличии её на автомобиле, так как при этом путь крутящего момента получается наиболее коротким, и в его передаче не задействованы лишние шестерни (момент передают только первичный и вторичный валы, которые на прямой передаче соединяются в одно целое; при этом шестерни промежуточного вала, естественно, продолжают вращаться, но крутящего момента не передают), что увеличивает КПД трансмиссии и уменьшает износ;
• Переключение передач производить согласно приведённым в инструкции к автомобилю значениям максимальной и минимальной скорости на каждой передаче;
• Включение задней передачи при движении автомобиля вперёд, даже на небольшой скорости, категорически недопустимо .
• Не следует допускать длительной езды на скорости выше 20 км/ч с выжатым сцеплением, особенно на заднеприводных автомобилях, где это может привести к быстрому износу выжимного подшипника сцепления; нажимать педаль сцепления следует резко, а отпускать - плавно, но не допуская пробуксовки и не трогая акселератор, что значительно ускоряет износ;
• Недопустимо на скользкой дороге двигаться с выключенным сцеплением или коробкой передач на нейтральной передаче;
• Следует применять приём торможения двигателем - совместно с торможением автомобиля производится поочередное переключение передач с высшей ступени на низшую. При этом происходит более эффективная остановка автомобиля тормозом и двигателем.
• Недопустимо переключать передачи в поворотах, так как это может привести к заносу; до начала поворота следует перейти на низшую передачу, а по мере его прохождения - слегка нажать на педаль акселератора.
• Для облегчения работы синхронизаторов следует:

При переходе с низшей передачи на более высокую - переключение производить в два приёма, с некоторой паузой в нейтрали; При переходе с высшей передачи на более низкую, переключение производить в один приём.

• После использования наката при движении под уклон, в конце его необходимо делать «перегазовку» во избежание преждевременного износа сцепления и коробки переключения передач. Это нужно для того, чтобы уравнять обороты вращения колес с оборотами вращения коленчатого вала двигателя, который в это время работает на холостом ходу. Надо выжать педаль сцепления, довести газом обороты двигателя до предполагаемых для комбинации текущей скорости и предполагаемой передачи и включить эту повышенную передачу. К примеру, после съезда с горки накатом скорость автомобиля 60 км/ч; нужно прикинуть, какая передача лучше всего подойдет для этой скорости, например, 4-я передача, а затем - какие обороты разовьёт двигатель на 4-й передаче на скорости 60 км/ч (примерно 2000 об/мин), и «перегазовать» двигатель до этих оборотов (опытный водитель делает это «на глазок», на уровне автоматизма).
• Необходимо постоянно проверять уровень масла в картере МКПП и своевременно производить его замену, так как при длительной работе в КПП масло превращается в абразив за счёт повышения содержания частичек металла, неизбежно отделяющихся от шестерён в процессе их естественного износа, что, в свою очередь, значительно ускоряет износ;
• На автомобилях иностранного производства соблюдайте указанную в инструкции марку смазочного масла. Некоторые МКПП зарубежных автомобилей требуют специальных материалов, например, гипоидного масла или ATF.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Наименьшая по сравнению с иными типами КПП цена.
• Намного меньшая в сравнении с гидромеханической трансмиссией масса.
• Высокий КПД по сравнению с гидромеханической трансмиссией.
• Обычно не требует отдельной системы охлаждения, как АКПП .
• Несмотря на немалый прогресс в области конструирования АКПП , на сегодняшний день средний автомобиль с АКПП при прочих равных уступает автомобилю с МКПП по топливной экономичности и динамике разгона.
• Относительная простота и отработанность конструкции.
• Достаточно высокая надёжность (срок службы самой МКПП без ремонта сравним со сроком службы автомобиля в целом, только сцепление требует относительно частой замены).
• Большинство моделей не требуют дефицитных или специфических расходных материалов, частого обслуживания.
• У автомобилей с МКПП шире набор специальных техник вождения, опытный водитель может более эффективно использовать такой автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью.
• Автомобиль с МКПП легко пускается «с толкача», может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
• МКПП, в отличие от гидромеханической АКПП , допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии.

Недостатки

• Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках.
• Более сложное относительно АКПП управление автомобилем, необходимость наличия специфического навыка для достижения плавного переключения передач без рывков.
• Переключение передач сопряжено со временным разобщением двигателя и трансмиссии, что увеличивает время переключения.
• Как и у любой ступенчатой КПП, невозможность плавного изменения передаточного отношения при разумном количестве ступеней, в отличие от

  Тем не менее, на грузовиках, спортивных автомобилях и автомобилях со спортивным имиджем почти всегда устанавливаются МКПП. Грузовые автомобили и «жёсткие» внедорожники также, как правило, имеют механические коробки передач.

  Полуавтоматические КПП

  На протяжении истории автостроения создавалось немалое число конструкций трансмиссий, которые можно описать под общим термином «полуавтоматические». Общим у них является то, что водитель избавлен от части операций, которые он должен был бы выполнять при управлении автомобилем с чисто-механической трансмиссией.

  Здесь не будут упоминаться трансмиссии начального периода автомобилестроения (до двадцатых годов XX века), так как в те годы ещё не было устоявшегося, общепринятого устройства МКПП, которое можно взять за «отправную точку» (например, на Ford T не было сцепления, коробка передач была планетарной и управлялась двумя педалями и рычагом).

  Гидроэлектромеханические трансмиссии с ручным переключением

  Первый массово использовавшийся тип полуавтоматической трансмиссии был создан фирмой Chrysler в 1930-х годах и широко использовалась на её автомобилях вплоть до 1950-х годов.

  Он нёс обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения - Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения - Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представлял собой комбинацию трёх агрегатов - гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включаещегося овердрайва. Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:

  • Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона).
  • Механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона - нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи.
  • Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.

  Переключение передач производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКПП - хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.

  Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть, на второй передаче двухступенчатой МКПП и третьей передаче трансмиссии в целом - высокий крутящий момент шести- и восьмицилиндровых двигателей «Крайслеров» это вполне позволял.

  На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона «Low», то есть, с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели трансмиссии) происходило переключение на вторую передачу за счёт происходящего автоматически включения овердрайва (сама МКПП оставалась при этом на первой передаче).

  При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи) - она имела общее передаточное отношение 1:1.

  Перебрать все имеющиеся четыре передачи при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой.

  Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.

  Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКПП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.

  Эта трансмиссия ставилась с завода или была доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации «Крайслер» 1940-х - начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой трансмиссии PowerFlite, позднее трёхступеначтой TorqueFlite, полуавтоматические трансмиссии семейства Fluid-Drive были сняты с производства, так как мешали продажам полностью автоматических трансмиссий. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они был доступны на самой дешёвой марке корпорации - «Плимуте».

  Фактически, такая трансмиссия стала переходным звеном от МКПП к гидродинамическим АКПП и служила для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.

  Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая - объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.

  Механические трансмиссии с автоматическим сцеплением

  Конструктивно не отличаются от обычных МКПП, но привод сцепления осуществляется автоматически, обычно, пневмо- или гидроэлектрической системой. Переключение передач производилось водителем вручную, педаль сцепления обычно отсутствовала.

  Улучшенные версии таких систем предлагаются и в настоящее время (см. ниже) .

  Новые разработки

  Промежуточное звено между АКПП и МКПП - так называемая «роботизированная» МКПП . В простейшем случае роботизированная коробка представляет собой обыкновенную МКПП , управляемую электронным блоком управления при помощи сервоприводов вместо традиционной ручки. Сцепление управляется той же автоматикой. Это придает МКПП свойства АКПП , однако переключения передач, как и в обычной МКПП , занимает некоторое время. Это приводит к замедлению разгона и создаёт характерные для МКПП «рывки» при переключении передач.

  Развитие технологий позволяет значительно ускорить переключение передач в МКПП и свести рывки к минимуму. При этом роботизированная коробка перестает быть обычной МКПП, управляемой электроникой и приводами, а проектируется особым образом. Самые лучшие роботизированные МКПП от Ferrari позволяют переключать передачи с задержкой не более 60 мс, а МКПП DSG (Direct Shift Gearbox - МКПП с прямым переключением передач), устанавливаемая на автомобили концерна Volkswagen , переключает передачи с задержкой не более 8 мс. Эти коробки передач позволяют достичь высокой скорости разгона, но изначально из-за высокой цены и сложности они получили распространение только на спортивных автомобилях. В настоящее время Vokswagen Golf, оснащённый 7-ступенчатой коробкой передач DSG, расходует примерно на 20% топлива меньше, чем оснащённый обычной механикой.

  Значительно улучшились за последнее время системы смазки МКПП. Современные механические коробки передач зачастую имеют систему смазки под давлением, иногда - объединённую с системой смазки двигателя. Это позволяет значительно повысить ресурс МКПП по сравнению с традиционной системой смазки за счёт находящегося в картере масла, обеспечить хорошее охлаждение (что стало насущной проблемой в связи с увеличением скоростей движения) за счёт постоянного круговорота смазывающего масла. Многие современные МКПП используют для смазки ATF, то есть масло для АКПП Википедия

Зубчатое колесо - Запрос «шестерня» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Зубчатые колёса Зубчатое колесо, шестерня основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндри … Википедия

Зубчатые колеса

Зубчатые колёса - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестеренка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестерня - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестерёнка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

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%.



Механизм переключения передач обычно монтируется в крышках коробок передач и предназначен для выбора, включения и выключения передач. Кроме того, в механизме переключения передач устанавливаются устройства, исключающие включение двух передач одновременно и предотвращающие самопроизвольное выключение передач.

Основные требования, предъявляемые к этому механизму – легкость и простота управления коробкой передач, бесшумность и плавность переключения передач, надежная фиксация включенной передачи, предотвращение одновременного включения двух или нескольких передач, а также предохранение от включения на ходу передачи, противоположной движению автомобиля.
Кроме того, механизм включения должен быть надежным, долговечным, не требовательным к сложным регулировкам и прост в техническом уходе. Сбои в работе механизма переключения передач могут привести к повреждению деталей и выходу из строя такого дорогостоящего агрегата, как коробка передач.

Механизм переключения коробки передач грузового автомобиля (рис. 1, а ) состоит из трех штоков, трех вилок, трех фиксаторов с шариками, предохранителя включения первой передачи и заднего хода и замкового устройства.
Штоки 8, 9, 11 размещены в отверстиях внутренних приливов крышки картера 1 . На них закреплены вилки 5, 7, 10 , соединенные с каретками синхронизаторов и с подвижным зубчатым колесом включения первой передачи и заднего хода.

Фиксаторы 4 удерживают штоки в нейтральном или включенном положении, что исключает самопроизвольное выключение передач. Каждый фиксатор представляет собой шарик с пружиной, установленные над штоками в специальных гнездах крышки картера. На штоках для шариков фиксаторов выполнены специальные канавки (лунки).
Перемещение штока с вилкой, а следовательно, синхронизатора, возможно только при приложении усилия со стороны водителя, в результате которого шарик утопится в свое гнездо.



Замковое устройство предотвращает включение одновременно двух передач. Оно состоит из штифта 12 и двух пар шариков 6 , расположенных между штоками в специальном горизонтальном канале крышки картера. При перемещении какого-либо штока два других запираются шариками, которые входят в соответствующие канавки на ползунах.

С целью предотвращения случайного включения передач заднего хода или первой передачи при движении автомобиля в стенке крышки коробки передач смонтирован предохранитель, состоящий из втулки, кольца с пружиной 3 и упора.
Чтобы включить первую передачу или передачу заднего хода, необходимо отжать пружину предохранителя до упора, для чего к рычагу управления водителем прикладывается некоторое усилие.

Механизм переключения передач легкового автомобиля (рис. 1, б ) устроен следующим образом.
Шток 14 вилки выключения третьей и четвертой передач установлен в отверстиях передней и задней стенок картера, а штоки 13 и 16 в отверстия задней стенки и прилива картера.

На каждом штоке закреплены болтом вилки 15, 21, 23 включения передач. Для удержания штоков в нейтральном положении и в одном из крайних положений, когда включена передача, в них выполнены по три гнезда, к которым поджимается пружиной 19 шарик 20 фиксатора. Фиксаторы располагаются во втулках и закрываются крышкой 18 . В головке каждого штока имеется паз, в который входит нижний конец рычага переключения передач.

Замковое устройство состоит из трех блокировочных сухарей 17 . Два крайних сухаря установлены в отверстиях задней стенки картера, а средний сухарь в отверстии штока 14 .
При перемещении штока 13 или 16 он выдавливает сухарь, который входит в гнездо среднего штока и одновременно через средний сухарь прижимает другой сухарь к гнезду противоположного штока. Таким образом, эти штоки будут зафиксированы в нейтральном положении.
При перемещении среднего штока 14 выдавливаются сразу два сухаря и фиксируют крайние штоки 13 и 16 .



Типы механизмов переключения передач

По типу механизма выбора передач МКП подразделяются на селекторные, в которых передачи выбираются рычагом, перемещаемым по Н-алгоритму, как в большинстве автомобилей, и секвентальные, в которых передачи выбираются последовательно от низшей к высшей и обратно перемещаемым в одной плоскости рычагом - как в большинстве мотоциклов.

В классическом случае у автомобиля с МКП рычаг переключения передач, расположен на верхней или боковой крышке коробки передач. Поскольку компоновка автомобиля с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами предполагает смещение КП ближе к подкапотному пространству, конструкторам приходится либо удлинять рычаг переключения, либо использовать промежуточные рычаги-удлинители. К достоинствам такой МКП с расположением рычага переключения непосредственно в крышке картера можно отнести четкость срабатывания, хорошую обратную связь, благодаря которой водитель тактильно ощущает, какая передача включена в данный момент и сработал ли механизм переключения, невысокий уровень вибраций на рычаге. Недостатком такого расположения рычага является нерациональное использование пространства кузова - конструкторам приходится выстраивать напольную нишу на полу кабины и выделять часть пространства под перемещения рычага КП.
В автомобилях вагонной компоновки (минивэны, микроавтобусы, автобусы), длиннобазных, специального назначения, с заднемоторной и среднемоторной компоновкой, переднеприводных используют дистанционное управление МКП. Рычаг переключения при этом располагается на полу, на панели приборов или под рулем. Во всех случаях рычаг соединен с ползунами, перемещающими муфты КП, тягами или «кулисами». Применение тяг облегчает планирование внутреннего пространства кузова автомобиля, но усложняет механическую часть автомобиля. Недостатки таких механизмов: увеличенное усилие на рычаге переключения из-за сил трения в тягах, разбалтывание шарниров «кулис», в результате чего снижается четкость переключения передач, а также необходимость смазки и обслуживания дистанционного привода ползунов.
В автомобилях с заднемоторной и среднемоторной компоновкой (в частности, в спорт-карах и автобусах) иногда применяют электромеханический или пневматический привод механизма переключения КП. В этих случаях механизм переключения оснащают дополнительными механизмами полуавтоматического управления сцеплением.

Секвентальные МКП наибольшее распространение получили на мотоциклах, где передачи переключаются движением ножного рычага вниз и вверх. Иногда такими механизмами оснащаются переднеприводные автомобили. Рычаг коробки передач у таких машин перемещается вперед и назад, Н-образный селектор отсутствует. Главным недостатком секвентального механизма является невозможность быстрого выбора нейтральной передачи - для этого приходится переключать МКП последовательно на две-три ступени «сверху вниз». Для облегчения выбора нейтрали в секвентальных мотоциклетных МКП предусмотрены промежуточные ступени. Основное нейтральное положение секвентального рычага находится между первой и второй передачами, дополнительное - между второй и третьей (реже между третьей и четвертой передачами).

Селекторные механизмы переключения МКП

Какое бы устройство ни имел селекторный механизм переключения - с рычагом, встроенным непосредственно в крышку картера КП, или с дистанционным управлением тягами - принцип действия остается единым. Рычаг переключения передач перемещается в двух плоскостях. Поперечным перемещением рычага водитель выбирает вилку ползуна, воздействующего на муфту переключения, продольным перемещением - перемещает муфту и блокирует выбранную шестерню вторичного вала, то есть «переключает передачу».
Обычно центральное положение рычага МКП фиксируется пружинами. Это положение соответствует нейтральной передаче, то есть вторичный вал КП отключен от ведущего, первичного вала. Автомобиль либо стоит на месте, либо движется за счет сил инерции, накатом.
Н-образный селектор МКП, являющийся общепринятым стандартом, работает следующим образом. Для включения первой передачи в 4-ступенчатой коробке водитель перемещает рычаг влево и вперед - выбирая вилку и через нее ползун включения первой передачи и потом сдвигая муфту включения к шестерне первой передачи вторичного вала КП. Зубчатые венцы муфты и шестерни входят в зацепление (через синхронизатор КП), шестерня блокируется на валу. Плавно отпустив педаль сцепления и прибавив обороты двигателя педалью акселератора, водитель трогает машину с места.
Набрав скорость, водитель выжимает педаль сцепления и переводит рычаг МКП из верхнего левого положения в нижнее левое - включается вторая передача. В продольной плоскости нейтрали находятся две следующие высшие передачи - вверху третья, внизу четвертая.
Задняя передача включается переводом рычага в крайнее правое положение через преодоление сопротивления блокирующей пружины (она предотвращает случайное включение заднего хода во время движения автомобиля вперед), затем сдвигает рычаг вперед, перемещая шестерню заднего хода, которая входит в зацепление с соответствующими шестернями промежуточного и вторичного валов. Если принцип работы селектора принят всеми автопроизводителями за основу, то расположение передач на Н-образном селекторе не стандартизировано. Передачи могут включаться в другом порядке - первая влево вниз, вторая влево вверх, третья влево вниз, четвертая влево вверх.
В пятиступенчатых МКП разнообразие расположения передач на селекторе еще больше. Первая скорость может располагаться в одной плоскости селектора с включением заднего хода. Либо там же может располагаться пятая передача. Селектор заднего хода может иметь угловое, а не линейное перемещение. И так далее - решений достаточно много, но все они укладываются в общепринятую реализацию Н-образного селектора.
Следует заметить, что помимо Н-селектора в автомобилях применяются и другие схемы управления МКП. В автоматизированных МКП с традиционным селектором рычаг переключения может перемещаться только вперед и назад, как в секвентальных механизмах. Пример такой машины - автомобиль Bugatti Veyron .

Подрулевые механизмы переключения КП

В автомобилях с МКП и подрулевым расположением рычага переключения применяются те же схемы переключения с Н-образным селекторным механизма выбора передач. Но иногда в нейтральном положении рычаг переключения не располагается напротив селектора высших передач. В этом случае для включения первой-второй передач рычаг выдвигают на себя, для включения третьей-четвертой - отжимают от себя. Так переключались передачи на довоенных и послевоенных американских легковых автомобилях.
В отечественном автомобиле ГАЗ-21 нейтральное положение рычага находилось напротив селектора высших передач. Скорости переключались: на себя вверх - задний ход, на себя вниз - первая передача, от себя вверх - вторая передача, от себя вниз - третья, прямая передача.
В наш дни подрулевое расположение рычага переключение передач МКП вышло из употребления. Подобное решение применяется лишь в редких моделях минивэнов для американского и японского рынков. В то же время подрулевое расположение селектора автоматической КП популярно в Америке и в Японии. В автомобилях для европейского рынка чаще применяют напольное расположение рычага селектора АКП.

В автомобиле тысячи запчастей и компонентов. Но , поэтому они играют более важную роль по сравнению с другими агрегатами автомобиля. К примеру, к очень важным частям любой машины относится коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы достичь колес и ваш автомобиль не тронулся бы с места.

Да, мы не должны владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но, что такое коробка передач обязан знать каждый водитель. Об этом сегодня и поговорим.

Есть два основных типа коробок передач, которые используются в большинстве автомобилей на мировом авторынке - ручная КПП и автоматическая. Сегодня мы остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя стоит отметить, что в последние годы набирают популярность другие виды трансмиссий. К примеру, коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника сама автоматически выжимает сцепление, но скорости переключает водитель. Также получили распространение бесступенчатые автоматические коробки вариатор (CVT). Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. Также в последние годы на рынке стали появляться автомобили без коробок. Как правило, автомашины без трансмиссии используют только электрический двигатель.

Прежде чем углубиться в описание принципа работы коробки передач, давайте обозначим основные термины:

Передача: В данном понимании передача представляет в коробке набор определенных шестерёнок, которые работая синхронно вместе, регулируют соотношение между скоростью двигателя и скоростью колеса. Также этот термин используется для описания каждой скорости коробки передач. К примеру, в автоматической коробки электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической трансмиссии водитель самостоятельно выбирает необходимую скорость.

Передаточное отношение: это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего.

Сцепление: Механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передачи (коробки).

Коробка передач: Механизм передачи крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.

Рычаг переключения передач: Рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и выбора нужной скорости.

Теперь перейдем непосредственно к описанию, как работают две наиболее распространенные коробки передач.

Механическая коробка передач

Несомненно, во всем мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, львиная доля всех проданных новых транспортных средств в 2014 года, были оснащены автоматической трансмиссией. Но тем не мене, . Как правило, механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и по своему принципу работы. Именно с нее мы и начнем.

По своей основной конструкции механическая коробка представляет собой набор зубчатых шестерен и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношения между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу определяет общее передаточное число определенной передачи.

Водитель выбирает нужную передачу , перемещая . Рычаг управляет движением передач вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад, выбирается нужный набор шестеренок для включения необходимой передачи. Как правило, при переключении рычага верх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит на разных валах.

Чтобы включить передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления, в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на коробку, поскольку двигатель отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную скорость, подключив нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления, и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и колеса.

Автоматическая коробка передач

Одно из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой, это то, что автоматическая трансмиссия не использует муфты. Как правило, автоматическая коробка использует гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки (от вала с набором шестерен).

Функция гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую в рамках этой статьи объяснить реально сложно. Для этого необходимо подключить математику и другие естественные науки. Но основной смысл прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и различные каналы на набор шестеренок. Когда двигатель работает быстро, то крутящий момент передается на валы напрямую.

Благодаря преобразованию крутящего момента, шестерни в коробки могут свободно делать свою работу без участия водителя. Но как коробка автоматически выбирает необходимую скорость, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную?

В отличие от механики где, как правило, конструкция коробки представляет два параллельных вала, использует планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от скорости.

Вместо ручного переключения скоростей используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется электроникой. Коробка управляется специальным модулем, в который запрограммированы все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма, электронная программа определяет какую передачу включить с помощью гидравлического автоматического управления.