Устройство и принцип работы механической коробки передач

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от “ручного” (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором – повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев – тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная – максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики – там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Устройство механической коробки передач

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью
Возможность буксировки автомобиля

Заключение

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более “драйверскими” ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Переднеприводные автомобили — достоинства и недостатки

Статья о переднеприводных автомобилях — устройство трансмиссии, особенности, плюсы и минусы. В конце статьи — видео о трансмиссии переднеприводных автомобилей.

Содержание статьи:

• Немного истории
• Устройство трансмиссии переднеприводного типа
• Преимущества переднеприводных автомобилей
• Недостатки переднего привода
• Особенности управления переднеприводным автомобилем
• Видео о трансмиссии переднеприводных автомобилей

При покупке автомобиля у автолюбителя часто возникает вопрос: стоит ли останавливать выбор на авто с передним приводом? Для того, чтобы принять решение, стоит разобраться, какими недостатками и достоинствами обладают автомобили данного типа и какие производители и по каким причинам отдают предпочтение производству таких машин.

Немного истории

Первые автомобили были заднеприводные. Это обусловлено тем, что для примитивных (с современной точки зрения) автомобилей, с которых начиналось производство, задний привод был дешевле в реализации, надёжнее при использовании, экономичнее в плане потребления топлива и неприхотливее в различных условиях езды.

В историю автомобилестроения также вписан один из первый переднеприводных автомобилей Сord L29, изготовленный в 1929 году в Штатах компанией Auburn Automobile. Но даже при всей своей известности, завоёванной преимущественно благодаря элегантному дизайну, на тот момент этот автомобиль по своей популярности всё равно уступал машинам заднеприводного типа.

Постепенно конструкция дорабатывалась и совершенствовалась. На сегодняшний день автомобили с ведущими передними колёсами выпускаются практически любым крупным производителем автомобильной техники. Более того, в современном автомобилестроении переднеприводные автомобили более распространены, чем машины других типов трансмиссионной конструкции.

Устройство трансмиссии переднеприводного типа

В автомобиле с передним приводом главное отличие заключается в дифференциале, который находится в коробке передач вместе с главной передачей. С его помощью происходит передача, изменение и распределение крутящего момента, а также обеспечение вращения колёс с различными угловыми скоростями.

Очевидно, что описанную выше конструкцию никак нельзя назвать примитивной. Значит ли это, что передний привод более технологичен, чем заднеприводная конструкция?

Ни в коем случае. Говоря о современных моделях автомобилей, нельзя классифицировать заднеприводные модели как более примитивные — они, подобно переднеприводным, имеют сложную подвеску многорычажного типа, которая ни в какое сравнение не идёт с теми конструкциями, с которых начиналось производство. Поэтому, сравнивая заднеприводные и переднеприводные модели, было бы в корне неверным указывать на примитивность одних и высокую технологичность других.

Наиболее верным углом зрения на данный вопрос, пожалуй, будет понимание неоднозначности выбора. Для того, чтобы ответить, хорош или плох автомобиль с переднеприводным типом трансмиссии, следует понимать, какие задачи ставятся перед машиной, в каких условиях она будет эксплуатироваться.

Преимущества переднеприводных автомобилей

Говоря о моделях с передним приводом, прежде всего следует отметить тот факт, что на сегодняшний день свыше 70% всех автопроизводителей специализируются именно на выпуске моделей с переднеприводным типом трансмиссии. Это не случайно: переднеприводные модели в производстве обходятся существенно дешевле, чем заднеприводные или полноприводные авто.

Более того, такая конструкция содержит меньше элементов, а чем меньше конструктивных узлов в механизме, тем проще технологический процесс его сборки и тем выше его надёжность при эксплуатации.

Если же говорить о достоинствах переднеприводных автомобилей с точки зрения не производителя, а потребителя, здесь прежде всего обращают на себя внимание следующие моменты:

Модели машин с передним приводом, как правило, отличаются компактностью и лёгкостью. Это делает данную конструкцию очень привлекательной для малолитражных решений, которые сейчас так востребованы в городских условиях.

Отсутствие карданного вала в переднеприводной конструкции существенно увеличивает размер салона по сравнению с автомобилем тех же габаритов, но с заднеприводной трансмиссией.

Ведущие передние колёса существенно облегчают процесс парковки. Это особенно актуально в зимний период, когда маневренность автомобиля на малых площадях может быть затруднённой.

Движется автомобиль с передним приводом, как правило, более устойчиво. Это обусловлено тем , что двигатель и коробка передач в таких моделях размещается перпендикулярно вектору движения, при езде создавая так называемый «эффект гироскопа», стабилизирующий и нивелирующий колебания вне вектора движения.

Передние колёса несут основную нагрузку от веса двигателя и коробки передач. Это делает автомобиль с передним приводом более проходимым, чем машину с задним приводом и аналогичными прочими характеристиками.

Экономичность заднеприводной конструкции обусловлена тем, что при совершении поворота ведущие колёса совпадают по направлению с направлением движения, а не расположены по касательной, как это происходит в автомобиле с заднеприводным типом трансмиссии.

Процесс торможения на переднеприводной машине более быстрый и резкий. В некоторый случаях это может стать существенным моментом обеспечения безопасности движения.

Все перечисленные выше моменты действительно делают переднеприводной автомобиль очень привлекательным, ведь он решает целый ряд проблем, которые сопровождают машину в условиях густонаселённого города с напряжённым автомобильным трафиком:

• дефицит парковочных площадей;
• необходимость экономии топлива;
• вопрос соотношения устойчивости и маневренности;
• вопрос безопасности движения.

Недостатки переднего привода

Если бы переднеприводная конструкция имела бы только плюсы, заднеприводные модели уже давно заняли своё место в музеях и на страницах истории автомобилестроения. В реальности же на автомобильном рынке присутствуют автомобили обоих типов.

Следовательно, нужно упомянуть и о недостатках переднеприводной трансмиссии:

Передний привод делает автомобиль недостаточно поворачиваемым. Чем длиннее база модели, тем сложнее «вписать» её в малый радиус поворота.

Задние колёса переднеприводного автомобиля выполняют минимальную роль в управлении, по сути работая прицепом-тележкой: на долю передних колёс приходится и движение автомобиля (получение крутящего момента от мотора), и управление посредством руля. Именно получаемый передними колёсами крутящий момент препятствует хорошему «чувству руля», на что жалуются многие автолюбители, которым перед управлением переднеприводным авто довелось поездить на машине заднеприводного типа.

Возможно, это прозвучит парадоксально, но автомобили с передним приводом интуитивно более сложны в управлении по сравнению с заднеприводными конструкциями.

Частый спутник переднеприводных машин – стартовая пробуксовка. Это происходит потому, что, трогаясь с места, машина «присаживается» на заднюю часть, чем вызывает дефицит сцепления.

Из предыдущего пункта вполне логично следует, что на старте переднеприводная модель автомобиля всегда проиграет заднеприводной.

Процесс торможения на переднеприводном авто более быстрый, но именно по этой причине он и более жёсткий, сопровождается рывками, которые в других конструкциях смягчены.

Как известно, оптимальной развесовкой автомобиля по осям является соотношение 50 на 50: в этом случае обеспечивается равномерное стирание шин, следовательно, на протяжении всей эксплуатации безопасность и равномерность движения не страдают.

К сожалению, в случае переднеприводной модели об этом идеале приходится забыть: здесь потребуется дать большую нагрузку на передние колёса, чтобы увеличить их сцепление с дорожным покрытием. Кстати говоря, именно эта особенность стала причиной того, что грузовые модели с переднеприводным типом трансмиссии не получили широкого распространения: никакая дешевизна производства не смогла оправдать малой грузоподъёмности и плохой управляемости переднеприводных грузовиков.

Современные конструкции не позволяют реализовать более 250 лошадиных сил через передний привод (речь идёт о средних показателях, а не только о прямолинейной езде).

Наконец, немалую опасность при движении в зимних условиях представляет практически неконтролируемый снос передних колёс в процессе заноса автомобиля. Снос, в отличие от заноса, отличается тем, что даже опытный автомобилист может не сразу распознать его начало, а когда процесс уже развернулся в полную силу, его не остановить.

С такой проблемой может не справиться даже опытный водитель, поэтому высокие скорости и прочие лихачества на переднеприводном автомобиле в условиях скользкой дороги чреваты очень плохими последствиями.

Продолжая говорить о заносах и сносах, следует также упомянуть о том, что контролируемый занос, который может быть выполнен на автомобилях с задним приводом, на переднеприводных конструкциях невозможен. То есть, знаменитый «полицейский разворот» на ограниченном пространстве, в котором как раз применяется контролируемый занос задней оси автомобиля, в случае конструкции с переднеприводной трансмиссией невозможен.

В случае движения в гору, если автомобиль забуксовал передними колёсами, он становится беспомощен, в отличие от заднеприводного автомобиля, который в состоянии сдать назад и возобновить движение, в то время как его переднеприводного «собрата» придётся выталкивать и вытаскивать из положения, в котором он оказался.

Особенности управления переднеприводным автомобилем

Завершая перечень достоинств и недостатков переднеприводной конструкции, следует также упомянуть об основных моментах, важных при управлении данной трансмиссионной модели.

Прежде всего, системы стабилизации хорошо работают против заноса автомобиля. Со сносом такие системы не справляются. Если снос возник, справиться с ним можно при помощи заноса колёс задней оси. Вызвать такой занос на переднеприводной машине можно следующим способом:

• на малых скоростях без ослабления педали газа следует на коротким момент нажать на тормоз, поворачивая руль в сторону нужного движения;
• на высоких скоростях, не сбрасывая газа, также следует кратковременно нажать на тормоз, после чего руль также кратковременно вывернуть в сторону начавшегося вследствие торможения задних колёс заноса и тут же вернуть в прежнее положение.

Если машину закрутило, педали тормоза и сцепления следует выжать до упора. А вот если при этом резко сбросить скорость, вращение не прекратится, а при попадании на скользкий участок дороги усилится.

Подводя итоги, можно увидеть, что выбор переднеприводных моделей авто будет оправдан в том случае, если машину планируется использовать в городских условиях, где нет нужды в гонках и экстремальной езде по пересечённой местности, но зато остро чувствуется дефицит пространства, а также хотелось бы немного сэкономить на топливе.

Видео о трансмиссии переднеприводных автомобилей: