Принцип работы механической коробки передач

Ступенчатая коробка передач. Устройство и принцип действия

Механическая коробка
(переключения)
передач
(МКПП или МКП) — разновидность коробки передач, механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную. Названа так, поскольку весь её основной функционал реализуется исключительно за счёт механических устройств, без применения гидравлических или электрических элементов (в отличие от гидромеханической или электромеханической трансмиссий, содержащих в своей конструкции, соответственно, гидравлические и электрические элементы).

Ступенчатые простые коробки передач широко применяются в трансмиссиях транспортных средств, так как отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. К коробкам передач этого вида предъявляются следующие требования:

Предъявляемые требования определяют рациональную конструкцию коробки передач и ее отдельных частей.

На большинстве изучаемых колесных транспортных средствах устанавливаются пятиступенчатые трехходовые простые коробки передач (пять ступеней для движения вперед и одна ступень заднего хода). Число «ходов» коробки передач соответствует числу подвижных элементов, с помощью которых осуществляется включение тех или иных передач.

Пятиступенчатая коробка передач имеет 3 вала:

Валы установлены на подшипниках качения в картере, служащем одновременно и масляным резервуаром, с наливным, контрольным и сливным отверстиями, а также вентиляционным устройством. В картере закреплена ось с установленным на ней на подшипниках блоком 7 шестерен ЗХ. Шестерня 17 выполнена заодно с ведущим валом и находится в постоянном зацеплении с соответствующей шестерней 16 промежуточного вала, в результате чего промежуточный вал получает от ведущего вала вращение с постоянным передаточным числом, которое определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей. Шестерни ведомого вала (кроме шестерни I передачи и ЗХ) находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала, но установлены на ведомом валу свободно (могут вращаться относительно вала, но не перемещаться вдоль него). Поэтому, хотя промежуточный вал при работе двигателя и включенном сцеплении будет вращаться, вращение к ведомому валу, а следовательно, и к ведущим колесам движителя передаваться не будет (нейтральное положение).

Рис. Схема пятиступенчатой коробки передач

Включение передач обеспечивается двумя синхронизаторами — 2 и 3 и шестерней 4 I передачи и ЗХ, которые установлены на ведомом валу на шлицах и могут перемещаться вдоль вала. Механизм переключения передач содержит рычаг управления, валики (штоки) с вилками, перемещающими синхронизаторы и каретку 4, фиксаторы и предохранительное замковое устройство, установленные в крышке коробки передач. Синхронизаторы имеют зубчатые венцы, которые при включении передач входят в зацепление с соответствующими зубчатыми венцами шестерен постоянного зацепления, что обеспечивает передачу вращающего момента на ведомый вал и далее к ведущим колесам движителя. Передаточное число между промежуточным и ведомым валами определяется отношением числа зубьев шестерни ведомого вала к числу зубьев шестерни промежуточного вала. Передаточное число между ведущим и ведомым валами, т. е. общее передаточное число коробки передач представляет собой произведение двух передаточных чисел, одно из которых — между ведущим и промежуточным валами, а другое — между промежуточным и ведомым валами.

Чем больше передаточное число коробки передач, тем больше при одном и том же вращающем моменте двигателя вращающий момент, передаваемый к ведущим колесам, а скорость движения ТС соответственно меньше. На I передаче, когда передаточное отношение самое большое, обычно осуществляют трогание ТС с места и первоначальный разгон, а также движение в особо трудных условиях. Включение I передачи обеспечивается передвижением шестерни 4 вперед и введением ее в зацепление с шестерней 8 промежуточного вала. По мере улучшения условий движения осуществляется включение более высоких передач с меньшими передаточными числами, когда не требуется значительного увеличения тяговой силы на ведущих колесах, а скорость движения ТС возрастает.

Высшей в приведенной схеме коробки передач является V передача, которая получается соединением ведущего 1 и ведомого 5 валов при помощи зубчатых венцов ведущего вала и синхронизатора 2; передаточное число в этом случае равно единице (прямая передача).

При движении ТС на прямой передаче промежуточный вал коробки передач вращается вхолостую.

Задний ход обеспечивается перемещением шестерни 4 назад и введением ее в зацепление с одной шестерней блока 7 3Х. Другая шестерня блока находится в постоянном зацеплении с шестерней 11, жестко связанной (закрепленной с помощью шпонки) с промежуточным валом.

Вращающий момент передается от ведущего вала к ведомому через следующие детали:

Для более плавного зацепления и бесшумной работы шестерни постоянного зацепления обычно выполняют косозубыми. Углы и направление наклона зубьев на различных парах шестерен подбирают так, чтобы осевые силы на валах получались наименьшими. Эти осевые силы обычно воспринимаются радиальным шариковым подшипником, устанавливаемым на одном из концов вала. Другой конец вала опирается на роликовый цилиндрический подшипник. Этим предотвращается возникновение дополнительных напряжений в подшипниках в результате теплового удлинения валов. Гнезда подшипников закрываются крышками с уплотнительными прокладками. В случае выхода конца вала наружу в крышках устанавливают уплотнения, предотвращающие вытекание смазки. Этому же способствуют маслосгонные канавки на валах.

Принципиальные кинематические схемы и работа коробок передач с неподвижными осями валов

Конструкции КП определяются назначением трактора, номинальным тяговым усилием (тяговым классом), характером эксплуатационных нагрузок и показателями комплексов агрегатируемых машин — орудий. Анализ современных конструкций КП показывает, что большинство из них являются составными комбинациями из более простых двухвальных и трехвальных КП, схемы которых приведены ниже.

Следует отметить, что на всех рассматриваемых схемах КП управляющие каретки или блокировочные муфты показаны при нейтральном их положении (на нейтральной передаче).

Простейшая схема двухвальной КП (рис. 4.2,а) с разрывом потока мощности при переключении передач, состоит из первичного вала 1 и вторичного 9. К валу 1 мощность от двигателя подводится обычно через сцепление, а выходной конец вала 9 в большинстве случаев имеет ведущую коническую шестерню 8 центральной передачи трансмиссии. На шлицах первичного вала 1 установлены подвижные двухвенцовая каретка 2 для получения второй (влево по стрелке) и третьей (вправо по стрелке) передачи и одновенцовая каретка 4 для получения первой (влево по стрелке) передачи и заднего хода (вправо по стрелке). Правый выступающий шлицевой хвостовик 5 может быть приводом зависимого ВОМ. На вторичном валу 9 неподвижно установлены ведомые шестерни передач переднего хода: первой 11, третьей 12 и второй 13, в зацепление с которыми вводятся зубчатые венцы кареток для получения необходимой передачи, и ведомая шестерня 10 заднего хода.

Рис. 4.2. Принципиальные кинематические схемы КП: а — двухвальная. 6 — трехвальная, в — трехвальная с поперечными валами
Перемещение кареток по шлицам первичного вала 1 осуществляется отдельной рычажно-тяговой системой ручного управления КП, которая позволяет фиксировать в зацеплении только одну пару шестерен, обеспечивающую необходимое передаточное число.

Шестерни и валы размещаются внутри картера 3 КП, в отверстиях стенок и перегородок которого установлены соответствующие подшипники опор валов или дополнительных осей. В отечественных тракторах в основном применяются литые чугунные картеры КП. В зарубежных конструкциях широко применяются также более легкие и прочные литейные материалы (алюминиевые сплавы).

Опорами первичного вала, как правило, являются радиапьные шариковые подшипники, нагруженные в основном радиальными силами. Опоры вторичного вала более сложные, так как в большинстве случаев они воспринимают не только радиальные усилия, действующие на них при передаче крутящего момента, но и осевое усилие, действующее от конической пары центральной передачи.

Для получения передачи заднего хода между валами КП вводят дополнительную шестеренную передачу, изменяющую направление вращения ее вторичного вала при неизменном вращении первичного вала. Это может быть шестерня или блок из двух шестерен одного или разных диаметров, находящихся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней, закрепленной на вторичном валу. В рассматриваемой схеме КП задний ход получается при введении каретки 4 в контакт с блоком шестерен 6, находящимся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 10 вторичного вала. Блок б установлен на подшипниках закрепительной оси 7.

В данной кинематической схеме двухвальной КП показано практически минимальное число передач — три вперед и одна — назад. На практике число передач не превышает шести, так как при их увеличении возрастает длина валов и их прогиб при передаче крутящего момента. Это ведет к нарушению зацепления шестерен и ухудшению работы подшипниковых узлов, а в итоге — к снижению долговечности КП.

Смазывание трущихся деталей данной КП осуществляется маслом, заливаемым в ее картер и последующим его разбрызгиванием венцами вращающихся ведомых шестерен при движении трактора. Для смазывания деталей КП при стационарной работе МТА, когда вторичный вал неподвижен, в ряде конструкций применяют специальные маслоразбрызгивающие шестерни, кинематически связанные с первичным валом. Один из этих вариантов показан на приводимой схеме КП, где свободно вращающаяся на валу 9 ведомая маслоразбрызгивающая шестерня 14 имеет постоянный привод от ведущей шестерни 15 вала 1.

Достоинствами двухвальных КП являются: конструктивная простота и высокий механический КПД, так как при передаче мощности в зацеплении участвует только одна пара шестерен. Недостатками — невозможность получения более 5-6 передач переднего хода, вследствие повышенного прогиба валов, и малый диапазон передаточных чисел, ограниченный межосевым расстоянием валов. Вследствие этого они в настоящее время имеют ограниченное применение как самостоятельные КП, но часто используются как один из редукторов составной КП. При этом очень часто они выполняются с шестернями постоянного зацепления (см. рис. 4.1,6 — г).

Простейшая схема трехвальной КП (рис. 4.2,6) с разрывом потока мощности при их переключении и с продольным расположением валов состоит из соосно расположенных первичного 1 и вторичного 8 валов и промежуточного вала 14. Валы 1 и 14 соединены парой цилиндрических шестерен постоянного зацепления — ведущей 2 и ведомой 15, образующих передаточное число первой ступени КП. На конце вала 8 обычно установлена или выполнена за одно с ним ведущая коническая шестерня 9 центральной передачи трансмиссии.

На промежуточном валу 14 жестко закреплены ведущие шестерни 13 переднего хода. В зацепление с ними входят зубчатые венцы ведомых кареток вторичного вала 8, образуя тем самым передаточные числа второй ступени данной КП. На промежуточном валу 14 закреплена и ведущая шестерня 12 передачи заднего хода, находящаяся в постоянном зацеплении с одновенцовой “паразитной” шестерней 10.

На шлицах вторичного вала 8 установлены типовые одновенцовая 7 и двухвенцовая 6 каретки и комбинированная одновенцовая каретка 4 с зубчатой блокировочной полумуфтой 3. Последняя при перемещении каретки 4 влево входит в зацепление с зубчатой полумуфтой в торце первичного вала, образуя тем самым прямую передачу мощности от вала 1 к вазу 8. Передний подшипник 16 (обычно роликовый) вала 8 установлен в расточке торца вала 1 и нагружен только радиальными силами. Остальные опоры валов установлены в отверстиях стенок или специальных перегородок картера 5 аналогично креплению валов двухвальной КП. В некоторых конструкциях трехвальных КП с целью устранения консольного крепления шестерни 2 и облегчения работы переднего подшипника 16 вала 8 исключают прямую передачу и выполняют отдельные опоры конца вала 1 и начала вала 8, тем более что на тракторах прямая передача не относится к основному (рабочему) их диапазону.

В данной кинематической схеме трехвальной КП можно получить пять передач (включая прямую) переднего хода и одну заднего.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, залитого в ее картер, шестернями промежуточного вала 14, который всегда вращается при работающем двигателе и включенном сцеплении независимо от режима работы МТА. Шлицевой хвостовик 11 вала 14 может использоваться как привод зависимого ВОМ.

Простейшая схема трехвальной КП с поперечным расположением валов, полным реверсированием всех передач и конструктивной компоновкой в общем корпусе заднего моста трактора, представлена на рис. 4.2,в.

Наиболее интересным элементом схемы является механизм реверса передач, позволяющий промежуточному валу 6 вращаться в разные стороны при постоянном направлении вращения первичного вала 1. Он состоит из ведущей конической шестерни 2, находящейся в постоянном зацеплении с двумя одинаковыми ведомыми коническими шестернями 3 и 4, свободно установленными на валу 6 и вращающимися в противоположные стороны. На ступицах этих шестерен имеются зубчатые венцы, аналогичные зубчатому венцу 17 вала 6, на котором установлена подвижная зубчатая муфта 8, блокирующая вал с любой из вышеуказанных шестерен. На схеме показано положение муфты 8 для движения трактора вперед. При замыкании вала 6 с шестерней 3 трактор будет двигаться назад. Перемещение муфты 8 производится отдельным рычагом управления реверсом.

Соединение одновенцовой 5 и двухвенцовой 18 карегок с ведомыми шестернями 16 вторичного вала 11 аналогично рассмотренному выше.

В аналогичных КП с полным реверсированием всех передач переднего хода иногда, как показано на схеме, выполняется одна отдельная передача заднего хода. Она осуществляется перемещением каретки 5 в зацепление с “паразитной” шестерней 9, находящейся в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 10 заднего хода на валу 11. Применение данной передачи объясняется удобством управления КП одним рычагом для передач как переднего хода, так и заднего. При полностью реверсивной КП без дополнительной задней передачи для получения заднего хода трактористу приходиться одновременно манипулировать двумя рычагами управления — реверса и КП, что вызывает определенное неудобство.

Компоновка поперечно расположенных валов 6 и 11 в общем корпусе 7 трансмиссии облегчает выполнение центральной передачи цилиндрическими шестернями — ведущей 12 и ведомой 13, установленной на корпусе дифференциала 14. Шлицевый хвостовик 15 вала 11 может быть боковым приводом синхронного ВОМ.

Следует отметить также облегченные условия работы конической пары, образующей передаточное число первой ступени КП, это — более стабильный нагрузочный и скоростной режим, что позволяет в большинстве случаев отказаться от периодических регулировок зацепления шестерен до их окончательной выбраковки.

Смазывание деталей КП производится разбрызгиванием масла, находящегося в корпусе.

Подобного типа КП применяются на легких колесных универсальных тракторах, которые по характеру работы должны иметь возможность длительное время и при разных тяговых нагрузках двигаться задним ходом.

Достоинствами трехвальных КП являются: — значительно больший, чем у двухвальных, диапазон передаточных чисел, так как на основных рабочих передачах всегда участвуют две пары шестерен; — высокий КПД на прямой (транспортной) передаче; — отсутствие необходимости в маслоразбрызгивающей паре шестерен; — конструктивно более простое выполнение центральной передачи с цилиндрической парой шестерен в трехвальных КП с поперечными валами, чем у конической пары двухвальной КП.

Недостатками трехвальных КП являются: — более низкий КПД на рабочих передачах, так как в зацеплении находятся одновременно две пары шестерен, вместо одной у двухвальной; — невозможность получения более 5-6 передач переднего хода ввиду повышенного прогиба валов; — повышенный износ подшипника передней опоры вторичного вала, расположенного в расточке торца первичного вала при работе трактора на основных рабочих передачах. При включенной прямой передачи указанный подшипник не вращается, но на этой транспортной передаче трактор работает, как правило, не более 12… 15% всего времени его эксплуатации.

Составные КП имеют структурные схемы, представленные на рис. 4.3. На схеме, показанной на рис. 4.3,а, впереди установлен редуктор Р с двумя передачами (n=2) для выбора диапазонов работы трактора, а за ним — основная КП с четырьмя передачами переднего хода внутри выбранного их диапазона и одной заднего (n3х=1) Общее число передач переднего и заднего хода определяется произведением чисел соответствующих видов передач в КП и Р: восемь передач переднего хода (n nx=8) и две передачи заднего (n3x= 2).

В зависимости от компоновки трансмиссии в составной КП впереди может быть установлена основная КП, а за ней — выходной редуктор Р (рис. 4.3,6), но результат будет такой же, как и в первой схеме (nnx=8; n3x=2).

На схеме, представленной на рис. 4.3,в, редуктор Р имеет nnx=3 и n3x=1. Общее число передач переднего хода nnx=12, а заднего n3x=4. На схеме, представленной на рис. 4.3,г, показан пример применения одновременно двух редукторов P1 (nnx=3;n3x=1) и Р2 (n=2), что дает воз-можность получить nnx =24 и n3x=8.

Рис. 4.3. Структурные схемы составных КН

Элементарные кинематические схемы составных КП и компоновки их основных узлов представлены на рис. 4.4. На рис. 4.4,а дана схема КП, состоящая из входного двухступенчатого редуктора А, выполненного по трехвальной схеме, и основной коробки Б, выполненной по двухвальной схеме с тремя передачами вперед и одной назад. В данной схеме вторичный вал 1 редуктора А, является передним концом первичного вала коробки Б, а соответствующие вторичный вал 2 коробки Б и промежуточный вал 3 редуктора А имеют опоры в стенках редукторов.

В данной схеме можно получить шесть передач вперед и две назад. Так как редуктор А выполнен с ускоряющей передачей, то основные рабочие передачи составной КП осуществляются при включении прямой передачи редуктора, чтобы в зацеплении участвовала только одна пара шестерен коробки Б, чем и обеспечивается высокий КПД рабочих передач. Для получения передач с меньшей тягой на крюке трактора и транспортных в редукторе А передача осуществляется через две пары шестерен.

Рис. 4.4. Кинематические схемы составных КП

На рис. 4.4,6 приведена схема составной КП, выполненной в одном общем корпусе 3, с использованием трех параллельных валов: первичного 1, промежуточного 6 и вторичного 8. Валы 1 и 6 представляют собой входной двухвальный редуктор диапазонов передач с шестернями постоянного зацепления, блокируемых посредством зубчатых подвижных муфт 12. Шестерни 2 и 11 обеспечивают получение трех передач переднего хода, а шестерни 4, 5 и 7 — заднего. Валы 6 и 8 также представляют собой двухвальную четырехступенчатую КП с шестернями 9 постоянного зацепления, которые блокируются с валом 8 посредством многодисковых фрикционных муфт 10 с гидронажимным механизмом. Следовательно, в данной схеме составной КП можно получить двенадцать передач переднего хода и четыре заднего. При этом внутри установленного диапазона переключение передач осуществляется без остановки трактора.

В качестве примера рассмотрим составную КП тракторов МТЗ-80/82 (рис. 4.5).

Она имеет двухступенчатый понижающий редуктор и основную КП, которые обеспечивают получение 18-ти передач вперед и четырех назад. Основная КП — девятискоростная, состоит из первичного1, промежуточного 22 и вторичного 12 валов, а также вала 25 пониженных передач и передач заднего хода, расположенных в корпусе 11. На вторичном валу 12 установлена ведущая шестерня 13 центральной передачи. Внутри промежуточного вала 22 проходит вал 14 привода независимого ВОМ.

Основная КП имеет свой двухступенчатый редуктор. Он состоит из двухвенцовой шестерни-каретки 16, которая может входить в зацепление с шестерней 7 вторичного вала или с внутренними зубьями шестерни 15, свободно установленной на промежуточном валу 22 и находящейся в постоянном зацеплении с неподвижной шестерней 10 вторичного вала. Зацепление шестерен 16 и 7 дает первую ступень редуктора, а шестерен 16, 15 и 10 — вторую.

На шлицах первичного вала 1 имеются подвижные шестерни- каретки 2, 3 и 4, которые могут входить в зацепление соответственно с шестернями 21, 19 и 18, неподвижно установленными на промежуточном валу 22, и обеспечивать три передаточных числа. С промежуточного вала момент передается через первую или вторую ступень редуктора. В результате число передач удваивается. В рассматриваемой схеме КП (рис. 4.5,г) передачи с третьей по восьмую получаются по схеме трехвальной КП.

На первой и второй передачах и передачах заднего хода момент с первичного вала 1 на вторичный вал 12 передается через вал 25 пониженных передач. При этом момент с шестерни 4 через двухвенцовую шестерню 17, свободно установленную на промежуточном валу 22, передается на шестерню 28, которая находится в постоянном зацеплении с малым венцом шестерни 17. Далее с вала 25 момент передается на промежуточный вал 22 и через редуктор на вторичный вал 12. Для получения первой и второй передач каретка 27 вводится в зацепление с шестерней 19, а двух передач заднего хода с промежуточной шестерней 26. Последняя находится в постоянном зацеплении с шестерней 20.

Девятая передача получается введением в зацепление шестерни 4 с внутренними зубьями шестерни 7 (прямая передача). Переключение передач производится рычагом 8, перемещающим ползуны 5, которые удерживаются от самопроизвольного передвижения фиксаторами 6 в крышке 9.

Понижающий редуктор (см. рис. 4.5,г), установленный перед основной КП, удваивает число передач. Он состоит из двух пар шестерен 29, 24 и 23 и зубчатой муфты 30. Когда муфта вводится в зацепление с шестерней 24, момент передается без изменения (прямая передача), при введении в зацепление с шестерней 29 получается пониженная передача.

На тракторах МТЗ-80/82 может быть также установлен двухступенчатый планетарный ходоуменьшитель, позволяющий получать дополнительно четыре пониженные передачи переднего и четыре заднего хода.

Рис. 4.5. Составная КП тракторов МТЗ — 80/82:

а — продольный разрез, б — поперечный разрез, в разрез по валу пониженных передач и передач заднего хода; г — кинематическая схема

Ступенчатые коробки передач

Механические ступенчатые коробки передач, в отличие от бесступенчатых, позволяют изменять крутящий момент, передаваемый трансмиссией ведущим колесам, скачкообразно (ступенчато). Это существенный недостаток такого типа коробок передач, который компенсируется простотой их конструкции, относительной надежностью и неприхотливостью. Кроме того, ступенчатые коробки передач позволяют повысить динамические качества автомобиля (например, при разгоне) и его экономичность. По этим причинам ступенчатые коробки передач в настоящее время широко применяются во всех типах автомобилей и автобусов.

Типы ступенчатых коробок передач

Ступенчатые коробки передач классифицируются по нескольким основным признакам:

Они могут быть простыми (вальными) и планетарными в зависимости от подвижности геометрических осей их валов.

По числу валов простые коробки делятся на двух-, трех- и многовальные коробки передач.

По числу ступеней (учитываются лишь передачи переднего хода) коробки передач подразделяются на двух-, трех-, четырех-, пятиступенчатые и многоступенчатые.

По способу переключения передач коробки могут быть с подвижными зубчатыми колесами, муфтами легкого включения и с синхронизаторами.

По способу управления различают коробки передач с непосредственным, дистанционным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

По выполняемым функциям коробки передач подразделяют на основные, делители и дополнительные.

Помимо приведенных признаков классификации коробки передач делятся по числу ходов (плоскостей перемещения рычага переключения передач) на двухходовые и трехходовые. Двухходовыми являются трехступенчатые коробки передач, которые в настоящее время можно встретить лишь на автомобилях старых марок, например, ГАЗ-21.

На современных автомобилях в качестве основных наибольшее распространение получают простые, двух- или трехвальные коробки передач. Число передач в таких коробках обычно 4…5. Увеличение числа передач на автомобилях-тягачах, вездеходах и автомобилях большой грузоподъемности осуществляется путем установки делителя (мультипликатора) или дополнительной коробки (демультипликатора), что позволяет соответственно повысить плотность ряда и расширить диапазон передаточных чисел. В этом случае общее число передач равно произведению числа передач основной коробки передач и дополнительной. Многоступенчатые коробки передач имеют 5 или 6 валов и поэтому являются многовальными.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей применяются коробки передач с непосредственным управлением, при котором водитель посредством рычага воздействует на элементы механизма переключения передач (штоки, вилки, синхронизаторы или муфты) и включает выбранную передачу. При дистанционном управлении усилие от рычага управления на механизм переключения передач осуществляется через систему тяг и рычагов. Элементы полуавтоматического управления имеются в приводе управления делителем автомобилей марки «КамАЗ» и дополнительной коробки передач автомобиля КрАЗ-260.

Автоматический привод для управления ступенчатыми коробками передач не применяется, и обычно используется в управлении гидромеханическими коробками передач.

Планетарные коробки передач, как правило, применяют в качестве дополнительных коробок в гидромеханических передачах для усиления преобразующих свойств гидротрансформаторов.

Кинематические схемы коробок передач

Конструкционные, преобразующие и эксплуатационные свойства коробок передач зависят от ее кинематической схемы. На рис. 1 приведены наиболее распространенные кинематические схемы простых ступенчатых коробок передач.

Любая ступенчатая коробка передач представляет собой зубчатый редуктор, в картере 1 которого на валах установлены подвижные 8 или неподвижные 6, 7 зубчатые колеса. Входной вал 3 называется первичным валом, а выходной вал – вторичным валом. В трехвальной коробке передач третий вал 10 называется промежуточным валом, а первичный и вторичный валы располагаются соосно.

Подробнее о трехвальной коробке передач

Теперь вернемся к вопросу числа валов, который мы затронули в одном из разделов выше. МКПП бывают двух- и трехвальными. Для начала разберем трехвальную «механику», а затем вернемся к двухвальной. К основным элементам агрегата отнесем:

• Первичный (иначе называемый ведущим) вал;
• Промежуточный вал;
• Вторичный (иначе называемый ведомым) вал с блоками шестерен с синхронизаторами;
• Картер, в котором расположены указанные элементы и механизм переключения передач.

Ведущий вал трехвальной МКПП имеет шлицы, обеспечивающие соединение с ведомым диском сцепления. Крутящий момент, получаемый от ведущего вала, передается через соответствие шестерни, которые сцепляются с ним.

Промежуточный вал всегда располагается параллельно ведущему валу. На нем расположен блок шестерен, одна из которых и должно быть сцеплена с параллельно расположенной шестерней ведущего вала. Что касается ведомого вала, то он находится на одной оси в ведущим. Это возможно благодаря использованию торцевого подшипника на ведущем валу, в который также входит ведомый вал. При этом блок шестерен последнего не имеет жесткого крепления и может вращаться свободно. При этом шестерни промежуточного и ведомого вала, так же как и шестерни ведущего, находятся в постоянном зацеплении.

Читатель наверняка догадался, что между шестернями ведомого вала устанавливаются синхронизаторы, иначе называемые муфтами синхронизаторов. Их работы основана на выравнивании угловых скоростей шестерен за счет сил трений. Синхронизаторы закреплены на ведомом валу, однако они могут двигаться по вдоль вала благодаря шлицевому соединению. В современных агрегатах синхронизатором оснащена каждая из передач.

В трехвальной коробке передач механизм подключения находится прямо в корпусе агрегата. Он представляет собой совокупность рычага управления и т.н. ползунов с вилками. В тандеме с этим механизмом работает и устройство блокировки. Управляется все механизмы дистанционно, т.е. посредством манипуляций с рычагом переключения передач, который выведен в салон автомобиля.

Устройство коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.

Устройство механической коробки передач (кликабельно). Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. 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.

Трансмиссия: виды коробок передач

Как известно, КПП — один из важнейших узлов автомобиля, отвечающий за передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам. Современные автомобили оснащены механической или автоматической трансмиссией.

Все типы и виды коробок передач имеют отличия в работе, устройстве и функциональности. В этой статье мы рассмотрим, какие виды МКПП и виды АКПП бывают, а также главные особенности различных типов трансмиссий.

Устройство механической коробки передач

Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер. Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки. Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

Принцип работы и устройство двухвальной коробки передач

Двухвальная механика имеет в своём составе:

• Валы: ведущий и ведомый;
• Шестерни обоих валов;
• Главную передачу;
• Дифференциал;
• Синхронизаторы;
• Механизм переключения скоростей;
• Корпус или картер.

Этот тип коробок не имеет промежуточного вала. Ведущий и ведомый валы стоят параллельно друг другу. Вращающий момент от шестерёнок первичного вала передаётся на те же детали вторичного.

Благодаря отсутствию промежуточного вала удалось заметно уменьшить вес и размеры трансмиссии. Поэтому двухвальную коробку ставят на авто и на некоторые мотоциклы. Для оптимизации работы она наделена большим числом шестерёнок, чем трёхвальная. Но эта особенность привела к снижению коэффициента полезного действия.

Шестерёнки валов свободно крутятся и активно взаимодействуют. Между ними размещаются муфты синхронизаторов. На ведомом валу ведущая шестерня от главной передачи имеет надёжную фиксацию. Она взаимодействует с ведомой.

На многих трансмиссиях данного типа бывает несколько вторичных валов. На всех присутствует такая ведущая шестерёнка. Количество ведомых валов не превышает трёх. Оно зависит от конструкции и марки КПП.

Вращающий момент с ведомого вала посредством дифференциала и главной передачи передаётся колёсам авто, являющимся ведущими. При этом иногда колёса могут крутиться с различной скоростью. Например, это бывает, если одно из них попадает на скользкую поверхность.

Механизм, который отвечает за переключение передач размещают за пределами корпуса коробки. Для соединения его с трансмиссией могут применяться тяги или тросы. На современных авто обычно устанавливают тросовые МКПП.

Механизм переключения передач состоит из:

• Троса выбора скоростей и рычаг для управления ими;
• Троса, отвечающего за переключение передач и рычаг, обеспечивающий их выбор;
• Штока включения скоростей, оснащённый вилками, и ручка, отвечающая за включение ступени;
• Замка блокировки.

При осуществлении выбора передачи рычаг управления должен переместиться в поперечном направлении. А, когда включается скорость, он двигается продольно.

Двухвальная трансмиссия работает практически также, как и трёхвальная. Но механизм переключения у них отличается. У этой КПП при выборе определённой ступени рычаг двигается продольно и поперечно. При поперечном движении на трос передаётся усилие. Он действует на рычаг, отвечающий за выбор скоростей. Поворачивается шток и выбирается скорость.

Такая коробка ставится на многие нынешние переднеприводные машины.

Принцип работы МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.
Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.

Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.
Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Как это работает

Проще всего пояснить принцип действия данного узла на примере работы механической коробки передач. По сути, МКП это многоступенчатый понижающий редуктор, собранный по трехвальной, а реже по двухвальной схеме. Первичный, или ведущий вал посредством сцепления соединен с маховиком ДВС. Вторичный, или ведомый вал имеет жесткое соединение с карданным валом автомобиля. Третий, промежуточный, вал необходим для передачи оборотов от ведущего вала к ведомому. Валы располагаются параллельно друг другу и собраны в едином корпусе.

На ведущем валу располагается шестерня, передающая движение промежуточному валу. Промежуточный вал оснащен блоком мертво закрепленных шестерен, часто изготовленных как единое целое. Шестерни ведомого вала расположены в щлицах оси или специальных ступицах. Между ними располагаются муфты включения передач, которые вращаются вместе с валом, но способны передвигаться по его продольной оси. Шестерни и муфты ведомого вала могут взаимодействовать друг с другом при помощи зубчатых венцов на своих торцевых поверхностях.

При включении какой либо передачи, кроме заднего хода, муфта, ответственная за ее включение соединяется с соответствующей шестерней и блокирует ее. Двигаясь как единое целое, ведомый вал передает вращение на карданный. Поступательное движение муфте сообщает водитель транспортного средства, воздействуя на нее при помощи ручки переключения передач, взаимодействующей с вилками и ползунами коробки.

Статья в тему: Экстренные ситуации на дороге: прокол колеса

Четырехступенчатая коробка передач и схема ее работы

Цветом выделены:

• Первичный вал – оранжевый
• Вторичный – желтый
• Промежуточный – серый

Цифро-буквенные обозначения указывают на номер передачи и задний ход. Нейтральное положение и включение первой передачи

Пятиступенчатая коробка передач

Видеоролик, который демонстрирует принцип работы.

Преимущества и недостатки МКПП

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Механическая коробка для начинающих

Эксплуатация механической коробки является сложной задачей для «чайников», как часто называют начинающих водителей. Необходимо контролировать обороты двигателя, переключать скорости, при этом не терять концентрации и следить за дорогой.

Для управления механической коробкой необходимо:

• запомнить алгоритм переключения передач;
• контролировать значения скорости и оборотов визуальным методом (по приборам);
• нажатие и отпускание педали сцепления выполняется плавно и до упора.

Если у водителя нет уверенности в своих силах, то рекомендуется потренироваться в управлении на свободной площадке. Постепенно человек начинает распознавать моменты переключения передач на слух. После этого для него не возникает трудностей при эксплуатации механической трансмиссии.

Скоростные диапазоны движения и схема переключения скоростей

Для автомобилей с двигателями объемом 1,2-2,0 л производители рекомендуют выдерживать скорости на передачах:

• первая — трогание с места и движение до скорости 20-30 км/час;
• вторая — разгон до 30-40 км/час;
• третья — движение со скоростью до 40-60 км/час;
• четвертая — 60-80 км/час;
• пятая — быстрее 80 км/час.

Значения указаны для движения по дороге с твердым покрытием. При эксплуатации автомобиля по бездорожью или скользкой трассе значения скоростей будут иными. Кроме того, для интенсивного разгона скорость на передаче может превышаться.

Пример графика скоростных диапазонов механической трансмиссии

Двигатели современных автомобилей не позволяют раскрутить коленчатый вал свыше допустимых оборотов, поскольку оборудованы электронным ограничителем.

Рекомендации со скоростными режимами движения на каждой передаче приведены в инструкции по эксплуатации автомобиля. В период обкатки возможно снижение показателей, необходимое для приработки деталей.

Подробный алгоритм переключения скоростей выглядит следующим образом:

1. Быстрым и плавным движением левой ноги выжать педаль сцепления до упора. Педаль газа при этом отпущена.
2. В момент достижения педалью сцепления низшей точки перевести рычаг выбора передачи в желаемую точку.
3. Плавно отпустить педаль сцепления, одновременно немного прибавляя обороты правой ногой. Этот пункт позволяет компенсировать снижение скорости транспортного средства за время переключения.
4. Добавить газ для достижения желаемой скорости.

Основные ошибки новичков — чего следует избегать

Неточности, которые допускают начинающие водители при работе с механической коробкой:

1. Сложности с троганием. Малоопытный водитель не может определить момент начала функционирования сцепления и работает им слишком быстро или медленно. Из-за этого мотор либо глохнет, либо подгорают фрикционные накладки сцепления.
2. Отсутствие слухового определения числа оборотов. Новичок продолжает ехать на повышенной частоте вращения, вместо того чтобы перейти на другую передачу. Или наоборот, не чувствует снижения оборотов мотора, продолжая попытки разгона на повышенной скорости. В обоих случаях двигатель подвергается сильным нагрузкам, снижающим ресурс. Кроме того, повышается расход топлива.
3. Попытки тронуться с места на повышенной передаче. Теоретически, опытный водитель может поехать с места со 2-й или 3-й передачи.
4. Удержание левой ноги на педали сцепления. Из-за этого устает ступня, постоянно находящаяся в напряжении. Немного поджатая педаль частично отключает сцепление, увеличивая его пробуксовку и износ.
5. При переключении левая рука неопытного водителя смещает руль в сторону, отклоняя авто от движения по выбранной траектории.

Как переключаться и слушать двигатель?

В процессе движения автовладельцу необходимо распознавать число оборотов двигателя на слух. Помощником малоопытным водителям является тахометр. При эксплуатации бензинового двигателя рекомендованный диапазон оборотов лежит в пределах 2-3 тыс. об/мин, для дизеля — 1,5-2,5 тыс. об/мин.