Коробка передач: назначение, принцип работы, типы

Специфика КПП.

Как приводятся валы в действие понятно. Теперь стоит рассмотреть другие важные параметры, такие как количество валов, способ переключения для «ручки».

Количество валов.

Следует запомнить, что существует две основные схемы работы МКПП, основанные на включении выбранной пары шестерен, от этого зависит величина крутящего момента:

1. двухвальная, имеет одну ступень зацепления оси, ведущим (первичным) и ведомым (вторичным) валом, такая схема используется для переднемоторных, переднеприводных автомобилей, а также заднемоторных, заднеприводных;
2. трехвальная, обладает двумя ступенями зацепления оси, помимо ведущего и ведомого вала (они располагаются параллельно друг другу) есть третий, промежуточный (размещается параллельно первым двум), используется для переднемоторных моделей (задне – или полноприводных).

Многовальные по своей конструкции, принципу действия полная аналогия двухвальных, только вторичных валов может быть несколько, встречаются МКПП, оборудованные тремя, четырьмя валами, у них нет промежуточного вала, количество передач не меньше шести, отличаются компактными размерами, переменным числом зацеплений, последовательным редуцированием.

Еще один редкий тип безвальная механика, встречается очень редко. Трехвальные коробки могут быть соосными (вторичный и первичный вал с прямой передачей, схема характерна для заднеприводных моделей) и несоосными (без прямой передачи, оборудованные раздаточной коробкой, что характерно полноприводным моделям).

Способ переключения ступеней и число ходов

По числу ходов, общему количеству муфт КПП делятся на двух-, трех-, четырех-, пятиходовые.

Существует несколько основных способов переключения. Начнем с самого малораспространенного, на основе подвижных шестерен кареток. Практически не встречается из-за сложной схемы. Переключение возможно только при неподвижных валах.

Вторая схема кулачковая. Используются кулачковые торцевые муфты, шестерни постоянного зацепления. Встречается очень редко у спортивных автомобилей, гоночных болидов, потому что требует высоких профессиональных навыков от водителя, некоторые сильно греются, подвержены повышенному износу, предназначена для эксплуатации на высоких скоростях. Специфика переключения может быть секвентальной и поисковой.

Третья схема наиболее распространенная. Это МКПП, имеющие постоянное сцепление шестерен. Переключение производится при помощи зубчатых муфт. Выше представлены схемы двухвальной и трехвальной трансмиссии. Отметим одну существенную деталь. КПП может быть с синхронизаторами и без синхронизаторов. Синхронизаторы это специальный узел, предназначенный для выравнивания угловых скоростей шестерен, что позволяет предотвратить их деформацию и разрушение.

1. ступица;
2. муфта;
3. блокировочное кольцо;
4. сухари;
5. проволочные кольца.

Такая схема используется на большинстве современных МКПП. Но встречается еще схема без синхронизаторов. Тут необходимы специальные навыки пользования. Прием называется двойной выжим. Чтобы включить повышенную нажимается сцепление, рычаг переводится в нейтральное положение. Затем сцепление отпускается. Потом сцепление снова нажимается, рычаг переводится на высшую передачу. Чтобы переключиться на пониженную требовалось выжать сцепление, переключить рычаг в нейтральное положение, отпустить сцепление, нажать на педаль акселератора, нажать сцепление, переключить рычаг, отжать сцепление. Большинство современных КП такую схему уже не используют, только раздатки (раздаточных коробках).

Четвертая схема – фрикционное переключение ступеней. Такая схема свойственна автоматам (гидромеханическим схемам, где есть гидротрансформаторы или гидромуфты). Хотя есть исключения. Для полноты картины отметим схему, при которой переключение выполняется при помощи муфт, центробежных или инерционных.

Разновидности АКПП

Структуры различных трансмиссий схожи, однако есть определенные различия сборки. Их можно разделить на некоторые типы, отличающиеся способом управления и проверкой эксплуатации. Одни управляются гидравлическим прибором, а другие – электронным распределителем.

Традиционный вариант – гидроавтомат

Самая простая коробка, которая ликвидирует непосредственное сообщение между колесами и движком. Крутящий момент посылается рабочей жидкостью путем функционирования 2-х турбин. В последующем механизм был усовершенствован с помощью электронного устройства, что дало возможность добавить режимы «спорт», «экономичная езда» и «зима», а так же «ручной режим», позволяющий выполнять самостоятельное переключение передач водителем (Tiptronic).

Вариаторная коробка

В ней нет определенного передаточного числа. Нормально функционирующий вариатор мягко меняет крутящий момент, за счет чего звук работы двигателя не меняется и остается ровным. Такой процесс исключает возможность отслеживать на слух момент переключения с одной передачи на другую.

Роботизированная трансмиссия

Иначе называемая «робот DSG», наиболее похожа на механическую коробку, но управление схоже с автоматической. Несмотря на это, весит она намного меньше стандартной автоматической коробки, стоит дешевле, а главное – изрядно экономнее механики по расходу топлива.

Как и остальные, такие виды коробки имеют свои минусы. Одним из них является повышенная чувствительность к быстрой агрессивной езде. В отличие от других автоматов, при сильном нажатии на педаль газа передачи переключаются как-то неправильно и появляются резкие толчки. Подобная эксплуатация приводит к повреждениям деталей, а в результате полный выход из строя всего механизма.

АКПП — что это такое

Классическая автоматическая передача представляет собой довольно сложный комплекс из двух устройств. Ответить на вопрос:  «Что это такое АКПП?» возможно только разобравшись в ее конструкции.

Автоматическая передача состоит из трех основных частей:

• Гидротрансформатора, который принимает крутящий момент от силового агрегата и передает его на следующий непосредственно за ним механизм.
• Собственно коробки перемены передач планетарного типа — данное устройство преобразует усилие и осуществляет привод колес через главный редуктор.
• Устройства управления, состоящего из некоторого количества золотников, регулирующего потоки масла к исполнительным механизмам.

По аналогии с механической трансмиссией гидротрансформатор АКПП играет роль сцепления — он установлен между двигателем и планетарным механизмом. Его устройство значительно более сложное и допускает проскальзывание передачи во время начала движения и торможения. На большинстве современных АКПП гидротрансформатор блокируется при высоких оборотах двигателя.

Видео компании Тойота поясняет принцип работы гидротрансформатора и других элементов АКПП:

Планетарная коробка соответствует по назначению своему механическому аналогу. Разница состоит в том, что в автомате переключения производятся сервоприводами, а на механике – вручную.

Фактически управление работой АКПП осуществляется при помощи двух педалей: акселератора и тормоза. При этом нажатие на «газ» не приводит к увеличению частоты оборотов двигателя, а влияет непосредственно на скорость движения.

Устройство узлов и механизмов

Конструкции отдельных элементов могут различаться. Рассмотрим только один из наиболее часто встречающихся вариантов — гидротрансформатор. Он имеет в своем составе:

• турбонасос;
• турбину;
• статор.

Корпус данного устройства жестко устанавливается на маховике, чем по аналогии оно сходно с корзиной механического сцепления.

Статоры бывают двух видов: неподвижные по отношению к блоку двигателя или стопорящиеся при помощи ленточного тормоза. Такая конструкция позволяет обеспечивать оптимальное использование крутящего момента, особенно на малых оборотах. Корпус гидротрансформатора заполнен вязким маслом.

Планетарная коробка или редуктор представляет собой целый набор механизмов в ее состав входят:

• эпицикл — большая шестерня с обращенными внутрь зубьями;
• малая солнечная шестерня;
• водило с шестернями сателлитами.

Видео — принцип работы планетарного ряда автоматической коробки передач:

Один из вышеперечисленных узлов зафиксирован неподвижно по отношению к картеру коробки. Сателлиты находятся одновременно в зацеплении, как эпицикла, так и малой солнечной шестерни. Помимо названных узлов в состав коробки входят фрикционные муфты, которые, в свою очередь, состоят из двух элементов: хаба – ступицы и барабана.

Между ними находится комплект из чередующихся стальных и пластиковых фрикционных дисков и кольцеобразного поршня, управляющего их работой. В планетарной КП имеется также обгонная муфта, ее конструкция может быть разной. Она устроена таким образом, что способна вращаться достаточно свободно в одну сторону и заклинивает при изменении направления.

Устройство АКПП, помимо названных выше узлов, имеет еще и механизм управления, принцип работы которого зависит от типа исполнительных механизмов.

В современных АКП золотники гидроприводов перемещаются под воздействием соленоидов, напряжение на которые поддается от электронного блока управления. В классическом варианте управление осуществляется с учетом положения педали акселератора и регулятора давления масла центробежного типа установленного на выходном валу коробки.

Водитель выбирает режим работы АКП при помощи селектора, в большинстве современных автомобилей он устанавливается на центральной консоли. Управление может быть продублировано кнопками на рулевом колесе.

Принцип работы вариатора

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.

По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.

При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.

Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.

То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.

Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.

Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.

Устройство коробки полуавтомата

В любом полуавтомате имеется сразу два механизма сцепления – это основное отличие такой системы от классической механической коробки. Наиболее распространенной схемой работы таких полуавтоматов является взаимодействие механизмов лишь с определенной группой имеющихся шестеренок, которые могут быть четными или нечетными. Такая компоновка позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на переключение, а также повышает четкость и плавность этого процесса.

На практике это выглядит следующим образом. При движении автомобиля система анализирует информацию со всех датчиков и других систем. На основании полученной информации, при уже включенной передаче, коробка полуавтомат заблаговременно готовится включить следующую. Происходит это незамедлительно после наступления определенных условий. В итоге удалось сократить время переключения до 8 миллисекунд – такими показателями может похвастаться не каждый современный «автомат».

Коробка полуавтомат, принцип работы которой достаточно сложен, отличается наличием массы электронных систем, учитывающих многочисленные параметры при движении автомобиля, в котором педаль сцепления отсутствует за ненадобностью. Все внутренние механизмы должны работать синхронно и очень четко – именно в этом случае достигается высокое удобство при управлении таким автомобилем. Водитель может вносить собственные коррективы в работу такой коробки при помощи специальных переключателей, обычно расположенных под рулевым колесом. На сегодняшний день известно уже несколько вариаций таких коробок – окончательная конструкция будет зависеть от автопроизводителя. О видах коробок рассказано на видео:

МКПП устройство и принцип работы механики

МКПП состоит из муфт, синхронизаторов, шестеренок и валов. Двигатель и КПП связаны узлом сцепления. Для их разъединения необходимо выжать педаль сцепления. Именно в этот момент и следует включать требуемую передачу.

При выборе передачи грамотный водитель ориентируется на текущую дорожную обстановку и скорость движения автомобиля. Это довольно удобно для тех, кто предпочитает активную, маневренную езду — для резкого ускорения есть возможность включить пониженную передачу.

Однако есть и один значительный недостаток. Представьте только, вы в центре города, час пик, вы попадаете в очередную пробку и вам все время приходится дергать рычаг КПП.

Ключевые конструктивные преимущества МКПП:

1. Простота обслуживания и эксплуатации.
2. Надежность.
3. Небольшой вес.
4. Высокий КПД.
5. Компактность.

Интересно, что в устройстве автомобилей для раллийных и шоссейных гонок также предусмотрена «механика», однако вместо рычага переключения применяют специальные кнопки на рулевой колонке — подрулевые «лепестки», позволяющие значительно сократить длительность переключения передач.

Чтобы добиться максимальной плавности движения автомобиля с МКПП, нужен опыт. Помимо этого, у каждого автомобиля свои особенности работы сцепления и ПП, к которым нужно привыкнуть.

Чем отличается механика от автомата в машине

Механическая коробка передач принципиально отличается от автоматической в автомобиле. В автоматической коробке передач переключение передач происходит при достижении определенного давления масла, которое зависит от оборотов двигателя и контролируется различными датчиками. Водителю не нужно заниматься переключением передач, все контролируется электронным блоком. Он «командует» открытием определенного канала, по которому течет масло. Возникающее давление сжимает нужные фрикционные диски и освобождает диски, которые уже вошли в зацепление. В результате переключение передач происходит быстро и без рывков, что позволяет автомобилю быстро и плавно разгоняться.

Ознакомьтесь с нашими рекомендациями по выбору лучшей трансмиссии для автошкол.

Гидротрансформатор используется для преобразования крутящего момента от двигателя к автомату, механическое сцепление отсутствует. Водителю не нужно управлять им, поэтому в автомобилях с автоматической коробкой передач нет педали сцепления.

Механическая коробка передач также является по сути закрытой коробкой передач. Он состоит из различных шестерен, некоторые из которых сцепляются в определенное время, так что происходит изменение вращения между входным и выходным валами. Электроника для контроля оборотов двигателя или других параметров отсутствует. Необходимая комбинация передач включается водителем с помощью рычага коробки передач.

Коробка передач передает через свои узлы большое количество крутящего момента, поэтому особую роль в ней играет сцепление — узел, распределяющий передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач в нужный момент.

Вот разница между ручным и автоматическим режимами:

• • При управлении автомобилем с автоматической коробкой передач вам не нужно следить за оборотами двигателя и постоянно переключать передачи;
  • С автоматом езда будет более плавной;
  • В автомобилях с автоматом нет необходимости использовать правую ногу для управления педалями, левая нога не используется из-за отсутствия педали сцепления.

Женщины и новички предпочитают автоматику из-за простоты использования.

Плюсы и минусы механической коробки передач

Механические коробки передач имеют несложную конструкцию, что делает автомобили более дешевыми и простыми в обслуживании. Преимуществами механической коробки передач являются:

• • дешевый ремонт в случае поломки;
  • высокая прочность;
  • Экономия бензина (на 10-15% по сравнению с автоматической коробкой передач);
  • высокая эффективность;
  • Возможность буксировки, запуска двигателя с ускорением.

Вторичность автомобиля с механической коробкой передач высока, водитель может сам выбирать стиль вождения, выбирая нужную передачу в нужное время.

Механическая коробка передач не лишена недостатков:

• • это усложняет управление автомобилем;
  • увеличивает риск отказа сцепления, если водитель неопытен;
  • увеличивает нагрузку на двигатель при неправильном включении передачи
  • Она увеличивает интервал переключения передач (по сравнению с автоматической коробкой передач);
  • Утомляет водителя при городской езде.

В то же время механическая коробка передач — хорошее подспорье при движении по снегу или грязи. Особенно если вы опытный водитель и умеете вовремя переключать передачи. Автоматическая коробка передач менее способна работать в таких условиях.

Неопытный водитель может в мгновение ока сломать механическую коробку передач или сцепление.

Хорошее чтение о том, как пользоваться механической коробкой передач.

Виды автоматических коробок передач

Возможно применение нескольких вариантов конструктивного типа автоматических коробок:

1. Вариаторных – механизм, основу которого составляет клиноременная передача с парой шкивов. Бесступенчатое переключение скоростей обеспечивает измерение диаметров, с раздвижением или сдвиганием конусов.
2. Роботов – вариация механической коробки с усложненной конструкцией, позволяющей автоматически переключать скорости, без участия водителя.
3. Классической АКПП – модели с планетарным редуктором, управляемым гидроблоком.

Для каждой трансмиссии характерны свои особенности управления, плюсы и минусы.

Плюсы и минусы автоматической коробки передач

Большинство современных автомобилей с автоматической коробкой передач могут адаптироваться к стилю вождения водителя. Если он предпочитает спокойный стиль вождения, контроллер не позволит двигателю развивать большую мощность. Если водитель предпочитает более агрессивный стиль вождения, компьютер даст сигнал работать быстрее в автоматическом режиме.

Преимуществами автоматических трансмиссий являются:

• • удобство вождения;
  • плавное ускорение;
  • отсутствие перегрева агрегатов при неправильном рулевом управлении;
  • более равномерное распределение нагрузки на шасси и двигатель;
  • длительный срок службы при соблюдении рекомендаций производителя.

Недостатком автоматической коробки передач является более высокая стоимость автомобиля. Еще один недостаток — более высокие требования к обслуживанию автоматической коробки передач: необходимо следить за уровнем масла и вовремя его менять. Исключением является необслуживаемая автоматическая коробка передач, которая не требует замены масла.

Некоторые автомобили с автоматической коробкой передач не способны противостоять скольжению на льду, что требует особого внимания зимой.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная КПП по принципу действия схожа с механической, но с небольшим усовершенствованием в виде актуаторов для переключения передач. Схожесть с АКПП проявляется только в том, что сцепление расположено в корпусе коробки (на МКПП находится на маховике).

В роботизированной КПП один ведущий вал имеет внутреннюю полость, за счет которой крепится второй вал. Оба вала имеют отдельное сцепление и определенный набор взаимодействующих, при необходимости. Управление сцеплением и синхронизаторами происходит за счет работы сервоприводов. Сервоприводы или актуаторы бывают нескольких типов: электрические или гидравлические.

Управление всем механизмом работы и взаимодействием с другими системами автомобиля берет на себя микропроцессорный блок управления (МБУ). К нему подключаются датчики двигателя, а сам МБУ подсоединен к бортовому компьютеру.

Автоматическая коробка передач

Так выглядит автоматическая коробка передач в салоне автомобиля

Автоматическачя коробка функционирует благодаря передаче крутящегося момента с помощью гидротрансформатора и планетарных шестерен. В автомобилях с АККП отсутствует за ненадобностью педаль сцепления, что в значительной степени облегчает вождение автомобиля. Более низкая эффективность такой системы обуславливается отсутствием постоянной связи ведущих колес и двигателя автомобиля.

Легкость в управлении дает некоторые отрицательные черты, с которыми приходится мириться водителю транспортного средства: более высокая стоимость автомобиля, больший расход топлива при движении, низкая максимальная скорость автомобиля, по сравнению с аналогичным транспортом, снабженным МКПП. Низкий КПД такого автомобиля достигается из- за использования в системе гидротрансформатора, который представляет собой два лопастных колеса, заключенных в масляную ванну.

В отличие от автомобилей с механикой, коробка передач с АКПП представляет собой достаточно простую систему. Существует три основных положения ручки АКПП: движение вперед, движение назад и стоянка.

Некоторые отрицательные параметры АКПП заставили разработчиков создать несколько иные варианты такой коробки передач. На данный момент существует три основных типа, которые используют в современных автомобилях: — классическая АКПП, в которой отсутствует прямая связь между колесами и двигателем, используется многодисковое сцепление, крутящийся момент передается рабочей жидкостью, а автомобиль расходует достаточно большой объем горючего материала; — вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент и постоянно снимать с мотора максимальную мощность. Автомобиль, снабженный вариатором, имеет меньшую массу и затрачивает значительно меньше топлива, чем его аналог с обыкновенной АКПП; — роботизированная коробка. Гибрид АКПП и МКПП. Данный вариант имеет строение как в механической коробке передач, хотя при этом управляется как классическая АКПП. Обладает хорошей экономичностью и небольшим весом, но высокая стоимость производства такой коробки передач серьезно влияет на ее окончательную цену.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Правила буксировки автомобиля с АКПП
• Принцип работы корзины сцепления
• Замена переднего подшипника ступицы