МКПП — механическая коробка переключения передач

Обороты двигателя и переключение передач

Тахометр

Тахометр на приборной панели, если он есть, является одним из самых наглядных «помощников» правильного переключения передач на механике. Главное знать основные принципы, как по нему ориентироваться. Для этого условно разделим шкалу тахометра автомобиля со стандартным бензиновым мотором на следующие зоны:

1. 0-850 об/мин — в этом диапазоне двигатель либо не работает вовсе, либо делает это неустойчиво, с перебоями, задыхаясь и кашляя.
2. 850-950 об/мин — так называемые холостые обороты, которые нужны, чтобы прогревать двигатель, диагностировать его, стоять в пробке или на перекрёстке и так далее.
3. 950-2000 об/мин — низкие обороты, на которых крутящий момент вырабатывается крайне низкий, а потому ездить на них не стоит.
4. 2000-3500 об/мин — оптимальный диапазон для езды, причём, верхний предел является точкой максимально возможного крутящего момента.
5. 3500-∞ об/мин — высокие обороты, при которых крутящий момент уже не растёт, а расход топлива ещё как.

Стоит уточнить, что в зависимости от марки и модели автомобиля верхний предел оптимального для езды диапазона — немного разный. К примеру, на отечественных автомобилях ВАЗ это 3000 об/мин, а на некоторых иномарках доходит до 4500 об/мин. У дизелей показатели поскромнее. Для своей машины эту цифру можно узнать из технических характеристик. В пункте, в котором указано, при каких оборотах конкретный силовой агрегат развивает максимальный крутящий момент. Далее в примерах будет фигурировать цифра 3000 об/мин, так как она актуальна для большинства легковых машин с бензиновыми двигателями.

Из рассмотренного списка следует, что правильным переключением передач будет такое, при котором обороты двигателя не будут выходить за пределы оптимального диапазона. То есть, примерно так. Включили первую передачу, тронулись и разгоняемся до тех пор, пока двигатель раскрутится до 3000 об/мин. Это самое время, чтобы переключиться на следующую, то есть, на вторую передачу. Дальше ускоряемся по аналогичному принципу.

Чтобы замедлиться, действуем ровным счётом наоборот. Допустим, едем мы на пятой передаче и на тахометре 2800 об/мин. Сбрасываем «газ» до тех пор, пока стрелка не опустится до 2000 об/мин. Это самое лучшее время, чтобы включить передачу пониже, то есть, четвертую. Если же нам надо сбросить скорость до какой-то минимальной, то четвёртую включать необязательно. При замедлении передачи вполне можно, и даже нужно, перескакивать, сопоставляя с ними скорость движения.

Строение и принцип работы двухвальной механической коробки переключения передач

Принцип работы механической коробки передач состоит в следующем. Валы соединяются друг с другом шестернями с различным количеством зубцов. Их задача заключается в том, чтобы адаптировать КПП к изменяющимся условиям движения автомобиля.

Проще говоря, МКПП изменяет режимы работы двигателя за счет изменения крутящего момента, передающегося ведущим колесам. При снижении оборотов уменьшается передающее усилие, при повышении оборотов оно увеличивается. Таким образом поддерживается необходимый режим работы двигателя в начале движения, при увеличении скорости и торможении.

Конструктивно двухвальная механическая коробка состоит из:

• ведущего и ведомого валов;
• шестерней валов;
• главной передачи;
• дифференциала;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач;
• корпуса-картера.

Большинство современных автомобилей с передним приводом оснащаются двухвальными механическими трансмиссиями. В таких КПП передача крутящего момента происходит от шестерней ведущего вала к шестерням ведомого. Первый соединен с двигателем за счет маховика, а от второго крутящий момент поступает к колесам. Оба вала функционируют параллельно.

В двухвальных КПП отсутствует промежуточный вал, которым оснащаются трехвальные трансмиссии. За счет этого она обладает меньшими размерами и весом, но большое число шестеренок в такой конструкции уменьшает КПД. Благодаря компактности коробки она может использоваться для оснащения тяжелых мотоциклов.

Вторичный вал расположен параллельно первичному. Свободно крутящиеся вокруг своей оси шестеренки находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

На вторичном валу располагается ведущая шестеренка главной передачи. В отличие от прочих, она надежно зафиксирована. Между шестернями расположены муфты синхронизаторов.

Установка трех вторичных валов позволяет уменьшить размеры трансмиссии, повысив при этом число передач. Каждый вал оснащается шестерней главной передачи, находящейся в постоянном взаимодействии с ведомой шестерней.

Работа ведущих колес обеспечивается за счет получения крутящего момента от главной передачи и дифференциала. Благодаря последнему, колеса вращаются с неодинаковой скоростью. Заметить разницу в скорости вращения можно в том случае, когда одно из колес попадет, к примеру, на скользкое дорожное покрытие.

Механизм, переключающий передачи, расположен за пределами корпуса коробки и связан с ней тросами и тягами. Чаще всего для переключения режимов используются тросы.

Говоря об устройстве и принципе работы механической коробки передач, отметим, что конструктивно КПП включает в себя:

• трос, с помощью которого выбираются скорости, с рычагом управления;
• трос, включающий передачи, с рукоятью выбора;
• шток включения ступеней с вилками;
• рычаги включения скоростей;
• блокирующий замок.

В процессе выбора той или иной скорости рычаг управления перемещается в поперечном направлении, в процессе включения – в продольном.

Принцип работы двухвальной трансмиссии аналогичен работе трехвальной. Разница заключается в специфике функционирования механизма, переключающего передачи.

При выборе передачи рукоять управления перемещается в продольном и поперечном направлениях. В процессе поперечного перемещения основное усилие приходится на трос, приводящий в действие рычаг выбора скорости. Сам рычаг, проворачивая шток вокруг своей оси, помогает включить тот или иной режим.

Чтобы понять принцип работы механической коробки, можно посмотреть видео

https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4

Планетарный редуктор и планетарная передача — теория

Рассмотрен принцип действия планетарной передачи, указаны преимущества и недостатки применения планетарных редукторов. Приведена схема планетарной передачи и расчет передаточного отношения редуктора.

Планетарный редуктор и планетарная передача

Зубчатая передача

Зубчатая передача

Устройство планетарного механизма основано на вращении тел зубчатой передачи, которые непосредственно взаимодействуют с главным двигателем. Именно такое соединение и служит для передачи силы от редуктора до других механизмов с изменением скорости их вращения. Таким образом происходит передача крутящего момента от двигателя на колеса через основную ось, главную шестерню и сателлиты.
Вообще устройство зубчатой передачи достаточно простое и понятное. Вот, что входит в конструкцию обычной передачи.
Для соединения с главной передачей имеются две зубчатые шестерни, таким образом происходит зацепление. При движении происходит передача скорости вращения с главной шестерни на ведомую за счет зацепов. Наименьшее колесо в конструкции называется шестерней, а наибольшее будет главным и ведомым колесом.

Планетарный механизм

Схема планетарной передачи

Редукторы с зубчатой передачей, колеса которых имеют движущиеся оси, называются планетарными. Внутри расположены зубчатые колеса, перемещающиеся на своих, геометрических осях. Такие шестерни получили название сателлиты, потому что вся конструкция очень похожа на солнечную систему. Главные шестерни называются центральными колесами. Сателлиты крепятся на своих осях и вращаются вокруг главной передачи при помощи водила, которое движется так же, как и центральное колесо, вокруг главной оси. Центральное колесо остается неподвижным, а другие шестерни можно заблокировать или разблокировать полностью.

Если центральное колесо неподвижно, то второе постоянно движется. Ведущим здесь является вал подвижного колеса, а ведомым-водила. Если разблокировать все зубчатые колеса вместе с ведомым, то такая передача будет дифференциальной. Выделяют два основных и ведущих звена и одно ведомое.

При подробном рассмотрении простейшей планетарной передачи мы видим: ведущее колесо или водило, ведомое с тремя сателлитами, вращающимися вокруг центральной оси и центральное, неподвижное колесо.

Передаточное отношение

Чтобы рассчитать передаточное отношение редуктора, необходимо заметить определенное количество неподвижных звеньев(1,2,3 и Н) и условно задать им поступательное вращение со скоростью wH, равное скорости вращения водила, но с обратным знаком. Скорость зацепления зубчатых колес не изменяется. Таким образом скорость + wH +(- wH)=0, то есть водило будет остановлено. Если водило неподвижно, тогда планетарная передача превращается в зубчатую, где все колеса неподвижны. Сателлиты не учитываются. Их вращение будет положительным при одинаковом вращении шестерен, а отрицательным при противоположном вращении:i=(? 1 -? H)/(? 3 -? H)=-(z 3 /z 1), где z 1 и z. Если колесо 3 закреплено неподвижно, то угловая скорость водила Н = 1 /[1+(z 3 /z 1)], а передаточное отношение i =1+z 3 /z 1.

Как обычно, для работы редуктора с одноступенчатой передачей при больших нагрузках становится мало, поэтому стали изготавливать двух и трех ступенчатые редукторы, а иногда и четырех ступенчатые. Чаще всего применяется двухступенчатая передача.

Двухступенчатая планетарная передача.

Схема двухступенчатой планетарной передачи

Для других редукторов передаточное отношение высчитывается таким же способом. Для двухступенчатого редуктора, где центральное колесо 1—ведущее, водило Н2 — ведомое, центральные колеса 3 и 4 закреплены в корпусе, передаточное отношение i=1+z 2 z 3 /z 1 z 4.

При всех достоинствах планетарного редуктора, нужно знать, что при сильном вращении шестерни, КПД всего механизма сильно ухудшается.

Нагрузка от центрального колёса водила восприниматься всеми шестеренками (1-6) одинаково, при этом их размеры значительно меньше, чем у обычной передачи. Следовательно, главными преимуществами планетарной передачи являются большая скорость вращения, небольшой вес и компактность. Дифференциальные передачи используются в автомобиле для разложения движения, а так же в различных станках. К минусам такой передачи относится ее трудоемкое изготовление и сложная сборка на предприятии. Такие редукторы благодаря своим преимуществам находят свое применение во многих отраслях производства: в машиностроении, приборах, станкостроении, в транспорте.

Использован материал из книги «Детали машин» Гузенков П.Г.

Так же по теме предлагаем статью «Планетарный редуктор» с примером расчета передаточного отношения и анимированными схемами ступеней планетарного редуктора.

Экскурс в историю

На первых автомобилях не было привычного для нас редуктора с зубчатыми передачами, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю необходимо было перекинуть кольцо с одной пары шкивов на другую. Зубчатые колеса в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции были механические коробки.

Передача крутящего момента от нее на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи. Соосная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.

На первых порах в автомобилестроении преобладала разнесенная компоновка агрегатов, при которой редуктор располагался отдельно от силового агрегата. Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как было на модели BMW 501.

Механические коробки первых выпусков были очень сложными, управление ими требовало значительных усилий и хороших навыков. В 1928 году американский инженер Шарль Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая удачная коробка, снабженная таким механизмом, была установлена на автомобиле «Корвет». На европейском континенте лидером в разработке трансмиссий стала компания ZF.

Прочно закрепившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры -механическая коробка переключения передач. Ранее в названии под первой буквой П понималось слово перемены, однако со временем оно было заменено на более подходящее по смыслу. Сокращенное наименование механической коробки в технических описаниях часто фигурирует с числом, обозначающим количество ступеней.

Современная МКПП имеет достаточно совершенное устройство, обеспечивающее, помимо переключения передач в движении, выполнение ряда функций:

• обеспечение перемещения автомобиля задним ходом;
• разобщение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля во время кратковременных остановок;
• наличие нейтрального положения коробки позволяет выполнять пуск двигателя.

Автомобили, оснащенные такого рода трансмиссиями, при прочих равных показателях экономичнее машин с автоматической трансмиссией.

Основные неисправности механической коробкой передач (МКПП) и их симптомы

1. посторонние шумы во время эксплуатации или при выборе скорости
2. не включается какая-либо скорость или все скорости
3. затрудненное включение скоростей
4. самовыключение скорости
5. подтекание трансмиссионной жидкости

Появление шума при нахождении рычага

• изнашивание или деформирование механизмов блокировки устройства выбора передач
• изнашивание синхронизаторов
• недостаточный выжим сцепления
• откручены крепления коробки

Посторонние шумы затруднительного включения скоростей

• чрезмерное изнашивание синхронизаторов
• сильное изнашивание шестерен
• износившийся или неисправный механизм переключения ступеней
• ослабленная фиксация или неисправности тяг механизма переключения
• недостаточный выжим сцепления

Выбивание скоростей

• ослабленные крепления МКПП
• неисправные подушки двигателя
• застревание тяг управления приводом
• чрезмерное изнашивание синхронизаторов, шестеренок, механизма переключения степеней, вилок переключения, подшипников вторичного или промежуточного валов

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.

Особенности эксплуатации автомобиля с МКПП

Следует отметить основные преимущества работы МКПП:

• позволяет добиться максимальной скорости;
• позволяет изменять передаточное отношение скорости вращения от силового агрегата на авто к установленным колесам;
• осуществляется быстрый разгон;
• обеспечивается максимально большой крутящий момент;
• приемлемый расход горючего;
• представляется возможным переключаться на режим заднего хода;
• старт авто можно осуществлять с наката.

Чтобы ресурс данного варианта трансмиссии не истек преждевременно, устройство МКПП нужно своевременно обслуживать. В частности, следует своевременно менять масло, в которое постоянно попадает грязь и иные инородные частицы. Также, водитель должен придерживаться определенных правил эксплуатации транспортного средства. Например, нажимать педаль сцепления, когда машина на уклоне. Этого нельзя делать с механической коробкой передач. Из-за этого нанесется урон автомобильной системе.

Переключаться между передачами и оставлять ногу на выжатой педали сцепления также не рекомендуется.
При сравнении с автоматом, ремонт механических КПП автомобилисту обойдутся дешевле. Запчасти МКПП хорошо распространены на автомобильном рынке, проблем с их поиском и покупкой у автомобилиста не возникнет.

Роботизированная коробка (РКПП)

Роботизированная КПП предназначена для выполнения тех же функций, что и предыдущие типы КПП. Данный тип коробки передач представляет собой механическую КПП, в которой все выполняемые функции по включению и выключению сцепления, переключению передач полностью автоматизированы.

Современные роботизированные КПП оснащены двойным сцеплением, которое обеспечивает легкую и плавную передачу крутящего момента на одном потоке мощности.

Коробки-роботы работают исключительно под управлением современных электронных систем. Подобные коробки передач имеют более высокий КПД, компактные размеры, они надежны, эффективны, долговечны и при этом имеют конкурентную цену.

Роботизированные коробки устанавливаются как в бюджетные модели автомобилей, так и в автомобили экстра-класса.

Процесс переключения

При прямолинейном движении и во время поворота водителю требуется менять текущую скорость, выставленную на механике.

Делается это по определенному алгоритму, который можно представить в следующем виде:

• Плотным движением левой ногой выжимается в пол педаль сцепления;
• одновременно с этим необходимо отпустить ногу с педали газа;
• плавно, но быстро выбирайте на коробке нужную передачу;
• при прохождении рычага сначала возвращаетесь в нейтраль, а затем уже в необходимую скорость;
• далее сцепление отпускается;
• параллельно начинается работа педалью газа, чтобы не терять скорость и обороты;
• после полного отпускания сцепления прибавляется хороший газ.

Каких-то строгих и жестких ограничений в плане последовательности перехода на скорости нет. Никто не заставляет переключаться в строго заданном порядке, от 1 и до последней передачи.

Но если вы будете пропускать скорости, тогда на разгон придется тратить больше времени и обороты начнут падать.

Подводим итоги

С механической коробкой передач намного меньше проблем, чем с автоматом. Тем не менее, механизмы современных трансмиссий требуют постоянной бережной эксплуатации и обязательного регулярного обслуживания. Используйте экспертные рекомендации в вашем ежедневном вождении и сохраните все узлы и агрегаты машины в идеальном состоянии.

Опытные водители знают, как правильно переключать передачи, поэтому приведенные ниже советы адресованы тем, кто пока чувствует себя за рулем неуверенно. Чтобы лучше понять процессы, происходящие в трансмиссии автомобиля во время его движения, нужно уяснить их механический смысл.

Зачем нужна коробка передач

Коробка передач — это узел транспортного средства, предназначенный для создания усилия на ведущих колесах, нужного при движении в каждом из диапазонов скоростей. Принцип ее работы основан на свойстве шестереночных колес разных диаметров трансформировать усилие в угловую скорость. Нужно представить себе передачу из двух колес — большого и маленького. Если быстро крутить меньшее, то большее вращается медленно, но затормозить его трудно. Другими словами, чем медленнее вертится шестерня, тем труднее ее остановить. Коробка передач вводит в механическое взаимодействие зубчатые колеса, обеспечивая выбор оптимальной частоты вращения. Остается выяснить, как правильно переключать передачи, то есть в каком порядке и при каких скоростях.

Тронуться с места

Труднее всего тронуть автомобиль с места, нужно преодолеть силу инерции покоя. Первая передача создана, чтобы начать движение. Обороты двигателя в режиме начала движения относительно невелики, примерно полторы тысячи в минуту. Общее правило для всех режимов работы и скоростей заключается в том, что мотор не должен завывать от натуги. Водители транспортных средств, знающие, как правильно переключать передачи, никогда не допускают увеличения скорости вращения выше критической

Итак, нужно выжать до упора сцепление, включить первую, плавно отпустить левую педаль, осторожно нажимая на правую. Поехали!. Вторая, третья, четвертая и, возможно, пятая

Вторая, третья, четвертая и, возможно, пятая

Сразу после того, как машина тронулась с места, можно переходить на вторую скорость. Передаточное число у нее тоже большое, поэтому она предназначена для езды на очень крутых подъемах. Быстрее 30 км/ч на ней не поедешь, но начинающему водителю ни на спидометр, ни на тахометр глядеть не нужно, только на дорогу. Слух подскажет, на какой скорости переключать передачи. Если мотор стал работать громче, значит — пора. Третья скорость — разгонная. Чтобы ускорить движение до 40 км/ч, нужно перейти на нее и слегка надавить на акселератор. Достигнув 45-50 км/ч, можно включать четвертую. Если коробка пятискоростная, то, разогнавшись еще немного, можно перейти на самую высокую передачу. Ее назначение — езда по трассе в экономичном режиме.

Переход на пониженную передачу и торможение двигателем

Важно знать и то, как правильно переключать передачи при снижении скорости. Положение «задний ход» недопустимо до тех пор, пока машина полностью не остановится

Переход на меньшую скорость при быстрой езде может привести к поломке зубчатых колес, выходу из строя автомобиля и, как следствие, к большим затратам на ремонт КПП

Если возникает потребность в торможении двигателем, например, в гололед, его нужно производить, плавно переводя скорости, не пропуская при этом ни одной промежуточной передачи

Переход на меньшую скорость при быстрой езде может привести к поломке зубчатых колес, выходу из строя автомобиля и, как следствие, к большим затратам на ремонт КПП. Если возникает потребность в торможении двигателем, например, в гололед, его нужно производить, плавно переводя скорости, не пропуская при этом ни одной промежуточной передачи.

Почувствуйте машину

И последний совет: понять, как правильно переключать передачи в автомобиле, можно. Но лишь наездив не одну сотню километров в сложных условиях городского движения, когда часто приходится трогаться с места, останавливаться, вновь стартовать. С опытом приходит ощущения единства с управляемой машиной, когда каждый «неправильный» звук болезненно отзывается в организме

И неважно, какой марки автомобиль, — и «Жигули», и «Майбахи» любят плавность, но не терпят суетливых резких движений водителя. Так что — практикуйтесь

Удачи!

Удачи!

Освоить переключение скоростей на механической коробке передач, это означает свободно управлять своим автомобилем. Процесс переключения передач должен происходить на уровне рефлексов, только так можно уверенно чувствовать себя за рулем и своевременно реагировать на дорожную ситуацию.