Коробка передач
Коробка передач, коробка переключения передач, коробка перемены передач (устаревшее), КПП, КП. Механизм, часть трансмиссии автомобиля или мотоцикла, станка или иного промышленного механизма, предназначенный для изменения частоты вращения приводного вала и крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения движения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.
Назначение коробок передач
Чаще всего коробки передач применяются на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, поскольку ДВС не обладают необходимой для плавного изменения скорости движения гибкостью. Диапазон частоты вращения ведущих колес автомобиля простирается от 0, до 1800 об/мин (максимальное значение может быть больше у спортивных автомобилей и мотоциклов). Диапазон частоты вращения коленчатого вала поршневого ДВС — от 500-800, до 5-9 тысяч об/мин. КП обеспечивает плавное увеличение или уменьшение скорости движения при оптимальном использовании максимального крутящего момента двигателя, который достигается обычно при средней частоте оборотов коленчатого вала поршневого двигателя (около 3-4 тысячах об/мин). Помимо этого КП позволяет менять направление движения автомобиля (для этого в коробка оснащена механизмом заднего хода) и отключать двигатель от механизмов трансмиссии во время длительных стоянок с работающим мотором.
В транспортных средствах с паровыми и электрическими двигателями КП обычно не применяется, поскольку двигатели этого типа обладают практически идеальной характеристикой. КП не применяется на простейших велосипедах, но на спортивные и дорогие дорожные модели устанавливаются специальные устройства — открытые звездочные с механизмом перевода цепи или планетарные, встроенные в ступицу заднего колеса, которые выполняют функции КП. В токарных, фрезерных, сверлильных станках КП используются для изменения частоты вращения шпинделя, чтобы обеспечить оптимальный режим обработки металла.
Коробка передач(ИЖ-2126):
1 – первичный вал;
2 – картер сцепления;
3 – задний подшипник первичного вала;
4 – болт крепления верхней крышки;
5 – верхняя крышка;
6 – передний подшипник вторичного вала;
7 – блокирующее кольцо синхронизатора включения передачи;
8 – ступица III-IV передач;
9 – муфта III-IV передач;
10 – шестерня III передачи;
11 – стопорное кольцо;
12 – ступица V передачи;
13 – муфта V передачи;
14 – шестерня V передачи;
15 – шестерня II передачи;
16 – роликовый подшипник;
17 – шпонка;
18 – муфта-шестерня заднего хода;
19 – блокирующее кольцо синхронизатора включения II передачи;
20 – ступица I-II передач;
21 – шестерня I передачи;
22 – стержень рычага переключения передач;
23 – чехол рычага;
24 – рычаг переключения передач;
25 – задний подшипник вторичного вала;
26 – фланец эластичной муфты карданной передачи;
27 – ведущая шестерня привода спидометра;
28 – сальник вторичного вала;
29 – гайка фланца эластичной муфты;
30 – центрирующее кольцо;
31 – вторичный вал;
32 – уплотнитель;
33 – грязеотражатель;
34 – шайба;
35 – задний болт промежуточного вала;
36 – болт крепления кронштейна задней опоры силового агрегата;
37 – гайка шпильки крепления задней крышки;
38 – задний подшипник промежуточного вала;
39 – задняя крышка коробки передач;
40 – прокладка задней крышки;
41 – игольчатый подшипник;
42 – промежуточная шестерня заднего хода;
43 – ось промежуточной шестерни;
44 – промежуточный вал;
45 – картер коробки передач;
46 – передний подшипник промежуточного вала;
47 – болт переднего подшипника промежуточного вала.
Требования, предъявляемые к коробке передач
К коробке передач предъявляются следующие требования:
— обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;
— бесшумность в работе и переключении передач;
— легкость управления;
— высокий КПД.
С появлением первых моторных экипажей появилась необходимость применения устройств для изменения передаточного отношения от двигателя к колесам. Применявшиеся вначале ременные передачи, скопированные со станков, оказались несостоятельными и очень скоро стали вытесняться зубчатыми передачами. Первой подобной коробкой, получившей широкое распространение на автомобилях, была коробка передач со скользящими шестернями, которые могли перемещаться на квадратном или шлицевом вале, для того чтобы входить в зацепление с шестернями, установленными на другом, параллельном первому, вале. Она сконструирована инженером Эмилем Левассором во Франции и в 1891 г. была установлена на автомобиле «Панар-Левассор».
Классификация коробок передач
- Классификация КП
- Механическая коробка передач
- Двухвальные коробки передач
- Трехвальные коробки передач
- Синхронизатор
Коробка переключения передач: виды, чем отличаются и как работают
МКПП, АКПП, РКПП, CVT, DSG, PDK — аббревиатуры, за которым скрывается один и тот же автомобильный агрегат — коробка переключения передач. Каждая из них состоит их сложных технических механизмов, выполняющих одну задачу
Фото: unsplash
Коробка переключения передач (КПП) — элемент трансмиссии автомобиля, который передает мощность от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на ведущие колеса, при этом расширяя диапазон частоты вращения и крутящего момента мотора. Этот узел отвечает за эффективную работу мотора, влияет на динамику движения и расход топлива. Базовым для КПП считается предустановленный набор передаточных чисел — это коэффициент, на который увеличивается или уменьшается крутящий момент, поступающий от двигателя. Передача, а в современных авто их может быть от 5 до 10, помогает работе двигателя в каждом из диапазонов скоростей. Для старта обычно применяется 1-я передача, но реже — 2-я (например, на грузовиках).
В зависимости от степени участия водителя, «коробка» может быть с ручным управлением (механическая) или автоматическая, где выбор передачи выполняет электроника. К таким агрегатам, как правило, относят не только классическую гидромеханику, но также «роботов» и вариаторы [1]. Отдельный класс — секвентальные КПП, которые чаще всего используют для гоночных автомобилей. Разбираемся в устройстве каждой из них и в том, как они работают.
Механическая
Прообраз «механики» впервые использовал на своем авто Карл Бенц. Сегодня ее ставят на все марки от ВАЗа до Porsche (Фото: Егор Алеев/ТАСС)
- корзина сцепления, что позволяет «соединять/отсоединять» ДВС и трансмиссию;
- пары косозубых шестерен, отвечающих за передаточное число и нужную скорость;
- синхронизаторы, обеспечивающие плавное включение передачи.
Все они расположены на валах, которых может быть два или три.
При выжатой левой педали вал отсоединен от ДВС. Если нога убрана, он соединен, и крутящий момент передается на колеса (Фото: wikipedia commons)
Первичный или ведущий вал напрямую связан с двигателем через сцепление. Это сделано для возможности «отсоединять/присоединять» трансмиссию к ДВС. Для передачи крутящего момента на конце входного вала жестко зафиксирована шестерня, которая вращает следующий, промежуточный вал.
На нем равно числу передач установлены разноразмерные ведущие зубчатые шестерни. Каждая работает в сцепке с шестеренками (ведомыми) на вторичном или выходном валу. На нем шестерни, в отличие от первых двух валов, свободно вращаются на оси. Образованные зубчатые пары отвечают за передаточное число и динамические характеристики передачи («короткая», «длинная» итд).
В МКПП переключение происходит в ручном режиме. Переводя в салоне рычаг в нужное положение, водитель двигает в сторону соответствующей зубчатой пары муфту. Чтобы избежать удара при смыкании, нужно выровнять частоты вращения валов — для этого применяются синхронизаторы.
Плюсы: долгий опыт эксплуатации в автопроме, простое устройство и ремонт, возможность вручную влиять на динамику авто.
Минусы: утомительное «втыкание» передач и нажатие педали сцепления в плотном трафике, ограниченный набор передач.
Автоматическая
Этот тип трансмиссии появился в начале 1940-ых годов и активно вытесняет «ручку» (Фото: pixabay)
Под классической АКПП, как правило, подразумевают гидромеханическую коробку переключения передач. В этом случае у водителя всего две педали, а вместо рычага КПП — селектор, который может быть выполнен в виде шайбы или кнопок, или подрулевой переключатель режимов: P — парковка, D — движение, N — нейтральная и R — задний ход.
В отличие от «механики» передача крутящего момента здесь сложнее, а электронный блок управления (ЭБУ) отвечает за выбор передачи. В современных автоматических трансмиссиях их может быть до 10 включительно.
Принцип работы строится на силе давления трансмиссионной жидкости, отсюда и слово «гидро» в названии. Главные рабочие элементы — гидротрансформатор и планетарная КПП [2].
АКПП — это сложный технический механизм, который состоит нескольких сотен деталей (Фото: wikipedia commons)
- Гидротрансформатор или «бублик» (неофициальное название из-за тороидальной формы) отвечает за передачу крутящего от двигателя. В его состав входят три лопастных колеса — насосное, турбинное и реакторное. Все элементы заключены в герметичный кожух и погружены в рабочую жидкость. Насосное колесо соединено с коленчатым валом двигателя, а турбинное — с первичным валом КПП. Когда двигатель заведен, масло в «бублике», нагнетаемое насосом, начинается непрерывно рециркулировать, проходя через крыльчатки реактора. В итоге механическая сила от маховика ДВС переходит в гидравлическую, а крутящий момент передается на планетарный механизм.
- Планетарная КПП — это зубчато-шестерной механизм, состоящий из центральной шестерни, сателлитов и неподвижной коронной шестерни. Вращение происходит в одной плоскости относительно центральной шестерни, подобно ходу планет вокруг Солнца. Сателлиты вращают водило, через которое крутящий момент передается на выходной вал КПП. Чтобы обеспечить смену передаточных чисел, эти шестерни имеют разные размеры, а потому движутся внутри короны каждая со своей скоростью.
Планетарный механизм (Фото: shutterstock)
Плюсы: за редким исключением — надежный и проверенный временем агрегат; обычно обеспечивает плавную и тихую езду.
Минусы: очень привередлив к качеству трансмиссионной жидкости, простые агрегаты могут быть «задумчивыми», дорогой и сложный ремонт в случае поломки.
Бесступенчатая
Принцип работы вариатора придумал еще в XV веке Леонардо да Винчи. Первые автомобили с такой трансмиссией выпустил 1950-ых годах завод DAF (Фото: wikipedia commons)
CVT или вариатор — это кардинально другой в техническом плане тип КПП [3], который, по большому счету, даже нельзя называть коробкой передач, так как передач в нем как раз-таки нет.
В отличие от классического «автомата» или «механики», он не имеет фиксированного количества предустановленных передач и выдает по сути неограниченное количество передаточных чисел. Такая гибкость достигается за счет работы двух противоположных шкивов конической формы, которые соединены цепью или ремнем.
В бесступенчатой коробке один конус соединен с валом двигателя, а другой — направляет мощность на ведущие колеса. Передаточные числа изменяются по мере того, как шкивы перемещаются все ближе и дальше друг от друга. Решение, на сколько сдвинуть шкивы, принимает электроника.
Эти изменения теоретически происходят все время, чтобы двигатель работал на наиболее эффективных оборотах. Однако современные CVT умеют имитировать фиксированные ступени, так как такое поведение более привычно водителям.
Плюсы: теоретически вариаторы считаются более капризными, чем классические «автоматы», однако наиболее удачные варианты по сроку службы не уступают гидромеханическим КПП.
Минусы: вариаторы не любят пробуксовки и заезда на высокие препятствия, от чего цепь (или ремень) стачивает поверхность шкивов.
Роботизированная
РКП применяются как на грузовых, так и легковых автомобилях (Фото: hippopx)
РКПП или просто «робот» — это гибрид автоматической и механической коробки передач. Для начала движения водитель, также как и на «автомате», выбирает один из режимов (D, P, N, R).
Механическая схема в ней аналогична МКПП, но для переключения передач и смыкания/размыкания сцепления здесь отвечают сервоприводы. Момент выбора нужной ступени контролируется электроникой.
Проще говоря, вместо педали сцепления и рычага коробки стоят электромоторы, которые по команде электроники «выжимают» сцепление и меняют ступени.
Плюсы: недорогая в обслуживании; освобождает водителя от необходимости переключать передачи вручную
Минусы: электронике нужно время, чтобы понять действия водителя и включить передачу, из-за этого разгоны происходят с характерными провалами потока мощности; высокая стоимость актуаторов.
Преселективная
Часто все такие коробки называют DSG. Хотя это только товарный знак Volkswagen, такой же как PowerShift для Ford, S tronic у Audi и PDK на авто Porsche (Фото: volkswagenag)
По сути это та же роботизированная коробка переключения передач. Главное ее отличие в количестве сцеплений — их два [4]. Этот тип трансмиссии относительно новый — активно внедрение началось с 2003 года. Сегодня их ставят на все классы автомобилей: от небольших хэтчбеков до спорткаров.
Принцип работы такой коробки заключается в том, что каждое из сцеплений управляет своим набором передач: четными и нечетными. В итоге, когда автомобиль работает на одной передаче, следующая уже выбрана и готова к включению.
Например, машина едет на второй передаче и ускоряется. В этот момент электроника подает сигнал, и автоматика двигает муфту к следующей, 3-й передаче. Когда приходит время муфта, которая была включена для 2-й передачи, отключается, и теперь включается та, на которой была предварительно выбрана 3-я передача. В это время освободившееся сцепление уже выбирает 4-ю передачу.
Плюсы: быстрое переключение передач; высокая экономичность.
Минусы: инженерам не сразу удалось сделать этот тип КПП надежным, из-за чего автомобилисты часто избегают таких коробок; «преселективы» не всегда аккуратно работают на низких скоростях — в пробках могут чувствоваться толчки.
Секвентальная
Секвентальные коробки устанавливют на «заряженные» модели, например, BMW и Mercedes-Benz (Фото: bmwgroup)
Секвентальная или последовательная коробка передач — это разновидность механической трансмиссии, которая чаще всего используется в спортивных и гоночных автомобилях.
В отличие от классической «механики», где переключение происходит по Н-образной схеме, здесь «движение» возможно только последовательно [5]. То есть водитель не может стартовать со 2-й и сразу уйти на 4-ю передачу. В случае с «секвенталкой» ему понадобится пройти все передачи по очереди: от 1-й до 4-й.
Техническое устройство такой коробки схоже с классической «механикой», но есть ряд существенных отличий:
- отсутствует педаль сцепления, а за отключение вала отвечает электроника;
- используются прямозубые шестерни (вместо косозубых);
- переключение между передачами осуществляется гидравлическими сервоприводами.
Плюсы: очень высокая скорость переключения между передачами; нет потери мощности в момент смены; экономия топлива.
Минусы: высокий износ деталей; дорогая в ремонте.
Неисправности коробки переключения передач
Как и любой рабочий элемент, КПП подвержены износу и поломкам. Хотя при бережном уходе некоторые «коробки» готовы служить по несколько сотен тысяч километров. Причину неисправности и особенно ремонт данного узла лучше доверять проверенным мастерам, например, официальным дилерам или специалистам в клубных сервисах.
На что стоит обращать внимание в работе КПП:
- Вибрации. Их быть не должно. В противном случае, стоит проверить «подушки» КПП, на которые крепится весь узел. Они не только фиксируют «коробку», но и поглощают часть колебаний от движения валов и приводов.
- Хрусты/хрипы/стуки. Тоже исключены. Если же звуки присутствуют и нарастают, это прямой повод поехать в сервис. В зависимости от типа КПП причины неприятных звуков могут быть разные.
- Пинки и выбивание передачи прямо свидетельствуют о возможной серьезной неисправности. Не следует испытывать судьбу и лучше как можно быстрее заехать на подъемник.
- Стружка в масле. Для исправной работы «коробки» следует регулярно менять масло. Для каждой марки и модели установлены свои правила. Если же при смене масла в нем нашлась металлическая стружка, скорее всего, придется разбирать всю коробку — возможно, стерлись шестерни.
Для чего нужна коробка передач
Говоря сухим техническим языком, коробка передач служит 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 (накатом).
А теперь с точки зрения новичка давайте разберемся — зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле, и для чего нужно переключать передачи? Переключение передач — необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента ДВС. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.
Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, то есть в том, как меняется в зависимости от числа оборотов мощность и крутящий момент. У электродвигателя крутящий момент при небольших оборотах довольно велик. По мере раскручивания момент падает. Для транспортной машины такая характеристика наиболее благоприятна: при трогании с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент. А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, то есть он отлично приспособлен к дорожным условиям работы. У двигателя внутреннего сгорания все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется. График показывает (рис.А), что если сопротивление движению увеличилось, и обороты двигателя начинают падать, то у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента; у автомобильного же двигателя момент сначала немного растет, а потом уменьшается — двигатель глохнет. Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости, экономичности и другим качествам пока превосходит электромотор. Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач, которая изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящий момент на них. На рисунке Б показано, как с помощью ступенчатой коробки передач тяговая характеристика ДВС пытается приблизиться к идеальной гиперболе.
А что такое передаточное отношение? Немного углубимся в механику. В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шестерен, одна из которых является ведущей, а другая ведомой, их относительные размеры определяют скорость вращения и крутящий момент. Отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей и называется передаточным числом. Если ведущая шестерня меньше ведомой, то скорость вращения ведомой будет меньше, а крутящий момент – больше, и наоборот. То есть, выигрывая в силе, теряем в скорости, и, напротив — выигрывая в скорости, теряем в силе. Если в передаче участвует несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается умножением передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче.
Для получения различного по величине крутящего момента, необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом. Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную, то ведомая шестерня изменит направление вращения на обратное (получим передачу заднего хода).
Таким образом, любая коробка передач, будь то «механика», «автомат» или вариатор, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения путем изменения передаточного отношения.
В любой коробке передач выделяют высшие и низшие ступени (передачи).
При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью — необходим высокий крутящий момент, который достигается при средне — высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать высокую скорость. Для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач (обычно с первой по третью), имеющие наибольшее передаточное отношение; при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
Для равномерного движения на высокой скорости необходимо обеспечить большую частоту вращения колёс, поддерживая обороты двигателя в оптимальном диапазоне. Для этого служат высшие передачи (от четвертой и выше), имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими. При этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако на высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, необходимого для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и заглохнет.
Передача с передаточным отношением, равным 1, называется прямой (как правило, четвертая). Если передаточное число меньше единицы, такая передача называется ускоряющей (от пятой и выше). Ускоряющая передача включается при движении автомобиля в хороших дорожных условиях, когда не требуется большой силы тяги на ведущих колесах. Давая возможность двигателю работать с пониженными оборотами, ускоряющая передача способствует уменьшению износа двигателя и экономии топлива
С понятием передаточного числа связано выражение «длинная коробка» и «короткая коробка». Речь идёт о разнице в передаточных числах разных передач – в «длинной» коробке она больше. Рассмотрим два автомобиля, одинаковых во всём, кроме коробок передач. Водитель авто с «короткой» коробкой, поддерживая высокие обороты мотора, разгонится быстрее и быстро наберёт максимальную скорость. Водитель на машине с «длинной» коробкой разгоняться будет дольше, но до более высокой скорости. Таким образом, выбор коробки зависит от темперамента водителя. С «короткой» коробкой автомобиль более динамичен, но чаще приходится переключаться. С «длинной» – не такой резвый, но диапазон скоростей на одной передаче больше, то есть, можно добраться до высшей передачи и кататься на ней со скоростью от пятидесяти до ста с лишним, изменяя её только газом и тормозом. Любители агрессивного «спортивного» стиля предпочтут «короткую» коробку, люди спокойные – длинную.
Типы КПП
Современные автомобили могут оснащаться одним из четырех видов КПП – механической, автоматической, роботизированной или вариаторной.
• Механическая КПП
Механическая коробка передач с ручным переключением состоит из набора шестерен. Изменение передаточного числа осуществляется путем введения их в зацепление в различных сочетаниях. К плюсам данной коробки следует отнести высокий КПД, простоту, низкую цену, высокую динамику и наименьший расход топлива по сравнению с остальными коробками. Из недостатков следует отметить неудобство управления, особенно при движении в городе.
• Автоматическая КПП
Автоматическая КПП – планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.
К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт. АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП. В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие откатывания при трогании с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.
К недостаткам АКПП обычно относят более низкий КПД, более высокую цену, а также стоимость ремонта и обслуживания, повышенный расход топлива, ухудшение динамических качеств автомобиля, задержки в переключении передач. Однако с каждым годом эксплуатационные свойства автоматических коробок улучшаются, а число поклонников АКПП уверенно растет.
• Вариатор
Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапециедальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.
Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов трогания и заднего хода,высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт.
• Роботизированная КПП
Роботизированная коробка – это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.
Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.
Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое — четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена. Когда электроника «чувствует», что надо переключаться на другую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Это позволяет избавиться от рывков при переключениях и обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к колёсам, что недостижимо для обычной механической коробки с одним сцеплением. Режим переключения – как ручной, так и автоматический. Технически это довольно сложный вид коробки (а значит, и недешевый), но по динамике и экономии топлива он превосходит даже простую механику.
Какая КПП лучше?
Как и на любой риторический вопрос, на него нет однозначного ответа. Какой вид КПП выбрать – дело личное, зависящее от приоритетов конкретного человека. Определитесь, что для вас важнее (цена, динамика, комфорт) — и тогда выбор КПП не составит для вас никакого труда!
МЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ: КАК РАБОТАЕТ И КАК ЛОМАЕТСЯ
На самом деле это тот агрегат, от которого все водители мечтают избавиться. Но он все еще остается самым распространенным в мире и будет таким, пока бензиновые и дизельные машины окончательно не заменят «электричками». Речь идет об одной из старейших конструкций современного авто – механической коробке передач. Да-да, именно той, которую нужно переключать вручную, которую все хотят заменить «автоматом» и которую так трудно сломать.
Если составить рейтинг самых живущих и беспроблемных узлов и агрегатов автомобиля, механическая коробка передач, вероятно, займет одно из первых мест. На многих массовых моделях владельцы о ней, как говорится, просто забывают. Но именно эта неприхотливость может сыграть с коробкой плохую шутку: она вдруг рассыпается, ставя водителя перед фактом недешевого ремонта.
Поэтому для владельца автомобиля, не привыкшего разбрасываться деньгами, важно знать некоторые подробности о его механической трансмиссии.
Для чего нужна коробка передач
Буквально в нескольких строчках – о том, для чего вообще нужна коробка передач. Автомобильный двигатель имеет разную отдачу на разных оборотах: есть определенный диапазон оборотов, в котором его следует держать во время движения. Но скорость машины водитель постоянно меняет, и двигатель из этого диапазона «выпадает». Чтобы сохранить при этом тягу и приемлемый расход горючего, изобретатели автомобиля вынуждены были создать коробку передач.
Коробка передач изменяет зависимость оборотов колес от оборотов двигателя. То есть на одних и тех же оборотах двигателя на первой передаче машина едет медленно, а на пятой – быстро. Достигается это за счет шестерен разного диаметра, у каждой передачи – своя пара шестерен со своим соотношением диаметров (так называемое передаточное число).
Конструкция любой коробки предполагает переключение потока мощности между разными парами шестерен – соответственно, на выходном валу коробки получаются разные обороты и разный крутящий момент (то, что в народе называется тягой). В механических коробках это делается вручную водителем, у разного рода «автоматов» переключения выполняют те или иные сервоприводы.
В момент переключения передач коленчатый вал двигателя и входной (первичный) вал коробки должны быть разъединены. Для этого между коробкой и двигателем стоит механизм сцепления. Сцепление может быть разных типов, но в любом случае обеспечивает плавное соединение валов.
Как устроена МКПП
Конструктивно коробки передач имеют три типа: с цилиндрическими шестернями (все обычные МКПП и «работы»), с планетарными шестернями (классические гидромеханические «автоматы») и вариаторы (CVT). Сегодня мы говорим о самом простом, наиболее надежном и дешевом типе – чистой механике.
В крепком корпусе типовой МКПП есть следующие основные детали: несколько пар шестерен, блокировочные муфты между ними и три вала – первичный, вторичный и промежуточный. Валы вращаются на подшипниках, причем промежуточный имеет на себе шестеренки, жестко связанные с ним (обычно это вообще одна целая деталь). Шестерня первичного вала также закреплена жестко.
Шестерни вторичного вала вращаются на нем свободно, но каждая пара постоянно находится во взаимной сцепке. Именно так – все шестерни попарно сцеплены постоянно. А переключение передач происходит за счет сцепления/расцепки нужной шестерни со вторичным валом. В этом помогают блокировочные муфты, которые часто ошибочно называют синхронизаторами. И вот с этого места – поподробнее.
Как работает МКПП
Валы в типичной механической коробке расположены параллельно. Причем первичный (входной) и вторичный (выходной) еще и соосные, то есть как будто продолжают друг друга, хотя связи не имеют и вращаются каждый сам по себе. Чтобы передать крутящий момент с первичного вала на вторичный, служит промежуточный вал. Поток мощности из первичного вала через первую пару шестерен передается сначала на промежуточный вал, а затем из него (через выбранную водителем другую пару шестерен) – на вторичный вал. И дальше – через кардан или ШРУСы (шарниры равных угловых скоростей) на ведущие колеса.
Ключевой элемент переключения передач – блокировочная муфта (муфта включения). Это несложное устройство, расположенные между соседними шестернями на вторичном валу. Муфта вращается вместе с валом, и при этом может двигаться вдоль него по шлицам, нарезанным на ее внутренней поверхности и на валу. Подобные наружные шлицы имеют по бокам и обе шестерни с обеих сторон муфты. Когда водитель переводит рычаг МКПП в положение определенной передачи, муфта частично надвигается на одну из шестерен, и их шлицы входят в сцепление – эти две детали становятся как бы одним целым. Таким образом, нужная шестерня начинает вращаться вместе со вторичным валом – передача включена.
В каждой МКПП есть так называемая прямая передача, чаще четвертая. Ее включает муфта, соединяющая напрямую первичный и вторичный валы, в обход промежуточного. Для задней передачи имеется отдельная шестерня с собственным валом, через нее пускают крутящий момент, чтобы изменить направление движения вторичного вала.
Синхронизаторы
Все легковые механические коробки сегодня имеют устройства для облегчения переключений – синхронизаторы. Когда-то их могло не быть на отдельных передачах, например, на первой. На нынешних авто они отсутствуют разве что на заднем ходу. Если бы не было синхронизаторов, при переключениях водителю пришлось бы более аккуратно обращаться с педалью сцепления и акселератором, а во многих случаях не обошлось бы без так называемого двойного нажатия и короткой перегазовки в положении нейтрали.
Фактически синхронизатор – кольцо из медного сплава, расположенное между блокировочной муфтой и шестерней. Кольцо синхронизатора свободно вращается на валу и свободно двигается вдоль него. Но перед тем как муфта надвинется на шлицы шестерни, оно оказывается зажатым между муфтой и шестерней, и за счет сил трения, проскальзывая в масляной ванне, уравнивает их обороты. После этого шлицы муфты и шестерни входят в соединение без удара и износа.
МКПП и передний привод
На автомобилях с передним приводом – а таких сегодня большинство среди легковушек – в коробке передач размещена также главная передача. Подобная схема и на экзотических как сейчас машинах с задним расположением двигателя.
Главная передача – это еще один набор шестерен, который передает крутящий момент от вторичного вала коробки на колеса, распределяя его между левым и правым колесом благодаря механизму дифференциала. На стандартной машине водитель никак этим механизмом не управляет и непосредственно работы МКПП он не касается. Но когда главная передача выходит из строя, приходится демонтировать и разбирать коробку передач. Более того, в особо неудачных случаях разрушенные детали дифференциала попадают в шестеренчатые коробки и ломают их.
Механизм переключения (кулиса)
По сути этот механизм расположен не в коробке, а в салоне либо под его полом. Но проблемы кулисы водители часто «навешивают» на МКПП, поэтому есть смысл вспомнить ее здесь.
Муфты переключения в коробке перемещаются вилками включения, связанными через тяги или тросики с рычагом в салоне. Тросики со временем перетираются и рвутся, но чаще всего вина кулисы в нечетком переключении объясняется изношенными шарнирами у рычага. К сожалению, ремкомплекты с новыми втулками существуют не для всех моделей авто, и иногда этот механизм приходится заменять весь.
Что изнашивается в коробке
Благодаря относительной простоте и давно отработанной конструкции механические коробки обычно без проблем служат более 150–200 тыс. км. И когда что-то у них ломается, изношенными оказываются большинство деталей. То есть чаще всего ремонт МКПП – это ее капитальный ремонт.
В первую очередь в типичной «механике» изнашиваются синхронизаторы, и тогда некоторые передачи включаются либо с осложнениями, либо с хрустом. Из-за износа шестерен и муфт может «выбивать» передачи – то есть они самовольно выключаются на ходу. Обычное дело – изношенные подшипники, их недорого заменить; хуже, когда попутно оказываются разбитыми их посадочные места в картере коробки. Тогда дополнительно потребуются сварочные и станочные работы. Слабое место некоторых популярных моделей – недолговечные шестеренки дифференциала главной передачи.
В абсолютном большинстве случаев для ремонта коробки ее надо снимать с автомобиля. В переднеприводных машинах это сам собой громоздкий и недешевый процесс, связанный с демонтажем других элементов трансмиссии и подвески. Поэтому так важно экономить ресурс коробки и не делать ничего, что может ускорить ее выход из строя.
Как быстро сломать МКП
Несмотря на техническую простоту, сократить жизнь «ручной» коробки можно даже без откровенных издевательств над ней. Для этого достаточно:
- Не заменять масло в картере. Очень часто автопроизводитель заявляет, что МКПП не нуждается в замене масла вплоть до конца срока эксплуатации машины. Но если вы хотите, чтобы трансмиссия служила вам без проблем как можно дольше, через определенный срок масло нужно заменить. Автомеханики советуют делать это каждые 60–100 тыс. км в зависимости от модели.
- Переключаться на задний ход, когда машина еще катится вперед, и наоборот.
- Переключать передачи, не снижая обороты двигателя к холостым.
- Переключать передачи слишком быстрыми движениями.
- Ездить при низком уровне масла в картере. На самом деле коробка-«механика» долго не подает водителю сигналов тревоги, даже если из нее полностью вытекло масло, и может проехать так не одну сотню километров. Но после этого агрегат придется либо выбрасывать, либо серьезно ремонтировать.
- Продолжительно держать руку на рычаге переключения передач – например, во время движения или ожидания на светофоре. В современных авто с их комфортными органами управления даже незначительное усилие, приложенное к рычагу, может приводить к перемещению деталей внутри агрегата – а это означает их ненужный износ.
- Эксплуатировать машину с необычными проявлениями в трансмиссии: при новых шумах, вибрациях на рычаге переключения, усложненном переключении передач и т. д.
Важно
У многих моделей авто МКПП является особым компонентом: ремонтировать коробку может оказаться дороже, чем заменить на исправную, хотя и подержанную. Но здесь есть два важных момента: во-первых, разница в стоимости будет минимальной, а во-вторых, в одном случае вы получите агрегат с новой начинкой внутри, а в другом – опять-таки старый механизм, который хоть и работает сейчас, но наверняка скоро тоже сломается. То есть с инженерной точки зрения лучше «откапиталить» изношенный агрегат, чем заменить его подержанным с неизвестным остатком ресурса.
Ведущим производителем деталей для механической коробки передач является компания Schaeffler (бренды INA, FAG, LuK ). Ассортимент включает все соответствующие группы продуктов: от маховиков до систем передачи мощности, систем сцепления и компонентов для коробок передач.
В частности, марка Schaeffler LuK удерживает безоговорочное лидерство на рынке запчастей для сервисного обслуживания автомобилей. Каждая из более 4300 ее позиций для систем трансмиссии подобрана индивидуально под соответствующие требования автомобиля и типы ремонта.
