Как работает механическая коробка передач
Если Вы водите машину с механикой, то у Вас, возможно, всплывали следующие вопросы в голове:
Что означает забавный значок \»H\» на ручке механики и как он связан с шестернями внутри трансмиссии? Что двигается внутри механической трансмиссии, когда я передвигаю рычаг КПП?
Когда я путаю передачи и слышу ужасный скрежет, что именно хрустит внутри?
Чтобы произошло, если я случайно выбрал бы заднюю передачу во время скоростной езды по трассе? Может быть, механика просто взорвется?
Данная статья ответит на все эти вопросы, потому что проникнет внутрь механической трансмиссии.
Машинам нужна коробка передач из-за физических свойств двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, у любого двигателя есть красная зона – максимум оборотов, за которые нельзя заходить без повреждения. Во-вторых, у двигателя узкий диапазон оборотов, где мощность и крутящий момент на максимальном уровне. Например, двигатель может производить максимальную мощность при 5,500 об/мин. Трансмиссия позволяет менять передаточные числа между двигателем и колесами при ускорении и замедлении автомобиля. Вы переключаете передачи, чтобы двигатель оставался ниже красной зоны и около диапазон своей эффективной работы.
В идеале трансмиссия должна быть настолько гибкой в подборе передаточных чисел, что двигатель постоянно находится на определенных оптимальных с точки зрения тяги оборотах. Эта идея лежит в основе постоянно изменяющейся трансмиссии (CVT) или вариатора.
Вариатор CVT имеет бесконечное число передач. В недалеком прошлом вариаторы CVT не могли конкурировать с 4-х и 5-ступенчатой механикой по стоимости, размеру и надежности. Сегодня более совершенные решения позволили вариаторам CVT стать довольно распространенными. В гибридной Toyota Prius используется вариатор CVT.
Трансмиссия соединяется с двигателем через сцепление. Входной вал трансмиссии вращается со скоростью вращения двигателя.
5-ступенчатая трансмиссия реализует 5 разных передаточных чисел, чтобы изменить скорость выходного вала. Вот пример типичных передаточных чисел:
| Передача | Передаточное число | Обороты выходного вала при вращении входного 3,000 об/мин |
| 1-я | 2.315:1 | 1,295 |
| 2-я | 1.568:1 | 1,913 |
| 3-я | 1.195:1 | 2,510 |
| 4-я | 1.000:1 | 3,000 |
| 5-я | 0.915:1 | 3,278 |
Принцип работы сцепления автомобиля
Эффективность совместной работы автомотора и коробки передач, а именно передачи проходящего по коленвалу крутящего момента на первичный вал КПП, обеспечивается, прежде всего, сцеплением. Первоочередная задача этого узла – кратковременное разъединение пары «мотор-КПП», а также их плавное обратное соединение. Без этого было бы невозможно переключение скоростей, отсутствовала бы плавность хода, а ресурс коробки тратился бы чрезмерно быстро. Кроме того, сцепление гасит возникающие в трансмиссии колебания и обеспечивает ее эффективную защиту от перегрузок. Чтобы понимать, как продлить жизнь сцепления и, следовательно, КПП, нужно разбираться в особенностях его конструкции и выполняемых функций, а также знать наиболее часто встречающиеся в его работе неполадки.
Что такое сцепление в автомобиле
Выше уже отмечено, что сцепление обеспечивает отсоединение коробки передач от мотора. Для этого могут использоваться механизмы различного типа: гидравлические, фрикционные, электромагнитные. В зависимости от типа используемого сцепления особенности его конструкции и функционирования будет различным:
Кроме того, сцепления разделяются на следующие подвиды:
- по числу используемых дисков – одно- или многодисковые;
- по условиям использования – сухие либо влажные (их элементы погружены в специальную ванну с маслом);
- по способу приведения в действие прижимного диска – механизмы с диафрагмой, расположенной в центре, и с круговыми пружинами.
Выбор того или иного типа сцепления зависит от множества факторов. Кроме того, большое значение имеет стоимость машины и престижность бренда. Так, на дорогих иномарках премиум-класса широко используются электромагнитные механизмы, обеспечивающие высокую точность срабатывания. На отечественных же моделях, в особенности не самых новых, в большинстве случаев используются сухие фрикционные механизмы замкнутого типа, главное преимущество которых – простота конструкции и обусловленная ей низкая стоимость.
Устройство автомобильного сцепления
За время, прошедшее со времен создания первого сцепления, конструкция этого элемента претерпела существенные изменения. Сегодня многие производители используют индивидуальные разработки, соответствующие особенностям двигателей и коробок передач, устанавливаемых на их автомобили. Однако основа конструкции сцеплений любых марок включает одинаковый набор компонентов:
- Маховик (1) – ведущий диск в механизме сцепления, размещается непосредственно на коленвале двигателя. В большинстве современных автомобилей используется двухмассовый тип маховика, который образован из 2 отдельных дисков, соединенных между собой пружинами. Одна половина маховика этого типа соединена с коленвалом, вторая – с ведомым диском. Пружинное соединение 2 половин обеспечивает сглаживание рывков, гашение вибраций, плавность передачи крутящего момента на КПП.
- Корзина сцепления (3) – в его конструкцию входят вогнутый корпус, из-за которого эта часть получила название «корзина», а также нажимной диск, соединенный с корпусом пружинным соединением. Благодаря системе прижимающих пружин нажимной диск соединяется с ведомым, благодаря чему и происходит передача крутящего момента.
- Диск сцепления (2) – устанавливается между нажимным диском и маховиком. Ступицей этот элемент соединен с первичным валом КПП. Конструкция этого диска сборная, он состоит из металлической основы, фрикционных накладок, а также пружин-демпферов, которые гасят удары и обеспечивают плавность передачи момента вращения.
- Нажимная муфта (4) в паре с выжимным подшипником – когда водитель выжимает сцепление, подшипник давит на диафрагменную пружину и сжимает ее. Благодаря наличию подшипника нажимная муфта не соприкасается с подвижными элементами сцепления и не изнашивается.
Также важным элементом сцепления является система привода: фрикционная, гидравлическая либо электромагнитная.
Как работает сцепление в автомобиле
Принцип работы сцепления любого типа можно представить следующим образом:
- В обычном состоянии ведомый диск прижат к маховику нажимным диском и под действием сил трения вращается на той же частоте.
- Чтобы автомобиль начал движение, водитель выжимает сцепление и включает передачу. После этого педаль сцепления постепенно отпускается, пружины, расположенные на нажимном диске, подводят диск сцепления к маховику. При их контакте начинает передаваться момент вращения, автомобиль начинает движение.
- Оставляя педаль нажатой еще несколько секунд, водитель позволяет скорости ведомого диска и маховика сблизиться, в результате чего скорость машины постепенно растет.
- Когда скорость вращения ведомого диска, диска сцепления и маховика становится одинаковой, коробка передач начинает передавать на колеса весь крутящий момент, создаваемый двигателем.
- При необходимости переключения передачи весь алгоритм выполняется заново.
Главное правило при работе со сцеплением – выжимать его необходимо плавно. В противном случае двигатель попросту заглохнет.
Читайте также: Что такое лаунч контроль и как он работает.
Основные неисправности сцепления
Неправильная эксплуатация, в особенности слишком длительное нажатие на педаль сцепления, могут стать причиной выхода этого агрегата из строя. К наиболее распространенным проблемам с ним относятся следующие:
- деформация и износ фрикционных накладок диска сцепления;
- повреждение самого диска;
- попадание масла на накладки диска сцепления, из-за чего они утрачивают свои фрикционные свойства и быстрее изнашиваются;
- износ крепежных шлицев, с помощью которых диск сцепления фиксируется на валу;
- поломка или исчерпание ресурса пружин-демпферов;
- ослабление либо выход из строя диафрагменной пружины;
- поломка либо износ выжимного подшипника;
- повреждение поверхности маховика;
- деформация нажимного диска;
- выход из строя вилки выключения сцепления.
Также различные поломки могут произойти в механизме привода сцепления. Их характер зависит в первую очередь от типа привода.
Читайте также: Признаки неисправности выжимного подшипника сцепления.
Видео на тему
Как работает сцепление на механике анимация
Меню 
Меню Закрыть меню
ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ СЦЕПЛЕНИЕ
Сцепление механической коробки передач составлено из трех главных деталей, помещенных между маховиком двигателя и входным валом КПП.
Диск сцепления — вращающаяся круглая металлическая пластина (которую ещё называют «ведомый диск»), покрытый фрикционными накладками с обеих сторон (которые ещё называют «феродо»). Диск расположен между маховиком двигателя и нажимным диском сцепления и зажат плотно между ними, когда сцепление включено.
Корзина сцепления — пружинная металлическая пластина, которая быстро вращается с маховиком и зажимает диск сцепления между собой и маховиком.
Выжимной подшипник служит связью между диском сцепления и корзиной. Когда водитель нажимает педаль сцепления, этот подшипник отделяет корзину и диск сцепления от маховика, чтобы разъединить двигатель и трансмиссии; когда водитель отпускает педаль сцепления, подшипник позволяет пружинам сдвинуть все обратно и сцепление включается. Выжимной подшипник сильно изнашивается и может при этом визжать.
НАЗНАЧЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
Главное назначение сцепления – это регулировка крутящего момента в части его передачи от маховика двигателя на трансмиссию. Говоря простым языком, этот элемент позволяет в нужные моменты плавно разъединять и состыковывать маховик мотора с трансмиссией.
Данное устройство бывает двух основных типов:
- однодисковое – такое сцепление устанавливается на подавляющее большинство легковых автомобилей;
- многодисковое – оно чаще встречается в грузовиках и спецтехнике.
Кроме того, сцепление может быть:
- сухим или «влажным» (когда основные механизмы погружены в своеобразную масляную ванну);
- с электрическим, механическим, гидравлическим и комбинированным приводом;
- с конструкцией нажатия на прижимной диск в виде кругового расположения пружин или с центральной диафрагмой.
Сцепление двух видов: однодисковое и двухдисковое.
ВИДЕО О РАБОТЕ СЦЕПЛЕНИЯ
СИМПТОМЫ ИЗНОСА СЦЕПЛЕНИЯ
Симптомы износа сцепления, которые должны насторожить водителя и которые могут свидетельствовать, что замена сцепления не за горами:
- затруднение переключения передач заднего и переднего хода;
- пробуксовка (неполное включение) сцепления, включая отсутствие надлежащего при данной передаче ускорения и заметную потерю мощности на подъемах;
- рывки при включенном сцеплении, а также посторонние вибрации, шумы и стуки;
- скрип и подергивание педали сцепления при нажатии на нее;
- ярко выраженный запах горелого пластика при эксплуатации машины.
Трансмиссия автомобиля: виды и основные неисправности
Трансмиссия автомобиля — это совокупность различных узлов и механизмов, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колесам и изменяющий его по величине и направлению. Другими словами, именно трансмиссия позволяет автомобилю тронуться с места, ускоряться и двигаться, в том числе, задним ходом.
Ее конструкция тесно связана с изначальной компоновкой транспортного средства, то есть как расположен двигатель и ведущие колеса относительно друг друга. У переднеприводных авто двигатель и трансмиссия это по сути единый узел под капотом. При заднеприводной компоновке двигатель спереди, а ведущие колеса — задние. Есть и более экзотические варианты, например, с центрально- и заднемоторной компоновкой.
Дополнительно трансмиссия усложняется при наличии полного привода. В этом случае ведущими будут четыре колеса, и тут есть свои нюансы — в каком соотношении распределяется мощность по осям, тип блокировки и прочее.
Кроме того, есть специфические трансмиссии, которые или не нашли массового применения, или используются на тяжелой строительной, сельскохозяйственной и военной технике.
Назначение трансмиссии
Основное назначение трансмиссии — преобразование и передача крутящего момента. От ее конструкции и характеристик отдельных узлов также зависит:
- динамика и показатели управляемости;
- безопасность;
- эффективный расход топлива. Слаженная работа всех элементов трансмиссии обеспечивает максимально возможный КПД с минимальной потерей мощности.
Устройство трансмиссии
Устройство трансмиссии варьируется от типа привода и компоновки, но в самом общем виде к ее основным узлам относят:
- сцепление — в классическом варианте передает энергию вращения маховика и позволяет включать/отключать трансмиссию от ведущего вала. На автоматах это делает гидротрансформатор.
- коробка передач — предназначена для изменения крутящего момента в широком диапазоне, для адаптации скорости вращения двигателя к разным режимам движения. Бывают ступенчатыми и бесступенчатыми.
- кардан — это несколько механических элементов (валы), которые передают вращение к расположенным на расстоянии элементам. Например, при задне- или полноприводной компоновке.
- дифференциал — благодаря ему пара ведущих колес, то есть расположенных на одной оси, могут вращаться с разными скоростями. Это необходимо, например, при поворотах, в том числе, для исключения пробуксовки.
- шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) — элемент передне- и полноприводных авто, который передает момент под изменяющимся углом (до 70 градусов) относительно оси. Делятся на внешние и внутренние.
- раздаточная коробка — применяется опционально. Позволяет передавать крутящий момент на все четыре колеса и использовать понижающую передачу.
В трансмиссии все эти элементы, с поправкой на полный привод и компоновку, последовательно связаны друг с другом и в классическом варианте (заднеприводном) работают так:
- через сцепление от маховика крутящий момент передается на первичный вал КПП;
- от нее вращение, в соответствии с выбранной передачей, передается на вторичный вал. Он в свою очередь соединен с карданом и главной передачей;
- от них мощность перераспределяется по оси на каждое из колес.
У переднеприводных автомобилей выходной вал КПП напрямую соединен с объединенным в один узел главной передачей и дифференциалом. Момент на ведущие колеса, которые в движении постоянно меняют свое положение относительно КПП, помогают передать ШРУСы. При полном приводе, когда ведущие все колеса, за распределение крутящего момента отвечает раздаточная коробка.
Виды трансмиссии
В первую очередь стоит определиться, что брать за основу классификации. Например, все трансмиссии можно разделить по типу привода — передний, задний или полный.
Еще одна классификация, которая часто приводится в специализированной литературе — по способу передачи энергии: механические, гидростатические, гидрообъемные, электромеханические и другие. В массовом легковом сегменте нашли применение не все из них и наиболее распространена первая — та, где мощность передается путем вращения и трения механических узлов.
Но чаще всего под трансмиссией подразумевают все же тип коробки передач: механическая или автоматическая. Такое разделение уже прочно вошло в лексикон, и в этом случае трансмиссия и коробка по факту становятся синонимами (что не совсем так).
Неисправности трансмиссии: советы эксперта
Проблем и поломок у трансмиссии автомобиля может быть ровно столько, сколько рабочих элементов в ее составе. Но редко когда поломка случается внезапно. Любой неисправности, которая без должного внимания способна перерасти в полноценный дефект, предшествуют симптомы. Некоторые из них лучше диагностировать у специалистов, другие можно проверить самостоятельно. Разбираемся с экспертом в наиболее распространенных из них.
Проблемы КПП
В целом, коробка переключения передач — надежный узел в трансмиссии автомобиля. При правильной эксплуатации и соблюдении регламента обслуживания, серьезных проблем может не возникнуть на протяжении всего срока владения автомобилем. Но насторожиться стоит в случае, когда:
- появился шум и скрежет при переключении;
- передача не включается или ее выбивает;
- «коробка», если это автомат, зависает, чувствуются пинки или провалы;
- очевидная утечка трансмиссионной жидкости.
Юрий Гордеев, мастер-консультант отдела слесарного сервиса АвтоСпецЦентра Nissan Химки:
«В случае, когда не получается сдвинуть рычаг МКПП при выжатом сцеплении, проверяют уровень и качество трансмиссионной жидкости.
Если на АКПП при движении селектор самостоятельно уходит в нейтральное положение, то проводят диагностику синхронизатора и электроники. Когда коробка «зависает», например работает только на третьей передаче и далее не переключается, потребуется диагностика соленоида блокировки переключения, а также проверка датчика переключения. Повышенный шум или воющий звук могут указывать на износ подшипника первичного вала.
Блокировка задней передачи и рывки при смене четных скоростей на DSG требуют диагностики износа фрикционной многодисковой муфты и уровня истирания соленоидов мехатроника».
