Вопрос 13 Коробка передач. Назначение, устройство, принцип действия.

Коробка передач является важным узлом в устройстве автомобиля и предназначена для передачи мощности двигателя к ведущим колесам. В процессе передачи мощности, в виде крутящего момента, происходит его трансформация (увеличение или уменьшение), изменение направления и т.д. Второе предназначение коробки передач – отключение крутящего момента от трансмиссии, исключение – механическая коробка. В этом виде коробок отключение крутящего момента происходит при помощи отдельного узла – сцепления.

Рассмотрим ниже все концепты коробок передач, их основные плюсы и минусы, перспективы.

Различают основные виды коробок передач:

Механическая коробка (МКПП)

Автоматическая коробка (АКПП)

Роботизированная коробка (РКПП)

Вариативная коробка (Вариатор)

Механическая коробка управляется ручным способом, это более старый вид, но очень хорошо себя зарекомендовавший, особенно у водителей, которые любят ощутить всю мощь своего железного коня. Естественный недостаток таких КПП низкий КПД, из-за трения зубьев шестерен, сопротивления трансмиссионного масла.

На легковых автомобилях применяются коробки передач двух основных типов: механические и автоматические (гидромеханические). Механической коробкой передач управляет водитель, включая нужную передачу по своему выбору (в зависимости от режима движения автомобиля). В гидромеханической коробке передачи переключаются автоматически в зависимости от нагрузки на двигатель (частоты вращения коленчатого вала).

Принцип действия любой коробки передач основан на изменении частоты вращения ведомой шестерни при изменении числа зубьев ведущей шестерни. При уменьшении числа зубьев ведущей шестерни ведомая будет вращаться с меньшей частотой, при увеличении — с большей. Одновременно при уменьшении числа зубьев ведущей шестерни на ведомой шестерне повышается крутящий момент.

Обычно в коробках передач легковых автомобилей работают четыре или пять пар шестерен с разными передаточными числами. В зависимости от их числа коробка передач называется четырех-или пятиступенчатой. (Передача заднего хода в это число не входит, хотя в любой коробке передач присутствует обязательно.) Передаточное число от низшей (первой) передачи к высшей (четвертой или пятой) постепенно снижается. Передаточное число четвертой передачи во всех коробках, как правило, равно единице. Такая передача называется прямой.

Первая передача предназначена для трогания с места и движения автомобиля с самой низкой скоростью. При разгоне до 10… 15 км/ч можно перейти на вторую передачу, затем при скорости 30… 40 км/ч — на третью и, наконец, при скорости 60… 70 км/ч — на четвертую передачу. В Руководстве по эксплуатации конкретного автомобиля обязательно указана максимальная скорость движения на каждой передаче.

Переключать передачи вверх (от низшей к высшей) следует только последовательно. При замедлении и переключении передач вниз некоторые ступени можно пропускать, если позволяет скорость движения автомобиля. Например, после движения по прямой со скоростью 60 км/ч и замедления перед поворотом до 20 км/ч можно переключиться с четвертой на вторую передачу.

В последнее время все большее распространение получают пятиступенчатые коробки передач. Пятая передача в них — повышающая (передаточное отношение меньше единицы, например, 0,8, т. е. число зубьев ведомой шестерни незначительно меньше числа зубьев ведущей). Такая передача позволяет вести автомобиль с установившейся скоростью свыше 80 км/ч при пониженной частоте вращения коленчатого вала, например по ровному прямому шоссе, и двигатель расходует меньше топлива.

У коробок передач современных легковых автомобилей все пары шестерен находятся в постоянном зацеплении, а для долговечной и бесшумной работы зубья шестерен выполнены косозубыми. Синхронизатор позволяет при этом водителю бесшумно включать необходимую передачу.

Синхронизатор включает в себя ступицу, жестко посаженную на вторичный вал, на поверхности которой выполнены зубья. На зубьях ступицы помещена скользящая по ней зубчатая муфта. Устройство муфты позволяет при ее включении плавно уравнять частоту включаемой шестерни с частотой вращения ведомого вала. Кольцевая выточка на поверхности муфты служит для вилки, которая соединена с деталями механизма переключения передач. Шестерни свободно помещены на вторичном (ведомом) валу. Все они изготовлены как единое целое с венцами шестерен, имеющими прямые зубья.

Для включения I передачи перемещают заднюю муфту назад до соединения ее с зубчатым венцом самой большой шестерни на ведомом валу. При этом вращающее усилие от двигателя передается на вторичный вал через шестерни.

Для включения заднего хода используют промежуточную шестерню. При движении задним ходом вращение от первичного вала на вторичный передается через шестерню промежуточного вала и шестерню на передвижную шестерню, которую перемещают до отказа назад по шлицам вала. При этом вторичный вал меняет направление вращения на обратное.

Автоматическая коробка, так же известна и применяется давно в автомобилестроении. Переключение ступеней скорости происходит в автоматическом режиме, а вот команда на начало движения или движение задним ходом требует команды водителя. Как и у МКПП, у автомата небольшой КПД по тем же причинам и из-за наличия планетарных механизмов в устройстве коробки.

Любителями таких коробок являются, конечно, наши дамы. Многие просто не знают, что раньше существовала и третья педаль – сцепление. К дамам можно отнести и американского потребителя, американцы очень редко покупают авто с механикой.

Как говорилось выше, МКПП наилучший вариант коробки, и даже роботизированная коробка передач изготовлена на её основе, но с автоматическим управлением. Управление роботом может даже подстраиваться под стиль вождения. Недостатки те же, что и у механики, а вот плюсов, гораздо больше. Применив два вала, удалось повысить КПД, уменьшить габаритные размеры, повысить надежность коробки.

Автоматические коробки передач (АКП) встречаются в основном на зарубежных (в особенности американских) автомобилях, а из отечественных — на некоторых автомобилях Волга. Основное отличие автоматической коробки передач от механической — в передаче крутящего момента от двигателя к трансмиссии посредством давления потока жидкости в гидротрансформаторе (механизм сцепления отсутствует).

Гидротрансформатор — одна из разновидностей гидродинамической передачи. Он состоит из насосного и турбинного колес и размещенного между ними реактора, заполненных жидкосью. Насосное колесо жестко связано с маховиком и ведущим валом и при работе двигателя создает мощный поток жидкости, который вращает турбинное колесо. С лопаток турбинного колеса жидкость попадает на лопатки реактора, в результате чего возникает реактивная сила, направленная в сторону вращения турбинного колеса. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя реактивная сила увеличивается или уменьшается, и в ступенчатом механизме (коробке передач), связанном с гидротрансформатором ведомым валом, осуществляется автоматическое переключение передач — соответственно, вверх или вниз (повышенное или пониженное).

рименение гидротрансформатора позволяет плавно трогаться с места и плавно разгоняться под нагрузкой, бесступенчато изменяя скорость движения автомобиля.

Автомобилем с автоматической коробкой передач управлять, безусловно, легче, чем автомобилем с механической коробкой. Однако такие автомобили, как правило, более дорогие, а ремонт АКП при поломке сложнее.

Для смазывания деталей механической коробки передач служит трансмиссионное масло, определенный объем которого заливается в картер коробки передач и главной передачи. Трансмиссионное масло снижает затраты энергии на преодоление трения, уменьшает износ деталей, предотвращает их перегрев и коррозию. На легковых автомобилях применяют трансмиссионные масла групп GL-4 и GL-5 (по международной классификации API).

Им соответствуют отечественные масла групп ТМ-4 и ТМ-5. Трансмиссионные масла подразделяются по классам вязкости: 75W, 85W, 90 и 140 (по классификации SAE в зависимости от сезона) или 9; 12; 18 и 34 (согласно отечественной классификации). Чем больше число, тем больше вязкость. Указанные цифры входят в обозначение марки масла. Импортному всесезонному маслу 85W-90 группы GL-5 соответствует всесезонное масло ТМ-5-18. Для некоторых автомобилей завод-изготовитель рекомендует применять в агрегатах трансмиссии моторное масло определенной вязкости.В гидротрансформаторах автоматических коробок передач применяется специальная жидкость. Помимо ее количества (уровня) и качества (соответствия данной модели АКП) водителю при эксплуатации необходимо следить также за ее температурой. Система охлаждения жидкости для АКП конструктивно объединена с системой охлаждения двигателя, поэтому автомобиль с АКП нельзя буксировать с неработающим двигателем дольше определенного времени: жидкость, не получая достаточного охлаждения, перегреется, и детали АКП могут выйти из строя.

Автолюбителям пришлась по душе роботизированная коробка, а для любителей механики или просто принципиальных противников РКПП, есть возможность перехода на ручной режим управления.

Вариатор – новое слово в коробках передач. Главным недостатком вариатора остается пока невозможность применения на более тяжелых моделях авто, чем малолитражки. Неоспоримое достоинство, это, конечно, простота, плавное изменение крутящего момента, довольно высокий КПД, поскольку отсутствуют пары шестерен передач, кроме заднего хода.