Трансмиссия

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором — повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная — максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики — там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Признаки поломки трансмиссии

Диагностируется трансмиссия в принципе проще, чем двигатель, но в последнее время она настолько усложнена, что потребуется те же приёмы использования специальных сканеров, но механические поломки достаточно наглядны:

• отказы сцепления, которые проявляются в его пробуксовке или наоборот, передаче момента в выключенном состоянии;
• поломки полуосей и приводов, случающиеся при их сильной перегрузке;
• естественный износ подшипников, которых в трансмиссии очень много, проявляется как вой или хруст;
• крестовины карданов и шарниры равных угловых скоростей проявляют свой износ начиная с треска при больших углах поворота;
• механические коробки передач имеют синхронизаторы, которые по мере износа начинают препятствовать бесшумному переключению, после чего начинают «выпадать» передачи;
• гидроавтоматы при переключениях начинают выдавать толчки, как говорят, «пинаться», что становится первым сигналом к ремонту;
• главные передачи при начавшемся разрушении издают характерный вой;
• дифференциалы могут начать стучать при ускорении или хрустеть при срыве одного из колёс в скольжение;
• вариаторы просто отказывают при критическом износе ремня и конусов.

Основной причиной поломок почти у всех трансмиссий выступает злоупотребление максимальными режимами работы, это частые резкие разгоны, быстрое переключение и перегрев.

Проблема усугубляется пренебрежением к регулярной замене масла. К сожалению, на это подталкивают и изготовители, слишком оптимистично формируя регламенты ТО.

Регулярной заменой масла на свежее и качественное можно довести срок службы трансмиссии до полного износа двигателя, а в отдельных случаях и до утилизации автомобиля в целом.

Трансмиссия: устройство

Прежде всего, многие ошибочно полагают, что трансмиссией является коробка передач. На самом деле это не совсем так. На деле, каждый элемент, который отвечает за связь мотора с ведущими колесами, входит в состав трансмиссии автомобиля. Сама трансмиссия в автомобиле отвечает за выполнение следующих задач:

• передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса;
• изменение (преобразование) величины крутящего момента;
• изменение направление крутящего момента;
• перераспределение крутящего момента между колесами.

Существует несколько видов трансмиссии. При этом по состоянию на сегодня на автомобилях наиболее активно используется механическая трансмиссия, которая преобразует механическую энергию, полученную в результате работы двигателя. Также широко распространена гидромеханическая трансмиссия, где крутящий момент изменяется автоматически (автоматическая трансмиссия).

Если просто, сегодня наиболее распространенными являются механическая трансмиссия с ручной коробкой передач МКПП и автоматическая (гидромеханическая АКПП). Каждый из указанных типов трансмиссий отличается по своему устройству, имеет как преимущества, так и недостатки, однако основной их задачей неизменно остается получение, преобразование и передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса машины.

Идем далее. Все трансмиссии (как автоматические, так и механические), отличаются по типу привода. Если точнее, ведущими колесами могу быть передние, задние или сразу все колеса автомобиля.

Если ведущие колеса только передние, тогда такой автомобильная с передним приводом, если ведущей является задняя ось, машина заднеприводная, а если ведущими являются все колеса, тогда это полноприводный автомобиль. В зависимости от типа привода, также существенно различается и устройство трансмиссии (по количеству элементов, по схеме устройства и т.д.).

Трансмиссия заднего привода автомобиля имеет сцепление, КПП (коробку передач), карданную передачу, главную передачу, дифференциал, а также полуоси.

• Сцепление позволяет плавно отсоединять и присоединять двигатель к трансмиссии, что необходимо для переключения передач, а также в целях исключения высоких нагрузок на детали трансмиссии.
• КПП (коробка переключения передач) является основой трансмиссии и служит для преобразования крутящего момента, изменения скорости движения (для движения вперед), направления движения (задняя передача), а также для разъединения мотора и трансмиссии (нейтральная передача).
• Карданная передача отвечает за передачу крутящего момента от вторичного вала КПП на вал главной передачи, которые расположены под углом относительно друг друга. Главная передача позволяет увеличить крутящий момент на колесах и передать его на полуоси ведущих колес. Машины с задним приводом имеют гипоидную главную передачу, где оси шестерен не пресекаются между собой.
• Дифференциал распределяет крутящий момент между левым и правым ведущим колесом, позволяя реализовать вращение полуосей с разной угловой скоростью. Это необходимо для повышения устойчивости машины при прохождении поворотов, сложных участков дороги и т.д.

На автомобилях с передним приводом часть элементов, которые есть на заднеприводных авто, попросту отсутствует. Фактически, нет карданной передачи. На машинах с передним приводом имеются ШРУСы (шарнир равных угловых скоростей), а также приводные валы, более известные как полуоси. Главная передача, а также дифференциал, устанавливаются в картере КПП.

ШРУС является элементом, который необходим для того, чтобы передать крутящий момент от дифференциала на ведущие колеса. В устройстве трансмиссии переднеприводных авто зачастую используются два внутренних ШРУСа (отвечают за соединение с дифференциалом), а также два наружных (для соединения с колесами). Между указанных пар ШРУСов (наружных и внутренних), стоят полуоси.

Что касается полноприводных авто, в этом случае трансмиссия может отличаться по конструкции, однако в основе лежит комбинация систем переднего и заднего привода. Добавим, что полный привод бывает постоянным или подключаемым. Данная трансмиссия самая сложная по устройству, отличается большим количеством составных элементов, образуя различные схемы полного привода автомобиля.

Что входит в трансмиссию автомобиля

В большинстве производимых автомобилей используются узлы и агрегаты, известные ещё с тех пор, когда конструкция начала терять элементы экзотики и стала типовой. Некоторые из них стали устаревать или сильно видоизменяться.

Сцепление

Предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от всей прочей трансмиссии. Чаще всего с обычными механическими коробками передач или автоматизированными (роботами) используется однодисковое сухое сцепление, состоящее из ведомого диска, который зажимается между ведущим подпружиненным и поверхностью маховика.

Но нередко узел может содержать несколько пар дисков, работать в масляной ванне, или даже выполняться в виде гидротрансформатора, где вращение передаётся между крыльчатками турбинного типа, взаимодействующим через поток гидравлической жидкости. Такие решения применяются в автоматических трансмиссиях разной организации.

Коробка передач

Коробка служит для изменения передаточного числа, адаптируя рабочий диапазон частот вращения вала двигателя к разным скоростям движения.

Коробки подразделяются на несколько принципиально разных категорий:

• механические с ручным переключением;
• роботизированные, то есть те же МКПП, но с автоматическим переключением и управлением сцеплением;
• автоматические гидромеханического типа;
• преселективные с двумя автоматическими сцеплениями;
• бесступенчатые вариаторного типа.

На одной и той же модели автомобиля могут использоваться разные коробки, в зависимости от целевого потребителя.

Карданная передача

Представляет собой вал с двумя или несколькими шарнирами.

В качестве них могут быть применены:

• классические крестовины, имеющие недостаток в виде неравномерности вращения на больших углах отклонения от оси;
• сдвоенные крестовины, дающие меньшую вибрацию, но массивные и громоздкие;
• шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), дающие минимум неравномерностей и вибраций, но относительно дорогие в производстве;
• эластичные муфты, простые, дешёвые, но не очень надёжные, работающие только на небольших углах и неспособные передать значительный момент.

Карданных валов в автомобиле может быть несколько, в том числе и составных с промежуточными подвесными подшипниками.

Главная передача

Обычно этим термином обозначается понижающий редуктор ведущего моста. В классическом случае это гипоидная пара шестерён, работающая с низким уровнем шума и разворачивающая момент на 90 градусов с одновременным смещением оси вращения.

Но иногда используется и обычная пара конических шестерён, если нет необходимости в смещении оси. Передаточное число главной передачи в большой степени характеризует тяговые или скоростные возможности автомобиля.

Дифференциал

Колёса автомобиля вращаются с одинаковой скоростью только когда они строго одинакового диаметра, а автомобиль движется прямолинейно. Во всех прочих случаях им надо давать возможность опережения или отставания, чтобы не создавать паразитных разрушающих моментов в трансмиссии.

Для этого и применяются дифференциалы, развязывающие колёса друг от друга, при этом продолжая передавать момент на все. Теория и номенклатура дифференциалов достаточно сложна, они могут быть свободными, блокируемыми, вязкостными, несимметричными и с разными способами управления.

Применяются они как на ведущих осях, так и в раздаточных коробках, распределяющих момент между осями.

Автоматические коробки

Что касается автоматических коробок передач, то они не получили на грузовиках столь широкого распространения, как на легковушках. Главная причина такого положения дел – неспособность «автоматов» обеспечить должную экономию топлива. МКП ценится водителями во многом потому, что она позволяет четко контролировать автомобиль и при правильном режиме езды экономить горючее. 

К сожалению, «автомат» не способен похвастаться этими преимуществами, поэтому на большегрузах он является чем-то сродни экзотики.

Однако есть у АКП на грузовиках и определенные преимущества, в частности:

•  Повышают комфорт управления автомобилем (водителю не приходится думать о выборе правильной скорости). Особенно удобно это во время движения в населенных пунктах с плотным трафиком и сложной дорожной обстановкой.
•  Продлевают срок службы мотора, снижают износ деталей и комплектующих, позволяют уменьшить количество неисправностей и исключить необходимость преждевременного ремонта. 
•  Благодаря тому, что управление действиями осуществляет электроника, машина плавнее стартует с места и так же плавно тормозит, что способствует более комфортной езде. Обеспечивают плавность движения на дорогах, качество покрытия которых оставляет желать лучшего. 

Из чего состоит трансмиссия?

Из-за наличия большого количества функций у данного агрегата его устройство можно назвать сложным. Устройство трансмиссии выглядит следующим образом:

1. Сцепление – позволяет переключать передачу без нанесения вреда  механизму КПП.
2. Коробка передач – узел, который обеспечивает возможность регулирования скорости и подаваемой мощности на ведущие колеса путем использования сочетания различных по величине шестерни. От данного узла зависят основные свойства трансмиссии.
3. Главная передача.
4. Дифференциал.
5. Шарниры равных угловых скоростей.
6. Приводные валы.

Стоит учесть, что у переднеприводных автомобилей главная передача и дифференциал расположены в картере коробки передач.

Принцип работы трансмиссии заключается в следующем:

При нажатии на педаль, водитель приводит в действие механизм сцепления, который связывает ведущие колеса с двигателем. Крутящий момент передается от коленчатого вала на приводные валы, а оттуда в дифференциал. С помощью системы шестерен крутящий момент меняет свое направление и передается непосредственно на колеса.

Механическая трансмиссия – наиболее распространенный тип, который отличается максимальной простотой функционирования, именно поэтому она используется на шестерках и прочих тазах, даже после тюнинга ВАЗ 2106.

Необходимым атрибутом МКПП является рычаг переключения передач, который установлен в салоне автомобиля. Это необходимо для того, чтобы при необходимости переключении передачи водитель смог выполнить действия в соответствии с ситуацией. При помощи специального механизма тяги во время движения рычага происходит движение по осям трансмиссии ее   шестерни.

Сцепление позволяет автомобиля стоять неподвижно или плавно переключать передачу во время движения. Во всех автомобилях первая передача дает меньшую максимальную скорость, но большую тягу и мощность; последняя передача наоборот дает большую скорость, но меньшую мощность.

Устройство трансмиссии зависит от ее вида и других особенностей автомобиля. Ведь существую автоматические и полуавтоматические типы КПП, которые имеют различные  дополнительные механизмы для обеспечения быстрого и плавного переключения скоростей. Стоит отметить, что в современных автомобилях из Германии для улучшения показателя разгона автомобиля до первой сотни на спидометре применяют двойное сцепление.

Трансмиссия, как и любой другой агрегат автомобиля, нуждается в периодической диагностике и восстановлении.

Также на эту тему вы можете почитать:

Как промыть систему охлаждения мотора

Форд Фокус первого поколения на вторичном рынке

Покупка автомобиля в Германии иногда бывает выгодной

Большой расход топлива ВАЗ 2109 (карбюратор), что делать?

Выбрать недорогой внедорожник — дело не простое

Alex S 23 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Наиболее частые поломки трансмиссии

К наиболее распространенным неисправностям трансмиссии относятся:

Сложности с переключением одной или нескольких скоростей

В этом случае важно отремонтировать сцепление, настроить тросик или отрегулировать кулису.
При переходе на нейтральную передачу в коробке появляется шум. Если этот звук исчезает при нажатии на педаль сцепления, то это может быть симптомом вышедшего из строя выжимного подшипника, износ подшипников первичного вала, при неправильно подобранном трансмиссионном масле или недостаточном его объеме.
Износ корзины сцепления.
Подтекание масла.
Поломка карданного вала.
Выход из строя дифференциала или главной передачи.
Поломка ШРУСов.
Неисправности в электронике (если в машине полное или частичное управление осуществляется электронным блоком управления)

В этом случае на приборной панели будет светиться значок неисправности мотора.
В процессе переключения скоростей ощущаются сильные рывки, стуки или скрежет. Причину этому способен определить квалифицированный специалист.
Скорости произвольно выключаются (касается механических КПП).
Полный отказ агрегата работать. Точную причину нужно устанавливать на станции техобслуживания.
Сильный нагрев коробки.

Типы трансмиссий

Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

Задний привод

Устройство системы заднего привода

Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает в себя:

• сцепление,
• коробку передач,
• карданную передачу,
• главную передачу,
• дифференциал,
• полуоси.

Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями – межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Передний привод

Устройство системы переднего привода

В автомобиле с приводом на передние колеса все агрегаты трансмиссии расположены под капотом машины и объединены в один большой узел агрегатов. Коробка передач содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.

Трансмиссия переднеприводного автомобиля включает в себя:

• сцепление,
• коробку передач,
• главную передачу,
• дифференциал,
• валы привода передних колес.

Полный привод

Устройство системы полного привода

Полноприводные автомобили имеют большое разнообразие схем трансмиссий. Их можно условно разделить на три группы.

a. Полный привод, подключаемый водителем. В такой схеме трансмиссии обязательно есть раздаточная коробка, при этом на большинстве моделей нет межосевого дифференциала. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент между передней и задней осями (мостами).

б. Полный привод, подключаемый автоматически. В большинстве таких трансмиссий постоянно ведущими являются передние колеса, а между осями вместо дифференциала установлена фрикционная муфта с электронным управлением или вискомуфта. Вискомуфта (вязкостная муфта) – передает крутящий момент при разных скоростях вращения частей ее корпуса за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками. Вискомуфта может устанавливаться между осями или встраиваться в корпус дифференциала для его автоматической блокировки. Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет трения при сжатии пакета дисков.

в. Постоянный полный привод. Автомобили с такой трансмиссией обязательно имеют межосевой дифференциал.

Передачу мощности к четырем колесам используют не только для повышения проходимости (у вседорожников), но и для лучшей реализации разгонных свойств автомобиля. Оба эффекта достигаются за счет перераспределения силы тяги – на каждом колесе она получается меньше, соответственно ниже вероятность их пробуксовки.

Механическая трансмиссия

Передача мощности производится за счёт механических передач вращательного движения.

Плюсы:

• Низкая стоимость.
• Высокий КПД.
• Малые габариты.

Механические системы обладают наивысшим КПД среди прочих, наименьшей массой, наиболее просты в производстве.

Важно!

Не нужно путать механический способ передачи энергии и механическую коробку передач. Да, чаще всего решения с механической коробкой – это именно решения с механической передачей энергией. И именно её все и называют механическая трансмиссия автомобиля. Но это не аксиома. Среди гусеничной техники есть решения, где энергия передаётся через мехпередачи, при этом коробки стоят отнюдь не механические.

Механическая трансмиссия

Особенность механической трансмиссии заключается в том, что весь процесс перехода между передачами происходит исключительно за счет механического вмешательства водителя. Только он выжимает сцепление, прерывая передачу крутящего момента от маховика на диск сцепления. Исключительно благодаря действиям водителя происходит переключение передач и возобновление подачи крутящего момента на шестерни коробки передач.

Но понятие механической трансмиссии не стоит путать с МКПП. Коробка – это агрегат, с помощью которого происходит распределение тяговых усилий. В механической трансмиссии передача крутящего момента происходит за счет механической передачи. То есть все элементы системы имеют непосредственную сцепку друг с другом.

Достоинств у механической передачи крутящего момента (в основном за счет шестеренчатого соединения) несколько:

• Максимальный КПД, так как не происходит потеря мощности на работу попутных механизмов, как, например, в гидротрансформаторе;
• Стоимость механической трансмиссии самая низкая среди идентичных аналогов с другим типом передачи крутящего момента за счет более простой конструкции;
• Все та же простая конструкция позволяет производителям создавать агрегаты с небольшими габаритами.

Вывод

Перед покупкой автомобиля с определенной коробкой передач, нужно определиться, в каких условиях машина будет эксплуатироваться, что вы хотите от него. Если авто покупается для города с его пробками, то лучше посмотреть в сторону автоматических коробок. В этом случае нет разницы, какой тип: робот, вариатор или классический «автомат».

Если нужна надежность и неприхотливость, то выбираем машину с механической КПП. В этом случае вы платите комфортом. Вам придется самому управлять процессом выбора передачи, уметь пользоваться педалью сцепления.

Нужна быстрая и экономичная КПП – выбираем автомобиль с роботизированной коробкой переключения передач. Этим требованиям отвечает «робот» с двумя сцеплениями. Они менее надежные чем «автомат» или «механика», но по скорости переключения скоростей может соревноваться с механической. Ярким представителем этого семейства является DSG. Ранние поколения этих коробок прославились своей ненадежностью, частой заменой сцепления и мехатроника. В последних ревизиях большинство проблем были устранены, об этом поговорим в следующей статье.

Роботы с одним сцепление не сильно подойдут для городского режима эксплуатации авто. Скорость переключения маленькая, частая задумчивость, дерганее и низкая топливная эффективность. Владельцы Весты и Xray прекрасно знают о чем я говорю.

Для города хорошо подойдет вариаторная коробка передач. Так как у неё нет фиксированных пар шестеренок, процесс переключения скоростей происходит плавно. Да, динамики у автомобиля нет, но для городской езды это не требуется. Если вовремя обслуживать вариатор, то он будет долго «ходить» и приносить удовольствие владельцу.

Отдельного внимания достойна классическая АКПП с гидротрансформатором. Она надежная, если правильно эксплуатировать и обслуживать, мягкая в плане переключения скоростей. Но стоимость ремонта и содержания в разы выше. Да и автомобиль с ней стоит на порядок больше. Именно поэтому, многие владельцы покупают автомобили с классическим автоматом.