Виды и типы КПП (коробки переключения передач)

Содержание

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

ведущий или первичный вал;
ведомый или вторичный вал;
промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
шестерни первичного и вторичного валов;
механизм выбора передач;
муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
картер;
главная передача;
дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Нейтральное положение

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

Задний ход

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Устройство и отличия КПП с тросовым приводом

В отличии от обычной коробки передач, коробка с тросовым приводом получила некоторые улучшения и модернизации.

КПП ВАЗ-2181 с тросовым приводом

Для того чтобы понимать, как всё устроено, сравним стандартную КПП с маркировкой ВАЗ-2180 и новую ВАЗ-2181:

Для уменьшения вибрации издаваемые коробкой передач с тяговым приводом были установлены тросы от производителя Atsumitec.
Чтобы уменьшить усилие для переключения 1 и 2 передачи производитель установил многоконусные синхронизаторы.
Увеличился размер сцепления до 215 мм.
В связи с изменением трансмиссионной конструкции, стартер пришлось расположить вдоль мотора, а не КПП.
Для облегчения переключения передач пришлось уменьшить угол скоса зубьев синхронизатора со 125 градусов до 100.
Для устранения течи масла конструкторы перенесли механизм выбора передачи наверх. Но, этот нюанс дал толчок к разработке новой схемы переключения и изменения конструкции.
Уменьшился объем заливаемого смазочного материала с 3,3 л до 2,2 л.
Установлена селекторная пластина, которая позволяет более четко переключать передачи.
Совершен переход с минерального масла на полусинтетическое.
Чтобы случайно не включить задний ход была разработана специальная блокировка.

Основные элементы и комплектующие, которые сходят в устройство новой КПП можно увидеть на рисунках ниже:

Схема коробки передач и расшифровка основных её элементов

ведущая шестерня главной передачи;
вторичный вал;
первичный вал;
вилка включения пятой передачи;
вилка включения третьей и четвертой передач;
выключатель фонарей заднего хода;
картер сцепления;
механизм переключения передач;
центральный фиксатор.

Устройство синхронизаторов коробки ВАЗ -2181

1 – шестерня первой передачи; 2 – промежуточные кольца; 3 – блокирующее кольцо; 4 – муфта синхронизатора; 5 – ступица муфты синхронизатора; 6 – фиксатор; 7 – шестерня второй передачи.

Механизм выбора передач

1 – рычаги выбора передач; 2 – штифт селекторной решетки; 3 – селекторная решетка; 4 – механизм блокировки заднего хода; 5 – центральная трехмерная пластина.

Полный вид КПП с тросовым приводом

Таким образом, завод-изготовитель решил улучшить и модернизировать коробку переключения передач, которая была не надежная и имела достаточно много проблем. За счет новой улучшенной системы была уменьшена вибрация по кузову и ручки КПП. Передачи включатся, начали более четко, и пропали огромные люфты.

Строение КПП

Обычно современные авто, что касается коробки передач, обладают ступенями. Чаще всего это МКПП. Они обладают несколькими зубчатыми шестеренками. Коробка передач включает расчет на четыре-пять скоростей, не говоря о заднем ходе.

Изменение скоростей возможно благодаря перемещению шестеренок, они цепляются друг за друга, в результате происходит блокировка за счет продвижения вперед устройства, которое служит для синхронизации крутящего момента и колеса. Управлять шестеренками можно вручную, когда используется механическая коробка передач, либо такое действие происходит автоматически, когда работает автоматика.

Старые коробки передач обладали трехступенчатыми и четырехступенчатыми диапазонами, а вот современные аналоги могут похвастать и 8 скоростями, ну или еще выше. Расчет количества передач зависит от типа мотора и других факторов.

Рассмотрим, что включает в себя коробка передач, если говорить об элементах более подробно.

Первый узел, который делает все единым целым, – это корпус. Сюда относятся разные узлы трансмиссии, такие как: блоки шестерен, обгонные муфты и блок заднего хода. Устройство сцепления имеет расположение рядом с маховиком, который держится на моторе.

Учитывая принцип работы, шестеренки сильно трутся друг о друга во время работы коробки передач, а это значит, что им необходима обильная смазка. Поэтому картеру следует быть заполненным маслом до определенного уровня. У коробки передач еще есть разного рода устройства, они комплектуются вместе с подшипниками, находится каждый из них в картере, у каждого блока по нескольку шестеренок, у которых количество зубьев отличается.

Следующая деталь, о которой пойдет речь, – это синхронизаторы

Для любого автомобиля важно, чтобы коробка передач была плавной, без лишнего шума, ударов, колебаний, поэтому синхронизаторы уравнивают работу шестеренок, имеющих постоянное вращение

Правильный расчет передаточных чисел позволяет коробке передач преобразовывать крутящий момент двигателя и точно распределять его на приводные оси. Такая технология уже давно используется ведущими автопроизводителями.

Для того, чтобы переключить передачу в КПП, водитель выжимает сцепление и передвигает рычаг кулисы в нужное положение.

Все сделано таким образом, что даже при большом желании включить одновременно две передачи, это сделать невозможно. С другой стороны, благодаря блокировке кулисы, передачи сами не могут переключаться или выключаться.

Как работает гидротрансформатор?

Гидротрансформатор состоит из следующих основных элементов:

насоса или насосного колеса;
турбинного колеса;
плиты блокировки;
статора;
обгонной муфты.

Чтобы понять, как работает автоматическая коробка передач, нужно в целом представлять ее устройство. Так, насос механическим соединением связан с двигателем. Турбинное колесо соединяется с валом КПП при помощи шлицов. При вращении насосного колеса при работающем двигателе создается поток масла, который вращает турбинное колесо гидротрансформатора.

Не помешает знать когда менять масло в автоматической коробе передач.

В этом случае гидротрансформатор выполняет роль обычный гидромуфты, посредством жидкости лишь передавая от двигателя на вал автоматической коробки крутящий момент. При увеличении оборотов двигателя сколь-нибудь существенного увеличения крутящего момента не происходит.

Для преобразования крутящего момента схема автоматической коробки включает статор. Принцип работы заключается в том, что он перенаправляет поток масла обратно на крыльчатку насоса, заставляя ее быстрей вращаться, увеличивая крутящий момент. Чем скорость вращения турбинного колеса по отношению к насосу меньше, тем большая остаточная энергия передается статором посредством возвращаемого масла на насос. Соответственно крутящий момент увеличивается.

Основы работы турбины и насоса АКПП

Турбина всегда вращается медленнее, чем насос. Максимальное соотношение скоростей вращения насоса и турбины достигается при неподвижном автомобиле, уменьшаясь при увеличении скорости транспортного средства (ТС). Связь статора с гидротрансформатором осуществляется через обгонную муфту, способную вращаться лишь в одном направлении.

Лопатки турбины и статора имеют особую форму, за счет чего поток масла перенаправляется на обратную сторону лопаток статора. При этом статор заклинивает и, оставаясь неподвижным, он передает на вход насоса наибольшую энергию масла.

За счет такого режима работы гидротрансформатора обеспечивается максимальная передача крутящего момента. Он увеличивается почти в три раза при трогании автомобиля с места.

При разгоне ТС турбина относительно насоса проскальзывает все меньше до наступления момента, когда колесо статора подхватывается потоком масла, начиная вращаться в направлении свободного хода обгонной муфты. Устройство при этом начинает работать как обычная гидромуфта, не увеличивает крутящий момент. В этом режиме КПД гидротрансформатора не превышает 85%. Такой режим работы сопровождается выделением избытка тепла и повышением расхода топлива.

Назначение блокировочной плиты

Этот недостаток устраняется при помощи специального устройства — блокировочной плиты. Несмотря на механическую связь с турбиной, конструктивно она выполнена так, что может перемещаться вправо и влево. Это устройство включается в работу при достижении автомобилем высокой скорости. По команде устройство управления поток масла меняется таким образом, чтобы он прижимал блокировочного плиту к корпусу гидротрансформатора справа.

При этом турбина и насос связываются друг с другом механически. Для повышения сцепления на внутреннюю сторону корпуса гидротрансформатора наносится специальный фрикционный слой. Таким образом двигатель связывается с выходным валом автоматической коробки. Естественно такая блокировка сразу выключается даже при незначительном торможении автомобиля.

Выше был описан лишь один из способов блокировки гидротрансформатора. Однако любой другой способ преследует ту же самую цель — предотвратить проскальзывание турбины по отношению к колесу насоса. Обычно описанный режим действия в различных источниках называется Lock-Up.

Работу гидротрансформатора для чайников будет проще понять, если вместо турбины и насоса представить два простых вентилятора, один из которых работает от сети, а другой вращается за счет создаваемого первым вентилятором потока воздуха. Только вместо воздуха здесь выступает масло, а лопасти первого вентилятора (насоса в случае АКПП) приводятся в движение не за счет электричества, а за счет механического соединения с валом двигателя автомобиля.

Коробка скоростей токарного станка относится к основным частям привода шпинделя. Она создана для осуществления передачи энергии движения электродвигателя остальным частям механизма. Также ее используют для изменения частоты вращения шпинделя, а соответственно и скорости работы. В зависимости от конструкции станка может быть два типа размещения этого узла. Коробку могут встраивать в корпус бабки шпинделя или же монтировать ее в отдельном корпусном блоке, который все равно должен быть связан со шпинделем.

Если коробка скоростей токарно-винторезного станка является встроенной, то это делает конструкцию существенно более простой, особенно это заметно в плане монтажа. Это сильно упрощает управление устройством. В то же время они создают условия для повышения температуры во время рабочего процесса, а также создают дополнительные вибрации. Таким образом, они находят применение только в моделях нормальной точности, так как для точных станков используется принцип действия с раздельной коробкой.

фото:коробка скоростей токарного станка

Изменение скорости может производиться бесступенчатым и ступенчатым способом также как и реверсирование. Для этого используется несколько способов, к примеру, таких как:

Скользящие блоки, состоящие из 2-3 колес с прямыми зубьями, которые перемещаются по валу с направляющей шпонкой или шлицами. Используются в станках средних размеров.
Фрикционные муфты с ручным или электромагнитным включением. Здесь допускается применение шевронных или косозубых колес, благодаря чему скорости можно переключать на ходу. Эта система используется в автоматических станках средних и мелких размеров.
Кулачковые муфты, которые работают совместно с шевронными и косозубыми колесами. Они обладают малыми условиями включения и небольшими пределами перемещения. Данная система хорошо подходит для тяжелых станков.
Сменные зубчатые колеса, которые обладают относительно небольшими осевыми габаритами. Такая система обеспечивает широкие пределы частоты вращения шпинделя. Ещё используются в операционных и специальных станках автоматического и полуавтоматического типа, которые заняты в серийном производстве.
Механизмы бесступенчатого регулирования, или как их еще называют – вариаторы. Они обеспечивают плавную регулировку скорости при работе станка. Используются в средних и малых станках.

Устройство механической коробки передач

Инструкция ремонта коробки передач ваз 2107 5 ступки своими руками

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

ведущий или первичный вал;
ведомый или вторичный вал;
промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
шестерни первичного и вторичного валов;
механизм выбора передач;
муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
картер;
главная передача;
.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Этот тип коробки является наиболее распространенным. через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают . Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих . Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство и принцип работы

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Как динамика машины зависит от передаточного числа

Чем правильнее (читай – сбалансированнее) подобраны ПЧ, тем эффективнее будет работать коробка, а износ шестерней будет сведён к минимуму. Но такой подбор – задача нелёгкая, поскольку необходимо учитывать множество факторов: мощность силового агрегата, назначение транспортного средства, диаметр колеса и т. д.

При высоком ПЧ автомобиль будет разгоняться быстрее, то есть будет обладать большей динамикой, но длина передачи будет короткой. Под этим термином понимают, насколько быстро достигаются максимальные обороты коленвала (короткие передачи расположены снизу, и переключаться здесь нужно быстро).

При уменьшении ПЧ мы ухудшаем динамику авто, но зато можем разгонять её до больших скоростей. Именно поэтому на самой высокой передаче обгон выполнять не рекомендуется, нужно перейти на меньшую и переключиться на высшую после завершения манёвра.

Конструкторы, подбирая передаточные числа, стремятся найти компромиссное решение, когда и скорость высока, и разгонные характеристики не страдают.

В автоспорте многие гонщики стремятся сделать передаточные числа коробки передач со строго последовательным уменьшением на определённое значение. Это делается для того, чтобы спортсмен переключался при разгоне «на автомате», то есть длина передач делается примерно равной.

Высокая скорость – режим, характерный для движения по прямой. Если трасса извилистая, рекомендуется использовать ПЧ с большими значениями – такой подбор в зависимости от типа трассы приходит с опытом.

Передаточные числа КПП

Изменение числа оборотов на разных передачах: давайте представим себе две шестерни у одной будет 10 зубцов, а у второй 20. Так как вторая шестерен больше, она успеет сделать только один оборот, следовательно первая сделает два вращения. Таким образом у разных шестерен разная скорость оборотов за минуту.

Пусть у нас будет 4 шестерни:

Первая, будет иметь 10 зубцов.
Вторая, будет иметь 20 зубцов.
Третья, будет иметь 10 зубцов.
И четвертая будет также как и вторая – 20 зубцов.

Пусть, первичный вал и первая шестерня будут вращаться со скоростью, к примеру 4000 оборотов за минуту. Тогда вторая шестерня будет вращаться медленней, исходя из вышесказанного, то есть – 2000 оборотов за минуту. Третья шестерня будет тоже делать 2000 оборотов за минуту, так как она закреплена на одном валу со второй шестерней. Получается, что четвертая шестерня будет самой медленной – 1000 оборотов за минуту.

Высчитав обороты за минуту, можно узнать передаточное число. Передаточное число двух пар первой и второй будет 2. Общее передаточное число 4. Это получается, что вторичный вал будет вращаться меньше в 4 раза. Вторичный вал может находится в состоянии покоя, что будет обеспечивать нейтральную передачу. Этого можно достигнуть путем съема зацепенения с третьей и четвертой шестерни. В автомате нейтралка необходима для буксировки автомобиля, используется во время поломки. В механической коробке используется для работы автомобиля если он долго стоит на месте в заведенном состоянии. Так или иначе, эта передача необходима любому автомобилю, но на автомате вы можете ни разу и не включить ее, за все время пользования машиной.

Так как коробка обладает большим набором шестерен, зацепив разные пары мы можем изменять передаточные числа.

Когда передаточное число 1, это обычно так называемая – 4 передача. На ней все валы вращаются одинаково. На самых мощных передачах 1-ой и задней двигатель обычно не испытывает перегрузок, но скорость езды автомобиля очень низкая.

Первая передача включается сразу, как только водитель садится за руль. Первая передача позволяет завести машину и сдвинуть ее с места, далее скорость увеличивается до передачи, комфортной для езды водителю. Водитель может переключаться на слабые и на мощные передачи. Все переключения на слабые передачи происходят последовательно, на сильные передачи можно переключиться перепрыгнув передачу, но так делать нежелательно. Например, с третьей передачи, можно сразу переключиться на пятую, тем самым пропуская четвертую передачу.

Если вы обладатель КПП, то все передачи будут изменяться плавно. За это отвечает гидравлическое или механическое преобразование крутящего элемента.

Чаще всего по трассе ездят на высокой скорости на 4 и 5 передачах, это обусловлено не только экономией времени, но и экономией топлива.

Ни в коем случае нельзя быстро переключать передачи резкими движениями, так как это может навредить корректной работоспособности коробки. Передачи должны переключаться плавно, чтобы успели срабатывать синхронизаторы.

Влияние передаточного на динамику машины

Правильно подобранное передаточное обеспечивает взаимосвязанную работу всех элементов автомобиля. При выборе передаточного числа необходимо руководствоваться характеристиками двигателя, но не стоит забывать и про колеса, точнее про их размер.

Изменяя передаточную величину крутящего момента может увеличиваться или уменьшаться. Это достигается изменением зубьев у каждой шестерни.

Зависимость числа и мощности следующая, чем выше число, тем мощней передача. Это говорит о том, что мотор автомобиля будет в разы быстрее выкручивать заветное количество оборотов. Высокое число обеспечивает быстрое ускорение.

Слишком малая передаточная цифра будет позволять разгонять максимальную скорость, но при этом динамика авто нарушается, поэтому не стоит слишком занижать ее.

Наиболее близкие передаточные числа обеспечивают плавный и быстрый разгон.

Для обычной повседневной езды достаточно количества оборотов в 2000-3000 тыс. Эти значения обычно высвечиваются на тахометре, и если вам все еще не хватает скорости, то нужно всего лишь переключиться на более высокую передачу.

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.