Несмотря на то, что в последние десять лет бешеную популярность набрали именно автоматические , тех, кто предпочитает машину с МКПП, не стало намного меньше. Кроме того, такой имеет наиболее простой принцип действия, и понять его может даже чайник. Сегодня мы расскажем о том, каков принцип работы механической коробки передач и из каких функциональных элементов она состоит.

Основные составляющие

Главная задача МКПП, как и любой другой трансмиссии - это передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Причем именно такое устройство, как коробка, способно варьировать этот момент таким образом, чтобы соблюдался наиболее оптимальный баланс между экономичностью и мощностью, а ресурс двигателя расходовался как можно меньше.

Простейшим решением этой задачи является внедрение в узлы автомобиля такого устройства, которое стало бы механически связывать колеса и мотор и делать так, чтобы частоты вращения и карданного различались.

Чтобы лучше понимать, о чем идет речь, стоит представить себе цепь обыкновенного велосипеда, который, наверное, в детстве был у каждого. Как известно, обычно ведущая шестерня, которая сцеплена с приводом педалей, имеет достаточно большой размер, тогда как ведомая, которая присоединяется к втулке колеса, достаточно невелика.

В современных велосипедах можно переключать скорости, перемещая цепь на шестерни разного размера. Это делается для того, чтобы изменять соотношение частоты вращения педалей и колес и, таким образом, менять скорость самого велосипеда.

Оказывается, на автомобилях применяется механизм с крайне похожим устройством. Только вместо педалей здесь выступает коленчатый вал двигателя, а вместо втулки колеса - карданный вал, который соединяется с редуктором и распределяет усилия между полуосями.

Ведущий вал, иногда называемый первичным, соединяется с коленчатым валом двигателя посредством такого устройства, как сцепление. Он представляет собой стержень, на который наварены шестерни разного размера. Аналогичный вид имеет ведомый, или промежуточный, вал, который соединяется с карданным.

Перемещение валов, которые имеют пружинный механизм, осуществляет кулиса, к которой прикрепляется рычаг, выходящий в салон. Рычаг имеет собственную схему переключения, которая всегда указывается на головке рычага или в инструкции по эксплуатации автомобиля.

МКПП - это такое устройство, в котором детали подвергаются большому трению и перегреву, поэтому в ее картере находится смазка, постоянно снижающая трение и температуру взаимодействующих металлических составляющих.

Как это работает?

Первичный вращается всякий раз, когда находится в исходном положении, а педаль отпущена. Таким образом, частота ведущего вала всегда совпадает с частотой вращения вала двигателя, или попросту с его оборотами.

Скорость промежуточного вала, который соединяется с карданом, зависит от того, на какой передаче стоит машина. К примеру, если МКПП находится на нейтральной передаче, то вал вращается с той частотой, с которой крутятся ведущие колеса.

Когда скорость включена, а педаль отпущена, валы вращаются с переменной скоростью. Эта скорость зависит исключительно от оборотов двигателя, которые регулируются при помощи педали акселератора.

Когда приходит время переключить одну скорость на другую, происходит достаточно сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Так, сначала необходимо нажать педаль сцепления. При этом ведущий вал отсоединяется от двигателя и начинает вращаться независимо.

Когда педаль нажата, можно смело переводить через нейтральное положение в нужную скорость. Но здесь возникает одна существенная трудность: так как размеры шестерен на валах различны, они вращаются с разными частотами. По этой причине частоты необходимо синхронизировать между собой.

Большинство современных транспортных средств комплектуются следующими типами коробок переключения передач:

• механическая;

Каждый тип КПП имеет свою, отличную от других конструкцию, свои достоинства и недостатки, исходя из которых, автолюбитель во время покупки автомобиля может отдавать предпочтение тому или иному устройству. Устройство механической коробки передач (МКПП), которое будет детально рассмотрено в данной статье, отличается своей простотой, поэтому понять принцип ее действия достаточно легко.

Механизм

Перед тем как приступить к изучению устройства механической коробки передач (МКПП) и принципов ее работы, следует подробно описать данный механизм. Механическая коробка передач – это неотъемлемая часть любого транспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Ее обязательное наличие обусловлено спецификой работы современных моторов, имеющих достаточно небольшой диапазон оборотов, в пределах которого достигаются максимальные значения мощности и крутящего момента. Помимо этого любой двигатель имеет критическую величину частоты оборотов, превышение которой неизменно приводит к преждевременному износу агрегата, вплоть до выхода его из строя. Перед передачей крутящего момента на вторичный вал и на колесный привод транспортного средства МКПП меняет направление данной векторной физической величины и преобразовывает ее. Переход на каждую новую ступень в МКПП осуществляется посредством механического передвижения рычага в ту или иную позицию.

Непосредственно механизм КПП находится в металлическом корпусе, внутрь которого заливаются смазочные материалы, обеспечивающие стабильную работу механизма. Рычаг переключения скоростей может располагаться как в самой коробке переключения передач, так и за ее пределами (в кузове автомобиля). В случае дистанционного процесса переключения передач применяется тяга привода управления (кулиса).

Составные части МКПП:

• первичный вал;
• промежуточный вал;
• вторичный вал;
• дополнительный вал;
• картер;
• синхронизаторы;
• устройство переключения передач, в комплектацию которого входят замки и блокировочные механизмы;
• рукоятка переключения передач.

Принцип действия

Подшипники, находящиеся в картере, способствуют вращению валов устройства. Каждый вал имеет в своем оснащении наборы шестерен, на которых в различном количестве расположены специальные зубья.

Функция синхронизаторов заключается в уравновешивании угловых скоростей шестерен, возникающих в процессе их вращения. Благодаря их работе передачи переключаются плавно без постороннего шума.

Блокировочные механизмы предотвращают возможность самопроизвольного выключения передач, в то время как замки препятствуют одновременному включению нескольких передач.

Количество ступеней и валов

Сегодня наибольшей популярностью пользуется пятиступенчатая КПП, однако, нередко можно встретить четырехступенчатые и шестиступенчатые механизмы.

В комплектацию МКПП могут входить два или три вала. Трехвальными механизмами оснащаются переднеприводные и заднеприводные транспортные средства (в т.ч. грузовые автомобили).

Двухвальными коробками чаще всего комплектуют переднеприводные легковые машины.

Основные различия КПП с разным количеством валов:

• Местонахождение валов. В двухвальной КПП валы располагаются параллельно друг другу;
• Процесс осуществления передачи. В КПП с тремя валами передача создается за счет работы одной пары шестерен, в трехвальной – за счет взаимодействия двух пар;
• Прямая передача. Двухвальная КПП не имеет прямой передачи.

В остальном устройство МКПП существенных отличий в конструкции и в принципе работы не имеет.

Видео

Принцип работы МКПП наглядно показан в следующем видеоматериале:

Начнем с того, что необходимость «состыковать» двигатель автомобиля и коробку передач обычно возникает после того, как силовой агрегат снимался для . Также достаточно часто приходится снимать и саму коробку, так как данный узел в ряде случаев требует переборки или замены (особенно в случае с АКПП или РКПП, более известных как «автомат» и коробка-робот).

Как правило, после ремонта агрегатов определенные сложности могут возникнуть на этапе обратной сборки, а именно при попытках соединить двигатель с коробкой. В этой статье мы поговорим о том, как нужно присоединять механическую или автоматическую коробку передач к двигателю автомобиля.

Читайте в этой статье

Соединение КПП с мотором: особенности и нюансы

Сразу отметим, что соединение механической коробки передач, а также роботизированной трансмиссии несколько отличается от аналогичной операции с другим типом трансмиссии, то есть автоматической гидротрансформаторной АКПП. Если иначе, привычная механика и «робот» (особенно однодисковый) очень похожи по своему устройству.

• Итак, начнем с МКПП на примере популярной модели Hyundai Getz. Присоединить данный тип коробки можно в любом гараже, причем даже без смотровой ямы. При этом важно учитывать, что определенное свободное пространство под автомобилем все же необходимо.

Для решения задачи необходимо поднять переднюю ось авто, подставив деревянные бруски и т.п. Также желательно перед началом работ пригласить помощника, однако в крайнем случае можно справиться и самому.

Подняв автомобиль, необходимо предварительно снять промежуточную рулевую тягу, так как элемент будет затруднять процесс соединения двигателя и КПП с учетом установки под углом относительно кузова.

• С КПП нужно также снять рычаг переключения передач, а отверстие после снятия следует закрыть при помощи ветоши, малярного скотча и т.д. Обратите внимание, после установки коробки указанный рычаг будет монтироваться из салона, так что следует заранее разобраться еще на снятой трансмиссии с тем, как данный элемент устанавливается обратно в коробку.

Еще перед тем, как снять рычаг, нужно включить четвертую передачу. Добавим, что в случае, когда с мотора снимался и узел сцепления, нужно в обязательном порядке провести центровку ведомого диска по отношению к опорному подшипнику. Это делается при помощи особой оправки или же посредством того, что с коробки снимается первичный вал.

Если этого не сделать, первичный вал во время установки не войдет на заданное место, то есть установить КПП не получится. Далее следует ослабить затяжку болтов на подушках двигателя, ослабляя гайки, которые крепят верхние металлические кронштейны. Это нужно для того, чтобы двигатель получил возможность стать под определенным углом, причем без риска повредить сами подушки.

• Затем передняя часть двигателя слегка приподнимается непосредственно перед установкой коробки. В результате задняя часть (область установки сцепления) немного опускается, а КПП получает возможность при установке снизу войти в тоннель и соединиться с .

При этом важно заранее подготовить все необходимые инструменты, крепежи и т.д., а еще разложить их так, чтобы получить свободный доступ. Речь идет о головке, накидных ключах, болтах крепления коробки к двигателю и других элементах.
Теперь можно переходить к этапу установки. Если вы ранее не практиковали данную операцию и не знаете, как соединить двигатель с коробкой, внимательно изучите следующие рекомендации:

1. Нужно быть готовым к тому, что придется лечь на спину и удерживать КПП, поднимая агрегат руками. Задача сводится к тому, чтобы попасть первичным валом в ведомый диск сцепления.
2. Далее корпус КПП нужно будет немного «прокручивать», чтобы вместе с выходным фланцем (или муфтой из резины) удалось реализовать совмещение шлицов на первичном валу со шлицами ведомого диска.
3. После того, как шлицы будут совмещены, коробка будет с относительной легкостью перемещаться в сторону двигателя под небольшим усилием. Единственный нюанс, определенные затруднения могут возникнуть с направляющими втулками.
4. После установки нужно закрутить один или пару болтов, чтобы не произошло отсоединение коробки. Далее следует закрутить все оставшиеся крепежные элементы с нужным усилием и в необходимом порядке (информацию можно найти в мануале).

Соединение АКПП с двигателем

С учетом того, что автоматическая трансмиссия не имеет классического сцепления и отличается по своей конструкции от МКПП и РКПП, соединение коробки «автомат» имеет свои особенности.

Прежде всего, к мотору нужно присоединить гидротрансформатор (выполнят функцию сцепления), причем данная деталь должна точно встать на свое посадочное место. Чтобы это проверить, после монтажа необходимо отдельно измерить расстояние от заднего торца блока цилиндров до плоскости приводной пластины. Именно с этой пластиной и происходит стыковка гидротрансформатора. (a)

Также нужно мерить и ответный размер по КПП до плоскости гидротрансформатора (b). Указанная плоскость соединяется с приводной пластиной. Расчеты можно провести по формуле, где размер b равен размеру a +2+4 мм.

Обратите внимание, указанный зазор нивелируется после того, как гидротрансформатор будет полностью притянут к приводной пластине, однако такой зазор должен обязательно быть при установке. Если зазора не будет, тогда существует риск повреждения приводной пластины, а также повреждения маслонасоса. Детали весьма дорогие, так что следует соблюдать особую осторожность.

Идем далее. В тот момент, когда коробка приподнимается для монтажа, нужно обращать внимание на то, чтобы гидротрансформатор не выпал. Для предотвращения его падения коробку следует поднимать под углом. Затем производится совмещение крепежных отверстий на гидротрансформаторе (ГТ) с ответными отверстиями, которые выполнены на самой приводной пластине.

Дальнейшая сборка производится путем затягивания всех болтов с нужным моментом, которые входят в центровочные втулки. Затем производится подключение приводов, шлангов и т.д. По окончании следует проверить, что ГТ не испытывает никаких затруднений при вращении (деталь прокручивается свободно).

Также в процессе установки РКПП и АКПП на машину следует придерживаться некоторых рекомендаций. Во всех случаях обязательно проверяйте задний сальник коленвала на наличие возможной течи. Если обнаружены проблемы, сальник необходимо сразу поменять, так как в противном случае дальнейшая течь потребует повторного снятия КПП.

Что касается коробки автомат, данный агрегат обычно имеет отдельный радиатор охлаждения. Необходимо убедиться, что такой радиатор не загрязнен, все трубки должны свободно продуваться. Сам радиатор АКПП промывают путем подачи бензина или похожего очистителя под давлением через трубку, позволяя удалить стружку, отложения и другой мусор.

Еще нужно обращать внимание на то, чтобы между двигателем и коробкой стояли две специальные направляющие втулки. Если втулок меньше или они отсутствуют, тогда рано или поздно втулка масляного насоса коробки «автомат» провернет, масло из коробки начнет течь в месте соединения КПП и двигателя.

В результате коробку нужно будет снимать, также высока вероятность необходимости замены маслонасоса. Также рекомендуется всегда продувать и очищать от грязи все контакты и электроразъемы, которые ранее отсоединялись при снятии коробки передач.

Корпус коробки должен без затруднений присоединяться к двигателю. В случае с АКПП это особенно важно. Также только убедившись в нормальном соединении, можно притягивать детали болтами. Например, если коробка «автомат» будет упираться гидротрансформатором в приводную пластину, а на механической коробке в , при этом КПП не состыковывается с ДВС, затяжку болтов производить нельзя. В противном случае можно повредить маслонасос на АКПП, а также другие элементы на разных типах трансмиссий.

Напоследок отметим, что после установки коробки, подключения и настройки, также необходимо отдельно проверить уровень масла. С «роботом» и «механикой» в этом плане немного проще, так как достаточно выставить авто на ровной площадке и открутить контрольную пробку. Если масло вытекает, значит уровень в норме. Еще на некоторых авто с такими типами КПП есть отдельный масляный щуп коробки.

Что касается АКПП, уровень масла следует проверять только после того, как двигатель прогрет до рабочих температур, а еще важно, чтобы прогрелась также и сама коробка. Что касается проверки уровня масла в автоматической коробке передач, это делается только на заведенном моторе.

Читайте также

Течь сальника коленвала: как самому определить место утечки. Почему текущий сальник коленвала нужно срочно менять, как поменять передний и задний сальники.

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

1. Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
2. Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
3. Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

Если между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие . Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Алгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

• корпус с масляным картером;
• три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
• устройства синхронизации;
• рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения . На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Зубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с , разобравшись с мифами и слухами о , мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Ну как, теперь понятно, как работает МКПП?