Сегодня мы рассмотрим устройство механической коробки передач, её положительные и отрицательные стороны, а также наиболее часто встречаемые неисправности. Несмотря на весьма широкий выбор автомобилей снабжённых автоматической трансмиссией, транспортные средства с МКПП всё также актуальны. Это связано с тем, что надёжность и запас ресурса механики ощутимо выше, чем у автоматических аналогов.Кроме того, автомобили с механикой гораздо более резвые, а их управление требует от водителя больше активности при езде.

На фото — ручка 7-ступенчатой КПП

Трансмиссия предназначена для изменения частоты крутящего момента, передаваемого от ДВС. В ручном агрегате водитель сам принимает решение, какое передаточное число нужно включить в конкретной ситуации.

Современные легковые автомобили обычно снабжаются пятью ступенчатыми трансмиссиями: четыре базовые, и одна повышающая. Это, пожалуй, наиболее оптимальный вариант для большинства водителей. К подобным моделям относятся отечественные и множество импортных транспортных средств, таких как . Однако есть модели и с большим количеством ступеней. МКПП с шестью или семью передачами имеют обычно пять базовых ступеней и две либо одну повышающие.

Овердрайв, или повышающая передача, имеет передаточное число меньше единицы. Другими словами, при включённой повышающей передаче ведомый вал вращается быстрее ведущего.

Шестью или семью ступенчатой механикой укомплектованы более дорогие транспортные средства. Например, КПП или имеет шесть передаточных положений, а Porsche 911 последнего поколения оснащён семи ступенчатой механической коробкой.

Стоит отметить, что уже и бюджетные модели, например, Kia Rio или Hyundai Solaris 2016-2017 годов выпуска оснащаются 6-ступенчатой кпп.

Достоинства шести ступенчатой трансмиссии

Естественно, шести или семи ступенчатая КПП выгодно отличается от пяти ступенчатых агрегатов. В первую очередь стоит отметить, что процесс переключения значительно меньше исчерпывает ресурс ДВС, так как, переход от одного скоростного режима к другому более плавный. Кроме того, расход топлива на шести ступенчатых МКПП несколько ниже, особенно в загородном цикле движения. Динамика разгона гораздо выше благодаря тому, что передачи короткие.

В каждом современном автомобиле, укомплектованном шести ступенчатой механикой, имеется электронное оснащение, которое оповещает водителя о необходимости переключения. Подобное есть и в машинах с пяти ступенчатой коробкой, но далеко не всегда.

Устройство механической КПП

Трансмиссия автомобиля представляет собой многоступенчатый редуктор, принцип работы которого заключается в поочерёдном зацеплении отдельных зубчатых пар.

Сцепление

Плавность переключения с одной передачи на другую в механике происходит благодаря наличию узла сцепления. Он позволяет на время переключения прервать связь трансмиссии с силовым агрегатом. Его механизм представляет собой промежуточное звено между двигателем автомобиля и коробкой передач. Помимо обеспечения плавности переключения, узел сцепления снижает колебания передаваемые от ДВС.

Сцепление делится по типу конструкции и три вида: фрикционный, гидравлический, и электромагнитный.

Фрикционный вид наиболее популярный и может быть однодисковым, двухдисковым, многодисковым.

Сегодняшние транспортные средства обычно оборудованы именно однодисковыми моделями.

Принцип работы узла довольно прост. Маховик, устанавливаемый на коленвале ДВС, работает в качестве ведущего диска. К нему придавливается ведомый диск с помощью нажимного диска, а нажатие на сцепление ослабляет эту связь. Диафрагменная пружина обеспечивает оптимальное сжатие ведомого диска с маховиком.

Нажимной диск с диафрагмой представляют собой цельную конструкцию – корзину сцепления. Корзины бывают как нажимные, так и вытяжные, но наиболее часто встречается именно первый тип.

С помощью шлицов ведомый диск стыкуется с первичной осью МКПП. Плавность включения передачи происходит благодаря демпферным пружинам, расположенным на ступице диска. Кроме того, ведомый оснащён фрикционными накладками, которые способны кратковременно, при включении сцепления, выдерживать высокие температуры.

Переключение передач

В каждой КПП параллельно расположены валы, на которых находятся зубчатые колёса. Существуют трёхвальные и двухвальные трансмиссии. Валы именуются ведущий (первичный), ведомый (вторичный), также в трёхвальном типе есть ещё промежуточный.

Трёхвальный тип

Первичный вал принимает от ДВС, а с его оси при помощи жёсткого зацепления с шестерней ведущего вала, вращение передаётся на промежуточный вал. Вторичная и первичная ось находятся в одной плоскости и стыкуются между собой подшипником. Благодаря этому их вращение происходит или абсолютно независимо или через промежуточный вал. Зубчатые колёса на вторичном валу не имеют жёсткой фиксации, и разграничены между собой синхронизаторами, которые плотно сидят на валу, но могут ходить по его оси с помощью шлицов. Торец синхронизатора имеет зубчатые венцы, позволяющие ему войти в зацепление с аналогичными венцами на зубчатом колесе.

В нейтральном положении колёса вращаются на валу беспрепятственно, а синхронизаторы разомкнуты. Когда включается передача, вилка смещает муфту и ставит её в зацепление с определённым зубчатым колесом.

Со вторичной оси вращение переходит к , или и в переднеприводных машинах. Для включения заднего хода в КПП установлено промежуточное колесо, которое меняет вращение от промежуточной оси на обратное.

Трёхосные агрегаты наиболее популярны и устанавливаются в практически каждом современном автомобиле.

Двухвальный тип

Первичный вал двухосного агрегата имеет множество шестерёнок, а не одну. Поскольку промежуточная ось отсутствует, её место занимает ведомая с установленными на ней муфтами-синхронизаторами и шестернями. По большому счёту разница заключается наличием лишь одной пары зацеплений между осями для каждой ступени, а не двух.

Переключение производится аналогичным методом – вилка, управляемая ручкой переключения с помощью штока, смещает муфту по вторичному валу в соответствующее положение.

Двухвальный тип отличается большим КПД, но ограничен в повышении передаточного числа, отчего данный тип конструкции используется крайне редко. Благодаря возможности объединения КПП, узла сцепления, и самого ДВС в единый агрегат, почти все малолитражки комплектуются именно этим типом трансмиссии. Примером использования двухосной механики в автомобиле с передним расположением силового агрегата можно считать Citroen C3.

Важно помнить!

В связи с тем, что промежуточная шестерня, обеспечивающая обратное вращение выходного вала для заднего хода не имеет синхронизатора, включение задней передачи должно происходить только после полной остановки транспортного средства. В противном случае КПП выйдет из строя после такого переключения.

Муфта синхронизатора

Каждая современная трансмиссия имеет муфты-синхронизаторы. Их наличие важно для упрощения режима переключения. Без синхронизаторов для переключения пришлось бы делать двойной выжим сцепления, чтобы сравнять частоту вращения осей. На некоторых видах спецтехники, где КПП имеют большое количество ступеней, муфты не применяются, поскольку это невозможно.

На внутренней окружности ступицы расположены шлицевые пазы, которые позволяют синхронизатору перемещаться вдоль собственной оси. При переключении вилка смещает синхронизатор по шлицам, до стыкования со своей парой на конце определённой шестерне. При переключении ступени на одно из блокировочных колец подаётся значительное усилие. В конечном счёте, блокировочное кольцо проворачивается до упора.

На фото — снятие муфты синхранизатора

Дальнейшее смещение муфты-синхронизатора без переключения ступени невозможно. При вхождении синхронизатора в зацепление с венцом шестерни происходит надёжная фиксация элементов.

Плюсы и минусы механики

Ручной агрегат обладает как своими достоинствами, так и недостатками.

Плюсы:

Менее затратное обслуживание трансмиссии.

Высокий КПД.

Не требуют отдельного охлаждения.

Машины с МКПП менее прожорливы и отличаются лучшей динамикой.

Простота механики значительно повышает надёжность агрегата.

Более широкий диапазон выбора режима вождения.

Транспортное средство разрешается буксировать.

Минусы:

Плавность начала движения и переключения передач требуют водительских навыков, которые приходят только со временем.

Небольшой ресурс узла сцепления.

При длительных поездках водитель транспортного средства с механикой значительно сильнее утомляется, нежели водитель машины с АКПП.

Ограниченность ступеней не позволяет плавно изменять передаточное число.

Возможные неполадки

Несмотря на простоту конструкции агрегат может поломаться. При выявлении ненормальной работы КПП рекомендуется как можно скорее обратиться в автосервис. Проблему можно попытаться решить и самостоятельно, но это потребует как соответствующих инструментов, так и определённых навыков.

Первое на чём стоит остановиться, это возникновение постороннего шума при включении нейтральной передачи. Такое может происходить, если масло в коробке давно исчерпало свой ресурс или его вовсе не осталось. Обычно водители меняют его крайне редко, но при некорректной работе трансмиссии первое, на что стоит обратить внимание, это состояние масла.

Оно также может подтекать из-за плохого состояния сальников и уплотнительных прокладок. В таком случае при замене масла следует поменять и другие дефектные элементы. Однако, виною данной неполадки могут быть и износившиеся подшипники, зубчатые колёса, смещение осей валов. При этом коробку стоит демонтировать и полностью перебрать, заменив износившиеся элементы конструкции.

Возникают ситуации, когда водителю приходится прикладывать больше усилий для переключения передачи, чем обычно. Это может быть связано с выходом из строя самого механизма переключения либо неполноценного отключения сцепления. Однако, возможно, причиной проблемы стало повреждение рычага штока. Для устранения необходимо отрегулировать механизм переключения или сцепления, а также, возможно, придётся заменить повреждённые элементы.

Некоторые водители сталкивались с проблемой передачи. Это зачастую связано с износом зубчатых колёс, вилок, штоков, подшипников ведомого или промежуточного валов, а также ослабление их фиксации. Поскольку причин может быть достаточно много, чтобы избавиться от неисправности МКПП требуется полностью перебрать с заменой всех дефектных элементов конструкции.

Неполное выжимание педали сцепления или движение автомобиля при частично выжатом сцеплении чревато поломкой деталей узла. Происходит стремительный износ диска сцепления, а также лепестки диафрагменной пружины могут попросту отломаться. Кроме того, неполноценное отключение сцепления при переключении вскоре обязательно приведёт к зализыванию зубчатых колёс.

Также стоит упомянуть, что сильная вибрация трансмиссии при заведённом ДВС свидетельствует о том, что стыкование двух агрегатов ненадёжно. Вероятнее всего в таком случае виною ослабление болтовых соединений; в таком случае их достаточно будет лишь сильнее подтянуть. Однако возможно вибрация связана с разрушением опор и тогда уже потребуется весьма трудоёмкий ремонт.

Возникновение некорректного шума при включении передач наиболее часто связано с неисправностью сцепления. Также виною может стать и подшипник вторичного вала.

Бережное пользование любым механизмом, залог его долговечности. Неприхотливость механического агрегата привлекает автовладельцев. И всё же, есть некоторые рекомендации относительно пользования МКПП.

Первое, что следует запомнить, это важность полного выжима педали сцепления перед переключением передачи. Это, пожалуй, важнейший момент в пользовании механикой. Также включенная передача должна соответствовать режиму езды. Кроме того, стоит помнить, что перед переключением на пониженную передачу, скорость должна быть обязательно снижена.

Несмотря на то, что в отличие от автомата, механика может работать вообще без масла, это довольно сильно отражается на её общем состоянии. Рекомендуется проводить проверку уровня и состояния смазывающей жидкости после прохождения 20 000 км. Несмотря на то, что большинство даже опытных автовладельцев вообще никогда не меняют масло в механике, это всё же совершенно не правильно. Менять его желательно не реже чем после каждых 70 000 км пробега.

Современные производители устанавливают на автомобили самые разные коробки передач, и речь здесь не только об автоматических системах трансмиссии. Даже конструктивно простые разделяются на различные типы и имеют особенности. Давайте рассмотрим существующие виды Фото и не только - далее в статье.

Механическая трансмиссия

Со времен изобретения механической трансмиссии прошло уже более ста лет. За все эти годы конструктора и инженеры вносили в механизм коробки переключения передач массу изменений, которые позволили довести данный механизм практически до совершенства, и теперь в механической коробке практически не осталось серьезных недостатков.

Механическая трансмиссия сегодня считается одной из самых простых и удобных, хотя существуют и более сложные виды коробок передач. Но называть простой и удобной можно лишь ту коробку, где количество ступеней не более 5 - это самый оптимальный вариант. Современные производители производят МКПП и с большим количеством ступеней, к примеру, есть и некоторые виды механических коробок передач с шестью ступенями. Однако это никак не влияет на коэффициент полезного действия современных двигателей.

Секвентальные механические коробки передач

Эта система трансмиссии по устройству и принципу действия также относится к механическим. Идея использовать такое устройство на гражданских автомобилях пришла в головы инженеров из автоспорта. Работает данное решение на базе традиционной механической коробки, однако управление приводом здесь осуществляется посредством электронных систем. Главная особенность, которой отличаются эти виды коробок передач - в них соблюдаются базовый принцип переключения и последовательность. Это гарантирует удобство и комфорт в процессе управления автомобилем - и неважно, на какое расстояние нужно ехать.

Среди преимуществ секвентальной трансмиссии можно выделить возможность выбор оптимальных скоростных режимов посредством быстрых переключений, последовательные действия переключения без какого-либо вреда для мотора на высоких оборотах. Кроме того, преимуществом считается то, как водитель управляет переключениями - на рулевом колесе имеются специальные подрулевые лепестки, позволяющие мгновенно включить нужную передачу на высокой скорости. В этих КПП применяются шестерни с прямыми зубьями, а вот синхронизаторы, которые есть в традиционной механике - отсутствуют. Скорость вращения шестеренок выравнивается при помощи датчика скорости в блоке управления. Эти виды коробок очень любят автогонщики, потому что на 80% сокращается время включения нужной передачи. Это делает вождение удобными как для начинающих, для водителей-профессионалов.

Роботизированные КПП

Роботизированные системы - это виды которые не являются ни механическими, ни можно сравнить с секвентальными трансмиссиями, но в них за переключение отвечает электроника, а в роботизированных решения за смену передачи отвечает специальный электромеханический привод. Роднит эти коробки с механическими то, что в основе этой конструкции лежит традиционная МКПП, но каждый вал оснащен своим сцеплением. Особенностью конструкции, которыми обладают эти виды считается возможность рассчитать передачу, которая в данный момент будет являться самой оптимальной в конкретном режиме. О таких трансмиссиях можно сказать, что они имеют отношения к механическим коробкам. Однако это промежуточное звено между механикой и АКПП как по цене, так и по функциональным возможностям.

Структура механической трансмиссии

Существуют разные виды. Коробка передач автомобиля может быть разной по конструкции и по структуре. Все существующие в мире коробки можно разделить на двух- и трехвальные. В каждом случае имеются преимущества и особенности.

Двухвальная МКПП

Ведущий вал на такой системе трансмиссии полностью гарантирует соединение со сцеплением. Ведомый вал расположен таким образом, что на нем находится блок с Оба обеспечивают разную угловую скорость дифференциал. Механизм переключения может обеспечиваться при помощи тяг либо с применением специальным тросов. Наиболее простым, эффективным, а также надежным вариантом считаются именно тросы. Некоторые виды коробок передач (ВАЗ-2107, например) оснащены именно таким типом привода. Это к тому же самый распространенный привод.

Принцип работы такой КПП очень похож на алгоритм действия трехвальной КПП. Главное различие между ними в некоторых особенностях включения передач. Когда передача включена, рычаг разделяется как в продольном, так и в поперечном направлении. А выбор нужной передачи обеспечивается при помощи всех элементов и их взаимодействия между собой.

Трехвальные МКПП

Конструкция КПП предусматривает наличие ведущего и ведомого валов. Они оснащены синхронизаторами и зубчатыми колесами, а также механизмом включения передач. При помощи ведущего вала обеспечивается подключение механизма к сцеплению. Кроме ведущего вала, есть еще и промежуточный, который включает шестерни из блока. Механизм переключения находится в корпусе КПП. Конструкция его состоит из ползунов с вилками. Для того чтобы исключить работу двух передач одновременно, используют механизмы дистанционного управления. Эти коробки не предусматривают передачу крутящего момента на передние колеса. Когда водитель перемещает рычаг переключения, перемещаются муфты. При помощи ее синхронизируются скорости.

Виды автоматических коробок передач

Жители мегаполисов выбирают автомат.

Самый главный аргумент за АКПП - удобство. И да, на самом деле, с АКПП процесс управления в пробках значительно упрощается. Но что скрывается под знакомым каждому автолюбителю словом «автомат»? Давайте посмотрим, какие виды коробок передач предлагают современные производители.

Гидротрансфортматорная АКПП

Это классика среди автоматических трансмиссий. Механизм представляет собой механический редуктор и гидротрансформатор. Процесс передачи крутящего момента от двигателя к первому осуществляется при помощи второго. Гидротрасформатор представляет собой насосное колесо, которое также приводится в действие при помощи мотора. Колесо обеспечивает передачу крутящего момента маслу, а оно заставляет работать элемент, вращающий первичный вал КПП. При всех достоинствах гидротрансформатор имеет очень низкий КПД. Но это перевешивает простота управления, плавное изменение крутящего момента, а также существенное снижение нагрузок на детали трансмиссии.

Типтроник

Это гидромеханичекая коробка с возможностью ручного управления. Впервые данные системы устанавливали в 90-х годах на автомобили марки Porsche, а позже типроником заинтересовались в BMW, Audi, а также и другие автопроизводители. Интересный факт - производитель уверен, что это не один из видов автоматической трансмиссии, а только тип переключения. В обыкновенном режиме эта АКПП работает так же, как и традиционный автомат. Однако водитель имеет возможность в любой нужный момент управлять автомобилем вручную - это очень удобно в некоторых случаях. К примеру, с помощью типтроника можно применить торможение двигателем.

Среди преимуществ этих решений выделяют расход топлива, который ниже, чем у традиционного гидротраснсформатора. Минус в том, что типтроник имеет большие габаритные размеры, а скорость переключения медленная.

Мультитроник

Эту систему разработали инженеры из Audi. Особенность конструкции в том, что в этой КПП отсутствуют ступени. Но при этом водитель имеет возможность вручную переключать передачи. Принцип работы этой системы построен на В качестве главного узла здесь применяется вариатор, который и изменяет крутящий момент. Однако, нельзя сравнивать мультитроник с современными бесступенчатыми вариаторами CVT - конструкция ее отличается от бесступенчатого вариатора в сторону усложнения и вместо ремня здесь применяются специальные цепи.

Среди достоинств можно выделить плавный разгон, хорошие динамические характеристики и низкий расход топлива. Показатели по динамическим характеристикам не уступают автомобилям с МКПП. Минус - высокие цены, трудности в ремонте и обслуживании, небольшой ресурс.

Бесступенчатый вариатор, или CVT

По внешнему виду эти системы трансмиссий мало чем отличаются от традиционной АКПП, однако принцип работы здесь совершенно иной. Здесь на самом деле нет никаких передач, и здесь ничего не переключается.

Передаточные числа, а соответственно и крутящий момент изменяется постоянно независимо от того, разгоняется машина или замедляется.

Резюме

Современная автомобильная промышленность не стоит на месте. Постоянно создается что-то новое и более эффективное. Существуют и другие виды коробок передач - к сожалению, рассказать обо всем, что есть в мире, просто невозможно.

Таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКПП, имеющими различное передаточное число . Выделяют высшие и низшие ступени (передачи) .

• При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

• С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет) .

Скорость автомобиля = Число оборотов двигателя * Длину окружности колеса / Общее передаточное отношение , где :

Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:

, где :

Кроме того, коробка передач обеспечивает движение автомобиля задним ходом, накатом и длительное разобщение двигателя и трансмиссии автомобиля.

Основы устройства

Принцип работы

Кратко, принцип работы механической КПП традиционного типа заключается в том, что зубчатые шестерни в её корпусе могут поочерёдно зацепляться в различных комбинациях, образуя несколько передач с разным передаточным числом .

Сцепление

Педали автомобиля с МКПП: слева направо - сцепления, тормоза и газа. Левее педали сцепления - площадка для отдыха ноги.

МКПП обычно работает в паре со сцеплением . Сцепление служит для временного разобщения двигателя и трансмиссии. Разобщение необходимо для переключения передачи в МКПП, так как, когда двигатель и валы КПП не разобщены и двигатель работает, через коробку передач проходит большой крутящий момент, и переключать передачи невозможно.

В прошлом существовали МКПП, работающие в паре с гидромуфтой или гидротрансформатором , например, на автомобиле ГАЗ-12 «ЗиМ», «Крайслерах» 1940-х - 1950-х годов или некоторых моделях Mercedes-Benz 1950-х - 1960-х годов с трансмиссией Hydrac. При этом, сцепление обычно также присутствовало (располагалось после гидромуфты и используя внешнюю поверхность его турбинного ротора вместо маховика), так как гидравлический привод не позволяет полностью разобщить двигатель и трансмиссию. С гидравлическим элементом в обычной механической трансмиссии, водитель может плавно трогаться и разгоняться, реже переключать передачи, останавливать машину, не выключая передачи, и после этого возобновить движение просто отпустив тормоз и нажав на газ.

Эта система давно вышла из употребления и, несмотря на большие преимущества, в настоящее время не используется. Причина в том, что современные двигатели, в отличие от моторов 40-х и 50-х годов, весьма высокооборотные, и потери мощности в гидравлическом элементе были бы неоправданно велики.

Сцепление может иметь как обычный (механический тягами, гидравлический или тросиком), так и автоматический электропневматический привод .

Валы и шестерни

Любая коробка передач традиционного типа представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером ) и вращающихся вокруг параллельных осей валов с расположенными на них шестернями.

Далее рассматривается трёхвальная коробка передач заднеприводного автомобиля классической компоновки с синхронизаторами и шестернями постоянного зацепления на передачах переднего хода и несинхронизированной скользящей шестернёй заднего хода.

В таких механических КПП присутствуют три вала: первичный, вторичный, промежуточный .

• Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
• Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом, или в трэнсэкслах - непосредственно с главной передачей.
• Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала к вторичному.

Обычно, первичный и вторичный валы расположены один за другим, вторичный опирается при этом на подшипник , установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен обычно под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён . Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми .

На первичном валу находится одна шестерня, жёстко на нём закреплённая и служащая для передачи вращения промежуточному валу. На вторичном валу расположен блок шестерён , шестерни которого свободно вращаются на валу, но конструктивно их продольное перемещение исключено . Для включения передачи, они могут блокироваться на валу , начиная вращаться вместе с ним (см. ниже, раздел «Переключение передач» ).

Напротив каждой шестерни ведущего и ведомого валов расположены жёстко закреплённые на своём валу шестерни промежуточного вала , которые находятся с расположенными напротив шестернями ведущего и ведомого вала в постоянном зацеплении (то есть все шестерни в коробке передач всегда вращаются при движении автомобиля вперед). Так как единственная шестерня первичного вала также жёстко закреплена на своём валу, вращение с первичного вала на промежуточный передаётся всегда . Включение же нужной передачи происходит за счёт задействования нужной шестерни, расположенной на вторичном валу.

Именно выбор нужной шестерни на вторичном валу и введение её в зацепление с этим валом и является, по сути, выбором нужной передачи.

Переключение передач

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты ). В отличие от шестерней передач, они закреплены на своём валу и вращаются вместе с ним , но могут двигаться в продольном направлении (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы . Также, зубчатый венец имеет и задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач , которые могут передвигать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок ) при этом не допускает одновременное включение двух передач, что могло бы произойти, если бы рычаг переключения передач зацепил бы сразу два ползуна. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, чем и исключается одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на карданный вал и далее - на колёса.

Соответственно, когда ни одна муфта включения не блокирует ни одной шестерни, коробка передач находится в нейтрали , или на нейтральной передаче, и двигатель с трансмиссией разобщены.

Синхронизаторы

Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)

Однако при описанном выше простейшем устройстве коробки передачи будут включаться с сильным шумом и чувствительным ударом, кроме того, водителю необходимо будет угадывать момент, когда обороты муфты включения и шестерни на валу будут примерно одинаковыми, иначе зубчатые венцы муфты и шестерни нужной передачи не войдут в зацепление и очень быстро износятся.

Пример

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R - шестерни соответствующих передач.

Цвета:

Ведущий вал - оранжевый; Ведомый вал - жёлтый; Промежуточный вал - серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун - зелёный; Ползун включения III-IV передач - фиолетовый; Ползун включения I-II передач - голубой;

N - нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него - через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи - на вторичный.

IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение - 1:1, и называется прямой передачей , так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КПП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

R - задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

Двухвальные коробки передач

Двухвальная четырёхступенчатая несинхронизированная коробка передач со скользящими шестернями. В отличие от современных конструкций, её шестерни не находятся в постоянном зацеплении: шестерни первичного вала (верхний) могут скользить вдоль него, вступая в зацепление с неподвижно закреплёнными на своём валу шестернями вторичного. 1911 год, Германия.

В настоящее время нередко используются двухвальные МКПП: в них отсутствует промежуточный вал, ведущий и ведомый валы вращаются вокруг параллельных осей (а не расположены на одной оси друг за другом), и крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерней первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном, их принцип действия аналогичен работе трёхвальной МКПП.

Преимущества таких КПП - компактность и несколько бо́льший КПД благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента шестерён. Главный недостаток - отсутствие прямой передачи; кроме того, такая КПП пригодна только для легкового автомобиля: в ней конструктивно сложно получить большие значения передаточного числа.

Таковы коробки передач отечественных мотоциклов «Урал » и «Днепр », переднеприводных автомобилей, таких, как ВАЗ-2108 и Москвич-2141 . Часто такие КПП имеют больше четырёх передач переднего хода.

Синхронизированные и несинхронизированные МКПП

Основная статья : Синхронизатор (автомобиль)

Существуют синхронизированные и несинхронизированные механические коробки передач.

• В несинхронизированной МКПП включение передач осуществляется полностью водителем вручную. Так как при переключении передачи скорость шестерён различна, муфта переключения не может просто перейти с одной из них на другую.

Поэтому водителю приходится ждать момента, когда окружные скорости шестерён сравняются. Для этого служит способ, называемый «двойным выжимом» : для переключения между низшей и высшей передачей сначала нажимают педаль сцепления, выключают передачу (коробка в «нейтрали»), отпускают сцепление, затем снова нажимают на его педаль и включают нужную передачу (см. видеоролик) . При переключении с высшей передачи на низшую применяют «двойной выжим с перегазовкой» - тот же процесс, но когда коробка находится в нейтрали производят «перегазовку» - нажимают на педаль акселератора. Все эти меры нужны для грубого выравнивания окружных скоростей шестерён и облегчения переключения передач. На некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах с несинхронизированными МКПП передачи обычно переключают без выжима сцепления, что требует от водителя большого опыта (необходимо на уровне автоматизма достаточно точно «подгадывать» необходимые в момент переключения обороты двигателя). На легковых автомобилях полностью несинхронизированные МКПП применялись до 1940-х годов (ГАЗ-А , ГАЗ-М-1 , ранние серии ГАЗ-М-20). Однако, например, на тяжёлых грузовиках и тракторах, КПП которых имеют большое количество передач (до 18), установка синхронизаторов технически невозможна. Кроме того, несинхронизированные МКПП иногда используют на современных спортивных автомобилях и мотоциклах по двум причинам: во-первых, опытный водитель переключает не синхронизированные передачи быстрее (с меньшей задержкой), а во-вторых (что более важно), такие коробки более живучи при характерных для спорта высоких нагрузках.

• В синхронизированной МКПП, включение всех передач (или некоторых) в определённом смысле частично автоматизировано. Специальные устройства - синхронизаторы - не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется (что также выполняется синхронизатором).

У большинства современных легковых автомобилей синхронизированы все имеющиеся передачи, иногда - все передачи переднего хода. В прошлом синхронизированными были лишь высшие передачи. Например, в коробке передач «Волги» ГАЗ-21 и многих автомобилей того же периода синхронизированы только II и III передачи, а I и заднего хода - нет. В этом случае для бесшумного включения несинхронизированных передач (включая заднюю) применяется специальный приём - выжав сцепление, сначала рычаг переключения передач переводят в положение, соответствующее одной из синхронизированных передач, а затем, не отпуская педали сцепления, включают нужную несинхронизированную передачу. При этом происходит выранивание скоростей валов коробки передач, что даёт эффект, аналогичный наличию на этой передаче синхронизаторов. Применение этого приёма позволяет не только избежать неприятного скрежета при включении несинхронизированной передачи, но и значительно увеличить ресурс её шестерней. У большинства отечественных автомобилей передача заднего хода не имеет синхронизатора.

Количество ступеней

Число ступеней считают по номеру передачи переднего хода с наименьшим передаточным отношением .

• Двухступенчатые : на небольшом количестве ранних автомобилей коробки передач имели две ступени переднего хода и одну - заднего; например, на Ford T ;

• Трёхступенчатые : в 1920-х распространились коробки передач с тремя ступенями переднего хода, которые были широко распространены в Европе - до конца 1960-х годов, а в Северной Америке - до второй половины 1970-х; как правило, в них были синхронизированы как минимум вторая и третья передачи;

• Четырёхступенчатые : уже многие ранние автомобили имели четырёхступенчатые коробки без синхронизаторов ; с появлением синхронизаторов, однако, большинство производителей массовых автомобилей ограничило количество ступеней тремя; тем не менее, в конце 1950-х годов на массовых моделях стали появляться коробки передач «со сближенными передаточными числами» и четырьмя ступенями, что обеспечивало более интенсивный и плавный разгон. В США они долго рассматривались как спортивная опция, а в Европе в конце 1950-х - начале 1960-х стали устанавливаться на большинство автомобилей;

• Пятиступенчатые : в 1970-е годы появились, а в 1980-е получили массовое распространение МКПП с четырьмя основными передачами переднего хода и дополнительной пятой, которая представляла собой встроенную в саму коробку повышающую передачу (см. ниже) ;

• Шестиступенчатые : в 1990-е годы появились шестиступенчатые коробки передач. Они могли представлять собой как МКПП с четырьмя базовыми ступенями и двумя - повышающими (для ещё большей экономии топлива), так и МКПП с пятью базовыми и одной повышающей ступенью (для ещё более динамичного разгона);

• Семиступенчатые и далее : в 2000-е годы появляются механические коробки передач с пятью базовыми ступенями и двумя повышающими (например, Bugatti Veyron или BMW M5).

С распространением полуавтоматизированных систем переключения передач (как на том же Bugatti Veyron) с возможностью переключения передач только «вверх» или «вниз» при помощи электроники, по сути стало возможно иметь почти как угодно много передач с сохранением возможности для водителя адекватно переключать их. Тем не менее, на современном этапе большинство массовых легковых автомобилей обходятся пятью, реже шестью.

Повышающие передачи

Повышающая передача , или овердрайв (англ. Overdrive ) - имеет передаточное число меньше единицы. Повышающей она называется, так как при таком передаточном числе ведомый вал обращается быстрее ведущего.

До 1970-х годов овердрайв на легковых автомобилях обычно оформляли в виде отдельного от КПП агрегата. Например, на Volvo 240 с четырёхступенчатой трансмиссией можно было заказать дополнительный овердрайв с различными вариантами передаточных чисел. Такой овердрайв мог включаться как водителем (на илл. слева) , так и автоматически, по достижении определённой скорости при движении на прямой передаче.

Например, на автомобилях Ford 1950-х - 1960-х годов овердрайв автоматически включался при превышении при движении на прямой передаче скорости в 27 миль в час (около 45 км/ч), а отключался при её снижении ниже 21 мили в час (около 35 км/ч) или при резком нажатии на педаль акселератора (так называемый кик-даун, режим включения пониженной передачи для обгона) .

С конца 1970-х годов овердрайв стали встраивать в четырёхступенчатые МКПП как пятую передачу, что стало обычной практикой в 1980-е. В наши дни в КПП может быть более одной повышающей передачи.

Вопреки распространённому мнению, в большинстве случаев повышающая передача существенно не увеличивает максимальной скорости автомобиля. Максимальная скорость достигается уже на прямой передаче (с передаточным отношением 1:1), но на повышающей передаче при прочих равных уменьшаются обороты коленчатого вала, следовательно - расход топлива и износ двигателя.

Планетарные коробки передач

Велосипедная планетарная коробка передач Rohloff Speedhub 500/14.

Некоторые автомобили использовали планетарные механические коробки передач, например, Ford T . Шестерни в планетарном механизме совершают помимо вращательного ещё и поступательное движение.

Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.

Так как при переключении передач в планетарной коробке не происходит зацепления между двумя зубчатыми венцами, нет необходимости и в разобщении двигателя и трансмиссии для переключения передач. Кроме того, такая трансмиссия получается гораздо компактнее обычной.

Однако управление автомобилем с такой коробкой передач очень специфично, а сама она весьма дорога в производстве. Поэтому механические планетарные КПП получили малое распространение на автомобилях (зато нередко применяются на велосипедах, а также танках и иных гусеничных машинах).

Кроме того, практически все гидромеханические автоматические трансмиссии используют планетарную механическую часть, которая достаточно легко поддается автоматизации и может работать в паре с гидротрансформатором без сцепления .

Механизмы переключения

В классической МКПП для выбора нужной передачи служит специальный рычаг, называемый рычагом переключения передач, или селектором. С его помощью в любой момент можно задействовать любую из имеющихся в коробке передач ступень (кроме ступени заднего хода, включать которую допустимо лишь после полной остановки автомобиля во избежание серьёзных поломок).

Расположение рычага и система привода могут в значительной степени варьироваться в зависимости от модели автомобиля.

• Рычаг может располагаться непосредственно на корпусе коробки передач (обычно сверху или сбоку), либо на специальном удлинителе. В этом случае все механизмы переключения расположены внутри корпуса коробки и рычаг непосредственно воздействует на ползуны с вилками переключения передач. Плюсы такой схемы - более чёткое переключение передач, меньший износ в процессе эксплуатации. Недостаток - из-за особенностей компоновки рычаг, расположенный на корпусе коробки, обычно оказывается сильно вынесен вперёд, что снижает удобство пользования им. Кроме того, такой привод непригоден для использования на большей части переднеприводных и всех заднемоторных автомобилях.

• Многие европейские автомобили (в том числе переднеприводные ВАЗы) используют другую разновидность этой системы переключения, в которой задняя передача включается движением «влево-вперёд»:

Однако, в этом случае достаточно велик риск случайного включения задней передачи вместо первой, особенно при изношенном приводе. Поэтому на многих современных автомобилях предусмотрена блокировка его включения (показана на примере МКПП-6):

Отключение блокировки осуществляется утапливанием рычага «внутрь», либо перемещением подвижного элемента на рычаге коробки передач, например, подъёмом кольца на нем, либо утапливанием кнопки.

• Некоторые спортивные автомобили (например, старые BMW третьей серии с МКПП марки Getrag), а также старые модели обычных автомобилей, используют совершенно иной вариант системы переключения:

Преимущество в данном случае состоит в том, что положения, соответствующие второй и третьей передаче, находятся на одной линии, что ускоряет переключение. У спортивных машин с мощными двигателями, основной разгон происходит именно на второй и третьей передачах, первая же служит только для трогания с места.

При применении данной раскладки на внедорожниках (УАЗ) облегчается раскачивание автомобиля в случае его застревания путем последовательного включения первой-задней-первой-задней передач (передачи находятся на одной линии, что позволяет их очень быстро переключать).

Кроме того, многие из КПП с такой раскладкой переключения не имеют синхронизаторов либо имеют их только на высших передачах, в этом случае положительным моментом является и то, что при переключении с первой передачи на вторую автоматически возникает некоторая задержка, что упрощает переключение между несинхронизированной первой с синхронизированной второй передачами.

Из отечественных автомобилей, такую раскладку использовал ГАЗ-69 , коробка передач которого была трёхступенчатой. При переделке на напольный рычаг коробки передач «Волги» ГАЗ-21 у неё также получается такая раскладка.

• Многие американские и некоторые европейские автомобили ранее использовали раскладку, в которой первая передача включалась простым движением рычага вперёд (вторая - назад, и т. д.):

Из распространённых на территории России моделей, такую раскладку имели скажем Ford Taunus , Volvo 240 и некоторые модели BMW, вроде BMW E30 . Кроме того, она использовалась практически на всех североамериканских «Фордах» 1960-х - 1970-х годов с МКПП.

• Некоторые современные автомобили, например, Bugatti Veyron , имеют автоматизированное управление коробкой передач и т. н. Paddle-shifter , то есть рычаг МКПП движется только вперёд-назад, как у некоторых АКПП , и последовательно выбирает передачи.

С подрулевым рычагом

Салон «Волги» ГАЗ-21 с цельным передним диваном и переключателем передач на рулевой колонке.

В прошлом наиболее распространённым на легковых автомобилях с МКПП было расположение рычага КПП на рулевой колонке. Эта мода появилась в США в конце 1930-х годов, широко распространилась в Европе в конце 1940-х. Иногда такой механизм встречается и в наши дни.

Привод от подрулевого рычага осуществляется сложными тягами (кулисами ), сочленения которых подвержены износу, а на старых автомобилях - требуют периодической регулировки и смазки путём шприцевания.

Чёткость и скорость выбора передач при таком механизме часто страдают, но в целом, по мнению многих владельцев автомобилей с таким механизмом переключения, подрулевое расположение рычага более удобно, так как к нему не надо тянуться, он всегда под рукой. Тем не менее, из-за большой инерционности привода длинными тягами переключать передачи такой трансмиссии быстро сложно, поэтому для динамичных автомобилей такая трансмиссия малопригодна.

Зато хороший расчёт механизма переключения позволяет минимизировать усилие на рычаге: например, на «Волге» ГАЗ-21 с исправным, смазанным и отрегулированным механизмом переключения передачи можно переключать без отрыва кисти от руля. Однако, сильно разболтанный механизм допускает такие неисправности, как неполное включение и выключение передач, их самопроизвольное выключение («выбивание») и даже полное заклинивание тяг, устранимое только при открытом капоте.

• Наиболее типичным для систем с подрулевым рычагом является раскладка, возникшая в США в 1930-е годы и распространившаяся повсеместно в 1940-е - 1950-е (движение рычага показано в плоскости, параллельной рулевому валу, рычаг расположен справа):

Именно так (второй вариант) переключались передачи на «Победе» ГАЗ-М-20 , «Волге» ГАЗ-21 .

• Существовал и вариант для четырёхступенчатой МКПП:

• На «Москвичах» с четырёхступенчатой МКПП и подрулевым рычагом переключения, а также ряде европейских автомобилей, использовалась иная раскладка:

В отечественном автопроме отказ от подрулевого рычага переключения произошёл в конце 1960-х - начале 1970-х годов, в Европе - несколько раньше. В США это произошло в конце 1970-х.

Однако, в некоторых странах Европы и особенно Японии подрулевые рычаги использовались до самого недавнего времени. Так, в Гонконге все такси моделей Toyota Crown и Nissan Cedric имели МКПП-4 с подрулевым переключателем до перехода на АКПП в 1999 году. До начала 1990-х годов на микроавтобусах Toyota Hiace и Mitsubishi L400 также встречались переключатели передач на рулевой колонке, коробка передач была механической пятиступенчатой.

В процессе эксплуатации автомобиля следует правильно пользоваться коробкой передач во избежание поломок и преждевременного износа.

• Стараться двигаться преимущественно на прямой передаче, при техническом наличии её на автомобиле, так как при этом путь крутящего момента получается наиболее коротким, и в его передаче не задействованы лишние шестерни (момент передают только первичный и вторичный валы, которые на прямой передаче соединяются в одно целое; при этом шестерни промежуточного вала, естественно, продолжают вращаться, но крутящего момента не передают), что увеличивает КПД трансмиссии и уменьшает износ;
• Переключение передач производить согласно приведённым в инструкции к автомобилю значениям максимальной и минимальной скорости на каждой передаче;
• Включение задней передачи при движении автомобиля вперёд, даже на небольшой скорости, категорически недопустимо .
• Не следует допускать длительной езды на скорости выше 20 км/ч с выжатым сцеплением, особенно на заднеприводных автомобилях, где это может привести к быстрому износу выжимного подшипника сцепления; нажимать педаль сцепления следует резко, а отпускать - плавно, но не допуская пробуксовки и не трогая акселератор, что значительно ускоряет износ;
• Недопустимо на скользкой дороге двигаться с выключенным сцеплением или коробкой передач на нейтральной передаче;
• Следует применять приём торможения двигателем - совместно с торможением автомобиля производится поочередное переключение передач с высшей ступени на низшую. При этом происходит более эффективная остановка автомобиля тормозом и двигателем.
• Недопустимо переключать передачи в поворотах, так как это может привести к заносу; до начала поворота следует перейти на низшую передачу, а по мере его прохождения - слегка нажать на педаль акселератора.
• Для облегчения работы синхронизаторов следует:

При переходе с низшей передачи на более высокую - переключение производить в два приёма, с некоторой паузой в нейтрали; При переходе с высшей передачи на более низкую, переключение производить в один приём.

• После использования наката при движении под уклон, в конце его необходимо делать «перегазовку» во избежание преждевременного износа сцепления и коробки переключения передач. Это нужно для того, чтобы уравнять обороты вращения колес с оборотами вращения коленчатого вала двигателя, который в это время работает на холостом ходу. Надо выжать педаль сцепления, довести газом обороты двигателя до предполагаемых для комбинации текущей скорости и предполагаемой передачи и включить эту повышенную передачу. К примеру, после съезда с горки накатом скорость автомобиля 60 км/ч; нужно прикинуть, какая передача лучше всего подойдет для этой скорости, например, 4-я передача, а затем - какие обороты разовьёт двигатель на 4-й передаче на скорости 60 км/ч (примерно 2000 об/мин), и «перегазовать» двигатель до этих оборотов (опытный водитель делает это «на глазок», на уровне автоматизма).
• Необходимо постоянно проверять уровень масла в картере МКПП и своевременно производить его замену, так как при длительной работе в КПП масло превращается в абразив за счёт повышения содержания частичек металла, неизбежно отделяющихся от шестерён в процессе их естественного износа, что, в свою очередь, значительно ускоряет износ;
• На автомобилях иностранного производства соблюдайте указанную в инструкции марку смазочного масла. Некоторые МКПП зарубежных автомобилей требуют специальных материалов, например, гипоидного масла или ATF.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Наименьшая по сравнению с иными типами КПП цена.
• Намного меньшая в сравнении с гидромеханической трансмиссией масса.
• Высокий КПД по сравнению с гидромеханической трансмиссией.
• Обычно не требует отдельной системы охлаждения, как АКПП .
• Несмотря на немалый прогресс в области конструирования АКПП , на сегодняшний день средний автомобиль с АКПП при прочих равных уступает автомобилю с МКПП по топливной экономичности и динамике разгона.
• Относительная простота и отработанность конструкции.
• Достаточно высокая надёжность (срок службы самой МКПП без ремонта сравним со сроком службы автомобиля в целом, только сцепление требует относительно частой замены).
• Большинство моделей не требуют дефицитных или специфических расходных материалов, частого обслуживания.
• У автомобилей с МКПП шире набор специальных техник вождения, опытный водитель может более эффективно использовать такой автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью.
• Автомобиль с МКПП легко пускается «с толкача», может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
• МКПП, в отличие от гидромеханической АКПП , допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии.

Недостатки

• Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках.
• Более сложное относительно АКПП управление автомобилем, необходимость наличия специфического навыка для достижения плавного переключения передач без рывков.
• Переключение передач сопряжено со временным разобщением двигателя и трансмиссии, что увеличивает время переключения.
• Как и у любой ступенчатой КПП, невозможность плавного изменения передаточного отношения при разумном количестве ступеней, в отличие от

  Тем не менее, на грузовиках, спортивных автомобилях и автомобилях со спортивным имиджем почти всегда устанавливаются МКПП. Грузовые автомобили и «жёсткие» внедорожники также, как правило, имеют механические коробки передач.

  Полуавтоматические КПП

  На протяжении истории автостроения создавалось немалое число конструкций трансмиссий, которые можно описать под общим термином «полуавтоматические». Общим у них является то, что водитель избавлен от части операций, которые он должен был бы выполнять при управлении автомобилем с чисто-механической трансмиссией.

  Здесь не будут упоминаться трансмиссии начального периода автомобилестроения (до двадцатых годов XX века), так как в те годы ещё не было устоявшегося, общепринятого устройства МКПП, которое можно взять за «отправную точку» (например, на Ford T не было сцепления, коробка передач была планетарной и управлялась двумя педалями и рычагом).

  Гидроэлектромеханические трансмиссии с ручным переключением

  Первый массово использовавшийся тип полуавтоматической трансмиссии был создан фирмой Chrysler в 1930-х годах и широко использовалась на её автомобилях вплоть до 1950-х годов.

  Он нёс обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения - Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения - Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представлял собой комбинацию трёх агрегатов - гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включаещегося овердрайва. Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:

  • Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона).
  • Механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона - нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи.
  • Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.

  Переключение передач производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКПП - хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.

  Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть, на второй передаче двухступенчатой МКПП и третьей передаче трансмиссии в целом - высокий крутящий момент шести- и восьмицилиндровых двигателей «Крайслеров» это вполне позволял.

  На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона «Low», то есть, с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели трансмиссии) происходило переключение на вторую передачу за счёт происходящего автоматически включения овердрайва (сама МКПП оставалась при этом на первой передаче).

  При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи) - она имела общее передаточное отношение 1:1.

  Перебрать все имеющиеся четыре передачи при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой.

  Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.

  Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКПП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.

  Эта трансмиссия ставилась с завода или была доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации «Крайслер» 1940-х - начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой трансмиссии PowerFlite, позднее трёхступеначтой TorqueFlite, полуавтоматические трансмиссии семейства Fluid-Drive были сняты с производства, так как мешали продажам полностью автоматических трансмиссий. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они был доступны на самой дешёвой марке корпорации - «Плимуте».

  Фактически, такая трансмиссия стала переходным звеном от МКПП к гидродинамическим АКПП и служила для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.

  Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая - объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.

  Механические трансмиссии с автоматическим сцеплением

  Конструктивно не отличаются от обычных МКПП, но привод сцепления осуществляется автоматически, обычно, пневмо- или гидроэлектрической системой. Переключение передач производилось водителем вручную, педаль сцепления обычно отсутствовала.

  Улучшенные версии таких систем предлагаются и в настоящее время (см. ниже) .

  Новые разработки

  Промежуточное звено между АКПП и МКПП - так называемая «роботизированная» МКПП . В простейшем случае роботизированная коробка представляет собой обыкновенную МКПП , управляемую электронным блоком управления при помощи сервоприводов вместо традиционной ручки. Сцепление управляется той же автоматикой. Это придает МКПП свойства АКПП , однако переключения передач, как и в обычной МКПП , занимает некоторое время. Это приводит к замедлению разгона и создаёт характерные для МКПП «рывки» при переключении передач.

  Развитие технологий позволяет значительно ускорить переключение передач в МКПП и свести рывки к минимуму. При этом роботизированная коробка перестает быть обычной МКПП, управляемой электроникой и приводами, а проектируется особым образом. Самые лучшие роботизированные МКПП от Ferrari позволяют переключать передачи с задержкой не более 60 мс, а МКПП DSG (Direct Shift Gearbox - МКПП с прямым переключением передач), устанавливаемая на автомобили концерна Volkswagen , переключает передачи с задержкой не более 8 мс. Эти коробки передач позволяют достичь высокой скорости разгона, но изначально из-за высокой цены и сложности они получили распространение только на спортивных автомобилях. В настоящее время Vokswagen Golf, оснащённый 7-ступенчатой коробкой передач DSG, расходует примерно на 20% топлива меньше, чем оснащённый обычной механикой.

  Значительно улучшились за последнее время системы смазки МКПП. Современные механические коробки передач зачастую имеют систему смазки под давлением, иногда - объединённую с системой смазки двигателя. Это позволяет значительно повысить ресурс МКПП по сравнению с традиционной системой смазки за счёт находящегося в картере масла, обеспечить хорошее охлаждение (что стало насущной проблемой в связи с увеличением скоростей движения) за счёт постоянного круговорота смазывающего масла. Многие современные МКПП используют для смазки ATF, то есть масло для АКПП Википедия

Зубчатое колесо - Запрос «шестерня» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Зубчатые колёса Зубчатое колесо, шестерня основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндри … Википедия

Зубчатые колеса

Зубчатые колёса - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестеренка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестерня - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Шестерёнка - Зубчатая передача Зубчатое колесо (обыв. шестерня) основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое… … Википедия

Механическая коробка передач (МКПП) представляет собой механизм из множества шестерен, входящих в зацепление в разных сочетаниях, которые образуют определенное количество ступеней или передач с разными передаточными числами. С увеличением количества передач, автомобиль лучше приспосабливается к условиям движения.

В механической КПП передачи переключаются благодаря передвижениям рычага, при этом крутящий момент должен передаваться на вторичный вал, после чего на колесный привод. Принцип работы МКПП является довольно простым, а в ее комплект входит сравнительно небольшой список деталей, а именно:

• валы и шестерни (вторичный, промежуточный, первичный);
• картер;
• вал, имеющий шестерни для осуществления заднего хода;
• синхронизатор;
• устройство для переключения передач, имеющее устройства и механизмы для блокировки;
• рычаг для переключения.

В картере МКПП устанавливаются подшипники, внутри которых вращаются валы. Такие валы оснащены набором шестерен, имеющих разное количество зубьев. Благодаря синхронизаторам осуществляется плавное и бесшумное включение передач, которые в процессе вращения шестерен, уравнивают их скорость. Суть работы механизма переключения передач состоит в замене передач, которой управляет, непосредственно, водитель, благодаря рычагу. С помощью блокировочного устройства, передача удерживается от внезапного самовыключения. Для того, чтобы избежать одновременного включения 2-ух передач, существует замковое устройство.

Плюсы и минусы механической КПП

К очевидным преимуществам МКПП можно отнести, сравнительно с остальными трансмиссиями, небольшую массу и стоимость, высокие показатели КПД, отличную динамику разгона и экономичность в расходе топлива. Конструкция КП является довольно простой и отработанной, что обеспечивает высокую надежность. В таком виде трансмиссии не требуются дорогие материалы, которые являются простыми в обслуживании. Жесткая связь колес и двигателя, благодаря механической КП, позволяет водителю эффективно управлять машиной при гололеде, бездорожью и грязи. Автомобиль с установленной МКПП можно буксировать на любой скорости, а в случае необходимости, заводить с "толкача", что является недопустимым при наличии автоматической КПП.

К небольшому списку недостатков относится утомление водителя при переключении скоростей, что особенно проявляется в городе, а также небольшой ресурс сцепления и ступенчатого изменения передаточного отношения.

Виды КПП и их описание

Механические КПП бывают 2-ух видов: 2-ух и 3-ех вальные. На машины с задним приводом в основном устанавливается 3-ех вальная КП. А вот 2-ух вальная КП широко применяется на автомобилях с задним мотором и на переднеприводных авто. Существуют также синхронизированные и несинхронизированные КП.

Трехвальная КПП

В 3-ех вальной КП имеется, соответственно, 3 вала: ведомый, промежуточный и ведущий. Вал, который является ведущим, должен быть соединенным со сцеплением. На нем находятся шпицы, предназначенные для ведомого диска сцепления. Благодаря шестерне, которая находится на валу в зацеплении, крутящий момент передается на промежуточный вал. В свою очередь промежуточный вал находится параллельно с ведущим валом.

Блок шестерен расположен на валу и находится с ним в жестком зацеплении. На одной оси с ведущим, расположен ведомый вал. Они не имеют жесткой связи и независимо вращаются. Муфты синхронизаторов находятся между шестернями ведомого вала. На современных МКПП все передачи имеют синхронизаторы, исключением является передача заднего хода.

Двухвальная КПП

Сегодня широко распространяются и 2-ух вальные КП. В которых ведомый и ведущий валы располагаются параллельно. Из шестерни первичного вала крутящий момент передается на нужную шестерню вторичного вала, которая является зафиксированной синхронизатором. Из-за этого прямая передача считается технически невозможной. Все остальные процессы являются аналогичными 3-ех вальной КПП. Главным плюсом таких КПП считается возможность компоновочного объединения трансмиссии и двигателя в силовой компактный агрегат.

Также 2-ух вальные КПП имеют чуть лучшее КПД, чему способствует небольшое количество деталей, задействованных в передаче крутящего момента. Основным недостатком считается то, что в такой КП нету прямой передачи и она пригодной является только в сравнительно легких транспортных средствах. Соответственно, их устанавливают на тяжелые мотоциклы, переднеприводные автомобили, а также машины с заднемоторной компоновкой. В таких КП может быть больше 4-ех передач для переднего хода.

Несинхронизированная МКПП

В машинах с несинхронизированной МКП водитель полностью осуществляет переключение передач. Во время включения передач, как известно, скорость шестерен является различной, а муфта сцепления при этом не может просто на одну из них перейти. Для решения такой проблемы служит "двойной выжим", который означает переключения между высшими и низшими передачами с применением педали сцепления, которая выжимается перед самым выключением передачи. Существует много спортивных мотоциклов и автомобилей с несинхронизированными КПП, на которых переключение происходит без выжима сцепления, но для этого необходимым является большой опыт езды.Такие КПП устанавливаются на гоночные агрегаты из-за хорошей живучести при больших нагрузках, которые характерные для гоночного спорта, а также благодаря тому, что опытный водитель может быстрее переключать передачи. А вот на тракторах и грузовиках с большим количеством передач, такие КП не устанавливаются, так как это технически невозможно.

Синхронизированная МКПП

В синхронизированных МКП активация передач является частично автоматизированной. Благодаря специальным устройствам, так называемым синхронизаторам, муфта не может переходить с шестерни на другую шестерню, до того времени пока их скорость не станет равной. Большинство легковых автомобилей имеют все синхронизированные передачи переднего хода. Если вспомнить старые автомобили, то синхронизированными были только высшие передачи. Почти у всех отечественных автомобилей не является синхронизированной передача заднего хода.

Эксплуатация МКПП

Во время эксплуатации МКПП нужно постоянно следить за уровнем масла, которое находится в картере, а в случае необходимости его доливать. Благодаря инструкции по эксплуатации, можно определить когда необходимо производить полную замену масла. Если периодически менять масло и грамотно обходится с рычагом переключения, то механическая трансмиссия прослужит без поломок до конца службы авто. Чтобы продлить жизнь трансмиссии, лучше осуществлять переключения передач плавными движениями, и делать небольшую паузу в нейтральном режиме, чтобы синхронизаторы успели сработать.

К главным неисправностям в МКПП можно отнести:

• из-за подтекания масла могут повреждаться уплотнительные прокладки и сальники;
• неисправный синхронизатор, изношенные шестерни и подшипники могут быть причиной шума при работе трансмиссии;
• при поломке механизмов переключения, износе шестерен и синхронизаторов могут затруднятся включения передач;
• из-за сильно изношенных синхронизаторов и шестерен, вполне возможным может быть самовыключение передач.

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от «ручного» (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

Принцип работы механической коробки передач

Механическая коробка 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.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

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:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. 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.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье .

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления