Виды механических передач, их сходства и отличия

Плюсы и минусы механической коробки передач, разновидности «механики» и их особенности. Видео о том, как работает МКПП.

Коробка переключения передач (КПП) является важным и неотъемлемым механизмом любого автомобиля. Ее еще называют трансмиссией. В ней крутящий момент передается от коленчатого вала в моторе к ведущим колесам. Вращательное движение преобразуется в поступательное и наоборот. Современные автомобили оснащаются разными видами трансмиссии:

• механической (МКПП);
• автоматической (АКПП);
• роботизированной;
• вариаторной.

Поговорим о «механике». Несмотря на то, что ее вытесняют более современные виды КПП, она пока не собирается сдавать позиции.

Достоинства и недостатки МКПП

Многие автомобилисты предпочитают именно механическую трансмиссию по ряду преимуществ, которыми она обладает:

• обеспечение оптимальной частоты вращения, необходимой для нормальной работы двигателя;
• возможность регулировки частоты вращения;
• обеспечение возможности поступательного, винтового движения, движения с заданной скоростью;
• оптимальное соединение с рабочими агрегатами автомобиля.

Кроме того, механическая коробка переключения скоростей довольно простая по конструкции, доступная в обслуживании и ремонтопригодная. Она позволяет экономить горючее, максимально контролировать поведение «железного коня», обладает большим ресурсом и длительным сроком эксплуатации и обеспечивает лучшую динамику автомобиля.

А вот и недостатки МКПП:

• при движении водитель вынужден постоянно взаимодействовать с рычагом и педалью сцепления;
• некорректное переключение скоростей и неправильная эксплуатация приводят к перегрузке двигателя и самой коробки.

Как говорилось выше, передачи переключает водитель при помощи рычага, одновременно нажимая на педаль сцепления. МКПП может иметь разное количество ступеней (четыре, пять (используется чаще всего), шесть и больше) и валов (два или три). Двухвальные механические коробки устанавливаются исключительно в переднеприводные легковые автомашины, трехвальные – в переднеприводные и заднеприводные легковушки, а также внедорожники и грузовики.

У механической коробки есть свои разновидности и по другим параметрам. Например, секвентальная или с электронным управлением. Но эти названия сами по себе ничего не говорят. Важно понимать, какой именно тип передачи приводит агрегат в движение.

Виды передач в МКПП

Ременная передача

Обеспечивает изменение частоты вращения при передаче крутящего момента от двигателя к МКПП. Ведущий и ведомый шкивы соединяются неразъемным ремнем: плоским, зубчатым, поликлиновым или состоящим из набора клиновых ремней. Оба шкива крутятся в одну сторону. Но они имеют разные диаметры, из-за чего частота вращения у них тоже различная.

Цепная передача

Используется в том случае, если валы находятся один от другого на удалении. Обеспечивает изменение частоты вращения при передаче крутящего момента от ведущего вала к ведомому.

В механизме цепной передачи на валы насаживаются звездочки и соединяются при помощи втулочно-роликовой или зубчатой цепи. Такая конструкция позволяет избежать проскальзываний при передаче больших мощностей. Работает при более малых окружных скоростях, чем ременная.

Во втулочно-роликовой цепи внешние и внутренние звенья на оси поворота соединяются втулками с роликами. Зубчатая цепь менее шумная и может функционировать при высоких окружных скоростях. Можно сказать, что у нее выше работоспособность.

Зубчатая передача

Изменяет частоту и вектор вращения при передаче крутящего момента от ведущего вала к ведомому. Валы располагаются под углом друг относительно друга или параллельно.

Зубчатые колеса бывают разными по расположению зубьев:

• прямозубые цилиндрические (размещаются параллельно оси вращения) – наружного или внутреннего зацепления;
• косозубые (располагаются под углом к оси вращения) – увеличивают длину контакта.

Если вал располагается под углом, то используются конические передачи с прямым или криволинейным зубцом. Винтовые и червячные передачи соединяют перекрещивающиеся валы.

Реечная передача

Преобразует вращательное движение в поступательное. Цилиндрическое колесо зацепляется с рейкой прямыми или косыми зубьями.

Винтовая передача

Преобразует вращательное движение в поступательное. Главные компоненты винтовой передачи – винт и гайка. Каждый из них может быть ведущим либо сопрягаемым. При каждом обороте ведущего элемента сопрягаемый передвигается на один шаг резьбы. Чаще всего в роли ведущего звена выступает винт, а сопрягаемого – гайка. Вращаясь, винт передает поступательное движение на гайку.

Гайки бывают разъемными и неразъемными. Обе части разъемной гайки двигаются в прямолинейных направляющих. Штифты от частей гайки входят в спиральные торцевые канавки поворотного диска – он размыкает гайку. Когда поворачивают рукоятку, части детали размыкаются или смыкаются, охватывая ходовой винт.

Существуют и другие типы механизмов передач: кривошипно-шатунный, эксцентриковый. Но в МКПП автомобилей они не используются, поэтому мы их рассматривать не будем.

А теперь посмотрим, что происходит непосредственно в коробках.

Особенности разных типов «механики»

Трехвальная МКПП

Классическая «механика». Как видно из названия, она состоит из трех валов: ведущего, ведомого, а между ними находится промежуточный. На валах располагаются зубчатые колеса. Полностью узел заключен в картер.

Ведущий (первичный) вал получает крутящий момент от ДВС. Ведомый (вторичный) вал соединен с карданным валом. Промежуточный вал связывает первичный и вторичный. Между ведущим и ведомым валами находится подшипник, но он не закрепляет эти элементы между собой жестко – они крутятся независимо один от другого.

Промежуточный вал размещается под первичным и вторичным, иногда строго по центру, но чаще с небольшим смещением в бок. От ведущего вала к промежуточному идет зубчатка, приводящая его в движение. Промежуточная зубчатка жестко привязана к промежуточному валу – они образуют единый узел.

На вторичном вале стоят ведомые зубчатки. Они бывают скользящими или со стабильным зацеплением. Скользящие движутся по продольным бороздкам вторичного вала, а те, которые со стабильным зацеплением, соединяются с валом при помощи движущейся блокирующей муфты. Такие зубчатки крутятся на одном месте.

Недостатки трехвальной МКПП – большие габариты и вес, а также шумность. Для уменьшения шумности зубья шестеренок делают косыми.

Двухвальная МКПП

В таком агрегате первичный и вторичный валы располагаются параллельно один другому. Передаточного вала нет. Взаимодействие валов обеспечивают зубчатки – скользящие или стабильного зацепления (включаются движущимися муфтами). То есть, прямое соединение валов в двухвальной МКПП отсутствует.

Двухвальная «механика» – элементарная и малогабаритная. Высокий коэффициент полезного действия на самой большой скорости она не показывает, а вот на средних ведет себя хорошо. Это обусловлено небольшим числом компонентов в коробке. Компактность двухвальной «механики» позволяет в одной силовой установке разместить несколько ходовых узлов.

В компактные автомобили иногда ставят трехвальную или даже четырехвальную КПП. Но они работают так же, как двухвальная: ведущий вал контактирует с одним из нескольких ведомых, без участия промежуточного, которого здесь нет.

В таких коробках как минимум шесть передач переднего хода. Например, в Volkswagen 0A5. За счет небольшой длины они хорошо встают в подкапотное пространство переднеприводных и полноприводных автомашин, где двигатель располагается поперек.

Цепная МКПП

Изначально в механических КПП автомашин премиум-класса применялась цепная передача. Здесь мощность с первичного или промежуточного вала на вторичный передается при помощи зубчатой цепи.

Одна из звездочек соединяется с первичным валом в единый узел. Звездочка, находящаяся на вторичном валу и зафиксированная муфтой, соединяется при помощи цепи с первой.

Планетарная МКПП

Многоступенчатые планетарные механические трансмиссии используются очень редко – это обусловлено сложным процессом изготовления. Но в Ford T стоит двухступенчатая планетарная «механика». У нее две передних скорости и одна задняя.

На заре развития автомобильной промышленности планетарными коробками снабжали прежде всего трактора. Современные трансмиссии этого типа механическими назвать нельзя, так как они оборудуются гидравлическим приводом.

Секвентальная МКПП

Латинское слово sequence переводится как «последовательность». В секвентальной МКПП скорости переключаются одна за другой при помощи качалок, джойстиков или специальных лепестков у рулевого колеса. Сцепление в таких системах автоматизировано.

Секвентальные коробки чаще можно встретить в мотоциклах. А если мы говорим об автомобилях – то в спортивных моделях. В отечественных мотоциклах передачи переключаются при помощи педали-качалки, сопряженной с копирным валом. При нисходящем воздействии на переднюю часть качалки скорость снижается на один уровень. Если приподнять качалку или воздействовать на ее заднюю часть, то скорость увеличивается. Между первой и второй ступенями располагается нейтральная скорость.

Количество ходов на «механике»

Количество ходов равно количеству включающих муфт. Иногда вместо них используются зубчатые колеса.

Возьмем в качестве примера трехходовую КПП с зубчатками стабильного зацепления. В такой конструкции три муфты. Каждая из них управляет двумя шестеренками. Каждая шестеренка отвечает за конкретную ступень. Соответственно, в такой коробке может быть четыре-пять передних ступеней и одна задняя.

Если говорить о четырехходовой коробке, то там может быть шесть-семь передних ступеней и одна задняя. Если задней скорости нет, то все восемь ступеней обеспечивают движение вперед. Такими КПП чаще всего снабжаются сельскохозяйственные машины. Для заднего хода в них предусмотрен специальный редуктор.

Синхронизация в МКПП

Чтобы передачи переключались мягко, используют особые устройства-синхронизаторы. Синхронизатор не даст муфте включить определенную скорость до тех пор, пока не выровняются окружные скорости муфты и необходимой шестеренки. Синхронизатор может быть установлен на одном или нескольких валах.

В современных авто синхронизаторами оснащают передние и задние передачи. Но это касается только легковушек. В тяжелых грузовых авто и тракторах может быть до двадцати передач.

Синхронизатор – устройство само по себе достаточно тяжелое и быстро изнашиваемое. Установка двадцати синхронизаторов приведет к увеличению массы коробки, повышению ее стоимости и сокращению срока эксплуатации. Водители подобных транспортных средств должны владеть технологиями смены передач на МКПП без синхронизаторов.

Коробками без синхронизаторов оснащаются также современные спорткары и спортивные мотоциклы. Аргументация у производителей следующая:

• более быстрое переключение скоростей по сравнению с синхронизированными;
• устойчивость к большим нагрузкам во время гонок.

В таких транспортных средствах чаще всего используется кулачковый механизм смены скоростей. Вместо зубчатки, зубчатые колеса крепятся к валу при помощи кулачковой муфты.

Ступени в МКПП

Механические трансмиссии классифицируют по количеству ступеней:

1. двухступенчатые – такими коробками оборудовались первые серийные автомобили, у них было две передних передачи и одна-две задних (Ford T);
2. трехступенчатые – характерны для машин выпуска 1950-60-х годов, в СССР знаки на дорогах требовали от водителя, подъезжающего к железнодорожным путям, сначала переключаться с третьей передачи на вторую, а потом на первую;
3. четырехступенчатые – в США считались элементом спорткаров, а в европейских странах с начала 1960-х годов устанавливались повсеместно;
4. пятиступенчатые – четыре основные передние передачи и пятая повышающая, популярность приобрели в 1980-х годах;
5. шестиступенчатые – четыре или пять основных передач и одна или две повышающих, появились в 1990-е годы;
6. семиступенчатые – тренд нашего времени, сейчас делают машины и с большим количеством ступеней.

Есть трансмиссии с использованием неограниченного числа ступеней, как, например, у Bugatti Vevron. Безусловно, таким автомобилем управлять комфортно. Но такую коробку нельзя назвать полностью механической, так как скорости в ней переключаются электронно по направлению вверх-вниз. Наиболее популярные сегодня механические КПП с пятью-шестью ступенями.

Видео о том, как работает МКПП: