Как работает механическая коробка передач. Устройство МКПП

Механическая коробка передач все реже встречается в современных автомобилях, в отличие от автоматической коробки передач, однако, по-прежнему характеризуется надежностью и простотой конструкции. С ее помощью вручную меняется передаточное отношение посредством вращения шестерней разного размера. Кроме того, за счет механических элементов реализуется весь функционал узла, электроника и гидравлика не привлечены. Что еще важно знать о МКПП?

В общем виде МКПП – набор параллельно расположенных валов, на которых закреплены шестерни. Их основное предназначение – обеспечение передачи крутящего момента с маховика ДВС колесам. Любой мотор работает в скудном диапазоне оборотов. Чтобы автомобиль стартовал с места или двигался на больших скоростях, колеса должны вращаться с разной частотой.

Для отправления и постепенного разгона, а также во время движения по бездорожью, на колеса авто должна подаваться большая мощность. Это означает, что двигатель будет работать на высоких оборотах при небольшой скорости. Когда машина разогналась и перемещается по асфальтированной трассе на скорости, высоких оборотов двигателя не требуется – поддерживать нужную скорость можно на малой мощности.

Механическая коробка передач позволяет передавать вращение с двигателя колесам с нужным передаточным числом, которое водитель может изменять на свое усмотрение, ориентируясь на условия езды. Чем выше показатель, тем ниже передача. На первой, которую еще называют низшей, вращение поступает от малой шестерни к большой: коленвал вращается с высокой частотой, но скорость авто так и остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче все происходит наоборот. В нейтральном положении крутящий момент и вовсе не передается – автомобиль стоит или продолжает движение вперед по инерции.

Профессиональный  ремонт механических коробок передач

Принцип работы

Как функционирует МКПП? Принцип работы прост:

• крутящий момент через сцепление поступает от двигателя на первичный вал коробки;
• взаимодействующие между собой пары шестеренок преобразуют его;
• осуществляется передача на колеса.

Каждая пара шестерен представляет собой ступень и имеет определенное передаточное число, преобразующее крутящий момент коленвала и скорость вращения. Оно определяется отношением числа зубцов у входной и выходной шестерен. Количество зубьев напрямую связано с размером – чем их больше, тем больше диаметр шестерни. Самое больше передаточное число у первой передачи и движение автомобиля начинается именно с нее.

Для переключения передач МКПП необходимо вручную сменить положение селектора рычага. Переход на повышенные передачи возможен за счет переключения передач друг за другом. Смена скоростей в автомобилях с механической коробкой происходит только при нажатии сцепления – нужно прервать поток мощности, исходящий от двигателя.

Мастера СТО «Дрога» предлагают широкий спектр услуг по диагностике и ремонту автомобилей. Быстро и без лишних хлопот выполним ремонт двигателя любой сложности, устраним неполадки в ходовой части, окажем консультационно-диагностическую помощь в выборе подержанного автомобиля.

Как правильно начать движение на механике

Содержание

Большинство начинающих водителей считают автомобиль с механической коробкой чем-то морально устаревшим, поэтому по умолчанию выбирают для себя «автомат». Некоторые современные автомобилисты даже представить боятся, что когда-нибудь им придется сесть за руль машины «на ручке». Они почему-то уверены, что автомобиль на механике постоянно глохнет, дергается и при любом удобном случае обязательно откатывается назад.

Спешим вас уверить, что это далеко не так. При правильной работе педалями технически исправный автомобиль на механике ведет себя совершенно корректно — достаточно лишь немного потренироваться. О том, как правильно действовать, чтобы начало движения на механике было мягким и плавным, расскажем в этой статье. Вы также узнаете о преимуществах авто с МКПП, роли сцепления, как тормозить коробкой… и еще много-много интересного. Пристегните ремни! Поехали!

Как работает «механика»

Механическая коробка — это простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих. МКПП в большинстве случаев представляет собой пяти- или шестиступенчатый цилиндрический редуктор, в котором переключение передач осуществляется в ручном режиме. Для подключения привода колес и переключения скоростей во время движения в машине для этого предусмотрена третья педаль (кроме тормоза и газа) — сцепление.

Педаль сцепления необходима для соединения коробки переключения передач с двигателем и для их разъединения. При соединении через редуктор КПП крутящий момент от двигателя передается к ведущим колесам автомобиля. Педаль сцепления необходимо нажимать перед каждым переключением скорости.

Когда педаль сцепления нажата, двигатель разъединяется от коробки передач — в этот момент водитель при помощи рычага переключения передач выбирает нужную скорость. Когда педаль сцепления отжата (отпущена) двигатель соединяется с коробкой передач, и автомобиль начинает движение.

С помощью той самой «ручки» водитель выбирает нужные пары шестерен, которые входят в зацепление с приводами от мотора и колес. Шестерни редуктора КПП подобраны так, чтобы обеспечить оптимальный крутящий момент (вращающая сила двигателя) на колесном приводе при разных режимах движения. Для первых скоростей задействованы понижающие шестерни, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большей тягой.

Преимущества авто с МКПП

Популярность ручной (механической) коробки переключения передач среди россиян с каждым годом снижается. Молодежь при поступлении в автошколу все чаще выбирает в качестве учебного транспортного средства автомобиль с автоматической трансмиссией, даже не догадываясь что у старой доброй «механики» есть свои преимущества:

• Надежность. Механическая коробка передач всегда считалась наиболее надежной системой управления. Не случайно все спортивные авто оборудованы «механикой».
• Более низкие эксплуатационные расходы. Конструкция механики проще, поэтому ремонт и обслуживание авто с такой коробкой обойдется владельцу дешевле. Да и сам автомобиль с МКПП стоит дешевле авто аналогичной марки и комплектации на «автомате». Замена масла в МКПП требуется гораздо реже.
• Разгон. Поскольку переключение между скоростями происходит принудительно, то время разгона легкового автомобиля на механике сокращается.
• Экономия топлива. Расход топлива у авто с механической коробкой передач обычно меньше. Автомат может то и дело менять передачи в зависимости от настроек и режима работы, что увеличивает расход топлива и нагрузку на двигатель.
• Предсказуемое управление. При обгоне машина на механике ведет себя более предсказуемо, поскольку электроника не принимает участия в управлении скоростями.
• Пуск двигателя с толчка. Если у авто с механикой разрядился аккумулятор или сломался стартер, двигатель можно завести с толкача.

Как правильно трогаться на механике — пошаговая инструкция

1. Знакомство с расположением узлов управления. Перед началом движения следует отрегулировать сиденье и пристегнуть ремень безопасности. Если позволяют погодные условия, можно открыть окно, чтобы лучше слышать работу двигателя.

Попробуйте нажать педаль сцепления и плавно отпустить. Повторите процедуру несколько раз, чтобы движение стало понятным. Прежде чем начинать движение на автомобиле с механикой, необходимо понять и твердо запомнить расположение и назначение педалей тормоза и газа.

Напомним расположение педалей: Слева — сцепление (эту педаль следует нажимать левой ногой). Посередине — тормоз, справа — газ (эти педали следует нажимать правой ногой).

2. Подготовка к старту.

Перед пуском двигателя убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении (рукоятка находится в нейтрали, если она не зафиксирована в одном положении и легко перемещается вправо-влево). Если выбрана другая позиция, то нужно перевести ее в нейтраль, полностью выжав педаль сцепления. Только после этого можно переходить к запуску двигателя.

3. Запуск двигателя. Чтобы избежать скатывание автомобиля (если авто находится на неровной поверхности), нажмите и удерживайте педаль тормоза или поставьте автомобиль на ручной тормоз.

Вставьте ключ в замок зажигания и поверните в положение ON. На приборной панели загорятся световые индикаторы. Через пару секунд индикаторы, предупреждающие о неисправностях или необходимости произвести какие-то действия по обслуживанию автомобиля, должны погаснуть.

Как только это произойдет, можно поворачивать ключ зажигания дальше по часовой стрелке до тех пор, пока стартер не запустит двигатель. Стартер — это электродвигатель, раскручивающий вал двигателя для запуска. Как только двигатель заведется, отпустите ключ — пружина в замке зажигания вернет его в положение ON, отключая стартер.

Заведенный двигатель будет работать в режиме холостого хода (без нагрузки) до тех пор, пока водитель не предпримет дальнейших действий для начала движения на авто с механической коробкой. На холостом ходу обороты исправного автомобиля будут находиться в диапазоне от 600 до 800 оборотов в минуту. В холодное время года обороты во время прогрева мотора увеличиваются, однако по мере прогрева двигателя самостоятельно опускаются до номинальных.

4. Начало движения на механике: Полностью выжмите педаль сцепления и включите первую передачу, удерживая левую ногу на педали сцепления. Обычно для включения первой скорости нужно переместить рукоятку влево, а затем двинуть вперед до фиксации. Схема расположения передач всегда есть на верхней части рукоятки (если владелец автомобиля не внес изменения в конструкцию рычага МКПП).

Теперь можно начинать трогаться. Для этого максимально плавно отпускайте педаль сцепления. Двигатель начнет снижать обороты. Продолжайте медленно отпускать сцепление до тех пор, пока автомобиль не начнет движение вперед — этот момент (момент касания диска сцепления) называется «точкой схватывания».

Чтобы начать уверенное движение с места, начинайте мягко и плавно нажимать педаль газа. Важный момент: Отпускать педаль сцепления и нажимать педаль газа нужно одновременно — в этом случае начало движения на механике будет максимально плавным, без рывков. Если слишком резко бросить сцепление, и не дать достаточное количество топлива, то двигатель заглохнет.

Однако не стоит слишком усердно давить на педаль газа, не успев до конца отпустить педаль сцепления. Такие действия приведут к ускоренному износу сцепления.

Если в процессе знакомства с механикой вы несколько раз заглохли, не нужно расстраиваться. Достаточно проделать эту процедуру несколько раз, чтобы начало движения было плавным. Опять же, у разных автомобилей педаль сцепления работает по-разному (из-за разной регулировки, разного износа диска и т.д.). Нужно просто привыкнуть.

5. Переключение передач на механике. Как только автомобиль раскрутит двигатель (число оборотов увеличится до 2500 и появится характерный звук мотора), включайте вторую передачу. Для этого отпустите педаль газа, левой ногой полностью выжмите педаль сцепления и переключите рычаг в соответствующее положение. Затем плавно, но достаточно быстро отпускайте сцепление, параллельно нажимая на педаль газа.

Как на механике правильно трогаться в гору

Начало движения в гору — отдельный навык, требующий тренировки. Не случайно на практическом экзамене в ГИБДД отработке данного умения посвятили отдельное упражнение — Начало движения на подъеме и на спуске (эстакада).

Если получилось так, что вы остановили автомобиль на уклоне (так, что передняя часть авто смотрит в сторону подъема), начинать или возобновлять движение нужно по другой схеме.

Первый вариант — тронуться в гору при помощи тормоза. Для этого левой ногой нажмите педаль сцепления, а правой — педаль тормоза. Для начала движения включите первую передачу и плавно отпускайте сцепление, пока не почувствуете, что сцепление начало схватываться. Удерживая педаль сцепления в точке схватывания, отпускайте тормоз и нажимайте на газ.

Второй вариант — начало движения в горку с применением стояночного тормоза (ручника). Чтобы тронуться в горку при помощи ручника, выжмите сцепление и включите первую скорость. Плавно отпускайте сцепление, пока не почувствуете, что сцепление начало схватываться (передняя часть автомобиля начнет слегка приподниматься), затем опустите ручник и плавно нажмите на газ.

Как тормозить двигателем на механике?

Чтобы во время движения снизить скорость, нужно:

• отпустить педаль газа
• нажать тормоз до снижения оборотов двигателя до показателей холостого хода
• выжать сцепление
• переключить коробку на пониженную ступень

Если изначальная скорость была высокой, то передачи следует переключать поочередно, пока не дойдете до первой передачи.

Если скорость была небольшой, чтобы полностью остановить автомобиль на механике, достаточно выжать сцепление, включить нейтральную передачу и произвести остановку транспортного средства дальнейшим нажатием тормоза.

Важный момент: При торможении обороты двигателя не должны опускаться ниже показателей для холостого хода, иначе автомобиль начнет вибрировать и заглохнет.

Сделать быструю остановку можно на любой передаче, переведя коробку в нейтраль и нажав тормоз. Однако в этом случае контроль над управлением ослабевает.

Новичок должен запомнить с первых уроков одно важное правило: торможение на механике — это движение на передачах до полной остановки. Движение накатом необходимо полностью исключить из повседневной езды, поскольку оно небезопасно, ведь если у вас неактивна педаль газа, то теряется возможность тормозить двигателем или ускоряться в случае необходимости.

Как правильно заводить авто с ГБО

Газомоторное топливо отличается от бензина по целому ряду параметров, поэтому запуск автомобилей с ГБО имеет свои нюансы. Сразу переключиться на газ и начать движение можно только в том случае, если газобаллонное оборудование относится к пятому поколению и выше. В таких системах пуска пропан-бутан подается в двигатель в жидком виде. Если в машине установлена более простая версия ГБО, то заводить мотор придется на традиционном топливе, и только после прогрева можно переключаться на газ.

Современное ГБО оснащено электронным блоком управления, который сам отвечает за выбор топлива. Водителю остается лишь включить стартер.

Как завести механику «с толчка»

Возможность завести двигатель «с толчка» — одно из преимуществ легковых автомобилей на механике. Если неожиданно разрядился аккумулятор или вышел из строя стартер, завести машину можно вращением коленвала. При вращении колес коленчатый вал двигателя раскручивается без помощи стартера, и при достижении определенного количества оборотов происходит воспламенение топливной смеси и запуск двигателя.

Чтобы завести механику «с толчка», нужно:

• Выжать сцепление
• Включить вторую передачу
• Повернуть ключ в замке зажигания
• Разогнать авто до скорости более 10 км/ч
• Резко отпустить сцепление и одномоментно нажать педаль газа

Двигатель заведется, пусть и с рывком, но после этого машина начнет полноценное движение.

Как долго нужно прогревать авто на МКПП

Современные автомобили оборудованы системой электронного впрыска топлива, которая регулирует подачу топливно-воздушной смеси в автоматическом режиме. Это позволяет двигателю быстро развивать устойчивые обороты. В инструкциях некоторых автопроизводителей даже есть рекомендации, согласно которым начинать движение можно сразу после запуска двигателя зимой. Однако речь в большинстве случаев идет о европейских зимах, когда температура редко опускается ниже +5°С.

В условиях холодной русской зимы специалисты все же рекомендуют прогревать двигатель в течение 2-5 минут. При средней температуре -10°С двигателю достаточно трех минут прогрева для выхода на нормальный рабочий режим. Если за окном -20°С и более, прогревать авто следует не менее 5 минут.

Как тормозить коробкой и ручником

Умение тормозить двигателем — жизненно необходимый навык водителя авто на механике. Особенно важно уметь это делать, когда на дороге гололед.

Принцип торможения коробкой заключается в ступенчатом понижении передач при достижении оборотов, приближенных к значениям холостого хода. Торможение двигателем на льду является наиболее безопасным способом, поскольку при нажатии на педаль тормоза возникает риск блокировки колес, что приводит к потере контроля над управлением на ледяной поверхности.

Что касается стояночного тормоза (ручника), то он предназначен для удерживания авто в неподвижном состоянии. Торможение ручником на высокой скорости приводит к заносу и потере управления. Прибегнуть к торможению ручником можно лишь в экстренном случае и при небольшой скорости движения.

Объяснение механической коробки передач — все основы

После изучения всех видов автоматической коробки передач пришло время перейти к механической коробке передач. Эту трансмиссию довольно сложно понять по сравнению с автоматической коробкой передач, поэтому все будет немного запутанно. Не беспокойтесь, мы постараемся сделать его максимально простым для понимания.

Прежде чем мы углубимся в суть дела, нам нужно понять задействованные части и то, как они работают по отдельности. Давай начнем.

Популярное чтение: iMT против AMT | Какая трансмиссия лучше?

Что такое передача?

Связь между двигателем и колесами называется трансмиссией. «Передача силы», отсюда и название. Эта передача мощности включает в себя несколько частей и требует максимальных расчетов, чтобы предотвратить потерю энергии. Механическая коробка передач сравнительно сложнее для понимания, чем автоматическая коробка передач. Теперь мы переходим к задействованным частям и к тому, как они работают.

Детали механической коробки передач

Основными частями механической коробки передач являются выходной вал двигателя (также называемый входным валом), промежуточный вал, выходной вал, синхронизаторы, кулачковые муфты и сцепление. На валах есть шестерни, которые определяют, какой крутящий момент и скорость передаются на колеса.

Сцепление Диск сцепления

Соединение двигателя с первичным валом, работа сцепления заключается либо в подаче вращательного усилия на первичный вал, либо в разрезании его. Он состоит из нескольких частей, которые работают при нажатии на педаль сцепления. Нажатие на педаль сцепления отключает маховик от узла сцепления, что прерывает подачу двигателя к трансмиссии. Это позволяет трансмиссии свободно вращаться от двигателя.

Это действие отключения выполняется следующим образом. После нажатия на педаль сцепления часть, называемая вилкой сцепления, нажимает на нажимной диск сцепления, который напрямую соединен со сцеплением, а сцепление соединено с маховиком. Это нажатие удаляет соединение между сцеплением и маховиком, таким образом разрезая цепь.

Первичный вал

Этот вал соединен с маховиком через муфту. Он приводит в движение шестерни промежуточного вала с той же скоростью, что и двигатель.

Промежуточный вал 

Промежуточный вал содержит набор различных шестерен, которые приводятся в движение двигателем через первичный вал. Эти шестерни, также известные как шестерни промежуточного вала, находятся в постоянном зацеплении с шестернями выходного вала. Нахождение в постоянном зацеплении означает, что эти шестерни всегда связаны друг с другом и все время вращаются. Шестерни промежуточного вала напрямую связаны с самим валом и, таким образом, всегда вращаются со скоростью вала.

Выходной вал

Выходной вал имеет шестерни различных размеров. Эти шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала и свободно вращаются от выходного вала, но в зацеплении они, проще говоря, застревают на вторичном валу. Это означает, что выходной вал будет вращаться в соответствии с мощностью, передаваемой шестернями. Это станет проще, когда мы объясним всю работу позже.

Кулачковые муфты Кулачковые муфты

В отличие от обычных муфт, кулачковые муфты установлены на вторичном валу. Когда водитель включает передачу, работа кулачковой муфты состоит в том, чтобы заставить это передаточное число перемещать выходной вал. Без включенного кулачкового сцепления все передачи вращаются свободно, и автомобиль находится в нейтральном положении. Кулачковые муфты могут двигаться внутрь и наружу для включения и выключения при необходимости, позволяя шестерням только вращаться, а не двигаться вперед и назад. Кулачковые муфты постоянно соединены с выходным валом и служат в качестве соединения между валом и незакрепленной шестерней.

Синхронизаторы 

Работа синхронизатора заключается в обеспечении одинаковой скорости выходного вала и передачи, которая должна быть включена. У них есть фрикционные пластины, которые замедляют шестерни с той же скоростью, что и выходной вал, что позволяет легко подключать кулачковую муфту.

Загрузите приложение GoMechanic прямо сейчас!

Передаточное число и как оно влияет на выходную мощность

Прежде чем мы объясним работу механической коробки передач, нам нужно разобраться, что такое передаточные числа и как они влияют на выходную мощность двигателя.

Передаточное отношение можно объяснить как отношение зубьев шестерен. В случае трансмиссии это отношение ведомой шестерни к ведущей. Передаточное отношение может помочь нам объяснить, как мы получаем больший крутящий момент на низкой передаче и высокую скорость на более высокой передаче.

Чтобы объяснить, почему более низкая передача получает высокий крутящий момент, нам нужно обратиться к формуле для крутящего момента. Крутящий момент равен силе, умноженной на расстояние. Расстояние в данном случае является радиусом ведомой шестерни. Как мы знаем, ведомая шестерня становится меньше по мере увеличения передаточного числа, поэтому мы получаем больший крутящий момент на более низких передачах.

Что касается того, почему более высокая передача обеспечивает большую скорость, обороты на выходе автомобиля определяются оборотами двигателя, деленными на передаточное число. Более высокие передачи имеют меньшее передаточное число, что позволяет нам получить больше оборотов в минуту.

Чтобы объяснить это на примере. Представьте, что ваши обороты в минуту постоянно равны 1000. Предположим, что ваше первое передаточное число составляет 3: 1, это делает выходное число оборотов в минуту равным 333,3 об / мин. Теперь предположим, что передаточное число вашей высшей передачи составляет 0,5:1, это означает, что ваши обороты на выходе теперь будут равны 2000. 0002 Первичный вал приводит в движение шестерню промежуточного вала, которая находится в постоянном зацеплении с шестернями выходного вала. Вход приводит в движение шестерню промежуточного вала с собственной шестерней. Шестерни промежуточного вала постоянно соединены с промежуточным валом, поэтому промежуточный вал всегда вращается вместе с шестернями. Шестерни на выходном валу свободно соединены с выходным валом, поэтому свободно вращаются вместе с шестернями промежуточного вала и не перемещают выходной вал. При включении передачи мощность от входного вала сначала передается на промежуточный вал, а затем на шестерни вторичного вала.

Отличие здесь в том, что включенная шестерня теперь соединена с выходным валом. Поскольку шестерни не могут двигаться вперед и назад, соединение с валом осуществляется с помощью кулачковой муфты (показана как втулка ступицы шестерни на приведенной выше диаграмме). Кулачковая муфта включенной передачи присоединяется к шестерне и служит соединением между валом и шестерней. Обратите внимание, что кулачковые муфты постоянно соединены с валом и приводятся в движение вилкой, соединенной с коробкой передач. Это заставляет вал вращаться с той же скоростью, что и передаточное отношение шестерни.

Подробнее: Как работает автоматическая коробка передач с гидротрансформатором | Объяснение

При включении другой передачи сцепление отключается от маховика и мощность на валы не передается. Новую передачу выбирает водитель, и теперь синхронизаторы своим фрикционным диском замедляют передачу, чтобы к ней подключилась кулачковая муфта. Шестерня замедляется до тех пор, пока не достигнет той же скорости, что и выходной вал. Это позволяет кулачковой муфте легко включать передачи без столкновения зубьев. После того, как поток мощности снова начинается, новое передаточное число приводит в движение выходной вал.

Работа задней передачи

Работа задней передачи осуществляется следующим образом. Поскольку двигатель не может вращаться в обратном направлении, трансмиссия должна вращать валы таким образом, чтобы автомобиль двигался назад. Это делается с помощью новой шестерни, называемой промежуточной шестерней. Промежуточная шестерня входит между шестерней промежуточного вала и шестерней вторичного вала. Промежуточная шестерня заставляет шестерню выходного вала вращаться в противоположном направлении, заставляя автомобиль двигаться назад.

Поскольку промежуточная передача не имеет кулачковой муфты, перед включением задней передачи необходимо полностью остановить автомобиль. И если вы, как и многие люди, задаетесь вопросом, что происходит, когда автомобиль включается задним ходом, если он уже едет, ответ — он просто не будет двигаться задним ходом. Однако это приведет к столкновению зубьев и повреждению шестерен. Трансмиссии сделаны так, чтобы задняя передача не могла быть включена, когда автомобиль движется вперед. Это все еще действительно повреждает шестерни, поэтому, пожалуйста, не делайте этого.

Здесь описано, как работает механическая коробка передач и как передаточные числа влияют на выходную мощность. Чем больше передач в автомобиле, тем выше может быть мощность. Это одна из наиболее сложных тем, и мы надеемся, что она достаточно ясна, чтобы понять, как работает механическая коробка передач.

Аналогичное чтение: DCT против CVT против AMT | Выберите лучшую коробку передач

Как работает механическая коробка передач в автомобилях

Добро пожаловать в Gearhead 101 — серию статей об основах работы автомобилей для новичков в автомобилестроении.

Поскольку вы читали «Искусство мужественности», вы знаете, как управлять коробкой передач. Но знаете ли вы, что происходит под капотом всякий раз, когда вы переключаете передачу?

Нет?

Что ж, сегодня твой счастливый день!

В этом выпуске Gearhead 101 мы подробно рассмотрим, как работает механическая коробка передач. К тому времени, когда вы закончите читать эту статью, у вас должно быть общее представление об этой жизненно важной части трансмиссии вашего автомобиля.

Засучим рукава и приступим.

Примечание. Прежде чем вы прочтете, как работает трансмиссия, я настоятельно рекомендую ознакомиться с нашими Gearhead 101, чтобы узнать все тонкости двигателей и трансмиссий.

Что делают трансмиссии

Прежде чем мы углубимся в особенности работы механической трансмиссии, давайте поговорим о том, что делают трансмиссии в целом.

Как обсуждалось в нашем учебнике по работе автомобильного двигателя, двигатель вашего автомобиля создает мощность вращения. Чтобы двигать машину, нам нужно передать эту мощность вращения колесам. Это то, что делает трансмиссия автомобиля, частью которой является трансмиссия.

Но есть пара проблем с мощностью двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, он обеспечивает полезную мощность или крутящий момент только в определенном диапазоне частоты вращения двигателя (этот диапазон называется диапазоном мощности двигателя). Двигайтесь слишком медленно или слишком быстро, и вы не получите оптимального крутящего момента, чтобы заставить машину двигаться. Во-вторых, автомобилям часто требуется больший или меньший крутящий момент, чем тот, который двигатель может оптимально обеспечить в своем диапазоне мощности.

Чтобы понять вторую проблему, нужно понять первую проблему. И чтобы понять первую проблему, нужно понимать разницу между двигателем скорость и двигатель крутящий момент .

Частота вращения двигателя — скорость вращения коленчатого вала двигателя. Измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

Крутящий момент двигателя показывает, какое крутящее усилие двигатель создает на своем валу при определенной скорости вращения.

Автомеханик привел эту прекрасную аналогию, чтобы понять разницу между частотой вращения двигателя и крутящим моментом двигателя:

Представьте, что вы — двигатель и пытаетесь забить гвоздь в стену:

Скорость = Сколько раз вы попадаете в шляпку гвоздя в минуту.

Крутящий момент = Насколько сильно вы каждый раз попадаете в цель.

Вспомните, когда вы в последний раз забивали гвозди. Если вы били очень быстро, вы, вероятно, заметили, что не забиваете гвоздь с большой силой. Более того, вы, вероятно, утомились от такого количества безумных раскачиваний.

И наоборот, если вы не торопитесь между каждым ударом, но убедитесь, что каждый удар, который вы делаете, был как можно сильнее, вы бы вбили гвоздь с меньшим количеством ударов, но это может занять у вас немного больше времени, потому что вы не качается в постоянном темпе.

В идеале вы должны найти темп удара молотком, который позволит вам ударять по шляпке гвоздя несколько раз с хорошей силой при каждом ударе, не утомляя себя. Не слишком быстро, не слишком медленно, но просто правильно.

Ну, мы хотим, чтобы двигатель нашей машины делал то же самое. Мы хотим, чтобы он вращался со скоростью, которая позволяет ему создавать необходимый крутящий момент, не работая так усердно, чтобы он сам себя разрушил. Нам нужно, чтобы двигатель оставался в своем диапазоне мощности.

Если двигатель вращается ниже своего диапазона мощности, у вас не будет крутящего момента, необходимого для движения автомобиля вперед. Если он превышает свой диапазон мощности, крутящий момент начинает падать, и ваш двигатель начинает звучать так, как будто он вот-вот сломается из-за нагрузки (что-то вроде того, что происходит, когда вы пытаетесь бить молотком слишком быстро — вы попадаете в гвоздь с меньшей мощностью, и вы действительно получаете, действительно устал). Если вы крутите двигатель до тех пор, пока тахометр не станет красным, вы интуитивно понимаете эту концепцию. Ваш двигатель звучит так, будто вот-вот заглохнет, но вы не двигаетесь быстрее.

Итак, вы понимаете, что для эффективной работы транспортного средства необходимо, чтобы оно работало в своем диапазоне мощности.

Но это подводит нас ко второй проблеме: автомобилям в определенных ситуациях требуется больший или меньший крутящий момент.

Например, когда вы заводите автомобиль на месте, вам нужна большая мощность или крутящий момент, чтобы заставить автомобиль двигаться. Если вы нажмете педаль газа в пол, вы заставите коленчатый вал двигателя вращаться очень быстро, в результате чего двигатель выйдет далеко за пределы своего диапазона мощности и, возможно, разрушится в процессе. И самое интересное, что вы даже не будете двигать машину так сильно, потому что крутящий момент двигателя падает, когда он выходит за пределы своего диапазона мощности. В этой ситуации нам нужно намного больше крутящего момента, но чтобы получить его, мы должны пожертвовать скоростью.

Хорошо, а что, если ты просто чуть-чуть нажмешь на газ? Ну, это, вероятно, не заставит двигатель вращаться достаточно быстро, чтобы войти в свой диапазон мощности, в первую очередь, чтобы он мог обеспечить крутящий момент, чтобы заставить автомобиль двигаться.

Давайте рассмотрим другой сценарий. Допустим, ваша машина движется очень быстро, например, когда вы едете по автостраде. Вам не нужно передавать столько мощности от двигателя к колесам, потому что автомобиль и так движется в быстром темпе. Чистый импульс делает большую работу. Таким образом, вы можете позволить двигателю вращаться на более высокой скорости, не беспокоясь о количестве мощности, передаваемой на колеса. Нам нужно больше вращения скорость идущая на колеса, и менее вращательная мощность .

Нам нужен какой-то способ увеличить мощность, вырабатываемую двигателем, когда это необходимо (пуск с места, подъем в гору и т. д.), а также уменьшить мощность, отправляемую двигателем, когда это не требуется. необходимо (спуск или движение очень быстро).

Войти в передачу.

Коробка передач обеспечивает оптимальную скорость вращения двигателя (ни слишком медленную, ни слишком быструю), одновременно обеспечивая колеса необходимой мощностью, необходимой для движения и остановки автомобиля, независимо от ситуации, в которой вы оказались.

Он может эффективно передавать мощность через ряд шестерен разного размера, которые используют силу передаточного числа.

Передаточные числа

Внутри трансмиссии находится ряд зубчатых шестерен различного размера, создающих крутящий момент. Поскольку шестерни, которые взаимодействуют друг с другом, имеют разные размеры, крутящий момент можно увеличивать или уменьшать без существенного изменения скорости вращения двигателя. Это благодаря передаточному числу.

Передаточные числа представляют отношение шестерен друг к другу по размеру. Когда шестерни разного размера входят в зацепление, они могут вращаться с разной скоростью и передавать разную мощность.

Чтобы объяснить это, давайте посмотрим на упрощенную версию механизмов в действии. Скажем, у вас есть входная шестерня с 10 зубьями (под входной шестерней я подразумеваю шестерню, которая генерирует мощность), соединенная с более крупной выходной шестерней с 20 зубьями (под выходной шестерней я имею в виду шестерню, которая получает мощность). Чтобы провернуть эту 20-зубую шестерню один раз, 10-зубчатой ​​шестерне нужно повернуться дважды, потому что она в два раза меньше 20-зубчатой ​​шестерни. Это означает, что хотя 10-зубая шестерня вращается быстро, 20-зубая шестерня вращается медленно. И хотя 20-зубчатая шестерня вращается медленнее, она обеспечивает большую силу или мощность, потому что больше. Соотношение в этой схеме 1:2. Это низкое передаточное число.

Или, скажем, две шестерни, соединенные друг с другом, имеют одинаковый размер (10 зубов и 10 зубов). Они оба будут вращаться с одинаковой скоростью, и оба будут выдавать одинаковую мощность. Передаточное отношение здесь 1:1. Это называется передаточным отношением «прямой передачи», потому что две шестерни передают одинаковую мощность.

Или, скажем, входная шестерня была больше (20 зубьев), а выходная шестерня меньше (10 зубьев). Чтобы провернуть 10-зубую шестерню один раз, 20-зубчатой ​​шестерне нужно будет повернуться только наполовину. Это означает, что хотя входная шестерня с 20 зубьями вращается медленно и с большей силой, выходная шестерня с 10 зубьями вращается быстрее и выдает меньшую мощность. Передаточное отношение здесь 2:1. Это называется высоким передаточным числом.

Вернемся к этой концепции к цели передачи.

Ниже вы найдете диаграмму потока мощности при включении различных передач в автомобиле с 5-ступенчатой ​​механической коробкой передач.

Первая передача. Это самая большая шестерня в трансмиссии, сцепленная с маленькой шестерней. Типичное передаточное число, когда автомобиль находится на первой передаче, составляет 3,166:1. При включении первой передачи подается низкая скорость, но высокая мощность. Это передаточное число отлично подходит для запуска автомобиля с места.

Вторая передача. Вторая шестерня немного меньше первой, но все же находится в зацеплении с меньшей шестерней. Типичное передаточное число составляет 1,882:1. Скорость увеличилась, а мощность немного уменьшилась.

Третья передача. Третья шестерня немного меньше второй, но все же находится в зацеплении с меньшей шестерней. Типичное передаточное число составляет 1,296:1.

Четвертая передача. Четвертая передача немного меньше третьей. Во многих транспортных средствах к моменту включения четвертой передачи выходной вал движется с той же скоростью, что и входной вал. Такая схема называется «прямой привод». Типичное передаточное число 0,9.72:1

Пятая передача. В автомобилях с пятой передачей (также называемой повышающей передачей) она связана со значительно большей передачей. Это позволяет пятой передаче вращаться намного быстрее, чем передача, передающая мощность. Типичное передаточное число составляет 0,78:1.

Детали механической коробки передач

Итак, к настоящему моменту вы должны иметь общее представление о назначении коробки передач: она обеспечивает оптимальную скорость вращения двигателя (ни слишком медленную, ни слишком быструю), одновременно обеспечивая колеса нужное количество энергии, необходимое им для движения и остановки автомобиля, независимо от ситуации, в которой вы оказались.

Давайте посмотрим на части трансмиссии, которые позволяют это сделать:

Первичный вал. Первичный вал идет от двигателя. Это вращается с той же скоростью и мощностью двигателя.

Промежуточный вал. Промежуточный вал (также известный как промежуточный вал) расположен непосредственно под выходными валами. Промежуточный вал соединяется непосредственно с входным валом через шестерню с фиксированной скоростью. Всякий раз, когда входной вал вращается, промежуточный вал вращается с той же скоростью, что и входной вал.

Помимо шестерни, принимающей мощность от первичного вала, промежуточный вал также имеет несколько шестерен, по одной на каждую из «передач» автомобиля (1-5-ю), включая задний ход.

Выходной вал. Выходной вал проходит параллельно промежуточному валу. Это вал, который передает мощность на остальную часть трансмиссии. Количество мощности, которую выдает выходной вал, зависит от того, какие шестерни на нем включены. Выходной вал имеет свободно вращающиеся шестерни, установленные на нем на шарикоподшипниках. Скорость выходного вала определяется тем, какая из пяти шестерен находится в «передаче» или включена.

1-5 передачи. Это шестерни, которые установлены на вторичном валу с помощью подшипников и определяют, на какой «передаче» находится ваш автомобиль. Каждая из этих шестерен постоянно находится в зацеплении с одной из шестерен на промежуточном валу и постоянно вращается. Это постоянно запутанное расположение — это то, что вы видите в синхронизированных трансмиссиях или трансмиссиях с постоянным зацеплением, которые используются в большинстве современных автомобилей. (Чуть позже мы рассмотрим, как все шестерни могут вращаться всегда, в то время как только одна из них на самом деле передает мощность на трансмиссию.)

Первая передача является самой большой передачей, и по мере перехода к пятой передаче передачи постепенно уменьшаются. Помните, передаточные числа. Поскольку первая шестерня больше, чем шестерня промежуточного вала, с которой она соединена, она может вращаться медленнее, чем первичный вал (помните, промежуточный вал движется с той же скоростью, что и первичный вал), но передает большую мощность на выходной вал. По мере повышения передачи передаточное число уменьшается до тех пор, пока вы не достигнете точки, когда входной и выходной валы движутся с одинаковой скоростью и передают одинаковую мощность.

Промежуточная шестерня. Промежуточная шестерня (иногда называемая «промежуточной шестерней заднего хода») расположена между шестерней заднего хода на выходном валу и шестерней на промежуточном валу. Промежуточная шестерня — это то, что позволяет вашему автомобилю двигаться задним ходом. Задняя передача — единственная передача в синхронизированной трансмиссии, которая не всегда находится в зацеплении или вращается с шестерней промежуточного вала. Он движется только тогда, когда вы действительно переключаете автомобиль на задний ход.

Хомуты/втулки синхронизатора. Большинство современных автомобилей имеют синхронизированную трансмиссию, то есть шестерни, передающие мощность на выходной вал, постоянно находятся в зацеплении с шестернями на промежуточном валу и постоянно вращаются. Но вы можете подумать: «Как все пять шестерен могут быть постоянно запутаны и постоянно вращаться, но только одна из этих шестерен на самом деле передает мощность на выходной вал?»

Другая проблема, возникающая при постоянном вращении шестерен, заключается в том, что ведущая шестерня часто вращается с другой скоростью, чем выходной вал, к которому она подключена. Как синхронизировать вращение шестерни с другой скоростью, чем выходной вал, и плавно, чтобы не было сильного шлифования?

Ответ на оба вопроса: втулки синхронизатора.

Как уже упоминалось выше, шестерни 1-5 установлены на выходном валу через шарикоподшипники. Это позволяет всем шестерням свободно вращаться одновременно при работающем двигателе. Чтобы задействовать одну из этих шестерен, нам нужно прочно соединить ее с выходным валом, чтобы мощность передавалась на выходной вал, а затем на остальную часть трансмиссии.

Между каждой шестерней находятся кольца, называемые муфтами синхронизатора. В пятиступенчатой ​​трансмиссии есть муфта между 1-й и 2-й передачами, между 3-й и 4-й передачами, а также между 5-й и передачей заднего хода.

Всякий раз, когда вы включаете передачу автомобиля, муфта синхронизатора переключается на движущуюся передачу, которую вы хотите включить. На внешней стороне шестерни имеется ряд конусообразных зубьев. Воротник синхронизатора имеет канавки для приема этих зубьев. Благодаря отличной механике муфта синхронизатора может соединяться с шестерней с очень небольшим шумом или трением даже во время движения шестерни и синхронизировать скорость шестерни с первичным валом. Как только муфта синхронизатора входит в зацепление с ведущей шестерней, эта ведущая шестерня передает мощность на выходной вал.

Всякий раз, когда автомобиль находится в нейтральном положении, ни одно из колец синхронизатора не зацеплено с ведущей шестерней.

Ошейники синхронизатора также легче понять визуально. Вот короткий небольшой ролик, который отлично объясняет, что происходит (начинается примерно с отметки 1:59):

Gearshift. Переключение передач — это то, что вы двигаете, чтобы включить передачу автомобиля.

Тяга переключения. Тяги переключения — это то, что перемещает муфты синхронизатора в направлении передачи, которую вы хотите включить. На большинстве автомобилей с пятью скоростями есть три тяги переключения. Один конец тяги переключения передач соединен с рычагом переключения передач. На другом конце штока переключения находится вилка переключения, удерживающая муфту синхронизатора.

Вилка переключения. Вилка переключения удерживает муфту синхронизатора.

Муфта. Сцепление находится между двигателем и коробкой передач. Когда сцепление выключено, оно отключает поток мощности между двигателем и коробкой передач. Это отключение питания позволяет двигателю продолжать работать, даже если остальная часть трансмиссии автомобиля не получает мощности. Когда мощность двигателя отключена от трансмиссии, переключение передач становится намного проще и предотвращается повреждение шестерен трансмиссии. Вот почему всякий раз, когда вы переключаете передачу, вы нажимаете на педаль сцепления и выключите сцепление.

При включенном сцеплении — нога отрывается от педали — связь между двигателем и трансмиссией восстанавливается.

Как работают механические коробки передач

Итак, давайте соберем все вместе и рассмотрим, что происходит, когда вы переключаете передачу в автомобиле. Начнем с запуска автомобиля и переключения на вторую передачу.

При запуске автомобиля с механической коробкой передач, прежде чем повернуть ключ, вы выключите сцепление , нажав на педаль сцепления. Это отключает поток мощности между входным валом двигателя и трансмиссией. Это позволяет вашему двигателю работать, не передавая мощность остальной части автомобиля.

При выключенном сцеплении вы включаете рычаг переключения передач на первую передачу. Это приводит к тому, что шток переключения в коробке передач вашей коробки передач перемещает вилку переключения в направлении первой передачи, которая прикреплена к выходному валу

через шарикоподшипники.

Эта первая шестерня выходного вала находится в зацеплении с шестерней, соединенной с промежуточным валом . Промежуточный вал соединяется с входным валом двигателя через шестерню и вращается с той же скоростью, что и входной вал двигателя.

К вилке переключения прикреплена втулка синхронизатора . Втулка синхронизатора выполняет две функции: 1) она надежно крепит ведущую шестерню к выходному валу, чтобы шестерня могла передавать мощность на выходной вал, и 2) обеспечивает синхронизацию шестерни со скоростью выходного вала.

Когда муфта синхронизатора входит в зацепление с первой передачей, шестерня прочно соединяется с выходным валом, и теперь автомобиль находится на передаче.

Чтобы заставить автомобиль двигаться, вы слегка нажимаете на педаль газа (что увеличивает мощность двигателя) и медленно отпускаете педаль сцепления (что включает сцепление и восстанавливает мощность между двигателем и коробкой передач).

Поскольку первая передача большая, она заставляет выходной вал вращаться медленнее, чем входной вал двигателя, но передает большую мощность остальной части трансмиссии. Это благодаря чудесам передаточных чисел .

Если вы все сделали правильно, машина начнет медленно двигаться вперед.

Как только вы заведете машину, вам захочется ехать быстрее. Но с автомобилем на первой передаче вы не сможете ехать очень быстро, потому что передаточное число заставляет выходной вал вращаться с определенной скоростью. Если вы нажмете на педаль газа в пол на первой передаче, вы просто заставите входной вал двигателя очень быстро вращаться (и, возможно, повредить двигатель в процессе), но не увидите увеличения скорости автомобиля.

Чтобы увеличить скорость вторичного вала, нам нужно переключиться на вторую передачу. Поэтому мы нажимаем сцепление, чтобы отключить питание между двигателем и коробкой передач и переключиться на вторую передачу. Это перемещает шток переключения, который имеет вилку переключения и муфту синхронизатора, в сторону второй передачи. Втулка синхронизатора синхронизирует скорость второй передачи с выходным валом и надежно фиксирует ее на вторичном валу.