Коробка передач — Энциклопедия журнала «За рулем»
Коробка передач, коробка переключения передач, коробка перемены передач (устаревшее), КПП, КП. Механизм, часть трансмиссии автомобиля или мотоцикла, станка или иного промышленного механизма, предназначенный для изменения частоты вращения приводного вала и крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения движения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.
Назначение коробок передач
Чаще всего коробки передач применяются на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, поскольку ДВС не обладают необходимой для плавного изменения скорости движения гибкостью. Диапазон частоты вращения ведущих колес автомобиля простирается от 0, до 1800 об/мин (максимальное значение может быть больше у спортивных автомобилей и мотоциклов). Диапазон частоты вращения коленчатого вала поршневого ДВС — от 500-800, до 5-9 тысяч об/мин. КП обеспечивает плавное увеличение или уменьшение скорости движения при оптимальном использовании максимального крутящего момента двигателя, который достигается обычно при средней частоте оборотов коленчатого вала поршневого двигателя (около 3-4 тысячах об/мин). Помимо этого КП позволяет менять направление движения автомобиля (для этого в коробка оснащена механизмом заднего хода) и отключать двигатель от механизмов трансмиссии во время длительных стоянок с работающим мотором.
В транспортных средствах с паровыми и электрическими двигателями КП обычно не применяется, поскольку двигатели этого типа обладают практически идеальной характеристикой. КП не применяется на простейших велосипедах, но на спортивные и дорогие дорожные модели устанавливаются специальные устройства — открытые звездочные с механизмом перевода цепи или планетарные, встроенные в ступицу заднего колеса, которые выполняют функции КП. В токарных, фрезерных, сверлильных станках КП используются для изменения частоты вращения шпинделя, чтобы обеспечить оптимальный режим обработки металла.
Коробка передач(ИЖ-2126):
1 – первичный вал;
2 – картер сцепления;
3 – задний подшипник первичного вала;
4 – болт крепления верхней крышки;
5 – верхняя крышка;
6 – передний подшипник вторичного вала;
7 – блокирующее кольцо синхронизатора включения передачи;
8 – ступица III-IV передач;
9 – муфта III-IV передач;
10 – шестерня III передачи;
11 – стопорное кольцо;
12 – ступица V передачи;
13 – муфта V передачи;
14 – шестерня V передачи;
15 – шестерня II передачи;
16 – роликовый подшипник;
17 – шпонка;
18 – муфта-шестерня заднего хода;
19 – блокирующее кольцо синхронизатора включения II передачи;
20 – ступица I-II передач;
21 – шестерня I передачи;
22 – стержень рычага переключения передач;
23 – чехол рычага;
24 – рычаг переключения передач;
25 – задний подшипник вторичного вала;
26 – фланец эластичной муфты карданной передачи;
28 – сальник вторичного вала;
29 – гайка фланца эластичной муфты;
30 – центрирующее кольцо;
31 – вторичный вал;
32 – уплотнитель;
33 – грязеотражатель;
34 – шайба;
35 – задний болт промежуточного вала;
36 – болт крепления кронштейна задней опоры силового агрегата;
37 – гайка шпильки крепления задней крышки;
38 – задний подшипник промежуточного вала;
39 – задняя крышка коробки передач;
40 – прокладка задней крышки;
41 – игольчатый подшипник;
42 – промежуточная шестерня заднего хода;
43 – ось промежуточной шестерни;
44 – промежуточный вал;
45 – картер коробки передач;
46 – передний подшипник промежуточного вала;
47 – болт переднего подшипника промежуточного вала.
Требования, предъявляемые к коробке передач
К коробке передач предъявляются следующие требования:
— обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;
— легкость управления;
— высокий КПД.
С появлением первых моторных экипажей появилась необходимость применения устройств для изменения передаточного отношения от двигателя к колесам. Применявшиеся вначале ременные передачи, скопированные со станков, оказались несостоятельными и очень скоро стали вытесняться зубчатыми передачами. Первой подобной коробкой, получившей широкое распространение на автомобилях, была коробка передач со скользящими шестернями, которые могли перемещаться на квадратном или шлицевом вале, для того чтобы входить в зацепление с шестернями, установленными на другом, параллельном первому, вале. Она сконструирована инженером Эмилем Левассором во Франции и в 1891 г. была установлена на автомобиле «Панар-Левассор».
Классификация коробок передач
wiki.zr.ru
Коробка быстрых скоростей | Журнал Популярная Механика
Если в парной гонке на ускорение друг против друга выйдут обычный автомобиль и гоночный с двигателями одинаковой мощности, победителем, несомненно, станет последний. Ключ к победе — кулачковая коробка передач. Главное достоинство кулачковой коробки — в скорости переключения передач. Если разгоняться на обычном автомобиле, переключая передачи вверх максимально быстро, почти ударом, то смена каждой передачи займет около 0,6 с. Примерно столько уходит на высокоскоростное выключение/включение сцепления. Пилот гоночного автомобиля может сменить передачу втрое быстрее — и сделает это, не выжимая сцепления, и на каждом переключении будет выигрывать более 0,4 с! Это произойдет за счет того, что при каждом переключении у обычного автомобиля падают обороты двигателя и, соответственно, снижается интенсивность разгона. Чтобы выяснить, как устроена высокоскоростная гоночная коробка передач, мы отправились в Удельное, на подмосковную базу команды «Красные крылья», выступающей в ралли и кольцевых гонках.
Особенности гоночной механики
Денис Комаров, технический директор гоночной команды, готовит кулачковую коробку передач к фотосъемке. Он бережно протирает ветошью одну из шестеренок агрегата — огромное прямозубое колесо. Если бы такая шестерня лежала в мастерской сама по себе, можно было бы подумать, что она из коробки большого старого грузовика. Между тем она принадлежит компактному хетчбэку Citroёn С2.
Принцип действия топливного элемента Наличие оси с пазами — главное отличие секвентальной коробки от обычной, с поисковым механизмом переключения.
Большой диаметр колеса объясняется двумя факторами. Во‑первых, коробка раллийной машины передает от двигателя на колеса солидный крутящий момент. А во-вторых, колесо прямозубое. Достоинство привычных косозубых шестерен, которые применяются в коробках «гражданских» автомобилей, заключается в том, что за счет более длинного зуба и, соответственно, большей поверхности распределения нагрузок они могут передавать тот же крутящий момент при меньших размерах. Кроме того, они работают заметно тише. Но прямозубые колеса применяются в гоночных машинах не случайно: они не создают осевых нагрузок на валах и повышают КПД коробки.
Удивительно, но гоночная коробка передач не сложнее, а даже проще обычной гражданской. Здесь нет никаких синхронизаторов, а вместо большого количества мелких зубцов, которые входят в зацепление при включении передачи на обычной коробке, применяются крупные кулачки — торцевые выступы на шестерне и муфте (обычно их 5−7 штук на колесо). Чтобы передачи включались как можно скорее, кулачки входят в зацепление с большим зазором по ширине. Поэтому при включении передач на раллийной машине можно слышать характерное металлическое клацанье — это кулачки шестерни и муфты столкнулись друг с другом.
Кулачковая коробка По сути, кулачковая коробка устроена так же, как обычная серийная, — только вместо косозубых шестерен прямозубые, вместо зубчатых муфт кулачковые и никаких синхронизаторов.
Кулачковая коробка требует от пилота большой ловкости — особенно при переключении вниз: для синхронизации оборотов двигателя и трансмиссии необходимо филигранно работать педалью акселератора и прекрасно чувствовать автомобиль. При бережной езде пилот при переходе вниз пользуется сцеплением, в ходе гонки — особенно на машинах с секвентальной кулачковой коробкой — педаль сцепления ему практически не нужна. В том числе поэтому раллисты иначе, чем гражданские водители, выжимают педали. Правая нога у них обычно лежит на педали газа, а левая заведует сцеплением и тормозами. Четко работать акселератором очень важно, ведь без правильно выполненной перегазовки переход на понижающую передачу либо вообще не произойдет, либо будет сопровождаться жестким ударом. Именно поэтому пилоты раллийных машин ехидно улыбаются, когда я интересуюсь, насколько популярна кулачковая коробка среди любителей тюнинга. Конечно, находятся фанаты уличных гонок, которые заменяют серийные коробки кулачковыми. Такая замена улучшает динамику разгона, но требует от водителя постоянной концентрации внимания при переключении вниз, а также наполняет салон шумом от работы прямозубых шестерен. Кулачковая коробка воет примерно так же громко, как гражданская косозубая, когда в ее картере нет масла. Добавим сюда высокую стоимость кулачковых коробок (до €20 000 за агрегат) и невысокий срок службы — и придем к выводу, что установка кулачковой коробки на обычный автомобиль совершенно не оправданна. Конечно, срок службы автомобиля зависит и от субъективных факторов. В жестких гоночных условиях синхронизаторы долго не живут. Так что если за рулем гражданского автомобиля окажется маньяк, кулачковая коробка, вполне возможно, будет служить ему дольше привычной. Тем не менее со временем гоночный агрегат начнет издавать характерный стук, говорящий о том, что скруглившиеся кулачки не обеспечивают надежного зацепления. Такая коробка нуждается в замене износившихся пар. Денис рассказывает, что кулачковую коробку для проверки разбирают после каждой гонки, а некоторые пары в коробке приходится менять через каждые 2−3 этапа гонок. И это нормально!
Гоночное зацепление
Вперед-назад: хорошо и плохо
Есть и еще одна причина, почему кулачковые коробки не подходят для обычных дорог. Хотя эти агрегаты нередко оборудуют обычным поисковым механизмом переключения, самые быстрые и популярные у гонщиков коробки — секвентальные. В раллийных машинах пилота сильно трясет, поэтому водить рычаг переключения вперед-назад куда удобнее, чем выбирать передачи, как в обычном автомобиле. К тому же такая кинематика рычага позволяет сэкономить несколько миллисекунд на каждом переключении.
Но ездить с секвентальной коробкой кулачкового типа по дорогам общего пользования — страшная мука. Дело в том, что когда мы попадаем в пробку или под прямым углом поворачиваем с главной дороги на второстепенную, то обычно перескакиваем сразу на несколько передач вниз. Например, с пятой на вторую. При секвентальной же коробке такой трюк не выйдет: придется с перегазовкой последовательно перейти на четвертую, третью и лишь затем — на вторую передачу. Денис показывает, почему так происходит на коробке «ситроена». Когда пилот раллийной машины толкает рычаг этой секвентальной коробки вперед или назад, на определенный угол поворачивается специальная ось с многочисленными кулачками. При этом один из кулачков возвращает вилку переключения передач в нейтральное положение, а другой давит на еще одну вилку, и она вводит в зацепление муфту с шестерней нужной передачи. Чтобы включить, скажем, пятую передачу, надо последовательно несколько раз повернуть ось, которая управляется вилками переключения.
Быстро и недолго Кулачки обеспечивают высочайшую скорость переключений, но из-за ударных нагрузок быстро скругляются и требуют замены. Некоторые пары (шестерня и муфта) меняют через каждые 2−3 этапа гонок
Утешение гражданского гонщика
Выходит, что кулачковая коробка абсолютно неприменима для гражданских автомобилей. Это не совсем так. Британские фирмы — главные производители кулачковых коробок — традиционно имеют много запросов среди любителей тюнинга, желающих приобрести их коробки, а в нашей стране на базе кулачковой коробки даже был разработан современный агрегат для «гражданского» использования, который почти лишен недостатков.
Произошло это так. Компания «Спортмобиль», которая занималась тюнингом и подготовкой для соревнований и без того быстрых автомобилей Mitsubishi Lancer Evolution, освоила установку на этих машинах кулачковой коробки фирмы Gemini. Эффективное использование такого устройства предполагает превосходные навыки водителя. Но поскольку применение кулачковой коробки кардинально изменяет динамические характеристики, инженеры и основатели компании Алексей Чернышев и Павел Рустанович решили адаптировать гоночную коробку для использования обычными водителями при каждодневной езде.
Коробки и правила
На фотографии Subaru Impreza команды «Красные Крылья», которая участвует в Чемпионате Мира по ралли в зачете серийных автомобилей P-WRC. Несмотря на то, что с секвентальной коробкой на машине можно было бы показывать лучшее время, автомобиль оснащен кулачковой коробкой с обычным поисковым механизмом переключения. Согласно омологации, автомобиль группы N не может выступать в ралли с секвентальной коробкой.
Машины с секвентальной коробкой и традиционным рыгачом на центральном тоннеле — средний класс в иерархии гоночных аппаратов. Хотите переключать передачи еще быстрее? Пожалуйста! Оборудуйте руль подрулевыми переключателями, а поворот оси с пазами секвентальной коробки доверьте гидравлике. Такое решение применяется на большинстве гоночных машин WRC, участвующих в основном зачете. Такое же решение используется в «Формуле-1» и некоторых других гонках.
Как это обычно бывает, решения из мира автоспорта с течением времени появляются на серийных автомобилях. Сегодня многие легковые автомобили оборудованы секвентальными коробками с качающимся рычагом и подрулевыми переключателями. В комбинации с обычными некулачковыми коробками передач, такой механизм практически не повышает скорости переключений, но водители находят его более удобным по сравнению с традиционным поисковым.
Для решения этой задачи привлекли электронику. За основу взяли компьютер Motec, позволяющий программировать функции автомобиля. К нему написали собственное программное обеспечение, которое в совокупности с разработанным электронным блоком и стало основой его системы, получившей название SGSM (Sequental Gearshift Management). Сотрудники компании «Спортмобиль» смогли связать переключения передач в коробке с работой систем зажигания и впрыска. При переходе вниз мотор в автоматическом режиме совершал перегазовку. С одной стороны, это облегчало жизнь пилоту, а с другой — повышало срок службы кулачковой коробки за счет гарантированно более плавных переключений. Стоит заметить, что похожая система до этого применялась на гоночных мотоциклах — в них датчик движения рычага коробки был связан с блоком управления зажиганием. В момент переключения вниз угол опережения зажигания резко увеличивался, и обороты падали, что и требовалось для перехода на пониженную передачу. Но система «Спортмобиля», которая автоматизировала систему впрыска, стала следующим уровнем развития идеи.
Применение кулачковой коробки наряду с тюнинговым 420-сильным двигателем сделало подготовленный в компании автомобиль самым динамичным Evolution в истории этого культового автомобиля. До 100 км/ч автомобиль разгонялся за 3,53 с! Узнав о таком достижении российских инженеров, в Москву приезжали журналисты известного английского журнала Autocar и остались в полном восторге. В итоге за рубежом сразу несколько компаний заинтересовались возможностью выпуска подобных коробок, а в Москве образовалась группа отчаянных парней, желающих приобрести Evolution с кулачковой коробкой.
Редакция благодарит команду «Красные крылья» за помощь в подготовке материала
www.popmech.ru
Десять самых странных коробок передач
Необычные автомобильные трансмиссии.
К сожалению, вместе с улучшением автомобилей каждый год, прогресс в автопромышленности изменяет классические коробки передач. Вполне возможно, что в ближайшем будущем в том привычном нам представлении автомобильные трансмиссии перестанут существовать. Но к счастью, пока мы еще живем в золотом веке автомобильных коробок переключения передач. За последние годы, каких только не появилось модификаций коробок передач. Нам сейчас доступны современные трансмиссии, которые могут плавно автоматически регулировать передачи. У нас есть восьмиступенчатые и девятиступенчатые автоматические трансмиссии, различные версии коробок передач с двойным сцеплением. Также пока к счастью во многих автомобилях по-прежнему встречаются и классические механические трансмиссии. Наше интернет издание 1gai.ru, предлагает узнать, какие самые странные и необычные коробки передач выпускались за всю историю автомобильного мира.
10) КПП Suzuki 14-Скоростей
Что бы вы сделали бы на месте инженеров гоночного мотоцикла 500 куб.см. с маленьким диапазоном мощности? Мастера компании Suzuki решили эту проблему, выпустив 14-ти ступенчатую коробку передач. Именно благодаря этой трансмиссии Suzuki стала чемпионом в мотогонках 1967 года (Championship winning RK67). Мотоцикл был оснащен 50 куб.см. двигателем, выдавал мощность 17,5 л.с. Максимальное количество оборотов 17300 в минуту.
9) Lenco
Это одна из самых необычных коробок передач в истории автопромышленности. Трансмиссия содержит множество планетарно-зубчатых механизмов, которые управляются в ручную. Каждая передача переключается отдельной ручкой КПП.
8) Brinn 2-х скоростная коробка передач
Это самая известная и популярная спортивная коробка передач в мире имеет всего две скорости. Первая передача необходима для того чтобы тронуться с места. Вторая передача практически напрямую передает крутящий момент на колеса по прямому валу. Почему производитель решил применить прямой вал передачи крутящего момента? Подобная конструкция трансмиссии позволило существенно снизить вес коробки, а также уменьшить вес вращающихся в КПП деталей, что позволило сделать спортивные автомобили быстрее. Примечательно, что подобная коробка переключения передач весит всего 22 килограмма.
7) Toyota ECVT
Долгое время различные эксперты и специалисты по автомеханики критиковали гибридную модель Prius за различные не стандартные идеи и решения. Но в итоге эта модель стала самой популярной в мире среди гибридных автомобилей. Помимо многих интересных инженерных решений, в гибридном Prius особое внимание заслуживает коробка передач ECVT, которая представляет собой модифицированный обычный вариатор.
В отличии от привычного вариатора (CVT) который использует ременный привод или цепь (в зависимости от модели коробки), в Prius используется коробка ECVT с планетарным механизмом, правда только с одним передаточным соотношением.
Крутящий момент от двигателя распределяется с помощью кольцевого зубчатого шкива и шестерни. Автомобиль приводится в движение зубчатого венца, а шестерня соединена с электромотором. Компьютерная система управления регулирует электрическую нагрузку, которая нужна для того чтобы электрический двигатель выдавал столько мощности сколько необходимо в определенный момент времени.
6) Frazer Nash: Цепная коробка передач
Цепи! Все нам они знакомы на велосипедах, где играют роль передачи крутящего момента от педалей на колеса. Компания Frazer Nash решила на своих знаменитых автомобилях использовать тот же принцип передачи крутящего момента от двигателя на колеса. Самое удивительное, что подобная передача мощности очень эффективна и дает возможность довольно таки быстро разгонять автомобиль до необходимой скорости.
Конечно система передачи крутящего момента в автомобиле с помощью цепей, это не традиционный способ, но, тем не менее, является блестящим инженерным решением в автопромышленности. Благодаря такой системе, коробка передач автомобиля весит очень мало, и может быть при необходимости легко модифицирована для любых задач. К примеру, довольно таки быстро такую коробку легко настроить, как для спортивной езды, так и для умеренных городских поездок.
5) Преселективная коробка передач
Эти виды коробок передач получили свое первое распространение в начале 30-х годов прошлого века. Их можно было увидеть на почти любом автомобиле того времени, начиная от роскошных премиальных транспортных средств и заканчивая гоночными автомобилями. Чтобы переключить передачу в преселективной кпп, вы должны, перед тем как нажать педаль сцепления, предварительно выбрать необходимую скорость, включив нужный тумблер с номером скорости.
Удивлены? И это технология начала 30-х годов 20 века. Вот видео, в котором вы узнаете, как управлять автомобилем 1936 года выпуска.
Кстати недавно преселективные коробки передач получили вторую жизнь в виде электронных полуавтоматических коробок передач с двумя сцеплениями (DSG). Несмотря на то, что современные DSG коробки передач управляются электроникой и особой конструкцией трансмиссии, принцип работы создан на основе тех старых коробок передач, которые впервые начали появляться в автопромышленности в начале 20 века.
4) Десятиступенчатая коробка передач на Honda CB900C
Компания Хонда знала, что часть потребителей (которые любят спортивную езду) хотели, чтобы мотоцикл СВ900С имел более короткие передачи и выдавал большой крутящий момент. Другие же хотели от этого мотоцикла идеальных круизных характеристик. Хонда решила угодить всем любителям этого мотоцикла, оснастив его 10-ти ступенчатой коробкой передач.
Благодаря особой конструкции коробки, владелец мотоцикла может выбирать несколько режимов работы КПП: между низкими диапазонами передач или с более большим коэффициентом передачи крутящего момента.
3) Volkswagen Autostick
В 1968 году компания Volkswagen выпустила одну из самых интересных полуавтоматических ручных коробок передач Autostick. Система переключения передач имела вакуумный контролер сцепления, который автоматически отключался, как только водитель прикасался к ручке переключения передач. Коробка имела 4 скорости (3+1). То есть в автомобиле отсутствовала педаль сцепления.
Также эта коробка использовалась на автомобилях Порше (как правило, устанавливалась на модель «911»). Трансмиссия называлась Sportomatic.
2) Saxomat
Коробка Saxomat была очень похожа на Autostick. Отличие Saxomat в том, что в ней использовалось центробежное сцепление. Коробка была разработана после Второй мировой войны для того чтобы ветераны-инвалиды могли водить машины без педали сцепления. К примеру, подобная трансмиссия устанавливалась на такие модели как Volskwagen, Fiat, Lancia и другие.
1) DAF Variomatic
Вы не любите вариаторы? Тем не менее, мы считаем, что каждый автолюбитель обязан знать, кто впервые начал устанавливать коробку вариатор на серийные автомобили. Авторство коробки вариатора (CTV) принадлежит компании DAF, которая в начале 50-х годов стала устанавливать коробку DAF VARIOMATIC на серийные автомашины. Конструкция коробки вариатора основана на передаче крутящего момента с помощью ременного привода. Коробка была оптимально настроена на оптимальную работу двигателя, благодаря идеальной синхронизации.
Поверьте, даже если вы ненавидите современные вариаторы (CTV), вы не можете критиковать новаторскую первую серийную коробку передач на основе вариатора, которую создала компания DAF. Ведь, несмотря на то, что коробка передач имела технологии середины 50-х годов 20 века, работала она намного лучше и эффективней чем современные CTV коробки. Трансмиссия VARIOMATIC навсегда останется примером для любого производителя автомобилей. Именно так и должны работать все современные вариаторы на автомобилях.
www.1gai.ru