По нынешним меркам, первое устройство имело очень примитивную конструкцию. Оно состояло всего из двух шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущей оси и соединены с валом двигателя ремнем. При необходимости, с помощью рычагов, ремень переставлялся с одного шкива на другой. В результате, даже такой простой механизм, позволял регулировать крутящий момент на ведущих колесах. При вращении большого колесного шкива, меньшим шкивом, расположенным на валу мотора, крутящий момент двигателя увеличивался. Это соединение использовалось для того, чтобы тронуться с места. Когда же диаметр шкива на оси был меньше, чем на валу двигателя, то угловая скорость колес возрастала, а усилие двигателя уменьшалось. Немного позже, ремень был заменен на более износостойкую цепь, а вместо шкивов использовали звездочки. Наверное, такой механизм известен всем, ну, по крайней мере тем, кто хоть раз катался на велосипеде.

Устройство коробки передач.

Трехвальная коробка передач:

• ведущий (первичный) вал;
• шестерня ведущего вала;
• промежуточный вал;
• блок шестерен промежуточного вала;
• ведомый (вторичный) вал;
• блок шестерен ведомого вала;
• муфты синхронизаторов;
• механизм переключения передач;
• картер (корпус) коробки передач.

Ведущий вал предназначен для соединения со сцеплением. На валу прорезаны пазы для ведомого диска сцепления. От ведущего вала, крутящий момент предается через шестерню, которая в данный момент зацеплена с ним.

Промежуточный вал параллелен первичному. На валу расположен блок шестерен, находящихся в жестком зацеплении с ним.

Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим. Это возможно благодаря торцовому подшипнику на ведущем валу, который включает ведомый вал. Блок шестеренок ведомого вала не закреплен с валом и свободно вращается на нем, но блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а еще и шестерня ведущего вала находится в постоянном зацеплении.

Муфты синхронизаторов расположены между шестернями ведомого вала. Их работа основана на выравнивании угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. За счет шлицевого соединения, муфты могут двигаться продольно по ведомому валу, поскольку имеют с ним жесткое зацепление. Торцы муфт имеют форму зубчатых венцов, которые входят в соединение с соответствующими зубчатыми венцами шестерен ведомого вала. Сейчас, новые коробки передач, оборудованы синхронизаторами на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач расположен на корпусе коробки. Он состоит из ползунов с вилками и рычага управления. Блокиратор необходим, для того, чтобы предотвратить одновременное включение двух передач. Так же механизм переключения может иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач необходим для размещения конструктивных частей и механизмов и для хранения масла. В качестве материла, для изготовления картера используют алюминиевый или магниевый сплав.

Двухвальная коробка передач:

• ведущий (первичный) вал;
• блок шестерен ведущего вала;
• ведомый (вторичный) вал;
• блок шестерен ведомого вала;
• муфты синхронизаторов;
• главная передача;
• дифференциал;
• механизм переключения передач;
• картер коробки передач.

Ведущий вал, как и в трехвальной коробке, служит для соединения со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестеренок. Ведомый вал, вместе с блоком шестерен расположен параллельно ведущему валу. Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и могут свободно вращаться на валу. К ведомому валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Муфты синхронизаторов расположены между шестернями ведомого вала.

Для уменьшения линейных размеров и увеличения числа ступеней, во многих конструкциях коробок передач устанавливается по два, и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, находящаяся в зацеплении с одной ведомой шестерней – так сказать, три главных передачи.

Крутящий момент от вторичного вала коробки передач к ведущим колесам автомобиля передают главная передача и дифференциал. При необходимости, дифференциал может обеспечивать вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, является дистанционным, так как располагается отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом осуществляется за счет различных тяг или тросов. Самым простым является соединение при помощи тросов, именно поэтому его чаще используют в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки
имеет следующее устройство:

• рычаг управления;
• трос выбора передач;
• рычаг выбора передач;
• трос включения передач;
• рычаг включения передач;
• центральный шток переключения передач с вилками;
• блокирующее устройство.

Выбор передачи осуществляется за счет поперечного движения рычага управления, относительно оси автомобиля, а включение передачи – продольное движение рычага, т.е. к конкретной передачи.

Принцип работы трехвальной механической коробки передач

В нейтральном положении рычага управления, не происходит передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса. С перемещением рычага управления, происходит соответствующее перемещение муфты синхронизатора. Муфта же, в свою очередь, обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. Уже после, зубчатый венец муфты зацепляется с венцом шестерни и происходит блокировка шестерни ведомого вала. В итоге, коробка передач осуществляет передачу оборотов с двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Задний ход обеспечивается соответствующей передачей коробки. Сменить направление движения, удается благодаря промежуточной шестерни заднего хода, которую устанавливают на отдельной оси.

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Двухвальная и трехвальные коробки передач работают по схожему принципу, главное в чем они отличаются – особенности работы механизма переключения передач.

Все, что требуется от оператора (водителя), это изменять положение рычага, двигая им продольно или поперечно. Передвигая рычаг поперечно, усилие передается на трос выбора передач. Тот же, воздействует на рычаг выбора передачи. Рычаг, в свою очередь, поворачивает центральный шток вокруг оси и, таким образом, позволяет выбрать передачу.

При продолжении поперечного движения рычага, усилие передается на трос переключения передач, а далее на рычаг переключения передачи. За счет движения рычага, происходит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и блокирует шестерню ведомого вала. В итоге, крутящий момент передается от двигателя на ведущие колеса.

Как работает коробка механика (МКПП): Устройство и разновидности

В устройстве любого автомобиля имеется коробка передач. Она бывает нескольких типов. Это вариатор, автомат, робот, механика. Последняя является наиболее старой, так как применялась на авто более 100 лет назад. Эта КПП имеет простое устройство и популярная по сей день. Как работает механическая коробка передач и как она устроена, рассмотрим далее в статье.

Виды МКПП

Существует несколько видов МКПП по числу ступеней:

• Четырёхступенчатая.
• Пятиступенчатая.
• Шестиступенчатая.

Читайте также: Как работает двигатель внутреннего сгорания

На легковых авто сегодня популярны 5- и 6-ступенчатые механические трансмиссии. На коммерческом транспорте используются МКПП с числом ступеней до 8. Также МКПП делится на два вида в зависимости от числа валов:

• Двухвальные. Применяются на переднеприводных авто (преимущественно легковых).
• Трёхвальные. Используются на заднеприводных легковых авто и на коммерческом транспорте.

Устройство

В конструкцию МКПП входят:

• Первичный и вторичный вал.
• Промежуточный (присутствует только на трёхвальных КПП).
• Шестерни вторичного и первичного вала.
• Картер.
• Синхронизаторы (о них поговорим отдельно).
• Узел выбора передач.
• Дифференциал.
• Главная передача.

Синхронизаторы

Это важная составляющая любой механической трансмиссии. Служат синхронизаторы для сглаживания скорости вращения шестерни и вала. Переключение передач благодаря синхронизаторам происходит быстро и мягко. В устройство входит:

• Блокировочное кольцо.
• Ступица.
• Шестерня, имеющая фрикционный конус.
• Муфта включения.

Ступица – это главный элемент узла. Она имеет два шлица (наружные и внутренние). За счет них механизм соединяется с валом трансмиссии, двигаясь по нему в разную сторону. Благодаря наружному шлицу элемент соединяется с муфтой включения. Также устройство ступицы предполагает наличие трёх пазов. Каждый установлен под углом в 120⁰ относительно друг друга. Данные пазы служат для установки «сухарей». Что это такое? Это подпружиненные элементы, фиксирующие муфту в положении «нейтраль». При такой установке муфты синхронизатор коробки не работает. Маховик свободно вращается, не передавая момент на коробку. Сама муфта соединяет шестерни с валом коробки. Деталь устанавливается на ступице. С внешней стороны она соединяется с вилкой КПП.

Для выравнивания угловых скоростей используется блокировочное кольцо. Сглаживание вращения происходит за счёт трения. Кольцо не дает муфте замкнуться, пока шестерня и вал не будут иметь равные обороты вращения. Внутренняя часть блокировочного кольца обладает конусной формой.

Как работает синхронизатор в МКПП:

• Муфта при нерабочем состоянии находится в среднем положении. Шестерни на валах трансмиссии свободно вращаются.
• При выборе водителем передачи, муфта двигается к шестерне посредством вилки. При этом муфта двигает блокировочное кольцо. Последнее прижимается к конусу шестерни.
• Кольцо прокручивается и блокирует последующее движение муфты.
• За счет трения, обороты вала и шестерни выравниваются.
• Муфта зацепляет вал и шестерню КПП.
• Передается крутящий момент от маховика ДВС.

Как работает двухвальная МКПП, особенности конструкции

Во время работы ДВС, энергия вращения передается через узел сцепления на ведущий вал коробки. Одна часть шестерен на вторичном и первичном валу может свободно вращаться, а другая – устанавливаться на валу неподвижно. Это зависит от модели КПП. Также для сглаживания угловых скоростей и плавного включения передач на каждом валу есть синхронизатор.

Шестерни валов (вторичного и первичного) постоянно взаимодействуют между собой. Определить, какие из них вращаются, а какие жестко зафиксированы, можно следующим образом. Шестерни у муфт синхронизаторов вращаются на валу постоянно. А на главной передаче они неподвижны.

Для передачи момента от валов КПП на колеса, задействуется дифференциал и главная передача. Для чего служит дифференциал? Он предназначен для изменения угловой скорости вращения ведущих колес. Это актуально при прохождении поворотов и при любой другой смене траектории движения авто. Дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость авто на дороге и равномерный износ шин протектора.

Узел выбора передач находится в корпусе трансмиссии. Он являет собой набор штоков и вилок, двигающий муфту синхронизаторов. Узел выбора передач имеет защиту от включения сразу двух скоростей.

Что происходит во время включения передачи

• Когда рычаг находится в положении «нейтраль», маховик не передает вращательный момент и крутится свободно от диска сцепления. При этом шестерни валов МКПП свободно прокручиваются.
• Если водитель включает передачу, в данный момент перемещается муфта синхронизатора через систему тяг или тросиков.
• Муфта выравнивает обороты вала и используемой шестерни.
• Муфта входит в зацепление с шестерней КПП.
• Вращательный момент передается от первичного на вторичный вал трансмиссии.
• Энергия вращения передается в полном объеме от ДВС на колеса с определённым передаточным числом. Каждая передача имеет свое число. Чем ступень КПП выше, тем оно меньше.

Для того, чтобы выполнить движение назад, применяется дополнительный вал. Он имеет промежуточную шестерню реверсивного движения. Синхронизаторы у данной передачи отсутствуют, поэтому включать ее необходимо только после полной остановки авто.

Трёхвальная МКПП

Главная ее особенность – число валов. В конструкции используется три вала. Это:

• Ведущий (он же первичный).
• Ведомый (иное название – вторичный).
• Промежуточный.

Первичный соединен с узлом сцепления. Энергия от него передается на промежуточный посредством определенной шестерни. Ведущий и промежуточный вал всегда находятся в зацеплении. Промежуточный находится параллельно относительно первичного. Ведомый установлен на одной оси с первичным. В устройстве КПП имеется упорный подшипник. Элемент установлен на ведущем валу, в который входит вторичный. Шестерни первичного при этом могут свободно вращаться, поскольку они не закреплены жестко. Шестерни вторичного вала МКПП взаимодействуют с шестернями промежуточного постоянно. Это значит, что на «нейтралке» вращательный момент от первичного вала идет на промежуточный, а затем на шестерни вторичного. Но автомобиль не совершает движения, так как шестерни КПП не закреплены и вращаются свободно.

На трёхвальной МКПП синхронизаторы расположены на валу и не вращаются. Но они могут перемещаться в осевом направлении благодаря шлицевому соединению. Чем еще особенный данный тип МКПП? Узел переключения скоростей находится на корпусе КПП. Он состоит из:

• Рычага.
• Нескольких штоков с вилками.

Дополнительно данный узел оснащается блокирующим устройством, которое защищает от включения нескольких скоростей сразу.

Читайте также: Как работает сцепление в автомобиле

Управление вилкой КПП может осуществляться дистанционно. Такая конструкция используется, когда нет возможности установить рычаг напрямую в коробку. В этом случае конструкция предполагает наличие шарнирных тросов или кулисы. Данный вариант часто используется на автобусах и грузовиках.

Как работает трёхвальная МКПП:

• Когда рычаг КПП находится в «нейтрали», вращательный момент не передается от ДВС на колеса. Когда водитель меняет положение рычага КПП, вилка двигает синхронизатор.
• Муфта выравнивает обороты ведомого вала коробки и шестерни, а далее входит в зацепление.
• Шестерня вторичного вала МКПП блокируется.
• Трансмиссия передает вращательный момент на колеса с определенным передаточным числом.

Переключения осуществляются менее, чем за полсекунды. Каждая ступень работает в определенном диапазоне скорости движения авто.

Понравилась статья? Поделитесь в соц. сетях:

Лекция о механической коробке передач ее особенности и принцип действия

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.

Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.

Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.

Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы(другое название — муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.

Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.

Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.

Принцип работы трехвальной МКПП

При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.

Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.

Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней — по сути три главных передачи.

Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.

Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.

Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).

Принцип работы двухвальной механической коробки передач

Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.

Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.

При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.

Трансмиссия танка. Часть восьмая: теория безвальных коробок передач: thunder_games — LiveJournal

Механические коробки передач можно разделить на три больших семейства:

1. Вальные КПП. На двух или более валах посажены шестерни, которые или входят в зацепление друг с другом, или включаются и выключаются муфтами. Двухвальные и трёхвальные КПП данного семейства мы уже рассмотрели.


2. Планетарные КПП. Их мы ещё успеем разобрать, это отдельный разговор.


3. Безвальные КПП. В безвальных КПП отсутствуют общие валы, которые бы соединяли две или более шестерни. Каждая шестерня или посажена на свой индивидуальный вал, или вовсе посажена на подшипники и с валами жёстко не связана.

Возьмём две постоянно сцепленные между собой шестерни, одна из которых соединена с ведущим валом. К каждой шестерне сверх этого приделан вал с муфтой:

Пока всё просто, не так ли? Ведущий вал вращает шестерню z1, которая вращает шестерню z2 с определённым передаточным отношением.

Продолжим строить нашу безвальную КПП. Добавим ещё одну пару шестерён, каждая из которых тоже связана со своим валом:

Если мы не включим муфту m1 или m2, то вращение с ведущего вала на ведомый передаваться не будет, то есть это нейтральная передача.

Теперь давайте включим муфту m1:

Ведущий вал вращает пару шестерён z1 и z2. Вал шестерни z1 с муфтой m1 вращает шестерню z3, то есть нижние валы благодаря муфте m1 соединяются в одно целое и вращаются как один вал обычной двухвальной КПП. Шестерня z3 постоянно сцеплена и вращает шестерню z4, которая вращает ведомый вал с муфтой m4. Передаточное отношение равно i = z4/z3.

Теперь давайте включим муфту m2:

Нижняя муфта расцеплена, поэтому составной вал разъединён (за эту особенность безвальные КПП нередко называют КПП с разрезными валами, которые «разрезаются» и «склеиваются» в одно целое при помощи муфт). Верхние же валы за счёт муфты m2 вращаются как одно целое, то есть «склеиваются», посему передаточное отношение равно i = z2/z1.

Пока всё просто. У нас есть две пары шестерён постоянного зацепления. За счёт определённых положений муфт включается нужная нам передача. Каждая шестерня соединена со своим индивидуальным валом. Отсутствуют общие валы, то есть такие валы, которые бы постоянно соединяли две и более шестерни, отсюда название «безвальные». Во время включения передач индивидуальные валы соединяются в составные, соединяя ведомый вал с определёнными парами шестерён.

Данная КПП очень проста и столь же бесполезна: две пары шестерён, две передачи. У обычных двухвальных КПП всё было бы так же, но проще по устройству. Чтобы в безвальной схеме появился смысл, продолжим стоить нашу КПП и добавим ещё одну пару шестерён:

Третья пара шестерён z5 и z6 сцепляется с парой шестерён z3 и z4 точно так же, как пара шестерён z3 и z4 сцепляется с парой z1 и z2. В дальнейшем для краткости я так и буду писать: первая пара шестерён, вторая пара шестерён и т.д.

Число передач.
Сколько передач у нас получилось? Давайте посчитаем, а заодно приведём формулу. Шестерни второй пары вращаются относительно шестерён первой пары с двумя разными скоростями в зависимости от того, включена ли муфта m1 или m2. Точно так же шестерни третьей пары могут вращаться с двумя разными скоростями относительно второй пары. Таким образом, три пары шестерён в безвальной КПП дают 2*2 = 4 скорости.

Если мы добавим четвёртую пару шестерён, то она будет вращаться с двумя разными скоростями относительно третьей пары, то есть передач будет 2*4 = 8. Сформулируем закон максимального числа передач в КПП данного типа: m = 2^(p-1), то есть два в степени число пар шестерён — 1. Если у нас четыре пары шестерён, то передач 2 в степени 4-1, то есть 2^3 = 8. Число совпадает с нашими рассуждениями.

И тут видно главное достоинство безвальных коробок передач: максимальное число передач при минимальном числе шестерён. Если у нас есть три пары шестерён, то двухвальная схема даст три скорости, по одной скорости на каждую пару. А безвальная схема даёт не три передачи, а четыре. Если мы добавим четвёртую пару шестерён, то в двухвальной КПП будет четыре передачи, а в безвальной уже восемь.

Отсюда главное достоинство безвальных КПП по сравнению с двухвальными и многими трёхвальными: при добавлении пары шестерён число передач не увеличивается на единицу, а УДВАИВАЕТСЯ. Чем больше передач нужно получить, тем более значительный разрыв получается в итоге. В случае с тремя парами безвальная схема даёт на одну передачу больше. В случае с пятью парами безвальная схема даёт 16 передач, то есть на 11 передач больше. Вдумайтесь в эти слова. Мы можем получить коробку передач с 16 скоростями, а её габариты и число шестерён точно такие же, как у двухвальной пятискоростной! Выигрыш может получиться огромным.

Посмотрите на иллюстрацию ниже. Верхняя схема — шасси с безвальной 10-скоростной КПП и соединённым с ней главным фрикционом. А ниже схема с трёхвальной 6-скоростной КПП автомобильного типа. Безвальная КПП с намного большим диапазоном скоростей и большим числом скоростей + главный фрикцион + сложнейшая система управления занимают столько же места, сколько одна 6-скоростная КПП. Именно поэтому конструкторам на поздних Pz.III пришлось переносить главный фрикцион к двигателю и тянуть рядом с карданом тягу от педали сцепления. Так то!

Занимательная комбинаторика.
Итак, если говорить очень кратко, то безвальные КПП устроены следующим образом. Редукторная часть состоит из пар шестерён постоянного зацепления. Верхние шестерни вращаются на одной геометрической оси, нижние — на другой оси. Каждая или практически каждая шестерня соединена с индивидуальным валом, которые соединяются друг с другом при помощи муфт. При этом пары шестерён вращаются с разными скоростями, что и даёт разные скорости.

Теперь посмотрим, как составляются разные передачи на примере нашей простой трёхвальной КПП. Для удобства чтения статьи я ещё раз вставлю её схему в немного изменённом виде. Я убрал муфты m6, m5 и её вал, они нам были нужны только для иллюстрации того, как пары шестерён могут нанизываться друг на друга в неограниченных количествах. Так было:

А так стало:

Давайте приступим. Передачи в двухвальных КПП делятся на простые и сложные. В простых передачах используется только одна пара шестерён (про неё говорят: нагружена одна пара), остальные вращаются для красоты. В сложных передачах используется несколько пар шестерён. Разумеется, максимальное число простых передач равно числу пар шестерён, в этом безвальные КПП схожи с двухвальными.

Самая маленькая шестерня — z1, а самая большая — z2, следовательно, первая пара шестерён имеет самое большое передаточное число и работает как понижающий редуктор, а потому мы будем использовать первую пару шестерён для первой простой передачи. Вот её схема:

Верхние валы «склеиваются» в один, а нижние вхолостую вращаются раздельно. Данная передача аналогична по сути передаче двухвальной КПП.

Вторая простая передача состоит из третьей пары:

Теперь уже нижние валы вращаются как одно целое, а верхние просто так для красоты. И снова данная схема удивительно напоминает двухвальную КПП.

Третья передача реализуется второй парой. Так как шестерня z3 больше, чем z4, то это не понижающая, а повышающая передача:

Вот мы и составили три передачи. Согласно формуле данная схема может дать четыре передачи. Ещё одна передача — сложная, она реализуется не одной, а тремя парами шестерён:

Сложная передача реализована последовательным редуцированием: сперва пара z1-z2 снижает обороты, а затем пара z4-z3, работая в режиме не повышающего, как на третьей простой передаче, а понижающего редуктора ещё более снижает обороны. Наконец, пара z5-z6 работает как повышающий редуктор, увеличивая итоговые обороты. Если передаточное число пары z3-z4 больше, чем у пары z5-z6, то сложная передача отличается наибольшим передаточным числом и выполняет роль первой передачи для езды в особо трудных условиях. В противном случае получается промежуточная передача, которая несколько увеличивает среднюю скорость движения танка. В любом случае профит очевиден.

Если рассматривать безвальную КПП с четырьмя парами шестерён, то получатся четыре простые скорости + 4 сложные с большими передаточными числами.

Возрастание диапазона скоростей и передаточные числа.
Исходя из вышенаписанного очевидно ещё одно достоинство безвальных КПП — значительный диапазон скоростей. В сложных передачах можно получить очень большие передаточные числа, поскольку передаточные числа отдельных пар перемножаются между собой. Мало того, что безвальные КПП очень компактны из-за минимального числа шестерён, так ещё и сами шестерни можно сделать компактными. Пусть каждая пара и будет иметь небольшое передаточное число, нужного диапазона можно добиться сложными передачами. Вывод: безвальные КПП не только короче за счёт меньшего числа пар шестерён, так ещё и картер у них очень компактен по ширине и высоте. По данному пункту двухвальные КПП сливают безвальным без шансов на реванш.

Однако, за это нужно платить. Во-первых, сложные передачи отличаются пониженным КПД и большими потерями мощности. Во-вторых, в безвальных КПП из-за сложных передач невозможно достичь совершенно рационального подбора скоростей, о чём я расскажу ниже. Кто-то обязательно спросит: если сложные передачи приводят к таким недостаткам, может, от них стоит отказаться и использовать только простые? Конечно, можно сделать и так, но только в этом случае безвальная КПП превратится… в обыкновенную двухвальную КПП, а от весомых достоинств не останется и следа! Сложные передачи — это то, что отличает безвальную КПП от двухвальной и даёт ей как отличные показатели, так и существенные недостатки. За всё нужно платить.

Окей, с этим всё ясно, посему перейдём к передаточным числам. Передаточные числа простых передач очевидны:
i1 = z2/z1
i2 = z6/z5
i3 = z4/z3

Передаточное число сложной передачи:
i(понижающая) = (z2/z1) * (z3/z4) * (z6/z5)

Постойте! z2/z1 — это первая передача, а z6/z5 — вторая! Давайте подставим их в формулу:
i(понижающая) = i1 * (z3/z4) * i2

Хорошо, а что такое z3/z4? Да ведь это же 1/(z4/z3), то есть 1/i3! Снова подставим в формулу:
i(понижающая) = i1 * (1/i3) * i2

Вывод: сложная передача зависит от простых. Если мы изменим передаточные числа простых передач, то неизбежно изменится передаточное число понижающей сложной передачи, а это совсем не то, что нам нужно. Если мы рационально подберём i1, i2 и i3, то совершенно не обязательно, что мы получим рациональную сложную передачу, тут уж как получится. Вот и получается, что передаточные числа непреднамеренно образуют прогрессию, а некоторые передачи не совсем такие, как нам бы хотелось.

С другой стороны, если передач много и диапазон скоростей отменный, то лучшее использование мощности двигателя скомпенсирует пониженный КПД сложных передач и нерациональную разбивку. Именно поэтому безвальную схему имеет смысл использовать только при большом числе передач со значительным диапазоном скоростей, в других случаях двухвальные и трёхвальные схемы лучше. Чем больше передач и чем больше диапазон передаточных чисел, тем весомее профит.

Промежуточные итоги.
Пока что мы рассмотрели лишь суть редукторной части безвальных КПП. В следующих постах я расскажу, как реализуются скорости заднего хода и устроены механизмы переключения передач и синхронизации. Но из того, что мы рассмотрели, вырисовывается следующая картина.

Достоинства безвальных КПП:

• максимальное число передач при минимальном числе шестерён


• минимальные размеры шестерён и, как следствие, картера КПП


• значительный диапазон скоростей, больше число передач


• постоянное зацепление шестерён

• более сложная конструкция со многими валами, требующая большее число подшипников и расточек в картере для их установки


• невозможность рационального подбора передач


• пониженный КПД сложных передач

Механическая коробка передач (МКПП). Синхронизатор КПП

Механическая коробка передач (МКПП) – является устройством для передачи, преобразования и изменения направления крутящего момента от маховика двигателя. В данном виде коробки передач переключение ступеней производится направленными механическими движениями рычага переключения передач.

В МКПП осуществляется ступенчатая передача крутящего момента на вторичный вал и, далее на привод колес. Ступенчатая передача подразумевает под собой определенный коэффициент передачи (передаточное число) в паре взаимодействующих шестерен ведущего и ведомого валов, в отличие, например от вариатора, у которого плавающий коэффициент передачи. Определяется передаточное число соотношением количества зубьев взаимодействующих шестерен. Самое большое передаточное число у меньшей ступени, соответствующей «первой» передаче.

По количеству ступеней механические коробки переключения передач делятся на четырех ступенчатые, пяти и шести ступенчатые. 4-х ступенчатая коробка на данный момент большая редкость, а вот пяти ступка является наиболее распространённой.

По количеству валов, МКПП подразделяются на трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач может применяться в автомобилях с передним и задним приводом, в то время как двухвальная более подходит для  легковых авто с передним приводом. Для большегрузных автомобилей так же применяется коробка трехвальная.

Трехвальная МКПП

В коробках этого типа применяется три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.

Ведущий вал выходит из корпуса коробки, для соединения своими шлицами с диском сцепления и применяется для передачи крутящего момента на вал промежуточный.

Промежуточный вал располагается параллельно ведущему и соединен с ним при помощи шестерни, которая жестко установлена на ведущем валу. На промежуточном валу так же находится блок шестерен.

Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим, но при этом вращается независимо от него. На ведомом валу располагается блок шестерен, которые не имеют жесткой сцепки с самим валом. Между шестернями располагаются муфты синхронизаторов, которые жестко сидят на валу, но могут двигаться вдоль вала. На конце муфты синхронизатора расположены зубчатые венцы, которые в процессе работы «входят» во «внутрь» шестерни ведомого вала, таким образом, получается жесткое соединение вала и ведомой шестерни заданной передачи. В нейтральном же положении все шестерни ведущего, промежуточного и ведомого вала вращаются в холостом ходу, ведомый вал стоит на месте, поскольку венец синхронизатора не соединен с внутренним венцом шестерни. Работа синхронизатора будет описана ниже.

Вилки переключения находятся в корпусе механической коробки передач, шарнирно связаны с рычагом переключения передач и предназначены для перемещения муфт синхронизаторов вдоль ведущего и ведомого вала.

Корпус МКПП выполнен из легкого металла, предназначен для крепления внутри всего механизма переключения и заливки смазывающего вещества, обычно это трансмиссионное масло. В старых советских версиях коробок передач применялся нигрол.

Рычаг переключения передачи может находиться непосредственно в коробке передач, или смонтированным на кузове автомобиля. В этом случае применяется дистанционное управление с помощью тросов или рычагов на шарнирах. Механизм дистанционного переключения передач в народе именуется «кулиса».

Рассмотрим принцип работы трехвальной МКПП. Крутящий момент от диска сцепления передается на первичный вал, который, как говорилось выше, передает вращение на промежуточный вал, шестерни промежуточного вращают шестерни ведомого, но сам ведомый вал не вращается. Водитель поворачивает рычаг включения передачи, например первой скорости, передвигая его влево. В этот момент выбирается нужная для включения вилка, далее происходит продольное движение рычага. Под его действием вилка начинает двигаться вдоль ведомого вала, приводя в действие синхронизатор. Синхронизатор совмещает угловую скорость вала и шестерни, после этого в действие приводится зубчатый венец, который входит в шестерню, жестко связывая ведомый вал и шестерню. Именно этот щелчок вхождения венца и фиксации ощущает на рычаге водитель. После этой процедуры крутящий момент передается на хвостовик коробки передач, далее через карданный вал на задний мост автомобиля (для заднеприводных моделей).

Варьировать передаточное число можно применяя меньшее количество зубьев на ведущей шестерни и большее на ведомой, со ступенчатым изменением количества зубьев в сторону уменьшения, для ведомой. Но наступит тот момент, когда число оборотов двигателя внутреннего сгорания автомобиля приблизится к числу оборотов ведомого вала, тогда передача крутящего момента посредством шестерен теряет смысл. Именно поэтому в трехвальных коробках применяется прямая передача, то есть ведущий вал напрямую, через синхронизатор коробки передач соединен с ведомым валом, коэффициент передачи равен единице. У двухвальных МКПП прямая передача отсутствует.

Для передачи «задний ход» вводится дополнительная шестерня, которая располагается на отдельном валу и включается между промежуточным валом и ведомым, тем самым обеспечивая реверсное вращение ведомого вала. В МКПП применяются косозубые шестерни, благодаря чему происходит «мягкое» включение передач.

Двухвальная МКПП

В двухвальной коробке есть только два вала – ведущий и ведомый.

Предназначение всех элементов такое же, как и у трехвальной. Различие состоит в параллельном расположении валов, и передача создается одной парой шестерен (у трехвальной работают две пары). У двухвальной механической коробки передач нет прямой передачи. Шестерня главной передачи жестко крепится на ведомом валу, между остальными шестернями находятся синхронизаторы.

Как правило, у двухвальных коробок передач совмещены в одном корпусе непосредственно узел переключения передач, валы, блоки шестерен, синхронизаторы и дифференциал. Для уменьшения продольного размера в двухвальных коробках могут применяться несколько ведомых валов. В этом случае все вторичные валы (попеременно) своей шестерней главной передачи, вращают ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие дифференциал.

Для передачи «задний ход», так же как и в трехвальной коробке применяется дополнительный вал с промежуточной шестерней. Принцип действия тот же.

Для удерживания включенной передачи в МКПП (для всех видов) применяются фиксаторы, а для исключения включения сразу двух передач устройство блокировки.

Существенно отличается и механизм включения передачи в двухвальной коробке. Если в трехвальной переключение происходит выбором вилки рычагом переключения, то в двухвальной применяется шток переключения и рычаги выбора передачи. Сам процесс выглядит следующим образом – при повороте рычага переключения передачи в салоне авто, в действие приводится рычаг выбора передачи, далее следует продольное движение и привод в действие штока, который и толкает нужную вилку для блокировки шестерни на ведомом валу при помощи зубчатого венца муфты синхронизатора.

Синхронизатор коробки передач

Схема устройства синхронизатора: 1 — ступица; 2 — муфта; 3 — блокировочные кольца; 4 — сухари; 5 — проволочные кольца.

Как говорилось выше, синхронизатор КПП предназначен для бесшумного включения передачи путем выравнивания угловой скорости вала и шестерни. В устройство синхронизатора входит:

• муфта
• два блокировочных кольца
• сухари
• проволочные кольца

Ступица жестко крепится на ведомом валу. На ступице имеются пазы для сухарей и наружные зубья. На зубьях ступицы крепится муфта при помощи сухарей, которые находятся в канавках. Сухари прижимаются кольцами или подпружиненными шариками. Блокировочные кольца находятся по краям муфты и имеют снаружи зубья. На конической поверхности блокировочных колец наносятся продольные канавки или резьба для увеличения силы трения.

Работает синхронизатор так: включая передачу вилка, перемещает муфту в направлении нужной шестерни. Вместе с муфтой в сторону шестерни движется и блокировочное кольцо, благодаря усилию сухарей. Из-за разности угловых скоростей шестерни и вала на конической поверхности возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора. Зубья муфты и блокировочного кольца станут друг против друга, значит дальнейшее движение муфты, прекратится. После наступает момент выравнивания скоростей, а затем муфта свободно проходит через блокировочное кольцо и входит в соединение с внутренними зубцами включаемой шестерни, блокируя ее вместе с ведомым валом. Все — передача включена! Синхронизатор может включить поочередно две шестерни ведомого вала.