Когда новички садятся за руль автомобиля, у них на этапе обучения вождению возникают проблемы с коробкой передач, а точнее, с необходимостью постоянных переключений. Многие не раз задумывались, что без этой «кочерги» автомобиль был бы более идеальным. Но, к сожалению, без коробки передач автомобиль не смог бы эффективно работать. Связано это с особенностями ДВС. Давайте узнаем назначение коробки передач, ее виды, устройство и принцип действия.
Зачем нужна КПП в машине?
Если открыть справочники, то там написано, что данный механизм применяется, чтобы изменять вращательный момент, вырабатываемый ДВС. Также КПП служит для временного отключения крутящего момента с мотора и для движения задним ходом.
А теперь рассмотрим назначение коробки передач с точки зрения далеких от устройства и теории автомобиля людей. Также стоит разобраться, зачем каждый раз при движении нужно менять ступени КПП.
Необходимость постоянно менять передачи напрямую связана с особенностями моторов внутреннего сгорания. В отличие от электрических агрегатов, вращательный момент у ДВС имеет неравномерную характеристику.
ДВС и электромотор
Главное различие между электромоторами и двигателями внутреннего сгорания в характеристике тяги. Этой характеристикой описывается, как изменяются мощность и вращательный момент в зависимости от оборотов. В случае с электромоторами вращательный момент доступен сразу же, а по мере того, как обороты будут вырастать, момент будет падать.
Данная характеристика больше подходит для автомобиля – в момент начала движения и при разгоне, когда нужно прилагать массу усилий на преодоление инерции, лучше иметь большой вращательный момент. Чтобы далее двигаться равномерно, требуется приложить значительно меньшие усилия. Мощность электромоторов в любом диапазоне оборотов ротора близка к максимуму, и на любых режимах она реализуется и используется практически полностью. Поэтому электродвигатели более подходят для использования в качестве силовой установки автомобиля. В ДВС все немного иначе. Когда обороты коленчатого вала низкие, мощность также низкая. Вращательный момент практически не меняется.
Если вырастет сопротивление для движения и обороты станут снижаться, то электрический мотор повысит вращательный момент. В случае с ДВС момент увеличится только совсем немного, а затем снизится.
Тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания считается полностью неудовлетворительной. Но даже сейчас в плане экономичности, габаритных размеров, а также других качеств значительно они превосходят современные электрические силовые агрегаты. Исходя из этих соображений инженеры приняли недостаток ДВС и для решения этой проблемы создали коробку передач. Назначение ее – изменять передаточное отношение между коленвалом и ведущей парой колес. В результате максимальный крутящий момент доступен в узком диапазоне оптимальных оборотов, но на разных передачах. Так двигатель работает более эффективно.
Передаточные числа
Для лучшего понимания назначения коробки передач в автомобиле следует вспомнить школьный курс физики и некоторые разделы механики.
В системах передач на базе шестеренок, где работают две шестерни, диаметр и количество зубьев будет определять число оборотов и вращательный момент. Отношение количества зубьев на ведомой шестеренке к числу зубьев на ведущей – это передаточное число. Когда ведущая шестерня имеет меньший диаметр, чем ведомая, то обороты на последней будут ниже, а вращательный момент, наоборот, выше.
При выигрыше в силе будет потеря в скорости. А выиграв в скорости, мы заметим потери в силе. Если шестеренок в механизме передачи несколько, то передаточное число определяется умножением чисел каждой пары шестерен. Назначение коробки передач как раз и состоит в том, чтобы изменять передаточные числа.
Чтобы получить различный крутящий момент, который нужен для движения авто в разных дорожных условиях, в КПП имеется несколько пар шестеренок. Они идут с разным передаточным числом. Если в пару из ведущей и ведомой шестеренки установить промежуточную, то последняя будет вращаться в обратную сторону – это задняя передача.
Любые типы коробки передач автомобиля необходимы для того, чтобы ДВС мог функционировать на оптимальных оборотах и в нормальных для него режимах работы, а также для того, чтобы можно было эффективно использовать мощность двигателя в любых дорожных ситуациях при помощи простого изменения передаточного отношения.
Когда и как переключать КПП?
Для того чтобы начать двигаться на автомобиле и набрать начальную небольшую скорость, а также для передвижения в условиях бездорожья, необходим близкий к максимальному вращательный момент. Его можно достичь в среднем диапазоне оборотов коленвала двигателя. В высокой скорости в данном случае нет никакой необходимости. Для этого в КПП имеются низшие передачи – первая, вторая, иногда третья. При этом даже на высоких оборотах на первой передаче машина будет ехать довольно медленно.
Чтобы равномерно двигаться на большей скорости, колеса должны вращаться на высокой частоте. При этом обороты двигателя должны быть оптимальны. Для этого имеются высшие передачи – четвертая, пятая (а если коробка передач 6-ступенчатая, то и шестая). Здесь передаточные числа более низкие. Авто будет при тех же оптимальных оборотах двигаться быстро, пока ДВС не достигнет максимальных или предельно допустимых оборотов. На высших передачах разгон будет уже не такой эффективный. Также на высших передачах не получится ехать на малой скорости. Автомобиль не сможет тронуться с места. Двигатель просто не сможет обеспечить необходимый крутящий момент.
Принцип действия
Принцип работы механической КПП следующий. Когда рычаг находится в нейтральном положении, на колеса вращательный момент не идет. Когда рычаг перемещается, вилка передачи двигает муфту с синхронизатором.
В результате уравниваются угловые скорости шестерни передачи и вторичного вала. Далее венец на муфте сцепляется с таким же венцом на шестеренке, и последняя блокируется на вторичном валу. После осуществляется передача вращательного момента на колеса с необходимым передаточным числом.
Типы КПП
Также существуют и другие типы механизмов – например гидротрансформаторная автоматическая КПП с фрикционами, вариатор, роботизированные механизмы. Это современные КПП, не требующие от водителя какого-либо вмешательства. Ремонт коробок передач-автоматов более дорогой, а эффективность и КПД не всегда высокие.
Виды передач в КПП
Скорость в КПП, передаточное отношение которой равно единице, – это прямая передача. В пятиступенчатых коробках она чаще всего четвертая. Если передаточное число менее единицы, то это ускоряющая – от пятой и более. Такие ступени включают при движении авто по хорошей дороге, когда не нужна большая тяга на ведущих колесах. Двигатель может работать на пониженных оборотах, что обеспечивает меньший расход топлива.
Как переключать скорости коробки передач? На самом деле в процессе работы с КПП ничего сложного нет. Движение начинают на первой передаче. Затем по мере разгона переключают на более высокие ступени. Также при необходимости снижают передачу.
Устройство механической КПП
В мире сейчас существует масса разных конструкций МКПП. На большинстве переднеприводных авто установлены двухвальные механизмы. На заднеприводные устанавливают трехвальные. Нужно сказать, что даже в наше время, когда технологии развиваются очень быстро, механика очень популярна. Дело в том, что ремонт коробок передач такого типа простой и недорогой, в отличие от АКПП и вариаторов.
Двухвальная коробка
В основе лежит первичный и вторичный вал коробки переключения передач. Также в устройстве КПП автомобиля имеется и блок шестеренок вместе с синхронизаторами. В металлическом картере трансмиссии установлен механизм главной передачи и дифференциал.
С помощью первичного вала трансмиссия автомобиля может соединяться с узлом сцепления. На валу жестко закреплен блок с шестернями. Еще в КПП имеется вторичный вал. Он расположен параллельно первичному. Он также оснащен блоком из шестерен. Последние постоянно находятся в жестком зацеплении с элементами из блока на первичном валу. Также вторичный вал трансмиссии соединен через шестерню с главной передачей. Блок шестеренок оснащен синхронизаторами. В разных конструкциях вторичных валов может быть несколько.
Дополнительно коробка оснащена механизмом переключения передач. Чаще всего он дистанционный. Так как корпус трансмиссии автомобиля небольшой, элементы расположены под капотом.
Трехвальная КПП
Первичный вал служит для того, чтобы соединить механизм коробки переключения передач с узлом сцепления. На валу находятся шлицы, на которые надевается ведомый диск. Момент от двигателя передается посредством шестерни КПП, находящейся в зацеплении с данным элементов. Параллельно находится промежуточный элемент. Он оснащен блоком шестерен, находящихся в жестком зацеплении с валом.
Вторичный вал находится на одной оси с первичным. Шестерни не имеют жесткого зацепления и свободно вращаются. Шестерни промежуточного и вторичного вала, а также деталь на первичном валу, зацеплены постоянно.
Между шестеренками установлены синхронизаторы. Механизм переключения установлен непосредственно в корпусе трансмиссии автомобиля. Он представляет собой рычаг переключения, а также ползуны и вилки.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет коробка передач. Как видите, это очень важный узел в конструкции любого автомобиля. Именно он позволяет осуществить движение автомобиля с разным усилием и скоростью. Движение машины во многом определяется именно коробкой переключения передач.
