Механическая коробка передач: устройство и принцип работы
В настоящее время практически каждый современный автомобиль оснащается автоматической трансмиссией, которая с каждым разом становится сложнее. И, несмотря на то что данные агрегаты существенно превосходят механические коробки передач, у последних есть свои почитатели. Некоторые водители по-прежнему отдают предпочтения транспортным средствам именно с механической (ручной) трансмиссией.
С автоматической коробкой все намного сложнее, и если кто-то желает разобраться с принципом работы данного узла, начинать стоит именно с механической. Данная статья посвящена как раз ей.
Самый необходимый элемент любого автомобиля
Впервые услышав непонятный термин "трансмиссия", многие учащиеся сразу же задаются вопросом о том, что это за агрегат и для чего он нужен. Все знают, что для передвижения автомобилю необходим двигатель. С его принципом работы сегодня знаком практически каждый автолюбитель: преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращение коленчатого вала, что иначе именуется как крутящий момент.
Однако это самое вращение нужно как-то передать колесам. Вот как раз для этого и служит трансмиссия. Тот, кто знаком с особенностями вождения автомобилей с механической коробкой передач, прекрасно это знает.
Под самим термином скрываются особые механизмы, благодаря которым автомобиль передвигается с разной скоростью, при необходимости дает задний ход (при включении соответствующей передачи).
Проектированием данных агрегатов занимаются ведущие специалисты на автомобильных заводах. Причем к трансмиссии предъявляются важные требования:
- Узел должен обеспечивать передачу максимальной мощности двигателя.
- Быть надежным.
- Управление транспортным средством должно быть легким.
- Вес всех элементов должен быть легким, насколько это возможно.
- В ходе работы шум крайне нежелателен.
Если трансмиссия отличается высоким КПД и надежностью, водителю не стоит ни о чем беспокоиться: топливо будет использовано по максимуму, а сам механизм будет верой и правдой служить долгое время.
Но если управление механической коробкой передач у "Ниссана" (к примеру) сложное, это вызывает серьезный дискомфорт у водителя и существенно снижает его внимательность на дороге. Все это грозит риском попасть в ДТП.
А что касается веса, то слишком тяжелый агрегат будет заметно дороже для покупателей. В связи с чем производители стараются облегчить вес механизмов по максимуму.
Что понимать под любительским термином «механика»?
Механическая, или ручная, как любят выражаться некоторые водители, коробка передач (МКПП) играет простую, но в то же время важную роль. Она не только передает крутящий момент от двигателя к колесам, но и способствует изменению передаточного отношения. Причем все зависит от самого водителя – он сам решает, когда именно нужно переключаться для правильной работоспособности всего автомобиля. В этом и заключается вся суть ручного управления трансмиссией.
Несмотря на большую популярность автоматической трансмиссии, механическая коробка передач не собирается сдавать свои позиции, и вот почему:
- Конструкция максимально проста.
- Детали и узлы отличаются надежностью в отношении механического воздействия и перегрузок.
- Стоимость ремонта и обслуживания агрегата (даже капитального) не такая высокая, как у его автоматического конкурента.
И пока эти качества будут цениться автолюбителями, некоторые автомобили по-прежнему будут оснащаться «механикой». Ведь не случайно у некоторых современных автоматических КПП предусмотрена функция ручного переключения передач. Яркий тому пример – типтроник.
Разновидности МКПП
Механические коробки классифицируются в зависимости от количества этих ступеней:
- 4;
- 5;
- 6.
Пятиступенчатая КПП является самой распространенной, поэтому ею и оснащается большинство автомобилей. Также учитывается и количество валов:
- 3;
- 2.
Трехвальными механическими коробками передач оснащаются преимущественно заднеприводные автомобили, в то время как двухвальными КПП – только автомобили с передним приводом. Собственно, на этом вся классификация и заканчивается.
Передаточное число
МКПП относится к ступенчатым механизмам, то есть величина крутящего момента изменяется ступенями. Ступенью принято называть пару взаимодействующих шестерен. Каждая из таких пар передает вращение колесам с определенной угловой скоростью. Говоря по-другому, у каждой ступени индивидуальное передаточное отношение.
Под передаточным числом следует понимать отношение количества зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Иными словами, количество зубьев у ведомой шестеренки равно 60, а у ведущей – 30, то есть передаточное отношение этой пары – 60 : 30 = 2. Для любой зубчатой передачи данный параметр является основным.
У самой низшей ступени передаточное отношение наибольшее, в то время как у самой высшей – наименьшее. Собственно, за счет этого механическая коробка передач может как увеличивать, так и уменьшать крутящий момент.
От передаточного отношения зависят такие характеристики автомобиля, как динамика разгона и максимальная скорость. То есть чем оно больше, тем быстрее раскручивается коленчатый вал до максимальных оборотов, а сама передача более «сильная». Однако скорость, которая развивается на ней, уменьшается. Поэтому с большим передаточным отношением нужно чаще переключать передачи.
Устройство МКПП
Двигатель любого автомобиля работает в непрерывном режиме, что нежелательно для полноценного и эффективного функционирования КПП. Переключение передач с постоянно вращающимся главным валом неизбежно приведет к неисправности трансмиссии из-за поломок зубьев и прочих негативных последствий. По этой причине нужен еще один узел – сцепление, с помощью которого силовой агрегат и трансмиссия в нужный момент на некоторое время разъединяются.
Чтобы понять, как устроена механическая коробка передач, для начинающих водителей разберем каждый ее тип более подробно.
Трехвальная КПП
В конструкцию трехвальной коробки входят три основных элемента – валы:
- Ведущий (первичный) – соединен с механизмом сцепления, для чего на нем есть специальные шлицы для его ведомого диска. Передача крутящего момента осуществляется через аналогичную шестерню, что находится с ним в жестком зацеплении.
- Промежуточный – располагается параллельно первому валу. На нем тоже в жестком зацеплении расположен блок шестерен.
- Ведомый (вторичный) – находится на одной и той же оси, что и ведущий вал. У него тоже присутствует блок шестерен, но, в отличие от других валов, не закреплен, и поэтому может свободно вращаться. Между его шестернями расположены синхронизаторы, которые нужны для синхронизации угловых скоростей шестерен ведомого вала с вращением его самого. С валом механической коробки передач автомобиля они также жестко закреплены, но могут перемещаться в продольной плоскости посредством шлицевого соединения. У всех современных агрегатов синхронизаторы присутствуют на каждой передаче.
Помимо этого, есть еще собственно сам механизм переключения, и все это расположено в картере агрегата, именуемого корпусом. Что касается первого, расположен он непосредственно на корпусе КПП. Представлен механизм как рычаг управления и ползуны с вилками. Также имеется блокирующее устройство во избежание одновременного включения двух передач.
Для изготовления самого картера коробка используется алюминиевый или магниевый сплав. Помимо всех необходимых частей и механизмов, в нем хранится масло.
Двухвальная КПП
Данная коробка устроена практически так же, но с небольшим дополнением. В ней также располагаются два вала:
- ведущий;
- ведомый.
У обоих есть блок шестерен с синхронизаторами, а располагаются они параллельно, как в описанной выше конструкции. А упомянутое дополнение – это наличие главной передачи и дифференциала в картере механической коробки переключения передач. Их функция – передача крутящего момента к ведущим колесам автомобиля. Причем дифференциал, если это необходимо, может обеспечить разную угловую скорость.
Не обходится, конечно, и без механизма переключения, который обычно дистанционный. Иными словами, расположен он за пределами корпуса коробки. А для их связи используются тяги либо тросы. Причем тросовое соединение является оптимальным, в связи с чем чаще применяется.
Принцип работы КПП
Когда рычаг управления находится в нейтральном положении, крутящий момент от коленчатого вала колесам не передается. Вместе с запуском двигателя первичный вал вращается вместе с коленчатым валом. Чтобы включить нужную скорость, обязательно необходимо нажать на педаль сцепления, чтобы разъединить валы.
Теперь можно двигать рычаг управления в нужную сторону. При этом перемещается муфта синхронизатора посредством вилки и задействуется нужная пара шестерен. Это позволяет подобрать оптимальный крутящий момент в зависимости от условий дорожного движения.
Вождение автомобиля с механической коробкой передач будет рассмотрено позднее, а пока принцип работы другой конструкции.
Как работает двухвальная КПП
Двухвальная КПП работает практически по такому же принципу, но различие все же имеется: крутящий момент передается при помощи лишь пары шестерен, тогда как в трехвальной конструкции принимает участие третья шестерня промежуточного вала. К тому же здесь отсутствует прямая передача, а передаточное отношение – 1:1.
Кроме того, переключение ступеней производит не вилка, а шток. Именно он толкает необходимую шестерню, и та входит в зацепление с другой, а после фиксируется. Чтобы включить заднюю скорость, задействуется отдельная шестерня на своем валу. И это актуально для обоих видов МКПП.
Преимущества МКПП
Некоторые положительные моменты уже были перечислены выше, поэтому сделаем своего рода обобщение. Характерные преимущества коробки:
- относительно малый вес;
- невысокая стоимость;
- конструкция проста и понятна;
- высокая степень надежности;
- обслуживание и ремонт обходятся недорого.
У машин с механической коробкой передач двигатель жестко соединяется с трансмиссией, за счет чего достигается максимальная эффективность при передвижении по льду или бездорожью. К тому же МКПП может при необходимости полностью разъединиться с двигателем для беспрепятственного буксирования или толкания.
Недостатки тоже присутствуют
К сожалению, без минусов нельзя обойтись, хоть их не так много. Прежде всего, это касается необходимости в постоянном периодическом переключении передач, что может утомить водителя на дальних поездках.
Среди других недостатков:
- Передаточное отношение изменяется ступенчато.
- Ресурс сцепления не достаточно высок.
Поэтому «механика» хоть и является основным типом трансмиссии, но далеко не самым востребованным. Возможно, через пару десятков лет она и вовсе утратит свою актуальность, причем окончательно.
Особенности вождения с механической коробкой передач
Для правильной эксплуатации автомобилей с МКПП необходимы определенные навыки и умения. У многих новичков, в особенности это касается женщин (возможно, не всех), могут быть трудности. Необходимо запомнить положение рычага управления для каждой передачи. Это несложно, так как на нем есть схема. Помимо этого, следует знать, в каком диапазоне скоростей работает каждая передача.
Скоростные режимы в зависимости от передачи:
- 1-я передача – 15-20 км/ч.
- 2-я передача – 30-40 км/ч.
- 3-я передача – 50-60 км/ч.
- 4-я передача – не более 80 км/ч.
- 5-я передача – более 80 км/ч.
Но лучше ориентироваться на показания тахометра. Переключаться на высшую передачу рекомендуется до достижения определенного количества оборотов коленчатого вала в зависимости от типа двигателя:
- у дизельного – 1500-2000;
- у бензинового – 2000-2500.
Чтобы избежать преждевременного ремонта механической коробки передач, перед тем как завести двигатель, необходимо убедиться, что рычаг занимает нейтральное положение. Левой ногой управляется только педаль сцепления, а правая отвечает за две другие – только так можно ничего не перепутать.
Перед тем как тронуться с места, выжимается сцепление, включается первая передача, затем левой ногой плавно отпускается сцепление, одновременно правой ногой так же плавно нажимается педаль акселератора. Далее переключение производится по достижении скоростного порога: выжимается педаль сцепления (ногу с газа при этом нужно убирать), включается вторая передача – далее все то же самое.
Основные неисправности «механики»
Несмотря на всю простоту, МКПП является довольно сложной системой, у которой большое количество подвижных деталей. В силу этого у нее могут быть самые разные неисправности, но зачастую это выход из строя основных узлов агрегата, недостаток масла в картере или ослабление крепления элементов коробки.
Это может произойти из-за неправильной эксплуатации, низкого качества деталей, естественного их износа. Кроме того, сюда же можно включить и проведение некачественного ремонта либо полное отсутствие технического обслуживания.
Определить, нуждается ли механическая коробка передач в замене или ремонте, можно по характерным признакам. Если при нейтральном положении рычага она издает шум – значит, износился подшипник ведущего вала. Также это может быть из-за недостатка масла. А если шум возникает в ходе переключения передач, то проблема может крыться в муфтах синхронизаторов.
Итог
Зная устройство и принцип работы механической коробки, понять, как устроена автоматическая трансмиссия, будет уже немного проще. МКПП была и до сих пор остается практичным и привычным для многих водителей агрегатом, несмотря на некоторые нюансы. А вообще, свой автомобиль нужно знать от и до, что позволит обогатиться бесценным опытом.