Коробка передач – один из важнейших элементов автомобиля. Она нужна для передачи вращения двигателя на колеса. Существует следующие типы коробок передач автомобилей: бесступенчатый, ступенчатый и комбинированный. В современных автомобилях используются все типы.
Назначение коробки передач
КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Функции КПП:
Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
Обеспечивает движение задним ходом.
Сколько передач может быть в коробке
Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты. Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость.
Принцип работы
Самая простая коробка – механическая. Именно такие агрегаты устанавливались во все автомобили до 1940—1950-х годов. Она построена по принципу шестеренчатой передачи.
Главный элемент – это пара шестерен, ведомая и ведущая. Они имеют разное количество зубьев. Отношение количества зубьев ведомой к количеству зубьев ведущей шестерни – это передаточное число. Именно оно определяет, как передается момент вращения. Если ведомая шестерня больше, то скорость ее вращения будет меньше, чем у ведущей, а крутящий момент больше.
Смысл ступенчатой коробки в том, что она имеет несколько пар шестеренок с разными передаточными числами, то есть несколько передач или ступеней. Валы и шестерни нужны для преобразования разного по величине крутящего момента.
Передача заднего хода – это одна дополнительная шестеренка между ведущей и ведомой. Она изменяет направление вращения ведомой на обратное.
При страгивании с места нужен высокий крутящий момент, но низкая скорость. Для этого используется первая скорость, которая имеет большое передаточное отношение. Даже если у двигателя большие обороты, авто будет ехать медленно, но при этом не заглохнет. Для движения на равномерно высокой скорости используются повышенные ступени – от четвертой и выше. Как правило, четвертая ступень – это прямая передача с передаточным числом 1. Пятая ступени и выше имеют передаточное число меньше 1.
Виды КПП, схемы
С развитием автомобилестроения было изобретено два типа КПП – механическая и автоматическая. Позже появились их вариации – роботизированная, как усовершенствованная механика, и вариаторная, как усовершенствованный автомат. Виды коробок передач:
Механическая
Это самый простой вид. Такой механизм состоит из шестеренок, которые зацепляются друг с другом, когда водитель приводит рычаг в определенное положение. Чтобы переключить скорость на такой коробке, нужно выжать педаль сцепления, которая отключает ведущий вал. После этого водитель переключает рычаг управления, шестерни меняются, водитель отпускает сцепления и ведущие и ведомые шестеренки схватываются друг с другом.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Достоинства этого вида:
Простота устройства;
Низкая цена;
Высокий КПД;
Низкий расход топлива.
Типы механических коробок передач:
Двухвальная. Ведомый и ведущий вал расположены параллельно, а ведущий объединен со сцеплением. Связь между всеми элементами обеспечивается тросами или тягами.
Трехвальная. Имеет три вала – ведущий, промежуточный и ведомый. Последний отвечает за включение шестерней. При переключении рычага управления перемещается муфта, которая обеспечивает синхронизацию вращения.
Виды механических коробок передач автомобилей значительно отличаются. Выбор зависит от предпочтений водителя.
Автоматическая
Это более сложные типы КПП автомобилей, которые самостоятельно переключает скорости. Автомат состоит из системы планетарных передач. Они названы так из-за устройства: шестерни крутятся вокруг центра, как планеты вокруг Солнца.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
В центре находится солнечная шестерня, вокруг нее вращаются планетарные шестерни или сателлиты. Все они зафиксированы вместе водилом. Дополнительная внешняя шестерня зацепляется с планетарными. Сателлиты вращаются вокруг центральной шестерни, а вокруг них вращается внешняя шестерня. Передача вращения происходит в момент зацелпения разных шестеренок. Для увеличения вариантов передаточных чисел в АКПП устанавливают несколько планетарных передач.
Плюсы устройства:
Удобство водителя;
Смена скоростей даже на полной мощности мотора;
Плавность хода во время переключения;
Защита от человеческого фактора: неправильного переключения;
Большой ресурс.
Роботизированная
Роботизированная коробка передач изготовлена, как усовершенствование механики. Это стандартная ручная коробка передач, она имеет все те же шестеренки и диск сцепления. Отличие в том, что переключение скоростей и управление сцеплением происходит автоматически.
Преимущества:
Небольшая стоимость;
Удобство для водителя;
Экономичность;
Небольшой вес.
Главным недостатком этого вида являются рывки при смене ступеней. Некоторые автолюбители жалуются на задержку переключения. Можно перейти на ручной режим, но это не помогает, так как за сцепление в любом случае отвечает автоматика. АКПП справляется с этой работой гораздо лучше.
Усовершенствованным вариантом робота является КПП с двойным сцеплением. Одно сцепление отвечает за четные ступени, а другое – за нечетные. Работают синхронно – пока один диск сомкнут, другой разомкнут, в момент переключения они меняются. В результате отсутствуют рывки и толчки. Этот вид превосходит МКПП, так как мощность от мотора постоянно подается на колеса.
Вариаторная
Это автоматизированная коробка передач, в которой отсутствуют ступени. Вариатор состоит из двух шкивов – ведущего и ведомого. Они соединены ремнем. Эта конструкция преобразует вращение двигателя во вращение колес.
Каждый шкив имеет две половинки конусовидной формы. В процессе работы они сближаются и удаляются, меняя таким способом радиус. Если ведомый шкив раздвинуть, то ремень будет крутиться по маленькому радиусу, передаточное число уменьшится. Если оба шкива находятся в одинаковом положении, то вращение передается напрямую.
Для страгивания с места в коробке используется сцепление или гидротрансформатор. После начала вращения колес он останавливается. Шкивами управляется специальный блок управления посредством датчиком и сервоприводов.
Преимущества механизма:
Электронное управление выбирает оптимальный режим работы мотора;
Плавный ход;
Экономичность.
Главным недостатком этого устройства считается высокая стоимость ремонта и замены. Многие автолюбители после выработки ресурса этого механизма меняют его на АКПП.
Секвентальная
Новинки коробок передач содержат разработки по автоматическому включению скоростей. К ним относится и секвентальная коробка скоростей. Это автоматизированная КПП, которая построена на основе механической. Система работы коробки передач построена на переключении ступеней строго последовательно. Отсутствует педаль сцепления, но этот механизм есть в конструкции, просто он управляется автоматически. Механизм контролируется блоком управления.
Выше перечислены все виды коробок передач и их отличия. Какой из них выбрать, каждый водитель решает сам, в зависимости от своих потребностей.
Ремонт и замена коробок ВАЗ
На классических автомобилях ВАЗ устанавливались механические КПП. Они просты в эксплуатации и имеют большой ресурс. Они просто ремонтируются, по сравнению с остальными видами. Многие владельцы занимаются этим самостоятельно. Если вы не хотите тратить на это время, можно приобрести новый агрегат и установить его на место старого.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Теперь вы знаете, что такое коробка передач. Какие виды КПП выбрать, каждый решает сам. Все зависит от личных предпочтений и привычек.
Не забывайте о регулярном обслуживании, диагностике и ремонте, иначе коробка передач автомобиля быстро выйдет из строя.
Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.
КПП: функции и основные типы
Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).
На данный момент существует четыре основных типа коробки:
- механические;
- роботизированные;
- автоматические;
- вариатор.
Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.
Основные виды МКПП
Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.
«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.
Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:
- четырехступенчатые;
- пятиступенчатые;
- шестиступенчатые и более.
Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».
Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).
Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы
Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:
- первичный (или ведущий) вал;
- блок шестерен первичного вала;
- вторичный (или ведомый) вал;
- блок шестерен вторичного вала;
- механизм переключения передач;
- муфты синхронизаторов;
- картер;
- главную передачу;
- дифференциал.
Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.
Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.
Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.
Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.
Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.
Основные неисправности МКПП
Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.
1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.
2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.
3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:
- шум при работе коробки;
- шум при работе только одной конкретной передачи;
- шум коробки при нейтральном положении рычага управления.
Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.
4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.
Основы эксплуатация и обслуживания МКПП
При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.
В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.
Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.
И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.
Практический каждый, кто имел дело с автомобилем или другим видом колесной техники, хорошо знает, что кроме в устройстве ТС также используется коробка передач. Коробка передач () по важности является вторым агрегатом после двигателя на разных видах транспортных средств.
При этом существует несколько видов коробок передач, однако основной задачей данных агрегатов на машине является получение, преобразование и дальнейшая передача от двигателя на ведущие колеса автомобиля. Далее мы подробно рассмотрим назначение коробки передач и для чего нужна коробка передач в устройстве трансмиссии авто.
Читайте в этой статье
Для чего нужна коробка передач в автомобиле
Итак, коробка передач считается основным элементом трансмиссии автомобиля. Как уже было сказано, основным ее предназначением является изменение крутящего момента от двигателя, а также скорости движения и направления движения авто. Также коробка позволяет «отсоединять» двигатель от трансмиссии во время переключения передач.
Именно благодаря КПП автомобиль получает возможность двигаться вперед и назад, движение можно осуществлять с разной скоростью, при этом двигатель стабильно работает на разных скоростях и нагрузках, а также достигается плавное переключение передач в процессе езды.
Чтобы было понятно, основной задачей КПП является необходимость обеспечивать как требуемые динамические показатели автомобиля, так и показатели топливной экономичности двигателя. При этом учитываются разные условия движения, нагрузка, скорость и т.д.
- Идем далее. Диапазон оборотов двигателя отличается от диапазона вращения колес. Также применительно к ДВС нужно учесть обороты максимальной мощности и максимального крутящего момента.
Так вот, для старта и разгона нужен крутящий момент, тогда как для езды с высокой скоростью и преодоления больших нагрузок нужны обороты мощности. При этом особенностью ДВС является то, что обороты крутящего момента «средние» (3000-3500 об/мин) тогда как на «мощностные» обороты двигатель выходит ближе к максимальным значениям (5500-6000 тыс. об/мин.).
Простыми словами, если нагрузка на мотор будет большой, а обороты слишком низкие, двигатель «не вытянет» по мощности и заглохнет. Если же обороты будут слишком высокими, при этом езда с высокой скоростью не нужна, сильно возрастает расход топлива. Чтобы добиться оптимального баланса, в коробке предусмотрено изменение .
Благодаря такой возможности можно уверенно стартовать с места, двигаться с небольшой скоростью, осуществлять движение задним ходом и т.д. Также удается поддерживать обороты двигателя в оптимальном диапазоне применительно к постоянно меняющимся дорожным условиям и нагрузкам.
Например, разгон автомобиля предполагает необходимость преодолеть высокие значения сил сопротивления (преодоление повышенного трения и сил инерции). Наличие КПП делает возможным трогание с места и разгон до средних и высоких скоростей, который предполагает плавный или ступенчатый переход с низких на повышенные передачи (переключение передач).
В результате скорость нарастает постепенно, сильно снижаются динамические нагрузки на двигатель и трансмиссию. При этом обороты оптимально удерживать именно в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя.
С учетом веса и особенностей ТС, установленного двигателя, целевого назначения транспорта и ряда других характеристик и особенностей конструкторы производят подбор количества передач и передаточных чисел в коробке, и т.д. (при наличии).
Разновидности КПП: типы коробок передач
Разобравшись с назначением коробки, следует отметить, что сами КПП бывают ступенчатыми, бесступенчатыми и комбинированными. Давайте рассмотрим указанные виды коробок более подробно. Прежде всего, наиболее распространенным типом КПП являются ступенчатые коробки передач. В таких КПП крутящий момент изменяется ступенчато. К данному типу можно отнести (механика) и (коробка-робот).
- Механическая коробка передач является многоступенчатым цилиндрическим редуктором, где предусмотрено переключение передач самим водителем вручную. МКПП бывают четырехступенчатыми, пятиступенчатыми, шестиступенчатыми и т.д. Главным плюсом такой коробки считается надежность и простота, а также полный контроль во всех режимах.
- Коробка-робот (роботизированная коробка передач) является все той же механикой, однако функции выключения сцепления и переключения передачи полностью автоматизированы благодаря использованию отдельных исполнительных механизмов под управлением коробкой (например, коробки ).
Самые современные РКПП имеют и отличаются сложной конструкцией. При этом двойное сцепление делает процесс переключения быстрым и плавным, передача крутящего момента происходит без разрыва потока мощности от ДВС на колеса.
В результате такая коробка переключается быстрее, чем это смог бы сделать водитель-профессионал или опытный пилот на гоночном авто. Машина с таким «роботом» (например, ) отличается быстрым разгоном, а также поддержанием оптимальных оборотов мотора и одновременно высокой топливной экономичностью. Недостатком принято считать сложность ремонта, сниженный ресурс, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость отдельных запчастей и элементов.
Чем отличается "классическая" АКПП с гидротрансформатором от роботизированной коробки передач с одним сцеплением и преселективных роботов типа DSG.
Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения - так называемый вращательный момент - от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.
Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.
Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.
Ручное управление передачей
Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.
Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.
Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.
Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.
Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) - скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.
Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня"вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.
Работа акселератора
Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.
Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.
Автоматическая коробка передач
Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.
А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.
Говоря сухим техническим языком, коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции (накатом).
А теперь с точки зрения новичка давайте разберемся – зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле, и для чего нужно переключать передачи? Переключение передач – необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента ДВС. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.
Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, то есть в том, как меняется в зависимости от числа оборотов мощность и крутящий момент.
У электродвигателя крутящий момент при небольших оборотах довольно велик. По мере раскручивания момент падает.
Для транспортной машины такая характеристика наиболее благоприятна: при трогании с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент. А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, то есть он отлично приспособлен к дорожным условиям работы. У двигателя внутреннего сгорания все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется.
График показывает (рис.А), что если сопротивление движению увеличилось, и обороты двигателя начинают падать, то у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента; у автомобильного же двигателя момент сначала немного растет, а потом уменьшается – двигатель глохнет.
Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости,
экономичности и другим качествам пока превосходит электромотор. Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач, которая изменяет передаточное отношение
между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящий момент на них. На рисунке Б показано, как с помощью ступенчатой коробки передач тяговая характеристика ДВС пытается приблизиться к идеальной гиперболе.
А что такое передаточное отношение ? Немного углубимся в механику. В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шестерен, одна из которых является ведущей, а другая ведомой, их относительные размеры определяют скорость вращения и крутящий момент. Отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей и называется передаточным числом.
Если ведущая шестерня меньше ведомой, то скорость вращения ведомой будет меньше, а крутящий момент – больше, и наоборот. То есть, выигрывая в силе, теряем в скорости, и, напротив – выигрывая в скорости, теряем в силе. Если в передаче
участвует несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается умножением передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче.
Для получения различного по величине крутящего момента, необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом. Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную, то ведомая шестерня изменит направление вращения на обратное (получим передачу заднего хода).
Таким образом, любая коробка передач, будь то «механика», «автомат» или вариатор, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения путем изменения передаточного отношения.
В любой коробке передач выделяют высшие и низшие ступени (передачи).
При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью – необходим высокий крутящий момент, который достигается при средне – высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать высокую скорость. Для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач (обычно с первой по третью), имеющие наибольшее передаточное отношение; при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
Для равномерного движения на высокой скорости необходимо обеспечить большую частоту вращения колёс, поддерживая обороты двигателя в оптимальном диапазоне. Для этого служат высшие передачи (от четвертой и выше), имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими. При этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако на высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, необходимого для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и заглохнет.
Передача с передаточным отношением, равным 1, называется прямой (как правило, четвертая). Если передаточное число меньше единицы, такая передача называется ускоряющей (от пятой и выше). Ускоряющая передача включается при движении автомобиля в хороших дорожных условиях, когда не требуется большой силы тяги на ведущих колесах. Давая возможность двигателю работать с пониженными оборотами, ускоряющая передача способствует уменьшению износа двигателя и экономии топлива
С понятием передаточного числа связано выражение «длинная коробка» и «короткая коробка». Речь идёт о разнице в передаточных числах разных передач – в «длинной» коробке она больше. Рассмотрим два автомобиля, одинаковых во всём, кроме коробок передач. Водитель авто с «короткой» коробкой, поддерживая высокие обороты мотора, разгонится быстрее и быстро наберёт максимальную скорость. Водитель на машине с «длинной» коробкой разгоняться будет дольше, но до более высокой скорости. Таким образом, выбор коробки зависит от темперамента водителя. С «короткой» коробкой автомобиль более динамичен, но чаще приходится переключаться. С «длинной» – не такой резвый, но диапазон скоростей на одной передаче больше, то есть, можно добраться до высшей передачи и кататься на ней со скоростью от пятидесяти до ста с лишним, изменяя её только газом и тормозом. Любители агрессивного «спортивного» стиля предпочтут «короткую» коробку, люди спокойные – длинную.
Современные автомобили могут оснащаться одним из четырех видов КПП – механической, автоматической, роботизированной или вариаторной.
Автоматическая КПП – планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила.
Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.
К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт. АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП. В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие откатывания при трогании с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.
Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали – два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапециедальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу – радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение.
А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу – передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.
Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов трогания и заднего хода,высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт. Подробнее про вариатор CVT .
Роботизированная коробка – это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.
Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.
Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое – четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена.
Какая коробка лучше?
Как и на любой риторический вопрос, на него нет однозначного ответа. Какой вид КПП выбрать – дело личное, зависящее от приоритетов конкретного человека. Определитесь, что для вас важнее (цена, динамика, комфорт)- и тогда выбор КПП не составит для вас никакого труда!
