1. Наочний посібник
2. винаходячи велосипед
3. Від велосипеда до автомобіля
4. А тепер - до самої коробці передач
5. включаємо передачу
6. синхронізатори
7. Пряма і підвищує передачі
8. Задній хід
9. Двохвальним коробки передач
10. замість висновку

Який автомобільний агрегат приходить на розум відразу після двигуна? Що вселяє жах і трепет учням автошкіл, але викликає задоволену посмішку на обличчях водіїв зі стажем? З яким механізмом багато з нас працюють по кілька годин на день, часом навіть не підозрюючи про принцип його внутрішнього устрою? Так, відповідь лежить на поверхні: це механічна коробка передач. Розповівши про основні проблеми, що виникають з автоматичними коробками передач , Розібравшись з міфами і чутками про безступінчатих трансмісіях , Ми вирішили: досить незаслужено обділяти увагою найголовнішу, просту і, незважаючи ні на що, популярну варіацію механізму, що перетворює мотор з котла для спалювання палива в серце автомобіля.

Наочний посібник

Спеціально для цього матеріалу компанія «PacPac» надала нам конструктор «FischerTechnik», схематично показує принцип роботи механічної коробки передач, і ми навіть змогли його зібрати. Звернемо особливу увагу на те, що він передає лише самі базові властивості, абсолютно не враховуючи ряд явищ, що відбуваються в реальному автомобільної КПП: в ньому немає ні муфт, ні вилок, ні синхронізаторів, а вибір передачі реалізується за допомогою переміщення власне первинного вала. Якби це була реальна металева «механіка», вона прожила б зовсім недовго, розлетівшись вже після кількох десятків перемикань. Проте, глянувши на цю маленьку безстрашну «коробочку передачек», хвацько підтикати їх без синхронізації в нерухомий вторинний вал, можна побачити і зрозуміти основне призначення агрегату: давати можливість змінювати передавальне відношення за допомогою шестерень різного розміру. А це вже щось.

Конструктор FischerTehnik, що демонструє принцип роботи МКПП

винаходячи велосипед

Починаючи розповідь про коробку передач, варто коротко розібратися - а навіщо взагалі вона потрібна? Адже всім відомо, що головне в машині - двигун, так невже не можна безпосередньо передати виконувану ним роботу на колеса, не вигадуючи складних схем з купою шестернею, третьої педаллю в салоні і важелем, який треба постійно перевертати? На жаль немає.

Для відповіді на це очевидне запитання найкраще подивитися на велосипед, точніше, його еволюцію. Найпростіший варіант являє собою дві зірочки, пов'язані ланцюговою передачею. Обертаючи одну - ведучу - зірочку за допомогою педалей, наїзник надає руху другу - провідну, пов'язану безпосередньо з колесом, таким чином обертаючи його. Велосипед рухається вперед, всі щасливі і задоволені. По крайней мере, були до певного моменту - до тих пір, поки велосипед служив для переміщення по відносно рівним і горизонтальних поверхнях. Раптово з'ясувавши, що часом на шляху зустрічаються підйоми, пухкі грунти та інші незручності, люди задумалися про вдосконалення конструкції. Результатом стало саме те, що можна назвати прообразом механічної коробки передач - набори зірочок спереду і ззаду, що дозволяють змінювати передавальне відношення.

Передавальне відношення - приватна, що отримується при розподілі швидкості провідної зірки на швидкість веденої, тобто кількості їх оборотів. Воно назад передавальному числу, яке розраховується як відношення числа зубів на веденої зірочці до їх числа на провідній. Простіше кажучи, чим менше провідна зірка і більше відома, тим легше буде її вирощують і тим повільніше вона буде рухатися. Знову згадуємо старі велосипеди: спереду педалями доводилося обертати велику зірку, в той час як зірочка на задній втулці була маленькою. В результаті, намагаючись в дитинстві рушити на якомусь «Уралі», доводилося всією вагою налягати на педалі, щоб провернути заднє колесо. Ну а зараз магазини рясніють розсипом двухколесников, навіть самі бюджетні з яких мають по кілька зірок ззаду і спереду. Завдяки цьому можна, наприклад, змінити набір: ведуча зірочка буде маленькою, а ведена - великий. Тоді педалі будуть обертатися дуже легко, але особливо розігнатися не вийде. Зате в гірку можна буде їхати, а не тягнути.

Від велосипеда до автомобіля

До чого ставився весь цей докладний велолікбез? Якраз до того, навіщо потрібна коробка передач взагалі: адже характеристики джерела енергії, будь то велосипедист або двигун внутрішнього згоряння, постійні. Перший розвиває певну м'язову силу, обмежену фізичними можливостями, а для другого можливості виражаються кількістю розвиваються оборотів. Справа в тому, що в їх робочому діапазоні просто не можна підібрати таке передавальне відношення, яке дозволить і впевнено рушити з місця, і розігнатися до 150 і більше кілометрів на годину. Ситуація ускладнюється тим, що якщо у велосипедиста максимальний "обертаючий момент" доступний практично «з холостих обертів», то з ДВС ситуація інша: для його досягнення обороти повинні бути досить високими. Та й максимальна потужність, теж важлива для руху, з'являється у верхньому їх діапазоні.

Який з цього висновок? Доведеться вдаватися до того ж прийому, що і на велосипеді: змінювати передавальне відношення. Між чим і чим? Зараз розберемося.

А тепер - до самої коробці передач

Принципово від велосипедної трансмісії автомобільна коробка передач відрізняється типом приводу: якщо в першій використовується ланцюг, то друга має в своїй основі шестерінчастий механізм. В цілому ж суть у них одна: і там, і там шестерні (зірки) мають неоднакові розміри, забезпечуючи різний передавальне відношення. До речі, спочатку, в ранніх КПП вони були простими прямозубими, а пізніше стали косозубимі, так як в цьому випадку забезпечується більш тиха їхня робота.

У загальному вигляді механічна коробка передач являє собою набір паралельних валів, на яких «нанизані» шестерні. Їх завдання - передати крутний момент з маховика двигуна на колеса. У класичному випадку для цього використовується або два, або три вала. Розглянемо трехвальние варіант, від якого буде простіше перейти до двохвальн.

Отже, в трехвальние виконанні в КПП є первинний, вторинний і проміжний вали. Перші два при цьому розташовані на одній осі, будучи ніби продовженням одна одної, але незалежні і обертаються окремо, а третій фізично розташовується під ними. Первинний вал короткий: одним кінцем він через зчеплення з'єднаний з маховиком двигуна, тобто приймає з нього крутний момент, а на другому кінці розташована одна-єдина шестерня, передає цей момент далі, на проміжний вал. Він, як ми пам'ятаємо, знаходиться нижче провідного і являє собою вже довгий стрижень з шестернями на ньому. Їх кількість збігається з кількістю передач, плюс одна для з'єднання з первинним валом.

Закріплені шестерні на проміжному валу жорстко, часто вони виточуються з єдиної металевої заготовки. Їх можна назвати провідними (хоч і приводяться в рух вони через первинний вал). Постійно обертаючись, вони передають крутний момент на ведені шестерні вторинного валу (їх тут, до речі, вже рівно стільки ж, скільки передач). Цей третій вал схожий з проміжним, але головна відмінність в тому, що шестерні на ньому є рухомим елементом: вони не пов'язані з валом жорстко, а нанизані на нього і обертаються на підшипниках. Їх поздовжнє переміщення при цьому виключено, вони розташовані строго навпроти шестернею проміжного вала і обертаються разом з ними (хоча існує й інший варіант, коли шестерні можуть рухатися уздовж вала). Одним кінцем вторинний вал, як ми пам'ятаємо, звернений до первинного, а другий служить вже безпосередньо для передачі крутного моменту на колеса - наприклад, через кардан і редуктор заднього моста.

Отже, ми отримали конструкцію, де первинний вал при зімкнутому зчепленні обертає проміжний, а той - одночасно всі шестерні на вторинному валу. Однак сам вторинний вал як і раніше нерухомий. Що потрібно зробити? Включити передачу.

включаємо передачу

Включення передачі означає з'єднання однієї з шестернею вторинного вала з ним самим, щоб вони почали обертатися разом. Здійснюється це так: між шестернями розташовуються спеціальні муфти, які можуть переміщатися уздовж вала, але обертаються разом з ним. Вони виконують роль «замків», за допомогою зубчастих вінців на своїх дотичних торцях жорстко з'єднують вал з шестернею, до якої примикає муфта. Вона приводиться в рух виделкою - такою собі «рогаткою», яка, в свою чергу, з'єднана з важелем КПП - тим самим, яким орудує водій. Привід КПП може бути різним: важільним (з використанням металевого вала), тросовим і навіть гідравлічним (такий використовують на вантажівках).

На відео: Коробка передач FischerTechnik - Перша передача

Тепер картинка більш-менш склалася: пересунувши муфту до однієї з шестернею вторинного вала і замкнувши їх, ми добиваємося обертання валу і, відповідно, передачі крутного моменту на колеса. Але тут є ще кілька «фішок», про які потрібно згадати.

синхронізатори

Для початку уявімо собі перемикання передачі при русі автомобіля. Муфта, відходячи від шестерні, розблокує її і піде до сусідньої (або ж в справу вступить інша муфта, між іншими шестернями). Здавалося б, ніяких проблем тут немає ... Однак все не так гладко: адже муфта (і, відповідно, вторинний вал) тепер має одну швидкість обертання, задану попередньої відомою шестернею, а шестерня наступної передачі - іншу. Якщо просто різко поєднати їх, відбудеться удар, який, хоч і моментально зрівняє швидкості, нічого доброго не принесе: по-перше, шестерні та їх зуби можуть банально пошкодитися, а по-друге, перемикати передачі таким чином - взагалі не найкраща справа. Як же бути? Відповідь проста: перед включенням передачі швидкості руху шестерні і муфти потрібно синхронізувати.

Для цих цілей використовуються деталі, іменовані - раптово - синхронізаторами. Принцип їх роботи простий настільки ж, наскільки і їх назва. Для синхронізації швидкостей двох обертових вузлів використовується найпростіше рішення: сила тертя. Перед тим, як увійти в зачеплення з шестірнею, муфта підходить до неї впритул. Контактна частина шестерні має конічну форму, а на муфті розташований у відповідь конус, на якому встановлено бронзове кільце (або кілька кілець, так як ці деталі, як можна зрозуміти, піддаються основному зносу). Притискаючись до зубчастому колесу через цю «прокладку», муфта розганяє або гальмує його до своєї швидкості. Далі все йде вже як по маслу: оскільки тепер дві деталі нерухомі відносно один одного, муфта легко, плавно, без ривків і поштовхів входить в зачеплення з шестірнею за допомогою зубчастих вінців, розташованих в зоні сполучення, і вони продовжують рух разом.

Пряма і підвищує передачі

Переходимо до наступного пункту. Уявімо собі, що, поступово розганяючись, ми досягли такої швидкості руху автомобіля, при якій двигун в змозі забезпечити те, про що ми говорили на самому початку, - безпосереднє обертання коліс без допомоги додаткових шестернею. Яке рішення цього завдання буде найбільш простим? Згадуючи, що первинний і вторинний вал в трехвальной КПП розташовуються на одній осі, ми приходимо до простого висновку: потрібно з'єднати їх безпосередньо. Таким чином ми домагаємося бажаного результату: швидкість обертання маховика двигуна збігається зі швидкістю обертання вторинного валу, безпосередньо передає крутний момент на колеса. Ідеально! При цьому передавальне відношення, очевидно, становить 1: 1, тому така передача називається прямою.

На відео: Коробка передач FischerTechnik - Друга передача

Пряма передача є дуже зручною і вигідною: по-перше, мінімізуються втрати енергії на обертання проміжних зубчастих коліс, а по-друге, самі колеса набагато менше зношуються, так як на них не передається ніякого зусилля. Однак ми пам'ятаємо, що шестерні проміжного і вторинного валів завжди знаходяться в зачепленні, і воно нікуди не пропадає, так що вони продовжують обертатися, але вже «вхолосту», не передаючи крутний момент.

А що якщо піти ще далі і зробити передавальне число менше одиниці? Немає проблем: це практикується вже давно. На ділі це означає, що ведена шестерня буде менше провідною, а, отже, двигун при тій же швидкості, що і на прямій передачі, буде працювати на менших оборотах. Переваги? Знижуються споживання палива, шум і знос двигуна. Однак крутний момент в таких умовах буде далеко не найвищим, і для пересування потрібно підтримувати велику швидкість. Що підвищує передача (її ще називають овердрайв) служить в основному для підтримки цієї швидкості при постійному русі, а при обгоні вам, швидше за все, доведеться переключитися на знижену.

Задній хід

Ну ось, з тим, як їхати вперед, ми розібралися, а як же реалізувати задній хід? Адже обертання маховика не зміниш, а значить, і первинний вал буде завжди обертатися суворо в одному напрямі. Насправді, тут все ще простіше.

На відео: коробка передач FischerTechnik, задня передача

Маючи провідну і відому шестерні і необхідність змінити напрямок обертання останньої, досить просто розташувати між ними третю - проміжну. Питання вирішено! Задній хід в автомобілях, як правило, виконаний саме так. Відповідно, провідна і відома шестерні і раніше розташовуються на своїх місцях, а вторинний вал при цьому обертається в зворотну сторону - протилежну первинного.

Двохвальним коробки передач

Як ми і обіцяли, від трехвальной КПП перейдемо до двохвальною. Насправді відмінностей в їх пристрої і роботі - мінімум. Головне полягає в тому, що проміжний вал відсутній, а його роль в повному обсязі бере на себе первинний. На ньому розташовуються нерухомі шестерні, і він же безпосередньо передає крутний момент на вторинний вал.

Також з Неспіввісність розташування вторинного вала щодо первинного виникає друга відмінність двохвальною КПП: відсутність прямої передачі в силу банальної фізичної неможливості жорстко з'єднати безпосередньо ці два вала. Це, звичайно, не заважає підібрати передавальне відношення підвищених передач таким чином, щоб воно прагнуло до значення 1: 1, але привід в будь-якому випадку буде здійснюватися через шестерні з усіма супутніми цьому втратами.

З явних плюсів двохвальною коробки можна відзначити її компактність в порівнянні з трехвальной, але через відсутність проміжного ряду шестернею скорочується варіативність підбору передавальних відносин. Таким чином, її можна використовувати там, де менша вага і розміри відіграють велику роль, ніж високий крутний момент і широкий діапазон передавальних чисел.

замість висновку

Зрозуміло, в цьому матеріалі ми залишили за бортом деякі технічні тонкощі і нюанси. Чітке визначення синхронізаторів з сухарями, пружинами, кульками і стопорними кільцями, особливості експлуатації несинхронізованих КПП, відмінності і переваги існуючих типів приводу муфт включення передач - все це було свідомо залишено осторонь, щоб не перевантажувати детальною інформацією тих, хто тільки намагається розібратися в принципах роботи «механіки». Якраз для такої аудиторії цей текст і написаний - навряд чи людина, знайомий з внутрішньою будовою коробки передач, почерпне з нього щось нове. А ось для новачків, охочих дізнатися, що ж там, на іншому кінці салонного важеля МКПП, стаття може бути корисна. Адже знання дають не тільки теоретичну підкованість - тепер багатьом стане ясно і те, як правильно експлуатувати свій автомобіль: чому не варто включати передачі, не призначені для руху на вибраній швидкості, чому не варто поспішати в переходах або зображати ралійного гонщика з «секвенталка» при експлуатації цивільного автомобіля в звичайних міських умовах, чому все ж потрібно міняти масло не тільки в двигуні, але і в коробці передач. І якщо хтось задумається чи зробить для себе нові висновки - значить, все це було написано не дарма. А це, як відомо, найважливіше.

Читайте також: