Коробка передач – виды и принцип работы

Коробка передач – виды и принцип работы

Читайте про коробку передач автомобиля, какие виды существую, принцип работы, а также видео про преимущества и недостатки автомата и ручной механики.

Трансмиссия автомобиля состоит из многих элементов. Одним из главных элементов является коробка передач. Она используется для того, чтобы менять крутящийся момент, направление движения и скорость автомобиля. А ещё применяется для разъединения двигателя от трансмиссии.

Эта очень важная деталь в автомобиле, подразделяется на три вида:

  1. Бесступенчатая.
  2. Ступенчатая.
  3. Комбинированная.

В зависимости от того, какая коробка передач, определяется и вид трансмиссии машины.

Для ступенчатой трансмиссии применяется крутящий момент, меняющийся ступенчато. Ступенчатую коробку передач можно подразделить на два вида:

  1. Коробка передач механическая.
  2. Роботизированная (автоматическая).

Механическая коробка передач

Короба передач механическая (ещё можно встретить аббревиатурное название МКПП или просто — механика) состоит из многоступенчатого цилиндрического редуктора, где переключать передачи необходимо вручную. Смотря сколько автомобиль имеет передач, коробка бывает: четырёхступенчатая, пятиступенчатая, шестиступенчатая, семиступенчатая и больше. Смотрите пример МКПП — схема коробки передач ВАЗ 2110.

Механическая трансмиссия является самой распространённой во всём мире. Этому способствует простая конструкция и надёжная, а также то, что во время различных манипуляций при езде на автомобиле применяется ручное управление. Кроме надёжности и полного контроля водителем переключения передач она ещё и экономичнее в плане расхода топлива по сравнению со своим автоматическим аналогом. Но для простоты вождения всё больше людей хотят иметь автомобиль с автоматической коробкой передач.

Механическая КП относится к ступенчатым видам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерён. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определённой угловой скоростью или, другими словами, имеет своё передаточное число.

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

Видео про принцип работы:

Автоматическая коробка передач

Роботизированная коробка передач, — это та же механическая, только оснащена автоматизированными функциями, где автоматически выключается сцепление, и переключаются передачи. Роботизированную называют ещё автоматизированной коробкой передач или роботом. В более новых автомобилях стали применять двойное сцепление, чтобы передача крутящего момента шла без разрывов потока мощности. Такой тип снижает расход топлива, и автомобиль намного быстрее разгоняется с места. Поэтому коробки-роботы с каждым годом становятся всё более популярными. Сейчас такие аналоги устанавливают на такие марки автомобилей, как Volkswagen, Mercedes-Benz, Opel, Ford и прочие другие, а также даже на такие спортивные марки, как Bentley и Porsche. Самыми распространёнными автоматизированными агрегатами являются коробки марки DSG (Direct Shift Gearbox), Изитроник, SMG (Sequential M Gearbox).

Непосредственное управление АКПП осуществляется рычагом селектора. Выбор нужного режима работы коробки производится перемещением рычага в определённое положение:

  • Р — режим парковки;
  • R — режим заднего хода;
  • N — нейтральный режим;
  • D — движение вперёд в режиме автоматического переключения передач;
  • S — спортивный режим.

На отдельных коробках реализуется т.н. режим «Кик-Даун» (Kick-Down), предполагающий резкое ускорение автомобиля путём быстрого переключения передач.

Бесступенчатые КП

Для лучших характеристик автомобиля в бесступенчатых коробках передач применяют вариатор (ещё его называют вариаторной коробкой передач). В таких видах происходит преобразование механического или гидравлического крутящего момента, что помогает передаточному числу изменяться плавно, чего нет в ступенчатых коробках. Но также в вариаторных коробках передач существуют и недостатки — величина передающего крутящего момента имеет ограничения. Также некоторыми моделями вариаторов недовольны их надёжностью и сроком эксплуатации. Вариаторные виды применяются у таких производителей, как Nissan, Subaru и Honda (японские марки автомобилей). Из них самые известные марки — это Экстроид и Мультитроник.

Видео, про принцип работы бесступенчатой КП :

Комбинированная КП

Для автоматической коробки переключения передач (АКПП, или просто АКП) применяют комбинированный принцип действия. Такая разновидность состоит из механической коробки и гидротрансформатора. В механической КП используется редуктор планетарного типа, а гидротрансформатор применяется вместо сцепления и бесступенчатое регулирование крутящего момента. В новейших коробках-автоматах используется семь или восемь ступеней передач.

Плюсами АКПП является то, что передачи переключаются плавно и надёжность работы намного выше. А минусом автомата является то, что разгон происходит медленнее и намного больший расход топлива. В некоторых видах автоматической коробки передач применяют имитацию ручного переключения передач Стептроник, Типтроник (Tiptronic).

В наше время к АКП относится как гидротрансформаторная коробка, так и вариатор и роботизированная коробка передач, так как у всех есть электронное управление.

К автоматической коробке передач относится ещё адаптивная, которая учитывает стиль вождения хозяина автомобиля.

Автоматическая и механическая коробки передач: плюсы и минусы

Это видео наглядно демонстрирует основные преимущества и недостатки МКП и АКП. Далее при покупке автомобиля вы уже будите в курсе принципов работы различных видов коробки передач и вам, будет без проблем сделать дальнейший выбор.

Коробка передач

Большое разнообразие видов коробок передач говорит об отсутствии единой конструкции КПП, способной удовлетворить все предъявляемые требования. Поэтому автопроизводители ежегодно выпускают новые модели, постепенно устраняя недостатки предыдущих коробок.

Причина необходимости использования коробки передач

Тяговая характеристика двигателя имеет узкий диапазон, ограниченный 800 оборотами за минуту на низах и доходит до 8000 оборотов в максимуме. Изменение частоты вращения колес на автомобиле имеет больший разброс и составляет от 50 и до 2000 оборотов в минуту. Ни один двигатель не способен обеспечить столь широкую разницу скоростей, что и является основной причиной применения КПП.

При этом на невысоких оборотах мощность ДВС небольшая. Своего максимума она достигает при оборотах на 5-15 процентов меньше от красной части тахометра. Зависимость мощности и тяги от угловой скорости вращения формирует скоростную характеристику двигателя.

Основной задачей, решаемой применением КПП, является эффективное использование мощности двигателя как при троганье с места, когда скорость железного коня мала, так и при движении на максимальной скорости, когда вторичный вал вращается быстрее первичного. Для этого характеристика коробки скоростей в каждом положении выбирается с учетом всех факторов, влияющих на производительность ДВС.

Принцип коробки передач на основе которого она работает

Стандартная коробка скоростей имеет переменное количество передаточных соотношений. При этом их смена может проходить ступенчато, как в МКПП, так и плавно, например, при применении вариатора.

Фиксированное количество передаточных чисел обеспечивается выбором комбинации пар вращающихся шестерен. Низшие скорости задействуют шестеренки с наибольшим передаточным числом. Высшие положения бывают с соотношением 1:1, а после появления 5-ступенчатых КПП, отношение стало еще меньше.

Рис — Схема переключения МКПП

Первая коробка передач

Первая коробка была построена без применения шестерен. Карл Бенц в качестве КПП использовал два ременных редуктора с различным передаточным числом. Первая скорость использовалась для движения в городе или в местности с подъемами и спусками. Перекидывать шкив на второй ременной редуктор следовало при выезде за город или на ровную прямую автодорогу.

Первая коробка скоростей в которой применялись зубья на шестернях была разработана и установлена Вильгельмом Майбахом. Его КПП через цепь передавала движение на заднюю колесную пару. Карданная схема была изобретена значительно позже Луи Рено.

Коробки передач — виды

К основным видам КПП можно отнести:

  • механическая коробка смены скоростей, переключение которых происходит при воздействии человека на рычаг КПП;
  • роботизированная, которая совмещает лучшие качества МКПП и АКПП;
  • автоматическая, способная менять передаточное число без участия человека;
  • бесступенчатая коробка, обеспечивающая максимальную планость разгона, но не способная передавать большие мощности.

Особенности механической КПП:

  • экономичность;
  • долговечность;
  • редко встречается проблема, что бы замерзла КПП;
  • самая первая коробка, которая устанавливалась на автомобили;
  • наиболее простые и ремонтопригодные схемы коробок передач, не зависимо от количества ступеней;
  • наименьший вес;
  • можно буксировать авто без поднятых приводных колес;
  • возможен запуск двигателя с толкача;
  • требует мастерства от владельца автомобиля;
  • двигатель приходится отсоединять от КПП в момент переключения передачи.

Особенности роботизированной КПП:

  • модели коробок передач не ограничены количеством ступеней;
  • нет необходимости выжимать сцепление;
  • скорость работы медленей. чем МКПП, но быстрее автомата;
  • производители делают ставку на успешное развитие роботов.

Особенности автоматической КПП:

  • удобство управления;
  • отсутствие рывков;
  • щадящий режим эксплуатации двигателя внутреннего сгорания;
  • нет увеличения нагрузки на водителя в случае увеличения количества передач.

Особенности бесступенчатой КПП:

  • плавное распределение нагрузки при разгоне;
  • ограничение по мощности двигателя;
  • дорогое масло для гидротрансформатора;
  • малая ремонтопригодность, что значительно увеличивает нагрузку на семейный бюджет в случае поломки.

Механическая, автоматическая, роботизированная коробка передач: сколько передач

В механической коробке скоростей стоит компромиссный выбор между плавностью разгона и комфортом водителя. Установка большого количества передач чревата частыми переключениями при незначительном изменении скорости. Первоначально МКПП проектировались под 3 скорости. Постепенно для обеспечения более плавного разгона низких скоростей стало 2 и коробка передач стала четырехскоростная. Появление мощных двигателей поспособствовало повышению скорости и появилась 5 передача с передаточным числом меньше 1. Коробки с 6 и большим количеством скоростей устанавливаются на спортивные авто или грузовики.

Роботизированная коробка переключается без вмешательства водителя, либо при помощи подрулевых лепестков. Поэтому, количество передач ограничено сложностью устройства и весом. Стандартно количество передач редко превышает 8.

Большинство АКПП, выпускаемых ранее после изобретения гидротрансформатора, имели 3 ступени. Увеличение количества ступеней удорожало конструкцию. Встречаются автоматы на 4-6 ступеней.

Бесступенчатая коробка априори не имеет фиксированных передаточных положений. Для удобства вождения автомобиля, некоторые производители делают несколько псевдопередач, позволяющих симулировать постоянное передаточное число. Данная опция позволяет комфортно эксплуатировать автомобиль, если владелец долгое время пользовался другими видами коробок перемены передач. Динамическая характеристика коробок скоростей с вариатором абсолютно не зависит от количества псевдопередач, заложенных автопроизводителем.

В будующем коробка передач сколько передач сможет в себя вместить не знает никто, но тенденция появления электрокаров может полностью убрать КПП из автомобиля.

Схемы коробок передач

Рис — Схема переключения передач

Дополнительное назначение коробок передач

К дополнительному назначению коробок передач можно отнести торможение двигателем. Механическая коробка передач позволяет остановить автомобиль без участия тормозной системы. Достаточно использовать принцип коробки передач: ниже передача соответствует меньшей скорости. Поэтому переключая скорость вниз и перегазовывая двигатель можно добиться останова железного коня.

Помимо основного назначения коробок передач она способна помочь в сохранности машины. Встречаются противоугонные устройства, которые блокируют как рычаг, так и всю коробку передач. Погрузив авто на эвакуатор его угнать все же можно, но вот угон своим ходом будет значительно затруднен.

В роботизированных и автоматических наблюдается интересная характеристика коробок передач. При движении с горки, в случае выбора фиксированного передаточного числа, в случае если скорость достигнет критического значения механизм самостоятельно поменяет ступень. Сделано это в целях безопасности и продления срока службы коробки, что бы она не вышла из строя из-за невнимательности или незнания владельца машины.

При движении вверх, рассматриваемые модели коробок передач, позволяют автоматически понизить передачу, во избежание повреждения двигателя и КПП. Также данное свойство предотвращает ситуацию, когда двигатель может заглохнуть из-за нехватки мощности, в результате чрезмерного снижения оборотов.

Если замерзает коробка передач, то специально разработанные северные коробки с подогревом решат эту проблему. Особенно это актуально для автомата, так как загустевшее масло вызывает чрезмерный износ.

Устройство и принцип работы автоматической коробки передач

Автоматическая коробка передач автомобиля предназначена для передачи мощности двигателя на колеса. Она устанавливает именно ту передачу, которая лучше всего подходит для текущей скорости движения. Автоматическая трансмиссия избавляет водителя от необходимости переключения скорости вручную. Компьютер автомобиля при помощи датчиков определяет, в какой момент необходимо переключить скорость и посылает сигнал в электронном виде на включение или выключение передачи.

Основные элементы автоматической трансмиссии

Механизм автоматической коробки передач автомобиля представляет собой систему рычагов и шестеренок, передающих мощность на ведущие колеса, позволяя двигателю работать наиболее эффективно.

Собирается коробка в алюминиевом кожухе, называемом картером. В нем располагаются главные компоненты автоматической трансмиссии:

  1. Гидротрансформатор, выполняющий роль сцепления, но не требующий со стороны водителя производить непосредственное им управление.
  2. Планетарный ряд, изменяющий передаточное отношение при переключении.
  3. Задний, передний фрикционы, тормозная лента, непосредственно осуществляющие переключение передач.
  4. Устройство управления.

Как работает гидротрансформатор?

Гидротрансформатор состоит из следующих основных элементов:

  • насоса или насосного колеса;
  • турбинного колеса;
  • плиты блокировки;
  • статора;
  • обгонной муфты.

Чтобы понять, как работает автоматическая коробка передач, нужно в целом представлять ее устройство. Так, насос механическим соединением связан с двигателем. Турбинное колесо соединяется с валом КПП при помощи шлицов. При вращении насосного колеса при работающем двигателе создается поток масла, который вращает турбинное колесо гидротрансформатора.

Не помешает знать когда менять масло в автоматической коробе передач.

В этом случае гидротрансформатор выполняет роль обычный гидромуфты, посредством жидкости лишь передавая от двигателя на вал автоматической коробки крутящий момент. При увеличении оборотов двигателя сколь-нибудь существенного увеличения крутящего момента не происходит.

Для преобразования крутящего момента схема автоматической коробки включает статор. Принцип работы заключается в том, что он перенаправляет поток масла обратно на крыльчатку насоса, заставляя ее быстрей вращаться, увеличивая крутящий момент. Чем скорость вращения турбинного колеса по отношению к насосу меньше, тем большая остаточная энергия передается статором посредством возвращаемого масла на насос. Соответственно крутящий момент увеличивается.

Основы работы турбины и насоса АКПП

Турбина всегда вращается медленнее, чем насос. Максимальное соотношение скоростей вращения насоса и турбины достигается при неподвижном автомобиле, уменьшаясь при увеличении скорости транспортного средства (ТС). Связь статора с гидротрансформатором осуществляется через обгонную муфту, способную вращаться лишь в одном направлении.

Лопатки турбины и статора имеют особую форму, за счет чего поток масла перенаправляется на обратную сторону лопаток статора. При этом статор заклинивает и, оставаясь неподвижным, он передает на вход насоса наибольшую энергию масла.

За счет такого режима работы гидротрансформатора обеспечивается максимальная передача крутящего момента. Он увеличивается почти в три раза при трогании автомобиля с места.

При разгоне ТС турбина относительно насоса проскальзывает все меньше до наступления момента, когда колесо статора подхватывается потоком масла, начиная вращаться в направлении свободного хода обгонной муфты. Устройство при этом начинает работать как обычная гидромуфта, не увеличивает крутящий момент. В этом режиме КПД гидротрансформатора не превышает 85%. Такой режим работы сопровождается выделением избытка тепла и повышением расхода топлива.

Назначение блокировочной плиты

Этот недостаток устраняется при помощи специального устройства — блокировочной плиты. Несмотря на механическую связь с турбиной, конструктивно она выполнена так, что может перемещаться вправо и влево. Это устройство включается в работу при достижении автомобилем высокой скорости. По команде устройство управления поток масла меняется таким образом, чтобы он прижимал блокировочного плиту к корпусу гидротрансформатора справа.

При этом турбина и насос связываются друг с другом механически. Для повышения сцепления на внутреннюю сторону корпуса гидротрансформатора наносится специальный фрикционный слой. Таким образом двигатель связывается с выходным валом автоматической коробки. Естественно такая блокировка сразу выключается даже при незначительном торможении автомобиля.

Выше был описан лишь один из способов блокировки гидротрансформатора. Однако любой другой способ преследует ту же самую цель — предотвратить проскальзывание турбины по отношению к колесу насоса. Обычно описанный режим действия в различных источниках называется Lock-Up.

Работу гидротрансформатора для чайников будет проще понять, если вместо турбины и насоса представить два простых вентилятора, один из которых работает от сети, а другой вращается за счет создаваемого первым вентилятором потока воздуха. Только вместо воздуха здесь выступает масло, а лопасти первого вентилятора (насоса в случае АКПП) приводятся в движение не за счет электричества, а за счет механического соединения с валом двигателя автомобиля.

Планетарные ряды

Гидротрансформатор может увеличивать крутящий момент, но лишь до определенного предела. Устройство автоматической коробки передач для более значимого увеличения момента, например, при преодолении подъемов, а также для движения задним ходом предусматривает планетарные ряды. Планетарная передача также обеспечивает ровное переключения скоростей при движении без потери мощности мотора. Благодаря ей переключение происходит без толчков, случающихся при работе обычной трансмиссии.

Планетарный ряд включает следующие элементы:

Планетарным ряд называются из-за того, что фрикционные колеса, вращающиеся одновременно вокруг своих осей и перемещающиеся вместе с этими осями, очень напоминают планеты солнечной системы. От их взаимного положения зависит, какая в данный момент включена передача.

Как переключаются передачи в АКПП?

Переключение передач или изменение в планетарном редукторе передаточного числа осуществляется блокировкой и разблокировкой элементов планетарного ряда посредством тормозных лент и фрикционов. В гидравлической системе автоматической коробки передач автомобиля непосредственно переключение передач осуществляется клапаном. Трехскоростная коробка имеет два таких клапана, один из которых осуществляет переключение с первой передачи на вторую, другой — со второй на третью. Четырехскоростная коробка имеет уже три клапана.

Другие виды АКПП

Помимо рассмотренной гидравлической трансмиссии сегодня широко распространены другие типы автоматических коробок:

  1. Вариаторная АКПП. В этом типе трансмиссии фиксированного передаточного числа для передач не существует. Поэтому такая АКПП называется бесступенчатой. Принцип работы в том, что в отличие от других «автоматов» она более эффективно использует мощность двигателя. Вследствие этого автомобили, оснащенные данным типом трансмиссии являются более экономичными и комфортными.
  2. Роботизированная КПП. Автоматической такую коробку можно назвать условно, так как по сути она является обычной «механикой», где функция педали сцепления возложена на электронный блок. Автомобили с какими коробками также являются довольно экономичными, но менее комфортными, так как зачастую переключение передач в автоматическом режиме сопровождается рывками.

Таким образом, помимо наиболее распространенной гидравлической АКПП существует еще несколько видов автоматических коробок, различающихся своей конструкцией. Отличаются они ценой, экономичностью, комфортом управления авто. Общее же то, что водитель избавлен от необходимости самостоятельного выбора и переключения передач.

Автоматическая коробка передач для новичка: виды, принцип работы

И в реальной жизни, и в виртуальном пространстве идёт извечный спор между владельцами автомобилей с автоматами и ручными КПП. Этот спор также бесконечен, как и тот, что первично: яйцо или курица. Не вступая в него, мы попробуем просто напросто восполнить определенные пробелы в знаниях тех начинающих автовладельцев, у которых установлена автоматическая коробка передач.

Какая она, коробка «автомат»?

Помимо того, как пользоваться АКПП, наверное, все же надо иметь представление какая она и как она действует, эта коробка – автомат.

Автоматическая коробка переключения передач, устройство, которое обеспечивает без участия водителя выбор передаточного числа в соответствии с текущими условиями движения. В данном случае педаль акселератора («газа») задает не обороты двигателя, а скорость движения.

История создания и развития АКПП берет начало с 30-х годов прошлого века. С момента появления принцип работы автоматической коробки передач поменялся мало, но был, естественно дополнен. Благодаря чему, и существуют различные виды автоматических коробок передач, которые развились в отдельные направления, т.к. разрабатывались разными автостроителями.

Виды АКПП

  • Бесступенчатая автоматизированная трансмиссия (вариатор).
  • Различные «роботизированные» АКПП с электропневматическими, электронными или электромеханическими исполнительными устройствами. В настоящее время первый тип роботизированной КПП с одним сцеплением, практически снят с производства. Второе поколение этого вида автоматических коробок передач носит название «преселективная КП», известная как Audi S-tronic, Volkswagen DSG, Ford Dualshift, Mitsubishi SST и т.д.

У нас на слуху такие типы АКПП как типтроник и стептроник. Пару слов об этих общепринятых названиях.

Tiptronic – это АКПП имеющая возможность ручного переключения передач. В режиме ручного управления водителем осуществляется ручной выбор передачи путем подталкивания рычага селектора в направлении «+» или «-».

Steptronic – АКПП применяемая в БМВ. Имеет также возможность ручного переключения передач, но скорость переключения увеличена, и сравнима с МКПП. В стептронике рычаг передвигается по положениям P, R, N, и D. Кроме того здесь имеется положение «M/S» (Manual/Sport), которое в режиме «спорт» удерживает передачу до момента достижения максимального количества оборотов, затем происходит повышение передачи.

Как работает автоматическая коробка передач?

Автоматическая гидромеханическая коробка передач в классическом варианте состоит из планетарных редукторов, гидротрасформатора, обгонных и фрикционных муфт, соединительных барабанов и валов.

Не вдаваясь в дебри, тем более ремонт АКПП своими руками делать настоятельно не рекомендуется, принцип работы автоматической КПП отличается тем, что переключение передач происходит за счет взаимодействия планетарных механизмов и гидромеханического привода при помощи электронных исполнительных устройств.

Особенности эксплуатации АКПП уже освещались на страницах сайта. Но мы повторимся.

  • Коробка – автомат перед началом движения требует тщательного прогрева, особенно в зимнее время.
  • Не рекомендуется переводить рычаг селектора на ходу в положения P и R.
  • Нет необходимости включать нейтраль при спуске с горы, экономии топлива (как это считается) не будет, а вот проблемы с торможением, могут возникнуть.
  • Торможение двигателем осуществляется не на всех режимах. Более подробно об эксплуатации в различных режимах производитель дает инструкции в Руководстве. При всей нашей безалаберности, желательно придерживаться этих инструкций. В первую очередь – это безопасность движения, а во вторую, не последнюю – это стоимость ремонта или полной замены нежного и чувствительного агрегата – АКПП

Ну вот, собственно, можно заводить, прогревать и начинать движение.

Удачи вам, любители своего автомобиля.

Ссылка на основную публикацию