Устройство и принцип работы коробки передач¶

Коробка передач — механизм трансмиссии автомобиля (и других транспортных средств), служащий для изменения крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала двигателя, а также для изменения направления движения и разъединения двигателя от трансмиссии. Коробка передач позволяет двигателю работать в наиболее эффективном диапазоне оборотов при различных скоростях движения, обеспечивая трогание с места, разгон, движение с постоянной скоростью и задний ход.

¶Основные типы коробок передач

В современном автомобилестроении применяются следующие основные типы коробок передач:

• Механическая коробка передач (МКПП) — переключение передач осуществляется водителем вручную с помощью рычага и сцепления.
• Автоматическая коробка передач (АКПП) — переключение передач происходит автоматически без участия водителя.
• Роботизированная коробка передач (РКПП) — механическая коробка с автоматизированным приводом сцепления и переключения передач.
• Вариатор (CVT) — бесступенчатая трансмиссия, обеспечивающая плавное изменение передаточного отношения.
• Двухвальная коробка передач — разновидность МКПП, применяемая преимущественно на переднеприводных автомобилях.

¶Устройство механической коробки передач

Механическая коробка передач представляет собой закрытый картер, заполненный маслом, внутри которого расположены валы с шестерёнками. Основные элементы МКПП:

• Первичный (ведущий) вал — соединён со сцеплением и получает вращение от двигателя.
• Вторичный (ведомый) вал — передаёт крутящий момент к карданному валу или приводным валам.
• Промежуточный вал (в трёхвальных коробках) — несёт набор шестерён постоянного зацепления.
• Синхронизаторы — устройства, выравнивающие угловые скорости вращения соединяемых шестерён перед включением передачи.
• Шестерни — зубчатые колёса, обеспечивающие различные передаточные отношения.
• Вилки и ползуны — механизмы переключения передач.
• Картер — корпус коробки, содержащий масло для смазки и охлаждения деталей.

В трёхвальной МКПП первичный вал через шестерни постоянного зацепления передаёт вращение промежуточному валу. На вторичном валу расположены свободно вращающиеся шестерни, которые могут быть соединены с валом с помощью синхронизаторов. При включении передачи синхронизатор блокирует шестерню с валом, и крутящий момент передаётся через соответствующую пару шестерён.

¶Принцип работы

¶Передаточное отношение

Передаточное отношение коробки передач определяется как отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей. Каждая передача имеет своё передаточное отношение:

• Первая передача — наибольшее передаточное отношение (обычно 3,0–4,5), обеспечивает максимальный крутящий момент для трогания с места и движения на малой скорости.
• Промежуточные передачи — уменьшают передаточное отношение по мере роста скорости.
• Прямая передача — передаточное отношение равно единице (1:1), первичный и вторичный валы вращаются с одинаковой скоростью.
• Понижающая передача — передаточное отношение меньше единицы, применяется для движения с высокой нагрузкой (подъёмы, бездорожье).
• Задний ход — обеспечивается дополнительным промежуточным валом, меняющим направление вращения вторичного вала.

¶Переключение передач

При переключении передачи водитель нажимает педаль сцепления, разрывая связь двигателя с коробкой. Далее с помощью рычага переключения через систему тяг и вилок синхронизатор соединяет нужную шестерню с вторичным валом. Синхронизатор предварительно выравнивает угловые скорости соединяемых элементов, что обеспечивает бесшумное и плавное включение передачи без удара зубьев. После отпускания педали сцепления крутящий момент снова передаётся от двигателя к колёсам.

¶Автоматическая коробка передач

АКПП выполняет те же функции, что и МКПП, но переключение передач осуществляется автоматически. Основные элементы АКПП:

• Гидротрансформатор — заменяет сцепление, передаёт и преобразует крутящий момент за счёт потока масла между турбиной и насосным колесом.
• Планетарные ряды — наборы шестерён (солнечная шестерня, водило, коронная шестерня), обеспечивающие различные передаточные отношения.
• Гидроблок (гидравлическая плита управления) — система каналов и клапанов, управляющих работой планетарных рядов.
• Электронный блок управления (ЭБУ) — контролирует работу коробки на основе данных от датчиков (скорости, положения дроссельной заслонки, температуры масла и др.).

Принцип работы АКПП основан на использовании планетарных механизмов. Каждая передача включается блокировкой одного или нескольких элементов планетарного ряда с помощью фрикционных муфт или тормозных лент. Гидротрансформатор обеспечивает плавное начало движения и гашение колебаний, а электронный блок управления определяет оптимальный момент переключения передачи.

¶Вариатор

В бесступенчатой трансмиссии (вариаторе) передаточное отношение изменяется плавно и непрерывно. Основной элемент вариатора — два конусных шкива, соединённых металлическим ремнём. Изменение ширины зазора между конусами шкивов приводит к изменению радиуса обхвата ремня, что и обеспечивает изменение передаточного отношения. Вариатор обеспечивает наиболее плавную работу трансмиссии и поддерживает двигатель в оптимальном режиме, однако имеет ограничения по передаваемому крутящему моменту.

¶Система смазки

Все типы коробок передач требуют смазки. В МКПП и РКПП применяется трансмиссионное масло, в АКПП — специальная жидкость ATF (Automatic Transmission Fluid), выполняющая функции смазки, охлаждения и рабочего тела гидротрансформатора и гидроблока. Регулярная замена масла обеспечивает долговечность коробки передач.

¶Применение

Коробки передач применяются на автомобилях, автобусах, грузовиках, тракторах, мотоциклах, а также на железнодорожной и водной технике. Выбор типа коробки зависит от назначения транспортного средства, требований к комфорту, экономичности и стоимости.

Источники:

• Вахламов В. К. «Конструкция автомобиля»
• Вождин А. Е. «Устройство автомобиля»
• Ламанов И. Н. «Конструкция и расчёт автомобилей»