Виды коробок переключения передач, используемых в автомобиле

Вариатор

Последним рассматриваемым на сегодня типом является вариатор, или бесступенчатая коробка передач.

Механизм представляет собой два конуса, имеющих ступенчатую форму и шестеренчатый рельеф. Посредством электронного чипа, при возрастании скорости конусы постепенно надвигаются навстречу друг другу. Выходит так, что размер шестерен постоянно изменяется, и передаточное число становится иным.

Данный вид трансмиссии на авто не имеет большой популярности из-за некоторого психологического эффекта: при разгоне число оборотов двигателя остается неизменным. Это привело к тому, что производители внедряют функции имитации переключения скоростей, чтобы нивелировать данный недостаток окончательно.

Виды механических коробок передач

Агрегаты отличаются по числу передач и количеству валов. По числу используемых ступеней МКПП обычно делятся на:

• Четырёхступенчатые;
• Пятиступенчатые;
• Шестиступенчатые.

Иногда встречаются механизмы, имеющие иное количество передач. Но на серийных автомобилях такие коробки устанавливаются редко. Да и четырёхступенчатые КПП сейчас можно увидеть нечасто. От них отказались практически все автопроизводители. Поэтому увидеть такую трансмиссию можно лишь на подержанных классических моделях «АвтоВАЗа» и других неновых авто.

Выпускающиеся сейчас машины обычно оснащают пяти- или шестиступенчатыми агрегатами. Это правило относится не только к мировым, но и к российским брендам.

По количеству валов МКПП подразделяются на:

• Трёхвальные;
• Двухвальные.

Больше никаких классификаций трансмиссий нет. Они выпускаются различными производителями, но все марки применяют стандартные типовые конструкции узла.

Коробка автомат

Автоматическая коробка, в ее классическом понимании, имеет большую популярность среди автолюбителей. Её бесспорное преимущество является в том, что водителю не требуется отвлекаться на переключение передач. Для начала движения не нужно иметь особых навыков – просто поставил «D» и отпустил тормоз. А еще, в салоне на одну педаль меньше. За такой комфорт приходиться расплачиваться более высоким, по сравнению с механикой коробкой, расходом топлива.

Рабочим элементом в АКПП является три набора шестеренок планетарной передачи. Название «планетарная передача» означает, что меньшие шестеренки вращаются вокруг большей центральной шестерни. Первый набор шестеренок называется «главной передачей». Он согласует скорость двигателя и скорость езды. Другие два набора называются «входным редуктором» и «обратным редуктором». Далее следует набор муфт и рычагов, блокирующих различные части автоматической коробки, что дает возможность изменять скорость движения автомобиля или включать реверс.

Переключение передач происходит благодаря компьютеру, который включает нужные гидравлические клапаны, что приводит в движение соответствующие  муфты планетарных шестеренок.

Автоматическая КПП позволяет двигателю работать в наиболее эффективном диапазоне мощности. Благодаря различным датчикам, компьютер определяет, когда необходимо включить ту или иную передачу или остановить автомобиль. Так что водителю не стоит беспокоиться об оптимальном режиме работы двигателя, а можно сосредоточиться исключительно на вождении.

Раз компьютер выбирает оптимальный режим работы мотора, и на его работу не влияет настроение или навыки водителя, то возникает закономерный вопрос: почему тогда расход топлива увеличивается? Ответ на этот вопрос кроется в гидротрансформаторе – устройстве, которое передает мощность от двигателя на автоматическую трансмиссию. В автоматической коробке передач он играет роль сцепления. Большое преимущество такой системы в плавности передачи усилия. Однако КПД гидротрансформатора значительно ниже, чем у зубчатых передач, что и вызывает дополнительный расход топлива. 

Робот

Рассмотрев механическую и автоматическую коробки передач, можно перейти и к более сложным разновидностям КПП, которые возникли в истории создания автомобилей сравнительно недавно.

Так, одним из наиболее современных типов трансмиссий является робот. По своей сути, данный тип является гибридом механики и автомата и сочетает в себе все их преимущества. Так, принцип работы взят от механической трансмиссии. То есть здесь в роли ведущего и ведомого звеньев предстают металлические шестерни на валах, которые поочередно сменяются и изменяют передаточное число.

Также здесь есть и сцепление, но его управление на авто происходит автоматически, равно как и само переключение скоростей. Такие операции производит искусственный интеллект, построенный на системе чипов и плат. К сожалению, наряду с удобством, стоимость ремонта такого оборудования значительно возрастает, а надежность агрегатов теряется.

Что делает коробка переключения передач

Коробка переключения передач является одним из важнейших узлов автомобиля. Во многом именно от нее зависит впечатление от владения авто. Наличие рывков при разгоне и высокий расход топлива портят жизнь многим автомобилистам. В свое время проблемы с коробками DSG и Powershift изрядно испортили репутацию брендов Volkswagen и Ford. А для многих автомобилистов роботизированная коробка передач — зло, которое лучше обходить стороной. На самом же деле, у каждого типа КПП есть свои плюсы и минусы. Главное — понимать, для каких целей вы приобретаете автомобиль. Тогда все встанет на свои места. 

Классификация

Трансмиссия автомобиля может оборудоваться коробками, которые существенно отличаются по своему принципу действия, способу передачи заданного крутящего момента, конструкционным особенностям, включая способ взаимодействия между собой валов.

Принцип работы и варианты передачи необходимого крутящего момента

По своему принципу действия коробка передач (КПП) бывает ступенчатой и бесступенчатой, третий вариант – комбинированные коробки, используется очень редко.

По способу передачи определенного крутящего момента на легковых машинах применяется несколько основных решений:

• Механическая коробка передач (МКПП, жаргонно механика, на английском МТ (расшифровывается как Manual Transmission));
• Автоматическая коробка передач (АКПП, жаргонно автомат, на английском AT (расшифровывается как Automatic Transmission);
• полуавтоматическая, она же роботизированная коробка передач (РКПП, АМТ, жаргонно робот, на английском MTA (расшифровывается как Manual Transmission Automatically Shifted));
• вариаторная коробка передач (чаще используется название вариатор (CVT), с английского языка расшифровывается как Continuously Variable Transmission).

Механика, робот и автомат это ступенчатые коробки передач, вариатор – бесступенчатая. Есть еще один вид ступенчатых коробок – комбинированная, она же секвентальная, по принципу устройства механика, по способу переключения робот, по способу управления – автомат.

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.

Виды автоматических коробок

Коробки автомат отличаются от механики методом передачи крутящего момента от коленвала двигателя к трансмиссии. Отличительна особенность АКПП – отсутствие прямого контакта между силовым агрегатом и элементами коробки передач. Момент вращения и мощность передаются через турбины гидротрансформатора АКПП и трансмиссионную жидкость. Такая конструкция называется «гидравлическая автоматическая коробка передач».

Управление автоматом осуществляется, благодаря работе специализированных электронных устройств. Современная коробка автомат получила дополнительные возможности:

• зимний режим;
• спортивный;
• режим экономичной езды;
• переключение передач как в автоматическом, так и в ручном режимах (типтроник);
• адаптация управления под индивидуальный стиль вождения оператора.

В отличие от механики, автомат гидравлического типа потребляет больше топлива, причина – низкий КПД гидротрансформатора. Это является своеобразной платой за комфорт.

Типтроник – одна из разновидностей коробок автомат, в которой, наряду с автоматикой, имеется возможность участвовать человеку в самостоятельном управлении режимами. Автоматическое управление классических АКПП не всегда способно регулировать скорость в следующих случаях:

1. Когда нужно добавить дополнительное ускорение авто (повышение передачи).
2. Понизить передачу на крутых виражах.
3. Тормозить при помощи двигателя и пр.

Без человеческого фактора не обойтись, когда нужно точно установить селектор АКПП в специальную прорезь на кулисном механизме.

Одновременно при этом требуется самостоятельно выбрать знак «+» либо «–». Только после правильного выбора режима, соответствующий сигнал поступает на ЭБУ для дальнейшего запуска алгоритма по переключению передач. В последних разработках новых моделей все чаще стали появляться для этих целей специальные «лепестки» — переключатели, которые размещены под рулевой колонкой.

Список видов коробок автомат можно дополнить названиями Autostick, Steptronic, Geartronic. Это та же коробка автомат Типтроник, которая представлена различными фирмами-автопроизводителями: АУДИ, БМВ, Вольво.

Основные неисправности и их признаки

Механическая КПП надёжная. Она может прослужить без капитального ремонта 300000 и более тысяч километров. А сцепление на некоторых моделях авто «ходит» 200000-250000 км.  Но даже такой долговечный узел может сломаться. Часто это происходит на большом пробеге или при неправильной эксплуатации и несвоевременном обслуживании. Признаками поломки являются:

1. Неприятные звуки, вой во время езды или переключения передач, а также на холостом ходу. Если они возникают при использовании нейтрали, то это указывает на низкий уровень масла или сильный износ подшипника ведущего вала. Появление звуков при переключении говорит о повреждении блокираторов механизма выбора передач, дефекте синхронизаторов, неполном выжимании или износе сцепления, а также о ненадёжном креплении узла. Когда шум появляется в движении, это указывает на недостаток трансмиссионки, износ синхронизаторов или подшипников.
2. Не включаются все или одна из передач.
3. Трудности при включении нужной ступени. Эти две проблемы связаны с износом синхронизаторов или шестерёнок, поломкой механизма переключения, износом или неполным выжиманием сцепления или повреждением тяг механизма, отвечающего за переключение скоростей.
4.  Произвольное выключение передачи вызывается повреждением синхронизаторов, вилок, механизма переключения, шестерен или подшипников. Эта проблема проявляется при износе подушек мотора, неисправности тяг или слабом креплении коробки.
5. Течь масла из КПП возникает при слабом закручивании сливной пробки, повреждении корпуса трансмиссии, износе сальников и прокладок. Иногда жидкость течёт из-за неправильно вставленного щупа.

Иногда проблемы связаны с неисправностью сцепления. На это указывают следующие симптомы:

• Гул, скрежет и иные посторонние звуки при выжимании педали;
• При нажатии на газ обороты увеличиваются, а автомобиль не ускоряется или делает это слишком медленно;
• Педаль сцепления проваливается;
• Вибрация при переключении скоростей или во время трогания;
• При выжимании педали чувствуется сильный запах палёной резины. Иногда это связано не с поломкой, а с неаккуратным обращением со сцеплением.

Механическая трансмиссия, вопреки мнению некоторых автомобилистов и экспертов, вовсе не изжила себя. Она имеет достоинства, которых нет у агрегатов иных видов. А при умелом использовании МКПП позволяет получить истинное наслаждение от вождения или покорить крутое бездорожье. Она дарит водителям драйверские эмоции и ощущение полного контроля над машиной. При этом коробка проста и дешева в обслуживании. Поэтому говорить о её неактуальности ещё очень рано.

Коробки передач с конструктивной спецификой

Помимо известных трансмиссий в транспортных средствах также могут применяться и уникальные модификации. Такие типы коробок имеют специфическую конструкцию, а вместе с ней и свой принцип работы.

Безвальная КП

Трансмиссии, в которых не используются валы с набранным комплектом шестерен, называются безвальными. В своей конструкции они имеют несколько рядов шестерен, расположенных в двух параллельных осях. Соединение шестерен осуществляется благодаря блокировке муфт.

Шестерни расположены на двух валах. Две из них закреплены намертво: на ведущем она установлена в первом ряду, а на ведомом – в последнем. Промежуточные шестерни, расположенные на них, могут играть роль ведущей или же ведомой в зависимости от сформированного передаточного числа.

Такая модификация позволяет увеличить передаточное отношение в обоих направлениях. Еще одно достоинство подобной трансмиссии – увеличенный силовой диапазон коробки. Одним из самых серьезных недостатков является обязательное наличие вспомогательной автоматической системы, с помощью которой осуществляется переключение скоростей.

Несинхронизированная КП

К еще одной разновидности специфических коробок относится несинхронизированная или та, в конструкции которой не предусмотрено наличие синхронизаторов. Это может быть тип с постоянным зацеплением шестерен или со скользящими шестернями.

Чтобы переключить передачу в такой коробке, водитель должен обладать определенным навыком. Он должен уметь самостоятельно синхронизировать вращение шестерен и муфт, определяя время перехода от передачи к передаче, а также выравнивая скорость вращения коленвала акселератором. Профессионалы называют эту процедуру перегазовкой или двойным выжимом сцепления.

Для выполнения плавного переключения водитель должен иметь опыт в управлении такими механизмами. Подобный тип трансмиссии устанавливается в американских тягачах, мотоциклах, иногда в тракторах и спортивных автомобилях. В современных несинхронизированных трансмиссиях можно не использовать сцепление.

Кулачковая КП

Кулачковые коробки это разновидность несинхронизированной модели. Отличием является форма зацепляемых зубьев. Для повышения кпд коробки передач используется прямоугольная форма или кулачковый профиль зубьев.

Такие коробки очень шумные, поэтому в легковом транспорте используются в основном на гоночных авто

Во время соревнований на этот фактор не обращается внимание, но в обычном автомобиле такая трансмиссия не даст возможности получить наслаждение от поездки

Секвентальная КП

Под секвентальной коробкой подразумевается тип трансмиссии, в котором переход на пониженную или повышенную передачу осуществляется исключительно на одну ступень. Для этого используется ручка или ножной переключатель (на мотоциклах), который позволяет переместить шестерню в корзине исключительно на одну позицию за одно нажатие.

Похожий принцип работы имеет автоматическая коробка типа Типтроник, но она лишь имитирует действие данной трансмиссии. Классическая секвентальная коробка устанавливается в болидах F-1. Переключение скорости в них осуществляется при помощи подрулевых лепестков.

Преселективная КП

В классическом исполнении преселективная КП требовала предварительного выбора следующей передачи до того, как коробка на нее переключится. Часто это выглядело так. Во время движения авто водитель выставлял на селекторе следующую передачу. Механизм подготавливался к переключению, но выполнял это по команде, например, после нажатия на сцепление.

Классификация коробок передач по принципу работы трансмиссии коробки передач бывают механические и гидродинамические.

Классификация коробок передач по числу валов:

— Многовальные (планитарные коробки передач или 2х, 3х поточные механические коробки).

Классификация коробок передач по числу передач и диапазонов бывают с 1м или 2мя диапазонами.

Классификация коробок передач по способу переключения передач с разрывом потока мощности и без разрыва потока мощности.

Коробки передач с разрывом потока мощности – способ переключения передач скользящими шестернями, зубчатыми или кулачковыми муфтами, синхронизаторами.

Коробки передач без разрыва потока мощности – переключение передач фрикционными муфтами, тракторы, audi TT 3,2 Quattro с двумя сцеплениями.

Классификация коробок передач по способу управления коробки передач бывают с ручным и автоматическим управлением.

Классификация коробок передач по способу смазки, с принудительной смазкой (МАЗ, КРАЗ), разбрызгивание.

Классификация коробок передач по способу перемещения осей – с неподвижными и с подвижными осями (планетарные).

Классификация коробок передач по числу степеней свободы – с 2мя и с 3мя степенями свободы.

Коробки передач должны иметь достаточное число передач с правильно выбранными передаточными числами, высокий КПД, небольшие размеры и вес (массу).

Коробки передач должны быть не сложными по конструкции, надежными и износостойкими в работе, простыми в управлении, удобными при обслуживании и ремонте.

Расчет коробки передач производится в следующем порядке:

1) Задаются числом передач и выбирают схему коробки передач;

2) Распределяют общее передаточное число трансмиссии;

3) Определяют передаточные числа коробки передач на различных передачах;

4) Устанавливают число зубьев шестерен, вычисляют их модуль и основные размеры;

5) Вычерчивают в масштабе компоновочную схему коробки передач;

6) Определяют силы действия на валы и реакции их опор;

7) Рассчитывают валы на прочность и жесткость;

Подбирают подшипники.

При выбранной схеме коробки передач, ее основные параметры зависят от параметров шестерен, которые определяют расчетом на прочность и износ и уточняются при стендовых и дорожных испытаниях. Для коробки передач с неподвижными валами величина межцентрового расстояния ориентировочно определяется по величине максимального крутящего момента двигателя

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.

Четырехступенчатая и пятиступенчатая МКПП

Итак, на смену так называемой «четырехступке» достаточно быстро пришла «пятиступка». Сразу отметим, пятиступенчатая коробка передач механика не сильно отличается от 4-х ступенчатой КПП по устройству (форма задней крышки и другие элементы похожи). Главной отличительной особенностью является размещение пятой ступени (скорости, передачи), которая стоит в конце вторичного вала. Пятиступенчатая коробка передач получила такие же передаточные числа, как и четырехступенчатая коробка передач. Большинство деталей также одинаковые, так как пятиступенчатая коробка изготовлена на основе четырехступенчатой. Коробка 5МТ имеет первичный, вторичный и промежуточный валы. Конструктивно первичный вал такой же, как и у четырехступенчатой коробки, однако вторичный вал получил несколько отличную заднюю часть, где установлены элементы пятой передачи.

Если точнее, в заднем торце промежуточного вала имеется резьбовое отверстие, куда вкручивается болт крепления блока шестерен пятой передачи, а также заднего хода. Сама пятая передача и задний ход находятся в полости задней крышки, ступица муфты синхронизатора пятой передачи установлена вместе с ведомой шестерней заднего хода на вторичном валу. Далее, за ступицей, установлена упорная шайба и втулка, где стоит шестерня пятой передачи.

Указанная дополнительная пятая передача была использована для того, чтобы позволить двигателю работать с меньшими оборотами при езде на высокой скорости. С одной стороны, такое решение увеличивает ресурс ДВС и КПП, а с другой позволяет экономить топливо.

Простыми словами, владельцам автомобилей с 4-х ступенчатой МКПП хорошо знакома ситуация, когда при движении по трассе со скоростью от 100-120 км/ч и выше на четвертой передаче обороты двигателя высокие, двигатель и коробка сильно шумят под нагрузкой, повышен расход топлива. Чтобы повысить комфорт, остается только снизить скорость.

Именно для решения указанной задачи конструкторы и внедрили 5 передачу, чтобы снизить нагрузку на двигатель и КПП, уменьшить шумы и повысить топливную экономичность.

Как правило, пятая передача является повышающей (повышенной), включать ее рекомендуется на скорости от 80-100 км/ч на ровной дороге. При этом дальнейшее увеличение количества ступеней возможно и практикуется (например, МТ6), однако зачастую большинство МКПП имеют 5 передач. Причина — необходимость постоянно переключать передачи самим водителем, что затрудняет управление ТС.

Если говорить о недостатках, 5-и ступенчатая коробка более требовательна к уровню масла в КПП, чем четырехступка. Если масла в коробке недостаточно, часто бывает так, что именно 5 передача первой выходит из строя, КПП начинает выть и сильно шуметь под нагрузкой.