Особенности устройства коробок передач

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Независимо от типа трансмиссии, этот механизм состоит из нескольких узлов, которые обеспечивают эффективность и высокий КПД устройства. Вот из каких агрегатов состоит коробка передач.

Диск сцепления

Этот элемент обеспечивает жесткую сцепку маховика двигателя с ведущим валом главной передачи. Однако при необходимости данный механизм также разъединяет мотор и коробку. Механическая трансмиссия оснащается корзиной сцепления, похожее устройство имеет и робот.

В автоматических модификациях эту функцию выполняет гидротрансформатор. Единственное отличие – диск сцепления может обеспечить прочную связь мотора и механизма трансмиссии даже при заглушенном моторе. Это позволяет использовать передачу в качестве противооткатного механизма в дополнение к слабому ручнику. Сцепление позволяет запустить двигатель с толкача, чего нельзя сделать на автомате.

Механизм сцепления состоит из таких элементов:

• Фрикционные диски;
• Корзина (или корпус, в котором расположены все элементы механизма);
• Вилка (перемещает нажимной диск, когда водитель нажимает на педаль сцепления);
• Ведущий или первичный вал.

Среди разновидностей сцепления бывают:

• Сухие. В таких модификациях используется сила трения, благодаря чему фрикционные поверхности дисков не позволяют им проскальзывать во время передачи крутящего момента;
• Мокрые. Более дорогая модификация, в которой используется гидротрансформаторное масло, продлевающее срок службы механизма, а также делающее его более надежным.

Главная передача

Основная задача главной передачи – принимать усилия, поступающие от мотора и передавать их на подсоединенные узлы, а именно на ведущий мост. Главная передача увеличивает КМ (крутящий момент) и вместе с тем уменьшает обороты ведущих колес авто.

Машины с передним приводом оснащаются данным механизмом возле дифференциала КПП. Модели с задним приводом имеют этот механизм в картере заднего моста. В устройство ГП входит полуось, ведущая и ведомая шестерни, полуосевые шестерни, а также шестерни-сателлиты.

Дифференциал

Передает крутящий момент, изменяет его и распределяет на несоосные механизмы. Форма и принцип работы дифференциала отличаются в зависимости от привода машины:

• Заднеприводная модель. Дифференциал устанавливается в картере моста;
• Переднеприводная модель. Механизм установлен в коробке передач;
• Полноприводная модель. Дифференциал находится в раздаточной коробке.

В конструкцию дифференциала входит планетарный редуктор. Существует три модификации планетарной передачи:

• Коническая – используется в межколесном дифференциале;
• Цилиндрическая – применяется в межосном дифференциале полноприводного авто;
• Червячная – считается универсальной модификацией, которую можно использовать, как в межколесном, так и межосном дифференциалах.

В устройство дифференциала входят осевые шестерни, закрепленные в корпусе. Они связываются между собой планетарной передачей, которая состоит из шестерен-сателлитов. Подробней об устройстве дифференциала и принципе работы читайте здесь.

Карданная передача

Карданная передача – это вал, состоящий из двух или больше частей, которые соединены между собой при помощи шарнирного механизма. Она используется в разных частях автомобиля. Основное применение – в заднеприводном транспорте. Коробка передач в таких автомобилях часто находится ниже, чем редуктор заднего моста. Чтобы ни механизм коробки, ни редуктора не испытывал дополнительную нагрузку, вал, расположенный между ними должен разделяться на секции, соединение которых обеспечивало бы плавное вращение при деформации узла.

Если кардан неисправен, то в процессе передачи крутящего момента ощущаются сильные шумы и вибрации

Когда водитель заметил такой эффект, ему следует уделить внимание ремонту, чтобы из-за повышенных вибраций не вышли из строя механизмы трансмиссии

Чтобы трансмиссия прослужила максимально эффективно и долго без ремонтов, каждую коробку необходимо обслуживать. Производитель устанавливает свой срок планового ТО, о чем автовладелец информируется в технической документации. Чаще всего этот период находится в районе 60 тысяч километров пробега авто. В техническое обслуживание входит замена масла и фильтра, а также сброс ошибок, если такие имеются в электронном блоке управления.

Подробней об уходе за коробкой рассказано в другой статье.

Устройство АКПП

Коробка автомат, она же автоматическая коробка передач

, также может отличаться по конструкции. Базовые элементы те же что и в МКПП – валы, механизм и рычаг для выбора режима работы, в ряде случаев и переключения передач, картер. Их назначение аналогично. Отличий от механики несколько. Первое. Сцепление заменено на гидротрансформатор, его еще называют «бубликом», или гидромуфту (реже), они состоят из турбины, насосного колеса. Отличие гидротрансформатора от гидромуфты в наличии реактора и другой форме турбины со статором. Второе. Привод используется не механический, а гидромеханический.Трансмиссионная жидкость необходима не только для смазки деталей, но и используется как рабочая, для обеспечения передачи определенного крутящего момента. Третье. Наличие электронного блока управления с датчиками. Они бывают разнообразными, например, отметим блоки управления:

• двигателем (называется ECU);
• коробкой передач (используется термин TCU);
• управления трансмиссией (применяется аббревиатура TCM).

Все во многом зависит напрямую от производителя. Останавливаться на устройстве более подробно не будем, тема для отдельной большой статьи. Лишь отметим получившую наибольшее распространение схему. Она основана на использовании планетарных рядов с фрикционным переключением передач (пакетами фрикционов). Хотя возможны варианты, коробка автомат в конструкционном плане достаточно вариативна.

Обслуживание и ремонт

Грузовик ГАЗ-51 имеет простую конструкцию, не требующую специального оборудования для ремонта и обслуживания. Ресурс агрегатов до проведения ремонта не превышает 40-50 тыс. км, что обусловлено низким качеством запасных частей и конструктивными особенностями.

Регулировка клапанов

Признаком необходимости регулировки клапанов является затрудненный пуск и стук механизма газораспределения при любой частоте вращения коленчатого вала. При уменьшении зазора происходит сгорание остатков топливной смеси в глушителе или карбюраторе. Нормальным является зазор 0,23 и 0,28 мм на впуске и выпуске соответственно.

Типы, модели и технические особенности КП камских грузовиков

Вплоть до конца 1990-х годов на КАМАЗы устанавливалось ограниченное количество типов коробок передач отечественного производства. Но в последние десять лет, с запуском совместного предприятия ZF-КАМА в Набережных Челнах, количество типов и моделей КПП для камских грузовиков многократно возросло, и в настоящее время одних только модельных рядов коробок больше десятка, а модификаций в разы больше.

На автомобили КАМАЗ сегодня ставятся механические, автоматизированные и автоматические коробки передач производства КАМАЗ и ZF-КАМА, все они имеют свои особенности.

К механическим коробкам относятся:

• Модельный ряд КАМАЗ 14 — модели 14, 141, 142 и 144;
• Модельный ряд КАМАЗ 15 — модели 15, 152 и 154;
• Модель КАМАЗ 161;
• Модельный ряд ZF 6S — модели 6S700, 6S1000, 6S1200;
• Модельный ряд ZF 9S — модели 9S109/9S1310, 9S1315;
• Модельный ряд ZF 16S — модели 16S151/16S1820, 16S1821, 16S1822, 16S1825.

КПП модельного ряда 14 — это наиболее старые коробки, которые, однако, все еще находят широкое применение. Это обычные 5-ступенчатые трехходовые КП, имеющие синхронизаторы на всех скоростях и дистанционное управление с помощью рычага из кабины. Коробки 14 отличаются компактными габаритами, простой конструкцией и надежностью, чем и обусловлено их «долголетие».

КПП модельного ряда 15 созданы на базе КПП 14 путем добавления дополнительного агрегата — делителя. Расположенный между сцеплением и коробкой (в одном корпусе с ними), делитель обеспечивает удвоение количества передач, поэтому все КПП 15 имеют 10 передач вперед и 2 передачи назад.

КПП 161 — это сегодня довольно редкая КП, созданная на базе КПП фирмы ZF. Это 8-ступенчатая коробка, построенная на базе обычного 4-ступенчатого редуктора и планетарного демультипликатора, удваивающего количество передач (кроме передачи заднего хода). Демультипликатор, в отличие от обычного делителя, устанавливается в задней части коробки передач, поэтому происходит меньшая потеря крутящего момента и мощности.

КПП ZF 6S — это обычные 6-ступенчатые коробки передач, не имеющие каких-либо особенностей. Отличаются малыми габаритами и массой (в 2,5 раза легче КАМАЗовских КПП 14), при этом имеют простую конструкцию и высокую надежность.

КПП ZF 9S — это линейка различных по исполнению и характеристикам 9-ступенчатых коробок. Основу этих КПП составляет 5-ступенчатый редуктор, который имеет четыре основных и одну понижающую передачу. Редуктор нагружен на демультипликатор, удваивающий только четыре основных передачи — все это вместе с понижающей передачей и обеспечивает наличие 9-ступеней в данной КПП.

КПП ZF 16S — это целый ряд 16-ступенчатых коробок передач, которые построены на базе 8-ступенчатой КПП и планетарного демультипликатора. Отдельные модели (например, ZF 16S151) дополнительно имеют делитель, который позволяет удваивать число передач и при совместной работе с демультипликатором более тонко выбирать режим движения автомобиля. Ряд моделей данных коробок имеет дополнительное оборудование — коробку отбора мощности, гидродинамический тормоз-замедлитель и т.д.

У всех механических коробок ZF-КАМА есть общие конструктивные особенности. В частности, переключение всех передних передач в них осуществляется с помощью синхронизаторов, и только задние (а в некоторых случаях и понижающие) передачи включаются с помощью зубчатой муфты.

Автоматизированные коробки представлены только линейкой ZF 12AS, в которую входят агрегаты 12AS1930 и 12AS1931. Это 12-ступенчатые КПП, построенные на основе 3-ступенчатого редуктора, делителя и планетарного демультипликатора (благодаря которым и обеспечивается учетверение количества передач). Модификации отличаются типом привода механизмов переключения делителя и демультипликатора и некоторыми характеристиками (в частности, коробка 12AS1930 выпускается в двух вариантах — с прямой и повышающей высшей передачей).

Автоматические коробки передач также представлены одной линейкой ZF 6HP, которую входят модели 6HP504, 6HP602 и 6HP902. Это все 6-ступенчатые КПП с гидромеханическим управлением, построенные на основе планетарного редуктора. «Старшие» модели могут оснащаться дополнительным оборудованием — коробками отбора мощности (причем их может быть сразу две на одной коробке).

Все рассмотренные коробки передач представлены в нескольких модификациях, которые отличаются передаточными числами некоторых передач, имеют дополнительного оборудование и т.д. Также ряд КП ZF имеют модификации для установки в экспортные варианты грузовиков с правым расположением руля.

Создание КПП ГАЗ 53

На первых выпусках ГАЗ 53 (с индексом «Ф») устанавливался шестицилиндровый двигатель и задний мост ГАЗ 51. Коробка передач тоже взяли от 51-ого, но она была модернизирована. Следует заметить, что заменить КПП ГАЗ 53 на ГАЗ 51 возможно, но не всегда это делать имеет смысл. У пятьдесят первой коробки другие передаточные числа. К тому же, она рассчитана на менее мощный двигатель и меньшую грузоподъемность.

Этот автомобиль уже был оснащен мощным V-образным 8-цилиндровым двигателем, поэтому на новой модели пришлось сконструировать новый задний мост и усовершенствовать КПП.

Пример грузовика ГАЗ 53Ф Старые мосты и коробки не выдерживали нагрузок, которые были под силу мотору.

Вопросы ТО и ремонта коробок передач

Сразу же следует отметить, что КАМАЗы с автоматизированными и автоматическими коробками ZF, а также все новые грузовики с механическими коробками ZF и КАМАЗ должны проходить ТО в условиях автосервиса. Самостоятельное обслуживание «автоматов» практически невозможно, а даже самостоятельная замена масла в «механике» может привести к проблемам с гарантией.

Обычно ТО КПП сводится к замене масла, периодичность замены зависит от типа коробки и условий эксплуатации автомобиля, и может лежать в пределах 45-90 тысяч км пробега (но не более). В особо сложных условиях эксплуатации менять масло приходится не реже 1000 рабочих часов, в противном случае значительно повышается вероятность быстрого износа коробки передач. В некоторых моделях коробок одновременно с маслом меняется и масляный фильтр.

Ремонт КПП также имеет смысл проводить в сервисе, так как эта работа требует значительных затрат сил и применения специального оборудования. Но ряд неисправностей можно устранить и без сложного ремонта — обычно это нарушение регулировок в приводе переключения передач и в приводе механизма переключения делителя (или демультипликатора). Для решения проблемы достаточно провести регулировки согласно инструкции по эксплуатации автомобиля.

Регулярное техническое обслуживание и своевременный ремонт продлят нормальную работу коробки передач, что обеспечит и эффективную эксплуатацию всего грузовика.

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.

Схема устройства коробки передач ГАЗ-53

Здесь речь пойдет о коробке передач известного грузовика ГАЗ 53.

Устройство и схема КПП от грузовика ГАЗ 53.

КПП на этом грузовом автомобиле имеет четыре передние скорости и одну заднюю. Является механической, состоящей из трех валов: ведущий, ведомый, промежуточный. Коробка передач ГАЗ 53 рассчитана на три хода.

Благодаря коробке передач существует возможность передавать обороты, который развивает двигатель, на ведущие колеса, при этом изменяя величину тяговой силы. При необходимости, используя КПП, можно прекратить передачу этих оборотов на ведущие колеса. Этому соответствует нейтральное положение рычага коробки передач.

Положения рычага переключения коробки передач автомобиля ГАЗ-53А.

Принцип работы механической коробки передач

Устройство механической коробки передач включает в себя:

1. Саму коробку, которая представляет собой многоступенчатый редуктор;
2. Сцепление;
3. Различные валы и шестерни.

Если объяснять принцип работы МКПП для чайников, то можно сформировать его так:

1. Шестерни меняют частоту оборотов между валами. Путём замены размеров шестерен, происходит переключение на повышенную или пониженную передачу;
2. Без сцепления переключение передач на ходу невозможно. Его работа состоит в разъединении мотора и трансмиссии. Данная процедура помогает переключать передачи, не разбивая шестерни и вал.

Каждая МКПП (если это не инновационная модель) устроена по схожей конструкции. На валах (на их осях) располагаются зубчатые шестерни. МКПП бывают с двумя или тремя валами, а корпус называется картером.

Применимость КПП КАМАЗ и ZF

Детально описывать применимость каждого типа и модели КПП здесь не имеет смысла, но следует сделать несколько замечаний по этому поводу.

В настоящее время автоматические коробки 6HP504 используются только на автобусном шасси КАМАЗ-5297, а «старшие» модели устанавливаются только на восьмиосные грузовики КАМАЗ-6560. Автоматизированные коробки также пока находят ограниченное применение — они массово ставятся на магистральные тягачи КАМАЗ-5460 и более современные 5490.

Все остальные грузовики комплектуются коробками с ручным управлением, причем здесь возможные самые разные варианты и сочетания. Например, двухосный КАМАЗ-4326 (грузовик повышенной проходимости, 4×4) может оснащаться коробками моделей 152 и несколькими моделями ZF 16S, самосвал 65115 — КПП 154 и ZF 9S, и т.д.

История создания

Разработка нового советского грузовика, призванного прийти на смену «полуторке» ГАЗ-АА (ММ), производилась на Горьковском автозаводе под пристальным вниманием со стороны высшего руководства СССР, которое поставило чёткую задачу: создать простую универсальную машину на базе достаточно современных и проверенных агрегатов. История создания модели, первоначально получившей индекс ГАЗ-11-51, началась в феврале 1937 года, и уже в 1939 году разработчики представили первый экземпляр опытного автомобиля, который за следующий год успел пройти полный цикл испытаний

К середине 1941 года автозавод в Горьком уже осуществлял подготовку к массовому выпуску новой модели, но Великая Отечественная война нарушила эти планы. В то же время стремительное развитие техники в военный период привело к серьёзным изменениям в конструкции машины. Работы над проектом грузовика возобновились в 1943 году, и по их итогам от довоенного ГАЗ-51, по сути, осталось лишь название. Были полностью переделаны мотор и все системы по его обслуживанию, появилась новая кабина, в конструкции машины стало возможным задействовать более мощные шины.

Преобразования привели к увеличению грузоподъёмности автомобиля с 2 до 2,5 тонн. В июне 1945 года предсерийная версия грузовика ГАЗ 51 была представлена высшему руководству СССР и получила одобрение на запуск в массовое производство. Через несколько месяцев была выпущена партия из двух десятков машин, на которых развернулась программа испытаний. Но ещё до завершения этого процесса в 1946 стартовал полномасштабный серийный выпуск новых советских автомобилей.

Вариативная коробка (Вариатор)

Это тип бесступенчатых КПП, в которых передача крутящего движения на колеса осуществляется при помощи механики или гидравлики. В подобных КПП передачи, собственного говоря, и не предусмотрены.

Вариативные коробки способны обеспечить самые лучшие динамические характеристики любого автомобиля. Зачастую вариаторы устанавливаются в большинстве малолитражных моделей японских автомобилей.

Главные преимущества вариативных коробок заключаются в надежности, простоте, плавной передаче крутящего момента и высоком КПД. Большинство бесступенчатых коробок передач дополнительно оснащаются ручным режимом, который позволяет выбрать передачу, которая подражает работе механической КПП.

По мнению специалистов, наиболее радужные перспективы развития все же остаются у роботизированных и бесступенчатых коробок передач, поэтому неслучайно то, что сейчас многие задаются вопросом, а чем, собственно, вариатор отличается от АКПП?

Разновидности и характеристики коробок передач на КАМАЗ

Грузовые автомобили КАМАЗ могут комплектоваться несколькими разновидностями коробок передач, производимыми отечественными и зарубежными компаниями. Среди модификаций:

• 14 (Россия);
• 15 (Россия);
• 161 (Россия);
• ZF (Германия).

КПП 14 модели

КПП представлена несколькими разновидностями: 141, 142, 144. Устанавливается на самосвалах и других единичных грузовых автомобилях КАМАЗ. МКПП с пятью передачами. Переключение трехходовое, осуществляется с использованием качающегося рычага дистанционно.

КПП 15 модели

Разновидности: 152, 154. Устанавливаются на автомобили-тягачи, которые работают в составе автопоездов. МКПП с десятью передачами, в устройстве которой объединены пятиступенчатая коробка и двухступенчатый делитель.

Благодаря наличию переднего делителя общее количество скоростей увеличено до двенадцати — 10 скоростей передних и 2 задних. Скорости переключаются дистанционно с использованием качающегося рычага, скорости делителя переключаются пневматически путем нажатия на специальную кнопку-переключатель на рычаге.

КПП 161 модели

КПП, имеющая восемь ступеней — четырехступенчатая коробка, совмещенная с двухступенчатым демультипликатором для прямой и пониженной передачи.

КПП ZF модели

В модельном ряде ZF — несколько модификаций, которые могут быть шестиступенчатыми, девятиступенчатыми и шестнадцатиступенчатыми. Модели КПП ZF выпускаются совместным германско-российским предприятием ZF-КАМА и имеют улучшенные эксплуатационные характеристики.