Мкпп

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.

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.

Экскурс в историю

На первых автомобилях не было привычного для нас редуктора с зубчатыми передачами, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю необходимо было перекинуть кольцо с одной пары шкивов на другую. Зубчатые колеса в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции были механические коробки.

Передача крутящего момента от нее на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи. Соосная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.

На первых порах в автомобилестроении преобладала разнесенная компоновка агрегатов, при которой редуктор располагался отдельно от силового агрегата. Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как было на модели BMW 501.

Механические коробки первых выпусков были очень сложными, управление ими требовало значительных усилий и хороших навыков. В 1928 году американский инженер Шарль Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая удачная коробка, снабженная таким механизмом, была установлена на автомобиле «Корвет». На европейском континенте лидером в разработке трансмиссий стала компания ZF.

Прочно закрепившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры -механическая коробка переключения передач. Ранее в названии под первой буквой П понималось слово перемены, однако со временем оно было заменено на более подходящее по смыслу. Сокращенное наименование механической коробки в технических описаниях часто фигурирует с числом, обозначающим количество ступеней.

Современная МКПП имеет достаточно совершенное устройство, обеспечивающее, помимо переключения передач в движении, выполнение ряда функций:

• обеспечение перемещения автомобиля задним ходом;
• разобщение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля во время кратковременных остановок;
• наличие нейтрального положения коробки позволяет выполнять пуск двигателя.

Автомобили, оснащенные такого рода трансмиссиями, при прочих равных показателях экономичнее машин с автоматической трансмиссией.

Ступенчатые коробки передач. Принцип действия

Наиболее распространены ступенчатые коробки передач. Их классифицируют по следующим основным признакам:

• по числу передач (ступеней) — четырех-, пятиступенчатые и т.д.;
• способу зацепления шестерен — с подвижными шестернями и с шестернями постоянного зацепления
• расположению валов относительно продольной оси трактора — с продольным и поперечным расположением валов. В тракторах Т-16М, Т-25А и ЛТЗ-55 применены коробки передач с поперечным расположением валов, в большинстве тракторов — коробки передач с продольным расположением валов
• способу переключения передач — коробки, переключаемые с остановкой трактора и без его остановки (на ходу)
• способу управления — с механическим, гидравлическим и электромагнитным механизмом включения передач

Принцип работы шестеренных коробок передач основан на том, что вращение от ведущего вала к ведомому передается через шестерни, которые могут входить в зацепление друг с другом в определенных сочетаниях.

Рассмотрим работу наиболее распространенной трехвальной пятиступенчатой коробки передач с прямой передачей. Вращающий момент двигателя через сцепление передается первичному валу 7, а с него через шестерни 2 и 11 — промежуточному валу 9.

На промежуточном валу 9 жестко закреплены ведущие шестерни 10, в зацепление с которыми входят соответствующие ведомые каретки шестерен 4 вала 6. Перемещая каретки шестерен 4 по шлицам вала 6, в данной схеме можно получить пять передач вперед и одну назад. Чтобы включить прямую (пятую) передачу, необходимо первую каретку шестерен 4, выполненную в виде зубчатой муфты 3, переместить влево и ввести в зацепление с зубьями первичного вала. Тогда первичный I и вторичный 6 валы будут вращаться как одно целое.

Коробки с прямой передачей компактны. Их широко применяют на автомобилях и отдельных тракторах. Для увеличения числа передач применяют составные коробки передач. Они представляют собой комбинацию двух коробок; двухвальной, называемой редуктором, и трехвальной — основной.

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 трёхвальной системы

Трёхвальная система оборудована тремя валами:

1. Ведущим валом;
2. Промежуточным валом;
3. Ведомым валом.

Ведомый вал механической коробки передач с помощью подшипника внутри первого вала соединяется с ведущим и располагается таким образом, что оси ведомого и ведущего соотносятся между собой. В свою очередь такое строение позволяет им вращаться независимо друг от друга. Шестеренки ведомой оси жестко не зафиксированы по отношению к ведомому валу, а сами шестерни имеют специальные разграничители – синхронизатор-муфту. Такие разграничители, в отличие от блоков шестеренок, крепко прикреплены к ведомому валу. Однако это не мешает им перемещаться по шпицам вдоль оси.

Торцы муфты-синхронизатора имеют форму зубчатых венцов, что позволяет им соприкасаться с венцами на торцах шестеренок ведомого вала. В настоящее время устройство передач оснащается такими синхронизаторами на всех передних передачах.

При заднеприводном типе авто передача крутящего момента и оборотов на ведущие колеса происходит через карданный вал, а при переднеприводном – с помощью ШРУСов и редуктора. В случае, если отсутствует шестерня, и муфта цепляет напрямую ведомый и ведущий валы, коробка переключения передач дает максимально возможный коэффициент полезного действия. Для задней передачи устройство коробки оснащается шестерней, позволяющей менять направление вращения в обратном порядке.

Это интересно: Как определить, что патрубок радиатора вышел из строя?

В последнее время производители механических коробок передач отдают предпочтение шестеренкам с косым зубом. В отличие от прямозубых, такие шестерни производят минимум шума при работе и отличаются большей износостойкостью. Срок годности таких шестерен обусловлен материалом, из которого они изготавливаются: сталь высоколегированная, закаленная током высокой частоты и нормализированная для снятия напряжения.

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.

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.

Назначение коробка передач и требования к ней

Коробка передач служит для преобразования вращающего момента по значению и направлению, изменения силы тяги на ведущих колесах, скорости и направления движения, обеспечивает возможность движения машинно-тракторных агрегатов (МТА) задним ходом и длительное разъединение двигателя и ведущих колес.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

• увеличение тягового усилия до значения, необходимого для преодоления сопротивления движению в заданных эксплуатационных условиях при хороших показателях топливной экономичности
• обеспечение оптимального использования мощности двигателя, уменьшение работы буксования сцепления
• обеспечение управления переключением передач, сокращение переключений для повышения динамических качеств
• высокий КПД на чаще всего используемых передачах
• наличие нейтрального положения для длительного отключения двигателя от трансмиссии, а также передачи заднего хода
• возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования

Технический уровень современных тракторов и автомобилей, эффективность их использования в значительной мере зависят от типа трансмиссии, числа передач, перепада между ними, способа переключения передач, надежности и стоимости.