Механическая коробка передач — Википедия

Четырёхступенчатая МКП TopLoader автомобиля фирмы Ford Механическая коробка передач изнутри

Механическая коро́бка (переключения) переда́ч (МКПП или МКП) — разновидность коробки передач, механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную. Названа так, поскольку вся её основная функциональность реализуется исключительно за счёт механических устройств, без применения гидравлических или электрических элементов (в отличие от гидромеханической или электромеханической трансмиссий, содержащих в своей конструкции, соответственно, гидравлические и электрические элементы).

Коробка передач обеспечивает использование оптимального режима работы двигателя при движении в различных условиях. В механической коробке передач это осуществляется за счёт осуществляемого водителем переключения ступеней (передач), имеющих различное передаточное число.

Используемый на большинстве автомобилей двигатель внутреннего сгорания может работать лишь в достаточно узком диапазоне оборотов, равном 5 … 10 — например, 500 … 2100 мин⁻¹ для дизеля ЯМЗ-236 грузовиков МАЗ-500, Урал-4320^[1], 800 …8000 мин⁻¹ для бензинового двигателя легкового автомобиля. Между тем, диапазону скоростей, развиваемых автомобилем при эксплуатации, обычно соответствует частота обращения колёс примерно от 50 до 2500 об/мин (при полностью включенном сцеплении, без учёта его кратковременной пробуксовки, позволяющей автомобилю трогаться с места, когда скорость обращения ведущих колёс «отстаёт» от величины, заданной скоростью обращения коленчатого вала двигателя). Например, у автомобиля ВАЗ-2106 рабочий диапазон оборотов двигателя — примерно 850…6000 об/мин, а диапазон частоты обращения колёс — от 60 об/мин (при скорости 7 км/ч, соответствующей движению на первой передаче на холостом ходу) до 1460 об/мин (при максимальной скорости в 154 км/ч; расчёт сделан для радиуса качения колеса, равного 28 см) — диапазон равен 1460 / 60 = 24,(3). Кроме того, при невысоких оборотах развиваемая двигателем мощность мала, а максимальное её значение достигается лишь при оборотах несколько ниже максимальных — так называемых оборотах наибольшей мощности. Величина развиваемого двигателем крутящего момента меняется в меньшей степени, но тоже имеет максимум, достигаемый при оборотах максимального крутящего момента, обычно примерно посередине рабочего диапазона. Таким образом, эти два диапазона принципиально несовместимы друг с другом, то есть, невозможно подобрать какое либо одно передаточное число, при котором будет обеспечиваться необходимый диапазон скоростей обращения колёс, и при этом — в полной мере использоваться рабочий диапазон оборотов двигателя.

Для трогания с места и разгона автомобиля необходимо затратить большую работу в физическом смысле, следовательно — на его колёса требуется подать значительную мощность, которую можно получить лишь при достаточно высоких оборотах двигателя. Между тем, скорость движения автомобиля при трогании с места невысока. То же самое — при движении по бездорожью, когда высокие значения мощности и крутящего момента востребованы при невысокой скорости движения автомобиля.

Отсюда вытекает необходимость в трансмиссии с переменным передаточным числом, позволяющим использовать различные соотношения между скоростями обращения коленчатого вала двигателя и ведущих колёс. Наиболее технически простым способом обеспечения переменного передаточного числа трансмиссии и является использование ступенчатой механической коробки передач — шестерёнчатого редуктора, в котором передаточное число меняется за счёт выбора одной из нескольких пар передающих крутящий момент шестерён с различным передаточным отношением. Отношение между наибольшим и наименьшим передаточными числами трансмиссии в целом называется её

силовым диапазоном d или диапазоном регулирования. На легковых автомобилях общего назначения силовой диапазон трансмиссии обычно не превышает 5…6, у внедорожников может достигать 8…9 и более. Более широкий силовой диапазон позволяет для каждого режима работы двигателя подобрать наиболее экономичный и эффективный режим работы трансмиссии.

Низшие передачи (их обычно одна — две), задействованные при выборе которых пары шестерён имеют самые большие передаточные числа (на легковых автомобилях общего назначения обычно от 5:1 до 3,5:1), используются для трогания с места и динамичного разгона, а также постоянного движения с невысокой скоростью и по бездорожью. Даже при больших оборотах двигателя на низших передачах автомобиль будет ехать сравнительно медленно, но при этом в полной мере используются его мощность и крутящий момент, создающий разгоняющую автомобиль избыточную тяговую силу на колёсах (разница между полной величиной тяговой силы и силой сопротивления движению).

Однако превышение определённого критического значения избыточной тяговой силы (его величина зависит от массы, приходящейся на ведущую ось, и коэффициента сцепления между шиной и дорогой) приводит к пробуксовке ведущих колёс. Некоторые автомобили в обычных дорожных условиях даже не могут нормально тронуться с места на первой передаче из-за пробуксовки — обычно это грузовики или внедорожники с очень высокими значениями передаточных чисел низших передач, предназначенных для трогания с места в гружёном состоянии или в условиях бездорожья (на грунтах с высоким сопротивлением), а также большими общими передаточными числами трансмиссии в целом (Урал-375: передаточное число I передачи — 6,17; общее передаточное число трансмиссии на I передаче КПП при включенной низшей передаче в раздаточной коробке — 118).

Поэтому передаточные числа низших передач подбираются таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить при трогании с места преодоление максимальной величины сопротивления качению колёс, возможной при допустимых для проектируемого автомобиля условиях эксплуатации (для легкового автомобиля — в условиях грунтовой дороги с повышенным сопротивлением, для внедорожника — на слабонесущих грунтах с высоким коэффициентом сопротивления качению, и т.д.), а также устойчивое движение с минимальной скоростью, а с другой — при нормальных условиях не допустить при трогании с места пробуксовки ведущих колёс^{[2][неавторитетный источник?]}.

После трогания и начального разгона на низших передачах целесообразно перейти на более высокую передачу — одну из промежуточных, имеющих передаточные отношения обычно в пределах 2,5:1…1,5:1 (для легковых автомобилей общего назначения). Максимальные скорости, развиваемые на промежуточных передачах, выше, чем на низших, кроме того снижается шум за счёт меньших оборотов двигателя при той же скорости движения, однако приемистость на них хуже.

Количество промежуточных передач и соотношение между передаточными числами соседних передач характеризуются величиной плотности ряда передач — чем она выше, тем меньше падение оборотов двигателя при переключении между соседними передачами, тем плавнее происходит разгон автомобиля, облегчается работа синхронизаторов. Однако при этом растёт нагрузка на водителя — малейшее изменение условий движения начинает требовать перемены передачи, передачи становятся очень «короткими», а вождение — утомительным.

Высшие передачи, соответствующие которым пары шестерён имеют самые малые передаточные числа (около 1:1 или даже менее) — используются для движения с постоянной высокой скоростью. Двигатель при этом работает в основном с оборотами выше средних, вплоть до максимальных, что соответствует его максимальной мощности, которая как раз и необходима для развития максимальной скорости.

На высшей IV передаче с передаточным отношением 1:1 (прямой, при которой коленчатый вал двигателя напрямую соединяется через первичный вал со вторичным валом коробки передач и присоединённым к нему карданным валом) общее передаточное число трансмиссии будет определяться передаточным отношением редуктора главной передачи — в данном случае 4,1:1. Таким образом, на IV передаче этот автомобиль может двигаться в диапазоне скоростей примерно от 22 км/ч (при минимальных 850 об/мин) до 154 км/ч (при максимальных оборотах), а реально — и в ещё более узком, так как при оборотах, близких к минимальным, мощности двигателя может не хватать даже для равномерного движения, и двигатель будет глохнуть.

На высшей передаче автомобиль не может трогаться с места и двигаться на низкой скорости, зато может передвигаться на скорости вплоть до максимальной при оборотах двигателя, находящихся в приемлемых рамках. Обычная для междугородной трассы скорость в 90-110 км/ч развивается ВАЗ-2106 на IV передаче в диапазоне 3500-4000 об/мин, что соответствует оборотам максимального крутящего момента двигателя и, во-первых, способствует экономии топлива, так как именно данный режим работы двигателя является оптимальным с точки зрения экономичности, а во-вторых — обеспечивает автомобилю запас мощности на случай обгона. При необходимости же более интенсивного ускорения водитель может перейти на промежуточную III передачу, максимальная скорость на которой составляет примерно 120 км/ч.

Напротив, на низшей I передаче с передаточным отношением 3,24:1 общее передаточное число трансмиссии составляет уже 13,284:1, а диапазон скоростей — от 7 до 48 км/ч. На этой передаче машина может трогаться с места, маневрировать на парковке, двигаться в тяжёлых дорожных условиях, при невысокой скорости используя максимальные значения мощности и крутящего момента двигателя, но её максимальная скорость ограничена.

Силовой диапазон трансмиссии ВАЗ-2106, таким образом, равен 3,24 (для позднего варианта с 5-ступенчатой КП и главной парой 3,9:1 — 4,58).

Для переключения между ступенями коробки передач используется сцепление — фрикционная муфта с управлением от педали (как правило), обеспечивающая полное разобщение коробки передач с двигателем, что прекращает передачу через неё крутящего момента и позволяет водителю с приемлемыми затратами сил сдвинуть с места шестерни или муфты переключения передач, тем самым изменяя передаточное число трансмиссии, а также — плавное, безударное подсоединение коробки передач к двигателю, что также позволяет плавно трогаться с места — скорость первичного вала КПП при этом ниже, чем у коленчатого вала двигателя за счёт проскальзывания сцепления до момента его полного включения.

Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:

Va=3,6 πNrk/(30i0i)=0,377Nrk/(i0i){\displaystyle V_{a}=3,6~\pi Nr_{k}/(30i_{0}i)=0,377Nr_{k}/(i_{0}i)}

[3], где:

Принцип работы[править | править код]

Принцип работы механической КПП сводится к кинематическому соединению на различных ступенях входного и выходного валов различными комбинациями шестерен с разными передаточными числами.

Валы и шестерни[править | править код]

Любая коробка передач представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером) параллельных валов с расположенными на них шестернями.

В трёхвальной коробке передач имеются первичный, вторичный и промежуточный валы.

• Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
• Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом.
• Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала вторичному.

Первичный и вторичный валы расположены последовательно, вторичный опирается при этом на подшипник, установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен под первичным и вторичным валами параллельно им, нередко со смещением вбок. На валах находятся блоки шестерён. Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми.

На первичном валу находится ведущая шестерня, приводящая промежуточный вал в движение. На промежуточном валу расположен блок промежуточных шестерён, шестерни которого как правило жестко соединены с промежуточным валом и часто изготавливаются как единое целое с ним. На вторичном валу расположены ведомые шестерни, которые могут либо находиться на продольных шлицах вала и свободно перемещаться по ним в продольном направлении (скользящие шестерни), либо свободно вращаться на нём (шестерни постоянного зацепления), в этом случае их продольное перемещение исключено, а передача включается путём присоединения шестерни к валу скользящей на его шлицах муфтой включения передач, часто снабженной механизмом, выравнивающим угловые скорости вала и шестерни — синхронизатором. В несинхронизированных КП спортивных автомобилей или спецтехники для этой же цели часто используются кулачковые муфты.

В двухвальной коробке передач имеются только первичный (ведущий) и вторичный (ведомый) валы, а крутящий момент передаётся непосредственно с шестерён первичного вала на шестерни вторичного. Скользящие шестерни и/или шестерни постоянного зацепления со скользящими муфтами включения (зубчатыми либо кулачковыми) могут располагаться как на первичном, так и на вторичном валу.

Изредка для передачи вращения с первичного или промежуточного вала на вторичный вместо пар шестерён могли использоваться многорядные бесшумные зубчатые цепи Морзе или Рейнольда, что особенно широко практиковалось на дорогих автомобилях до повсеместного введения малошумных косозубых шестерён постоянного зацепления. При этом одна из звёздочек цепного привода выполнялась как единое целое с валом, а связанная с ней цепью вторая (обычно — расположенная на вторичном валу) могла быть зафиксирована на своём валу при помощи зубчатой либо кулачковой муфты, при этом цепь начинала передавать крутящий момент.

Переключение передач[править | править код]

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты). В отличие от шестерен, они закреплены на валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться вдоль его оси (вперёд-назад).

По числу муфт включения (или скользящих шестерён, если они использованы в конструкции вместо муфт) разделяют коробки передач двухходовые, трёхходовые, и так далее. Так, у трёхходовой коробки передач имеются три муфты включения, каждая из которых может блокировать на валу по две шестерни, соответствующие определённой передаче — то есть, у трёхходовой коробки передач может быть от 4 до 5 передач переднего хода (плюс задний ход). Четырёхходовая коробка может иметь 6, 7 (плюс задний ход) или 8 передач (без заднего хода) — последний вариант обычно применяется в сельхозтехнике, где задний ход обеспечивается отдельным реверс-редуктором.

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Такой же венец имеет задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут перемещать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок) при этом не допускает одновременного включения двух передач. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего (в трехходовой КП), что исключает одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе, и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на главную передачу через карданный вал.

Синхронизаторы[править | править код]

Для безударного включения передач в КП используются синхронизаторы, уравнивающие окружную скорость шестерни и муфты включения и не дающие муфте заблокировать шестерню, пока их скорости не сравняются. Так как этот процесс занимает время порядка миллисекунд, без применения специальных приборов обнаружить сопротивление синхронизатора перемещению муфты при переключении передач невозможно — водитель его просто не успевает ощутить (см. также раздел «Синхронизированные и несинхронизированные МКП»).

Пример[править | править код]

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной, трёхходовой четырёхступенчатой МКП заднеприводного легкового автомобиля, с шестернями постоянного зацепления и синхронизаторами на передачах переднего хода и скользящей шестернёй заднего хода. 1, 2, 3, 4, R — шестерни соответствующих передач, неподвижно закреплённые на промежуточном валу.

Цвета:

• Ведущий (первичный) вал — оранжевый
• Ведомый (вторичный) вал — жёлтый
• Промежуточный вал — серый
• Вал заднего хода и соответствующий ползун — зелёный
• Ползун включения III—IV передач — фиолетовый
• Ползун включения I—II передач — голубой

N — нейтральная передача: ни одна из муфт не зацеплена ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: муфта первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

II передача: та же муфта перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

III передача: муфта первой-второй передач в нейтральном положении; муфта третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи — на вторичный.

IV передача: муфта первой-второй передач в нейтральном положении; муфта третьей-четвёртой передач блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение — 1:1, и называется прямой передачей, так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

R — задний ход: муфты в нейтральном положении; скользящая шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

Двухвальные и трёхвальные МКП[править | править код]

Двухвальная четырёхступенчатая несинхронизированная коробка передач со скользящими шестернями. В отличие от современных конструкций, её шестерни не находятся в постоянном зацеплении: шестерни первичного вала (верхний) могут скользить вдоль него, вступая в зацепление с неподвижно закреплёнными на своём валу шестернями вторичного. 1911 год, Германия.

Наиболее ходовыми являются две конструкции МКП — двухвальные и трёхвальные, по числу имеющихся в них валов.

В двухвальной КП крутящий момент передаётся непосредственно с шестерён соединённого с маховиком двигателя первичного (ведущего) вала на шестерни расположенного параллельно ему вторичного (ведомого). При этом коробка передач получается простой и компактной, но на всех передачах для передачи крутящего момента задействованы шестерни, что снижает КПД трансмиссии при движении на высшей передаче — правда, ценой некоторого его повышения на промежуточных благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента деталей. Главное же преимущество таких КП — возможность компоновочно объединить двигатель и всю трансмиссию автомобиля в единый компактный силовой агрегат. Таковы коробки передач тяжелых мотоциклов (отечественных «Урал» и «Днепр»), практически всех автомобилей с заднемоторной компоновкой и передним приводом.

Трёхвальная трёхступенчатая несинхронизированная МКПП со скользящими шестернями. Прямая третья передача включается перемещением шестерни II—III передач вперёд, что объединяет ведущий и ведомый валы в единое целое. Промежуточный вал при этом продолжает вращаться, но его шестерни в передаче крутящего момента не участвуют.

В трёхвальной коробке передач крутящий момент сначала парой шестерён передаётся с первичного вала на расположенный параллельно ему промежуточный, а уже с его шестерён — на шестерни расположенного соосно с первичным выходного вала. Такая КП получается более тяжёлой и габаритной, но в ней может быть реализована прямая передача, на которой крутящий момент передаётся без посредства шестерён, с первичного вала сразу на выходной, за счёт объединения их в одно целое скользящей зубчатой муфтой. Ещё одно преимущество трёхвальной КП — возможность достижения намного больших передаточных чисел и в целом более широкого силового диапазона.

В настоящее время большинство легковых автомобилей, в особенности — переднеприводных, имеет двухвальные коробки передач, в то время, как на грузовиках и внедорожниках по-прежнему наиболее распространены трёхвальные.

На современных автомобилях в целях повышения компактности могут также использоваться трёх- и четырёхвальные коробки передач, по принципу работы соответствующие двухвальной — без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на один из нескольких вторичных. Как правило эти коробки передач имеют не менее 6 передач переднего хода, например — VW 0A5. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи. Такие коробки передач отличаются малой длиной, благодаря чему хорошо вписываются в плотно скомпонованное подкапотное пространство передне- и полноприводных автомобилей с поперечным размещением силовых агрегатов.

Синхронизированные и несинхронизированные МКП[править | править код]

Первые коробки передач представляли собой очень простые по устройству прямозубые шестерёнчатые редукторы, изменение передаточного числа в которых осуществлялось за счёт продольного перемещения шестерён, скользящих на продольных шлицах валов. При включении передачи одну из шестерён сдвигали вдоль вала, при этом её зубья входили в зацепление с зубьями соответствующей ответной шестерни, шестерни вступали друг с другом в зацепление и начинали передавать крутящий момент. Для того, чтобы зубчатые венцы шестерён вошли в зацепление, необходимо, чтобы их окружные скорости были хотя бы примерно одинаковыми. Однако окружные скорости пары обеспечивающих передачу крутящего момента шестерён в момент включения передачи обычно не совпадают, так что попытка просто переместить их зубчатые венцы друг навстречу другу вплоть до контакта приведёт к сильному удару в трансмиссии, сопровождающемуся характерным скрежетом и очень быстрым износом зубцов. Поэтому водителю приходилось, действуя педалью акселератора и используя специальные приёмы работы со сцеплением, грубо выравнивать окружные скорости шестерён, при умелом исполнении чего они в нужный момент бесшумно и безударно входили в зацепление друг с другом.

Валы и шестерни полностью синхронизированной пятиступенчатой механической коробки передач.

Для грубого выравнивания окружной скорости шестерён при переключении передач служит способ, называемый «двойным выжимом»: для переключения между низшей и высшей передачей сначала выжимают педаль сцепления, выключают передачу (коробка в «нейтрали»), отпускают сцепление — при этом обороты первичного вала уравниваются с оборотами двигателя — а затем снова нажимают на его педаль и включают нужную передачу. При переключении с высшей передачи на низшую применяют «двойной выжим с перегазовкой» — последовательность действий та же, но когда коробка передач находится в нейтрали и при включенном сцеплении производят «перегазовку» — нажимают на педаль акселератора, доводя обороты коленчатого вала двигателя и связанного с ним первичного вала коробки передач до примерно соответствующих оборотам трансмиссии и связанного с ней вторичного вала. Сила «перегазовки» зависит от включаемой передачи (точнее — оборотов двигателя на ней). На современном легковом автомобиле эти умения тоже могут пригодиться — например, помогут переключать передачи при выходе из строя сцепления или необходимости резкого торможения двигателем при отказавшей рабочей тормозной системе.

Впоследствии на смену прямозубым скользящим шестерням пришли бесшумные косозубые шестерни постоянного зацепления, которые из-за косого рисунка зубьев невозможно было в процессе работы коробки передач временно вывести из зацепления — при включенном сцеплении они всегда находятся во вращении, хотя и не всегда участвуют в передаче крутящего момента. Включение передач при этом стало осуществляться при помощи отдельных от шестерён скользящих зубчатых муфт, вращающихся вместе с валом и способных перемещаться вдоль него, в крайних положениях фиксируя на нём ту или иную из соседних шестерён. При включении передачи соответствующая ей зубчатая муфта смещается из нейтрального положения в одно из крайних и фиксирует соответствующую шестерню на валу, переходя на выполненный как одна деталь с этой шестернёй зубчатый венец с прямыми зубьями. Этот зубчатый венец, как и сама зубчатая муфта, служит не только для включения передачи, но и участвует в передаче крутящего момента. Это несколько облегчило работу водителя благодаря снизившемуся усилию на рычаге (усилие сдвига муфт намного меньше, чем самих шестерён, передающих крутящий момент), но не избавило его от вышеописанных приёмов.

На некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах с несинхронизированными МКП передачи обычно переключают без выжима сцепления, что требует от водителя большого опыта (необходимо на уровне автоматизма достаточно точно «подгадывать» необходимые в момент переключения обороты двигателя).

На легковых автомобилях полностью несинхронизированные МКП применялись в основном до середины 1930-х… конца 1940-х годов (в практике советского автомобилестроения — ГАЗ-А, М-1, ранние серии «Победы», «Москвич-400»), после чего на большинстве новых моделей стали синхронизированными хотя бы высшие передачи переднего хода.

Однако на тяжёлых грузовиках и тракторах, КП которых имеют большое количество передач — иногда до двух десятков — установка синхронизаторов технически очень сложна, так как значительно увеличивает габариты, стоимость и массу КП, а кроме того — резко снижает долговечность, так как синхронизаторы являются одним из наиболее изнашивающихся элементов МКП. Управляющие такими машинами водители-профессионалы специально обучены осуществлять переключение передач на несинхронизированной КП.

Кроме того, несинхронизированные МКП иногда используют на современных спортивных автомобилях и мотоциклах по двум причинам: во-первых, опытный водитель переключает не синхронизированные передачи быстрее (с меньшей задержкой), а во-вторых (что более важно), такие коробки более живучи при характерных для спорта высоких нагрузках. Правда, в них обычно используется кулачковый механизм выбора передач (шестерни фиксируются на валу не зубчатой, а кулачковой муфтой) и секвентальное управление, несколько облегчающее работу водителя. Кулачковые коробки с секвентальным механизмом управления используются и на большинстве мотоциклов.

В синхронизированной МКП специальные устройства — синхронизаторы — не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется, а также обеспечивает выравнивание их окружных скоростей.

Конусные синхронизаторы (зубчатые венцы двух блокирующих колец видны по бокам от муфты включения, они имеют желтоватый отлив). На верхних фото муфта в нейтральном положении, видны оба блокирующих кольца, зубчатые венцы которых не дают муфте перейти на зубчатые венцы шестерён. На нижних фото муфта смещена в сторону задней шестерни, включив одну из передач, виден один из сухарей, передающих усилия от муфты на кольца синхронизаторов.

Про

назначение, устройство, виды и перспективы развития

Создание двигателя внутреннего сгорания способствовало развитию всех типов транспорта и даже появлению новых видов. Первые автомобили именовались самобеглыми колясками и имели достаточно примитивную конструкцию. Передача крутящего момента от силового агрегата на ведущие колеса происходила при помощи очень ненадежного ременного, а позднее и цепного привода.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на транспортных средствах, имеют относительно небольшой рабочий диапазон. При малой частоте вращения коленчатого вала силовой агрегат не развивает достаточной мощности и под нагрузкой просто глохнет. При больших оборотах резко возрастают нагрузки на детали, и мотор может просто пойти вразнос. Коробка перемены передач призвана обеспечить оптимальный режим работы двигателя в разных условиях.

Этот агрегат представляет собой редуктор, позволяющий в широком диапазоне изменять частоту оборотов и крутящий момент на ведущих колесах автомобиля. Такие механизмы не нужны на транспортных средствах, оснащенных электрическими и паровыми двигателями.

Тяговые характеристики данных силовых агрегатов позволяют обходиться без дополнительных устройств. В идеале двигатель может быть встроен непосредственно в колесо, в настоящее время уже существуют промышленные образцы приводов такого рода.

Термин коробка перемены передач в настоящее время практически не используется, вместо него применяется более современное название: коробка переключения передач.

Помимо основного назначения этот механизм выполняет еще ряд функций:

• обеспечение реверса, иными словами, движения задним ходом;
• разобщение работающего силового агрегата и трансмиссии во время длительной остановки или стоянки;
• обеспечение условий для запуска двигателя.

Применение коробки переключения передач позволяет водителю автомобиля выбирать наиболее оптимальный режим работы силового агрегата в зависимости от внешних условий.

Проектированием и серийным изготовлением такого рода механизмов занимаются в основном производители автомобилей. Кроме того, в мире существует ряд компаний, специализацией которых является производство элементов трансмиссий и, в частности, коробок переключения передач:

• Allison Engine Company;
• BorgWarner Inc;
• Delphi Corporation;
• Robert Bosch GmbH;
• Wulf Gaertner Autoparts AG;
• ZF Friedrichshafen AG.

Указанные компании обычно выполняют заказы автопроизводителей, осуществляя при этом серийное изготовление оригинальных и лицензионных механизмов. Нередко они осуществляют опытно-конструкторские работы и участвуют в совместных проектах корпораций, занимаясь доводкой техники. Продукция данных производителей отличается высочайшим качеством и надежностью.

Классификация коробок переключения передач

В процессе развития автомобилестроения инженерами были предложены несколько типов механизмов, реализующих разные принципы действия и способы управления. Общепринятая в инженерной среде классификация коробок использует названные выше признаки в качестве отличительных:

По принципу работы коробки переключения передач делятся на три вида:

• ступенчатые;
• бесступенчатые;
• комбинированные.

По способу управления устройством различают:

• механические;
• автоматические;
• роботизированные.

Данная классификация не включает в себя некоторые типы коробок переключения передач, которые в силу ряда обстоятельств не получили широкого распространения.

Так, некоторые автомобили, предназначенные для людей с ограниченными физическими возможностями, оснащались полуавтоматическими трансмиссиями. По сути это обычная коробка с ручным переключением передач, агрегатированная с автоматизированным сцеплением.

В настоящее время многие автопроизводители в рамках экологических программ выпускают автомобили с гибридными силовыми установками. Конструкций таких машин достаточно много, используются самые разные схемы компоновки. В некоторых из них присутствуют коробки переключения передач, в других же в качестве привода используются электрические двигатели, не нуждающиеся в дополнительных устройствах для передачи крутящего момента.

Видео — виды коробок переключения передач автомобиля, их плюсы и минусы:

Подавляющее большинство коробок переключения передач представляют собой редуктор, с несколькими парами шестеренок. Изменение передаточного числа в них происходит дискретно, а число пар соответствует количеству ступеней.

В свою очередь, существует две основных конструктивные схемы механизмов такого рода: соосные и планетарные. Первая компоновка в основном применяется в механических коробках, а вторая – в автоматических.

Бесступенчатые механизмы называются вариаторами, в них изменение частоты вращения ведомого вала по отношению к ведущему происходит плавно без рывков. В них реализуется принцип передачи крутящего момента через промежуточный элемент, используя силу трения. Соответственно вариаторы классифицируются по типу передающего звена: клиноременные, клиноцепные, роликовые и шариковые передачи.

Механические

Агрегаты такого типа получили наибольшее распространение в Старом Свете ими оснащено около 80% от общего количества транспортных средств. В технических описаниях автомобилей механические коробки часто обозначаются аббревиатурой МКПП. Они отличаются простотой и высокой надежностью конструкции. Подробное описание принципа действия и устройства механической коробки можно найти здесь.

Вкратце работу агрегата можно описать следующим образом: на маховике двигателя установлен механизм сцепления. Ведомый диск его имеет возможность перемещаться вдоль ведущего вала в шлицах разной формы. Сцепление обеспечивает прерывание потока мощности в момент переключения передачи. Через первичный вал крутящий момент приводит в действие через постоянную главную передачу ведущий вал коробки.

На нем установлены и жестко зафиксированы шестерни по количеству передач и еще одна для заднего хода. В постоянном зацеплении с ними находятся соответствующие детали ведомого вала. Они свободно вращаются на подшипниках, а между ними имеются стопорные кольца с синхронизаторами. Эти детали выравнивают скорости вращения ведущих и ведомых шестерней между собой и обеспечивают зацепление при включении определенной передачи.

Перемещение муфты производится специальными вилками, которые приводятся в действие специальным механизмом. Защитой от одновременного включения двух передач является замок, исключающий перемещение других устройств. Водитель осуществляет управление работой коробки при помощи специального рычага, который может устанавливаться в разных точках салона:

• на полу;
• на центральной консоли;
• на рулевой колонке;
• на панели приборов.

Передача управляющего воздействия на МКПП может передаваться непосредственно либо через специальные тросовые механизмы или кулисы.

Роботизированные

Развитие электроники и появление достаточно надежных процессоров и контролеров сделало возможным их применение в выборе режимов работы трансмиссии автомобилей. Роботизированные коробки переключения передач представляет собой проверенную временем и надежную механику, управление которой осуществляется при помощи электронного блока.

 

Подробное описание устройства таких коробок и принципа их действия можно найти здесь. Отработка методики осуществлялась на болидах, специально созданных для участия в соревнованиях Формулы -1. В данных автомобилях сервоприводы управляют работой сцепления и переключениями передач. Время перемены передачи в них составляет от 0,01 до 0,02 с.

Существуют два способа управления функционированием роботизированной коробки передач: гидравлический и электрический. Первый вариант обеспечивает минимальное время срабатывания, но более сложен в изготовлении. Используется преимущественно на дорогих автомобилях бизнес-класса. Электрические сервомоторы применяются на бюджетных моделях и не могут похвастаться значительным быстродействием.

Основное достоинство роботизированных коробок переключения передач: жесткая механическая связь между двигателем и ведущими колесами. В сравнении с автоматическими коробками данный тип трансмиссии обладает лучшими характеристиками и меньшими потерями. Основным недостатком ее является высокая сложность и соответственно стоимость механизма.

Автоматические

Общепринятые обозначения агрегатов такого рода АКП или АКПП, они представляют собой целый комплекс устройств. В его состав входит гидромеханическое сцепление и планетарный редуктор. Данная конструкция позволяет создавать разные передаточные соотношения в зависимости от выбранного режима работы. Развернутое описание устройства и принципа работы АКП можно найти здесь.

Планетарный механизм состоит из двух шестерней – центральной и внешней, а также расположенных между ними сателлитов. Они устанавливаются на специальном узле – водиле. Детали могут фиксироваться относительно корпуса коробки при помощи специальных механизмов, по устройству аналогичных фрикционам сцепления или ленточным тормозам.

Управление работой АКПП осуществляется при помощи гидроприводов, при этом выбор режима производится селектором. Педаль акселератора на таких автомобилях не имеет прямой механической связи с дроссельной заслонкой двигателя. При нажатии на нее происходит изменение положения клапана в гидросистеме, которая управляет работой коробки.

Видео — как устроена автоматическая коробка передач:

На современных АКП выбор режима выполняется процессором, который способен адаптироваться под манеру вождения. Это позволило несколько уменьшить негативные стороны данного типа коробок переключения передач.

Так, резкое нажатие на педаль газа вызывает включение режима кикдаун, при котором переход на повышенную передачу происходит при значительно больших оборотах коленчатого вала. Разгонная динамика при этом значительно возрастает.

Вариаторы

Бесступенчатая передача обеспечивает силовому агрегату возможность работы на постоянных оборотах. Таким образом, достигаются максимальные показатели по мощности, экономичности или крутящему моменту в зависимости от выбранного режима.

Передача усилия от двигателя на ведущие колеса осуществляется без разрывов потока. С полным и точным описанием конструкции вариатора и принципа действия можно ознакомиться здесь.

Название этого устройства происходит от английского слова variable – переменная, которое входит в наименование конструкции. CVT расшифровывается как непрерывная переменная трансмиссия, что наилучшим образом характеризует ее работы. Предусмотренное конструкцией сцепление используется исключительно для запуска и обеспечения работы двигателя во время остановки.

Существует несколько разновидностей конструкций вариаторов:

• клиноременный;
• клиноцепной;
• тороидальный.

В первом устройстве передача усилия осуществляется при помощи ремня, который находится между двумя направленными своими вершинами друг к другу конусами. Расстояние между ними изменяется в простейшем устройстве под воздействием центробежной силы, а в более сложных конструкциях под управлением электронного контролера.

Видео — что такое бесступенчатая трансмиссия (вариатор):

Клиновый ремень проваливается к центру и соответственно меняется радиус зоны его соприкосновения со шкивом. Обратная картина наблюдается на другой части конструкции. В результате передаточное соотношение плавно изменяется. Клиноременные передачи используются на относительно небольших транспортных средствах скутерах.

Полимерные материалы не способны выдержать больших нагрузок, и малопригодны для автомобильных трансмиссий. Прочность клиноременной передачи увеличивается за счет использования пакета стальных пластин особой формы с вырезами, через которые пропущены синтетические соединительные элементы. Такие элементы применяются даже на относительно небольших кроссоверах модели Honda H-RV.

Большие усилия могут передавать торовые вариаторы, разработанные инженерами компании Ниссан. Данное устройство состоит из двух конусов с вогнутой поверхностью, находящихся на одной оси. Один из них является ведущим, а другой соответственно ведомым. Передача крутящего момента осуществляется через два ролика, которые соединяются их и образуют хорду. Наклоном этих элементов изменяются радиусы в точках соприкосновения и передаточное отношение.

Перспективы развития КПП

Объемы производства автомобилей постоянно нарастают, а продукция постоянно совершенствуется. Общие тенденции развития коробок перемены передач наглядно демонстрируют следующее:

• Используемые конструктивные схемы усложняются и автоматизируются, яркий пример — роботизированная КПП.
• Автоматические коробки переключения передач модернизируются для максимального снижения механических потерь — применение блокиратора.
• Все более широкое использование вариаторов, как устройств, обеспечивающих оптимальные условия работы двигателя.

На общие тенденции развития автотранспорта оказывают большое влияние новые экологические требования и ограниченность запасов природных ресурсов. В частности, речь идет о жидких и газообразных углеводородах, которые служат сырьем для производства топлива. На смену двигателям внутреннего сгорания по логике вещей должны прийти электромоторы.

В настоящее время уже налажено серийное производство переходных моделей, так называемых гибридных автомобилей. Так, Lexus RX400h имеет мощный бензиновый двигатель, агрегатированный с вариатором, и два электромотора. Существуют и другие модели, где у ДВС нет прямой механической связи с ведущими колесами. В движение они приводятся электрическими двигателями.

Нужна ли промывка двигателя при замене масла? Однозначного ответа нет.

Как ездить на автоматической коробке передач здесь рассказано простыми словами.

Рассчитать маршрут на автомобиле (https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/interesnoe-dlya-voditelej/raschet-rasstoyanij.html) используя кратчайший или оптимальный путь.

Видео о гибридных автомобилях:

Может заинтересовать:

Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля

Добавить свою рекламу

Как быстро избавиться от царапин на кузове авто

Добавить свою рекламу

Что дает установка автобаферов?

Добавить свою рекламу

Зеркало видеорегистратор Car DVRs Mirror

Добавить свою рекламу

Автоматическая коробка передач — Википедия

Конструкция простейшей гидромеханической планетарной АКП (на примере UVMV-ČZM-НАМИ):
картер АКП, детали гидротрансформатора, валы и планетарная передача, управляющие элементы планетарной передачи (дисковые фрикционы и ленточные тормоза), гидравлический блок с клапанами, центробежный регулятор давления и масляный насос собственной гидросистемы, шестерня парковочной блокировки.
Особенностью данной АКП является то, что она способна работать без применения электронных компонентов и блоков управления.

Автоматическая коробка передач (также АКПП или «автоматическая коробка перемены (переключения) передач», далее — просто АКП) в широком смысле — коробка передач, устройство и механика работы которой позволяют ей в процессе движения транспортного средства самостоятельно определять наиболее подходящее доступное передаточное отношение, переходить (переключаться) с одного передаточного отношения на другое, обеспечивать упрощённую для водителя процедуру трогания с места и выполнять это всё автоматически, наиболее оптимально подстраивая внешнюю скоростную характеристику двигателя под заданную водителем скорость движения в текущих дорожных условиях. Автоматическая КП есть один из двух (наравне с механической КП) широко распространённых типов коробок передач, применяемых на разноплановых колёсных, гусеничных и рельсовых транспортных средствах.

Конструкция современных АКП не имеет общего вида, но ввиду того, что в исторической ретроспективе подавляющее большинство АКП сделаны на основе планетарных коробок передач в сборе с гидротрансформатором, под АКП по умолчанию (если не оговорено особо) понимается именно подобная конструкция. Её же в речевом обиходе зачастую называют «гидромеханическая АКП», хотя определение «гидромеханический» более корректно применять ко всей трансмиссии целиком, а планетарная коробка передач вообще не является обязательным элементом гидромеханических трансмиссий. Автоматизированные КП на валах и простых зубчатых передачах в стандартной для такой схемы комбинации с фрикционным сцеплением в современной терминологии принято называть роботизированными, хотя по своему функционалу они подпадают под вышеупомянутые критерии автоматической работы и могут считаться АКП. И также в роли АКП могут выступать вариаторы, хотя по своим принципам работы они вообще не являются коробками передач.

К появлению классической гидромеханической автоматической коробки передач привели три изначально независимые линии разработок, которые были впоследствии объединены в её конструкции.

Части планетарной механической коробки передач, устанавливавшейся на Ford T.

Наиболее ранней из них можно считать применявшиеся на некоторых конструкциях автомобилей первой четверти XX века, в том числе — Ford T, планетарные механические коробки передач. Хотя и всё ещё требующие от водителя определённого навыка для своевременного и плавного включения в работу соответствующей передачи (например, на двухступенчатой планетарной КП Ford T это осуществлялось при помощи двух ножных педалей, одна переключала низшую и высшую передачу, вторая включала задний ход), они уже позволяли довольно значительно упростить его работу, особенно в сравнении с использовавшимися в те годы коробками передач традиционного типа без синхронизаторов.

Хронологически вторым направлением разработок, приведшим впоследствии к появлению автоматической коробки передач, можно назвать работы по созданию полуавтоматических коробок передач, в которых была автоматизирована часть действий по переключению передач или для переключения передач был применён сервопривод.

Центробежное сцепление Newton.

В большинстве случаев автоматизировалось управление сцеплением, что было наиболее просто с технической точки зрения, но при этом давало ощутимый эффект с точки зрения упрощения вождения. Так, на некоторых довоенных автомобилях механический привод сцепления от педали заменялся либо дополнялся автоматическим от центробежного автомата — в качестве примера можно назвать центробежное автоматическое сцепление Traffic Clutch британской фирмы Talbot, или Newton, использовавшееся фирмой British Riley. В настоящее время подобные конструкции используются на скутерах. Реже использовался вакуумный привод сцепления от разрежения во впускном коллекторе двигателя — уже в послевоенные годы этот принцип был усовершенствован и положен в основу работы популярного в странах Западной Европы на рубеже 50-х — 60-х годов автоматического сцепления Saxomat.

В середине 1930-х годов американские фирмы Reo и General Motors практически одновременно представили полуавтоматические КП собственной разработки. Наиболее интересна из них была КП разработки GM — как и появившиеся позднее автоматические коробки передач, она использовала планетарный механизм, работой которого управляла гидравлика в зависимости от скорости автомобиля. Это был непосредственный предшественник более поздних полностью автоматизированных КП этой фирмы.

Планетарный механизм был очень удобен для конструкторов автоматических передач в том отношении, что для управления его передаточным числом и направлением вращения выходного вала, осуществляемого за счёт торможения отдельных частей планетарной передачи, могли быть использованы сравнительно небольшие, и притом постоянные, усилия, с задействованием в качестве исполнительных механизмов фрикционов и ленточных тормозов, управление которыми при помощи сервоприводов в те годы не вызывало особых затруднений, так как уже было хорошо отработано, к примеру, на танках, где фрикционы использовались для разворота. Кроме того, отсутствовала необходимость выравнивать скорости отдельных элементов, так как все шестерни планетарной передачи находятся в постоянном зацеплении. В противоположность этому, автоматизация «классической» механической коробки передач, при всей логичности такого решения, в те годы встречала целый ряд существенных затруднений, в первую очередь связанных именно с отсутствием подходящих для используемого в ней принципа переключения передач сервоприводов: для перемещения шестерён или муфт включения и введения их в зацепление друг с другом требовались надёжные и быстродействующие исполнительные механизмы, обеспечивающие достаточно большие усилия и рабочие ходы — намного большие, чем требуемые для сжатия блока фрикционов или затягивания ленточного тормоза. Удовлетворительное решение задача их создания получила лишь ближе к середине 50-х годов XX века, а пригодное для массовых моделей — только в последние десятилетия, в частности, после появления многоконусных синхронизаторов, вроде используемых в коробках передач типа DSG (см. ниже). Существенные проблемы вплоть до появления современной управляющей электроники на основе микрокомпьютеров вызывало и создание управляющего блока, обеспечивающего плавное автоматизированное переключение передач МКПП с разобщением двигателя и трансмиссии, что требовало весьма сложного алгоритма работы с отслеживанием множества различных параметров; планетарная передача позволяет обойтись значительно более простой логикой переключения передач, удовлетворительно реализуемой при помощи аналоговых управляющих устройств, использующих для своей работы гидравлику.

Электромеханическая коробка передач «Коталь». Рычаг переключения коробки передач «Коталь», расположенный на рулевой колонке (на фото в центре).

Особое место среди предшественников автоматических коробок передач занимает электромеханическая планетарная коробка передач «Коталь», устанавливавшаяся на некоторых дорогих европейских автомобилях 1930-х годов — таких марок, как Delage или Delahaye. В ней имелось три планетарных механизма — два для четырёх передач переднего хода и третий для обеспечения движения назад (при котором также были доступны четыре передачи) и нейтрали. Управление осуществлялось электрическим приводом с электромагнитными дисками в качестве исполнительного механизма, при переключении передач по-прежнему происходило разобщение двигателя с трансмиссией. Выбор передач осуществлялся водителем вручную при помощи небольшого рычажка, установленного на рулевой колонке или ступице рулевого колеса. Эта коробка была дорога, не отличалась надёжностью — срок её службы до переборки даже при регулярном обслуживании не превышал нескольких лет — и даже могла вызвать возгорание из-за перегрева, кроме того — в то время, до появления микрокомпьютеров, автоматизация переключения передач гидравликой могла быть реализована намного проще, чем электрическим приводом, поэтому дальнейшего развития это направление не получило.

Рычаг переключения передач преселекторной коробки системы Уильсона, один из прототипов классического селектора-квадранта будущих автоматических коробок передач.

В планетарной коробке передач типа «Уильсон», изначально разработанной Уолтером Г. Уильсоном для танка Mark V и впоследствии устанавливавшейся на британские автомобили марок Daimler, Lanchester и BSA, для торможения элементов планетарного механизма были применены ленточные тормоза. Выбор передачи осуществлялся подрулевым рычажком, а непосредственно включение передачи — нажатием на педаль. Коробка Уильсона была преселекторной, то есть, водитель мог заранее выбрать нужную передачу, которая включалась только после нажатия на педаль переключения передачи, располагавшуюся обычно на месте педали сцепления — без необходимости точно координировать действия рычагом и педалью, что упрощало вождение и ускоряло переключения, особенно по сравнению с тогдашними не синхронизированными механическими коробками передач. Данная конструкция нашла применение также на английской и иностранной бронетехнике — в частности, выпускавшаяся по лицензии планетарная преселекторая КП типа Praga-Wilson устанавливалась на чехословацкие танки

Преселекторная коробка передач Уильсона является примером программируемого механического устройства: положением рычажка водитель выбирал один из заложенных в неё алгоритмов, который исполнялся при нажатии на педаль, включая соответствующую передачу.

Схожим образом действовала преселекторная коробка передач производства фирмы de Normanville (впоследствии — Laycock-de Normanville), отличавшаяся использованием гидропривода для управления тормозами, что позволило исключить педаль переключения передачи — передача включалась автоматически в момент её выбора. Она устанавливалась на некоторые модели британской марки Humber.

Фирма «Майбах» пошла по иному пути: в её коробке передач была применена система вакуумных сервоприводов с поршнями, управляемыми золотниками, которые перемещали отвечающие за переключение передач кулачковые муфты. По сути это была кулачковая механическая коробка передач с сервоприводом. Похожим образом работала и коробка передач фирмы Bendix, устанавливавшаяся на автомобилях Hudson, но в ней для управления вакуумной системой использовался электромеханический привод.

В целом, все частично автоматизированные коробки передач первого поколения отличались большой сложностью и дороговизной, а также — как правило низкими надёжностью и долговечностью, что едва ли окупало некоторое повышение комфорта вождения. Их распространение в основном пришлось на эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя существенного навыка. Состоятельные покупатели дорогих автомобилей с частично автоматизированными коробками передач ценили возможность переключать передачи без излишних усилий и выравнивания скоростей шестерён «по ощущениям», как это требовалось с обычной несинхронизированной коробкой передач, при этом могли позволить себе не обращать внимания на их недостатки. После широкого распространения синхронизаторов они практически перестали применяться, так как обычная синхронизированная коробка передач позволяла переключать передачи со вполне сравнимым удобством при намного меньшей сложности и дороговизне, а в случае использования автоматического привода сцепления, вроде системы Saxomat, и вовсе становилась в этом отношении полностью им аналогична. Тем не менее, многие из применённых в них конструктивных решений были очень интересны с чисто-технической точки зрения и впоследствии получили развитие.

Гидромуфта (fluid flywheel) из трансмиссии автомобиля Daimler Conquest, оснащавшегося преселекторной механической КП. Великобритания, 1935 год.

Третьей линией разработок было внедрение в трансмиссию гидравлического элемента, смягчающего толчки при переключении передач, что в те годы, при сравнительно примитивной управляющей автоматике, не способной гибко приспосабливаться к различным условиям движения, было необходимым условием создания успешной автоматической передачи.

Здесь примером могут служить коробки передач корпорации Chrysler. Первые разработки относились к 1930-м годам, но массовое распространение гидромеханические передачи получили на автомобилях этой фирмы лишь в последние предвоенные и послевоенные годы (то есть, уже после появления самых первых автоматических гидромеханических передач). Помимо введения в конструкцию гидромуфты (позднее заменённой гидротрансформатором), она отличалась тем, что параллельно с двухступенчатой обычной механической коробкой передач в ней работал автоматически включающийся овердрайв (повышающая передача с передаточным числом меньше единицы). Таким образом, хотя с технической точки зрения это была механическая коробка передач с гидравлическим элементом и овердрайвом, производителем она заявлялась как полуавтоматическая.

Она несла обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения — Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения — Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toee Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представляла собой комбинацию трёх агрегатов — гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включающегося овердрайва (повышающей передачи).

Каждый блок этой коробки передач имел своё назначение:

• Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой, с характерными для неё большими потерями энергии из-за пробуксовки насосного и турбинного колёс.
• Механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона КП в целом. Существовало три рабочих диапазона — нижний (англ. Low), верхний (англ. High) и заднего хода (англ. Reverse).
• Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона; в каждом диапазоне было две передачи, итого давая 4 передачи переднего хода: I — Low, II — Low-Overdrive, III — High, IV — High-Overdrive.

Переключение диапазонов работы производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали характерный для настоящих АКП указатель-квадрант диапазона над рычагом — хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.

Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне High, то есть, на второй передаче двухступенчатой МКП и третьей передаче трансмиссии в целом — крутящий момент многолитровых шести- и восьмицилиндровых двигателей Chrysler это вполне позволял. На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона Low, то есть, с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели) и окончания интенсивного разгона, что определялось по отпусканию водителем педали акселератора, происходило автоматическое переключение на вторую передачу за счёт включения овердрайва (сама МКП оставалась при этом на первой передаче). При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи). Перебрать все имеющиеся четыре передачи подряд при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой. Для этого было нужно начать движение в режиме Low, затем отпустить педаль акселератора для переключения на Low-Overdrive, после чего при переключении в диапазон High выжать педаль акселератора до отказа («кикдаун»), что отключало овердрайв, в результате чего трансмиссия оказывалась на третьей скорости — High, а не сразу на High-Overdrive.

Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля с выжатым сцеплением.

Таким образом, с точки зрения водителя езда на автомобиле с такой коробкой передач очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКП, с той разницей, что переключение между диапазонами L и H происходило с нажатием сцепления.

Коробка передач данного типа ставились с завода или были доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации Chrysler 1940-х — начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой коробки передач PowerFlite, а позднее — и трёхступенчатой TorqueFlite, полуавтоматические КП семейства Fluid-Drive были сняты с производства. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они были доступны на самой дешёвой марке корпорации — Plymouth. Фактически они стали переходным звеном от МКП к гидродинамическим автоматическим передачам и служили для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.

GM Hydra-Matic — первая в мире массовая автоматическая коробка передач.

Однако первую в мире полностью автоматическую коробку передач создала другая американская фирма — General Motors. В 1940 модельном году таковая стала доступна в виде опции на автомобилях марки Oldsmobile, затем Cadillac, впоследствии — Pontiac. Она несла коммерческое обозначение Hydra-Matic и представляла собой комбинацию гидромуфты и четырёхступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Система управления учитывала такие факторы, как скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки. Hydra-Matic использовалась не только на автомобилях всех подразделений GM, но и на автомобилях таких марок, как Bentley, Hudson, Kaiser, Nash и Rolls-Royce, а также некоторых моделях военной техники. С 1950 по 1954 год автомобили Lincoln также снабжались АКП Hydra-Matic. Впоследствии немецкий производитель Mercedes-Benz разработал на её основе весьма похожую по принципу работы четырёхступенчатую АКП, хотя и имеющую значительные конструктивные отличия.

В 1956 году GM представила усовершенствованную АКП Jetaway, которая отличалась использованием двух гидромуфт вместо одной у Hydra-Matic. Это позволило сделать переключения передач значительно более плавными, но привело к большому снижению КПД. Кроме того, на ней появился режим парковки (положение селектора «P»), в котором трансмиссия блокировалась специальным стопором. На Hydra-Matic блокировку включал режим заднего хода «R».

C 1948 модельного года на автомобилях Buick (марка, принадлежащая GM) стала доступна двухступенчатая АКП Dynaflow, отличавшаяся использованием гидротрансформатора вместо гидромуфты. Впоследствии появились подобные КП на автомобилях марок Packard (1949) и Chevrolet (1950). По замыслу их создателей, наличие гидротрансформатора, имеющего свойство повышать крутящий момент, компенсировало недостаток третьей передачи.

Уже в начале 1950-х годов появляются трёхступенчатые АКП с гидротрансформатором разработки фирмы Borg-Warner (правда, первая передача у них использовалась только в режиме Low, при обычном вождении трогание происходило на второй передаче). Они и их производные использовались на автомобилях фирм American Motors, Ford, Studebaker и других, как в США, так и за их пределами, например International Harvester, Volvo и Jaguar. Многие из заложенных в её конструкцию идей были также использованы в СССР при проектировании автоматических гидромеханических передач Горьковского автозавода, устанавливавшихся на автомобилях «Волга» и «Чайка», и западногерманской фирмой ZF при проектировании её первой АКП 3HP-12.

В 1953 году свою двухступенчатую АКП PowerFlite представил и Chrysler. С 1956 года в дополнение к ней стала доступна трёхступенчатая TorqueFlite. Из всех ранних разработок, модели фирмы Chrysler нередко называют наиболее удачными и совершенными.

С 1953 года западногерманская фирма Borgward-Lloyd ставила автоматические коробки передач на часть своих автомобилей, в основном моделей Hansa 1800 и 2400, а также лимузин Pullman. Двухступенчатые коробки передач выпускались самой компанией, а более поздние четырёхступенчатые Hansamatic — поставлялись британской фирмой Hobbs. Эти коробки передач имели в целом тот же принцип действия, что и американские — в них использовался планетарный механизм, работой которого управляла гидравлическая система, состоящая из насоса и блока клапанов. Однако существенное отличие составляло отсутствие в их конструкции гидротансформатора, вместо которого на маховик двигателя устанавливались два сцепления (A и B), участвовавших в переключении передач, наряду с тремя связанными с элементами планетарного механизма тормозами. Четвёртая передача в этой коробке была прямой, при этом включались оба сцепления, а все тормоза отпускались, и крутящий момент передавался с первичного на вторичный вал напрямую, без потерь. Автомобили Hansa 1800, Hansa 2400 и Pullman имели сравнительно маломощные двигатели (60 и 82 л. с.), для которых потери в гидравлическом элементе трансмиссии были бы весьма чувствительны и привели бы к резкому ухудшению динамических качеств, кроме того, коробка Hansamatic была значительно проще по конструкции, чем аналогичные американские, более проста и технологична в производстве. Однако эта конструкция не получила широкого распространения, поскольку существенно уступала традиционной АКПП по многим параметрам.^[1]

В середине 1960-х годов окончательно утвердилась и (в США) была законодательно зафиксирована современная схема переключения диапазонов АКП — P-R-N-D-L. В прошлое ушли кнопочные переключатели диапазонов и старые модели без парковочной блокировки.

К концу 1960-х годов ранние образцы двух- и четырёхступенчатых АКП в США уже практически повсеместно вышли из употребления, уступая место трёхступенчатым с гидротрансформатором. Совершенствовались и используемые эксплуатационные жидкости — например, с конца 1960-х годов из её состава была исключена дефицитная китовая ворвань, заменённая синтетическими материалами.

В 1980-е годы повышение требований к экономичности автомобилей привело к возвращению четырёхступенчатых АКП, четвёртая передача в которых имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Кроме того, получают распространение блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, позволяющие ощутимо повысить КПД трансмиссии за счёт снижения потерь, возникающих в её гидравлическом элементе.

В конце 1980—1990-е годы происходит компьютеризация систем управления двигателем. Эти же системы, либо аналогичные им, стали применяться и для управления переключением передач. Если прежние системы управления использовали лишь гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости управляют соленоиды, контролируемые компьютером. Это позволило как сделать переключения более плавными и комфортными, так и улучшить экономичность за счёт повышения эффективности работы трансмиссии. Кроме того, на некоторых автомобилях появляются «спортивные» режимы работы АКП, или возможность вручную управлять коробкой передач («Типтроник» и аналогичные системы). Появляются первые пятиступенчатые АКП. Совершенствование расходных материалов позволяет на многих АКП устранить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, так как ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравним с ресурсом самой коробки передач.

В 2002 году на BMW седьмой серии появляется шестиступенчатая АКП разработки ZF (ZF 6HP26). В 2003 году Mercedes-Benz создаёт первую семиступенчатую АКП 7G-Tronic. В 2007 году Toyota представила Lexus LS460 с восьмиступенчатой трансмиссией. В 2013 году компания Mercedes-Benz представила первую 9-ступенчатую автоматическую коробку передач 9G-Tronic, установленную на автомобиль E350 BlueTEC^[2][3]. В том же году Land Rover объявил о скором появлении на своих автомобилях 9-ступенчатой автоматической коробки передач, разработанной компанией ZF, первой её получит в 2014 году обновленная модель Evoque.

Гидротрансформатор: принципиальная схема…

Гидротрансформатор АКП всегда представляет собой так называемую «комплексную гидропередачу» — то есть гидропередачу, способную работать и как гидротрансформатор и как гидромуфта. Название такой гидропередачи гидротрансформатором не совсем корректно, но в контексте АКП оно общеупотребимо и поэтому допустимо. Гидротрансформатор позволяет разорвать поток мощности внутри себя и тем самым выполняет функцию сцепления. Именно за счёт гидротрансформатора обеспечивается возможность кратковременной остановки автомобиля без необходимости перевода АКП в режим нейтрали. Гидротрансформатор позволяет увеличивать крутящий момент в зависимости от нагрузки, что является преимуществом любой гидромеханической АКП. Гидротрансформатор сглаживает крутильные колебания. Также именно гидротрансформатор обеспечивает возможность так называемого «ползущего режима», когда расторможенная машина на холостом ходу мотора может двигаться с очень низкой скоростью. Ради экономии топлива гидротрансформатор блокируется на подавляющем большинстве режимов движения. На АКП автобусов и гусеничных машин возможно использование гидротрансформатора в качестве гидродинамического тормоза. Заполнение жидкостью гидротраснформатора происходит из общей гидросистемы АКП. По умолчанию гидротрансформатор располагается между двигателем и самой КП, но в трансмиссиях грузовых автомобилей, автобусов и гусеничных машин гидротрансформатор также может располагаться внутри самой АКП между планетарными рядами.

Блокировка гидротрансформатора представляет собой фрикционную гидроподжимную муфту, жёстко соединяющую насосное и турбинное колёса гидротрансформатора и встроенную в общую гидросистему АКП. Блокировка не является обязательным элементом АКП: она присутствует на всех современных АКП, но на АКП старых разработок (с четырьмя и менее передачами) её могло не быть. На современных АКП блокировка включается в работы на всех передачах переднего хода, начиная с первой. Мировым пионером подобного подхода стала компания Porsche, выпустив в 1990 году четырёхступенчтаую АКП Типтроник, на которой впервые блокировка могла работать на всех передачах. Блокировка как бы выключает гидротраснформатор из работы, переводит его в режим прямой передачи и повышает КПД всей системы. Также блокировка позволяет эффективно тормозить двигателем.

Компактная двухрядная планетарная передача тип Ровиньо (Ravigneaux), применявшаяся на подавляющем большинстве четырёхскоростных АКП последних моделей. Нижняя часть передачи на фото является её тормозным барабаном. Обеденная вилка приложена для сравнения размеров.

АКП (планетарная часть автоматической передачи) состоят из планетарных редукторов (они же планетарные ряды), фрикционных и обгонных муфт, соединительных валов и барабанов. Также иногда применяется тормозная лента, затормаживающая один из барабанов относительно корпуса коробки передач при включении той или иной передачи. Исключением являются редкие АКП, в которых вместо планетарной передачи использованы валы с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и включением передач индивидуальными гидроподжимными муфтами.

Фрикционные муфты (в обиходе иногда называются «пакетами фрикционов») осуществляют переключение передач сообщением или разобщением элементов АКП — входного и выходного валов и элементов планетарных редукторов, а также их затормаживанием на корпус АКП. Муфта выглядит как нечто среднее между сцеплением и синхронизатором в МКП и состоит из барабана и хаба, барабан имеет крупные прямоугольные шлицы внутри, хаб — крупные прямоугольные зубья снаружи. Между барабаном и хабом расположен пакет кольцеобразных фрикционных дисков, часть из которых выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в шлицы барабана, а часть — из пластмассы и имеет вырезы внутри, куда входят зубья хаба. Сообщение фрикционной муфты производится сжатием пакета дисков гидравлически кольцеобразным поршнем, установленным в барабане. Масло к цилиндру подводится через канавки в барабане, валах и корпусе АКП.

Обгонная муфта свободно проскальзывает в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Обычно состоит из внешнего и внутреннего колец и расположенного между ними сепаратора с роликами. Используется для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач (передача момента начинается только при повышении оборотов двигателя после переключения, приводящего к попытке одной из деталей планетарного редуктора вращаться в обратную сторону и заклиниванию её в обгонной муфте), а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы трансмиссии.

Пример кинематики включения передач в одной из АКП (Nissan Almera):

• задний ход: центр планетарного ряда 1 сообщен со входным валом, водило заторможено в корпусе пакетом, внешнее колесо исполнено в одной детали с водилом ряда 2 и глухо сообщено с выходным валом. Внешнее колесо ряда 2 не сообщено ни с чем, ряд 2 не передает момента;
• первая передача: центр планетарного ряда 1 не сообщен ни с чем, ряд 1 не передает момента. Центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом, водило — с выходным, внешнее колесо сообщено пакетом с обгонной муфтой. При низких оборотах двигателя трансмиссия прокручивается в обгонной муфте, не передавая моментов, при высоких — внешнее колесо 2 затормаживается и ряд 2 передает момент. Первая передача с возможностью торможения двигателем включается так же, но с блокировкой обгонных муфт пакетами;
• вторая передача: центра ряда 1 заторможен в корпусе тормозной лентой, водило сообщено пакетом через обгонную муфту с внешним колесом ряда 2, внешнее колесо ряда 1 глухо сообщено с водилом ряда 2 и с выходным валом, центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом. В этом режиме, в отличие от первой передачи, работают оба планетарных ряда, и внешнее колесо ряда 2 не заторможено в корпусе, а медленно вращается в прямом направлении, что дает более высокое по сравнению с первой передачей передаточное число;
• третья передача: центр планетарного ряда 1 не сообщен ни с чем, ряд 1 не передает момента. Центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом, водило — с выходным, внешнее колесо сообщено двумя пакетами и обгонной муфтой со входным валом. Весь ряд 2 крутится как единое целое (прямая передача). На второй и третьей передаче возможно включение блокировки обгонной муфты специально предусмотренным фрикционным пакетом, то есть включение торможения двигателем;
• четвёртая передача (ускоряющая): центр ряда 1 заторможен в корпусе тормозной лентой, водило сообщено пакетом со входным валом, внешнее колесо исполнено в одной детали с водилом ряда 2 и глухо сообщено с выходным валом. Внешнее колесо ряда 2 не сообщено ни с чем, ряд 2 не передает момента.

Устройство управления АКП представляет собой набор золотников, управляющих потоками масла к поршням тормозных лент и фрикционных муфт. Положения золотников задаются как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматически. Автоматика бывает гидравлической или же электронной.

Гидравлическая автоматика использует давление масла от центробежного регулятора, соединенного с выходным валом АКП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. Это дает автоматике информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, на основании которой переключаются золотники.

Электронная автоматика использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов выходят вне пределов АКП и идут к расположенному где-то вне АКП блоку управления, иногда объединённому с блоком управления впрыском топлива и зажиганием. Решение о перемещении соленоидов принимается электроникой на основе информации о положении педали газа и скорости автомобиля, а также положении рукоятки селектора.

В некоторых случаях предусмотрена работоспособность АКП даже при полном выходе из строя электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с необходимостью их ручного переключения рукояткой селектора

Характеристики[править | править код]

Средним временем переключения для большинства серийных автомобилей является время порядка 130—150 мс, для суперкаров — 50-60 мс, у болидов

КОРОБКА ПЕРЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ. РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..

 

 

КОРОБКА ПЕРЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ. РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА

Какими позициями на рис. 1 обозначены:

I. Какой вал приводится во вращение от ведомого диска сцепления?

II. Какой вал приводит во вращение детали кардан­ной передачи?

III. Какие шестерни находятся в постоянном зацеп­лении?

IV. Какие валы вращаются с одинаковой частотой при включении прямой передачи?

V. Какой существенный недостаток имеет коробка передач, показанная на рис.1. ?

1) Мал  передаваемый крутящий момент.

2) Отсутствие устройство для дистанционного уп­равления в механизме переключения передач.

3) Возникновение ударных нагрузок, дей­ствующих на зубья при переключении передач.

4) Малая передаваемая мощность.

 

 

Рис.1. Простейшая коробка переменных передач

 

 

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ. РАЗДАТОЧНАЯ КОРОБКА. КОРОБКА ОТБОРА МОЩНОСТИ

 

Какими позициями на Рис.1. обозначены, которые:

I. Перемещает муфту синхронизатора при включении четвертой или пятой передачи?

II.  Перемещает муфту синхронизатора при включе­нии второй или третьей передачи?

III. Перемещает шестерню включения первой пере­дачи и заднего хода?

IV. Исключают самопроизвольное выключение передач?

V. Исключают одновременное включение двух передач?

 

 

Рис. 1. Механизм переключения передач автомобиля ЗИЛ-4313

 

 

1.11. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЁТУ (ЭКЗАМЕНУ)

 

1. Устройство заднего ведущего моста с двойной, главной передачей.

2. Назначение и типы главных передач. Их общее устройство. Регулируемые параметры.

3. Назначение межколесного дифференциала. Типы дифференциалов их устройство и работа.

4. Назначение, устройство и работа планетарного бортового редуктора.

5. Особенности конструкции переднего ведущего моста.

6. Назначение и устройство рамы. Соединение рамы с узлами ходовой части.

7. Углы установки управляемых колес.  Назначение и способы регулировки на грузовых и
легковых автомобилях.

8. Углы установки шкворней поворотных кулаков. Их назначение. Конструктивные параметры.
Регулировочные устройства.

9. Назначение, устройство и работа зависимой подвески.

10. Назначение, устройство и работа независимой подвески легкового автомобиля.

11. Назначение, устройство и работа балансирной подвески трехосного грузового автомобиля.

12. Назначение, устройство и работа гидравлического амортизатора телескопического типа.

13. Назначение,  устройство  и  работа  рессорно-пневматической   подвески  автобуса  большого
класса.

14. Неисправности и отказы ведущих мостов, их внешние признаки и причины возникновения.

15. Стабилизация управляемых колес. Конструкцией, каких узлов автомобиля она обеспечивается?
Причины нарушения стабилизации.

16. Неисправности подвесок, их внешние признаки и причины возникновения. Влияние состояния
подвески на безопасность движения.

17. Назначение колес. Устройство колес с глубоким и плоским ободом. Крепление колес на
ступицах или полуосях. Устройство для балансировки колес.

18. Назначение и типы полуосей. Устройство полуосей переднего ведущего моста.

19. Назначение, устройство и работа камерных и бескамерных шин. Особенности конструкции
диагональных и радиальных шин.

20. Обозначение (маркировка) шин. Особенности обозначения низкопрофильных шин.
Расшифровка маркировок шин: 175 / 70 R 13; 162 Бел 002734.

21. Неисправности   шин   и   колес,   при   которых   транспортное   средство   не   допускается   к эксплуатации. Влияние состояния шин на безопасность движения.

22. Типы   кузовов   легковых   автомобилей   и   автобусов.    Их   конструктивные   особенности.
Уплотнение, отопление, вентиляция кузовов. Защита кузова от коррозии.

23. Устройство   централизованной   системы   регулирования   давления    воздуха   в   шинах
(ЦСРДВШ). Правила пользования системой

24. Назначение, устройство и работа лебедки автомобиля КамАЗ-4310.  Правила пользования
лебедкой.

25. Назначение рулевого управления автомобиля КамАЗ-4310 и его общее устройство. Передача
усилия от рулевого колеса на управляемые колеса.

26. Типы рулевых механизмов и их назначение. Устройство рулевого механизма автомобиля ЗИЛ-131. Регулировочные устройства и регулируемые параметры.

27. Назначение рулевого привода и его общее устройство автомобиля КамАЗ. Схема поворота
автомобиля. Радиус поворота.

28. Назначение и устройство рулевой трапеции.  Углы  поворота  управляемых  колес.   Работа
рулевой трапеции.

29. Устройство и работа рулевого механизма червячного типа.  Регулировочные устройства и
регулируемые параметры.

30. Устройство  и  работа  рулевого  механизма   реечного  типа   с  травмобезопасной  рулевой
колонкой. Регулировочные устройства и регулируемые параметры,

31. Назначение, общее устройство и работа гидроусилителя рулевого управления автомобйляЗИЛ-131. Емкость гидроусилителя. Применяемое масло.

32. Назначение, устройство и работа насоса гидроусилителя КамАЗ-4310. Рабочее давление масла, создаваемое насосом.

33. Назначение, устройство и работа клапана управления гидроусилителя рулевого управления.

34. Конструкция шарнирных наконечников рулевых тяг. Регулировочные устройства.

35. Неисправности и отказы рулевого управления, их признаки и причины возникновения.

36. Особенности конструкции рулевого привода автомобилей с независимой подвеской.

37. Типы тормозных систем. Их назначение, причины действия.

38. Общее устройство и работа рабочей тормозной системы с гидравлическим приводом.

39. Устройство и работа тормозного механизма барабанного типа с гидравлическим приводом и
автоматической регулировкой зазора между тормозными накладками и барабаном.

40. Устройства и работа дискового тормозного механизма.

41. Устройство и работа двухконтурного гидравлического тормозного  привода  с  вакуумным
усилителем.

42. Назначение свободного хода педали тормоза с гидравлическим приводом и его регулировка,

43. Неисправности рабочей тормозной системы с гидравлическим  приводом, их признаки и
причины возникновения.

44. Назначение,  устройство и работа  стояночной тормозной  системы  легкового автомобиля.
Требование ГОСТа к стояночной тормозной системе.

45. Устройство и работа тормозного механизма барабанного типа с пневматическим приводом.
46. Эксплуатационная и полная регулировка тормозного механизма.

47. Общее устройство и работа одноконтурной рабочей тормозной системы с пневматическим
приводом автомобиля ЗИЛ-131.

48. Назначение, устройство и работа компрессора  и регулятора давления рабочей тормозной
системы автомобиля ЗИЛ-131.

49. Назначение, устройство и работа двухсекционного тормозного крана автомобиля ЗИЛ-131,

50. Назначение,   устройство   и   работа   воздушных   баллонов,   предохранительного   клапана,
разобщительного крана и соединительных головок.

51. Назначение, устройство и работа центрального стояночного тормоза автомобиля ЗИЛ-131. Его регулировка. Требования ГОСТа к стояночному тормозу.

52. Назначение, устройство и работа центрального стояночного тормоза автомобиля УАЗ-3151.
Его регулировка. Требования ГОСТа к стояночному тормозу.

53. Общее устройство многоконтурной тормозной системы автомобиля КамАЗ-4310. Указать
назначение каждого контура.

54. Назначение, устройство и работа приборов тормозной системы автомобиля КамАЗ-4|310,
обеспечивающих сжатым воздухом воздушные баллоны всех контуров.

55. Назначение, устройство и работа  приборов  пневматического привода рабочей тормозной
системы автомобиля КамАЗ-4310.

56. Назначение, устройство и работа запасной (стояночной) тормозной системы автомобиля
КамАЗ-4310.

57. Назначение, устройство и работа вспомогательного тормоза автомобилей семейства КамАЗ. Назначение, устройство и работа контура аварийного растормаживания стояночной тормозной системы;

58. Назначение, устройство и работа механического энергоаккумулятора стояночной тормозной
систем.

59. Назначение, устройство и работа контура привода тормозов прицепа с однопроводным и
двухпроводным приводом.

60. Регулировка свободного хода педали тормоза и регулятора давления воздуха автомобилей
семейства КамАЗ.

61. Устройство и работа приборов контроля давления воздуха в воздушных баллонах тормозных
систем автомобилей КамАЗ.

62. Назначение, устройство и работа клапанов контрольных выводов. В каких контурах они
расположены?

63. Назначение и расположение на автомобиле КамАЗ пневматических магистралей управления
тормозами прицепов. Типы и устройство соединительных головок для подключения
магистралей прицепа.

РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ  И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ.

 

ЛЕКЦИЯ №1

ТЕМА: ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ

ПЛАН:

1.      Общее устройство двигателя.

2.      Основные параметры двигателя.

 

1.Общее устройство двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, выполняющих различные функции. Рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 6).в цилиндре 3 находится поршень с поршневыми кольцами, соединенный с коленчатым валом 12 шатуном 11. При вращении коленчатого вала поршень совершает возвратно-поступательное движение. Одновременно с коленчатым валом вращается распределительный вал 1, который через промежуточные детали (толкатель, штангу и коромысло) механизма газораспределения открывает или закрывает впускной 6 и выпускной 9 клапаны. На рис. 6 схематично показано, что впускные и выпускные клапаны приводятся в движение от разных распределительных валов. В действительности все клапаны приводятся в движение от одного распределительного вала. Когда поршень опускается вниз, открывается впускной клапан, и в цилиндр поступает (за счет разрежения) горючая смесь (мелкораспыленное топливо и воздух), приготовленная в карбюраторе, которая при движении поршня верх сжимается.

Рис. 6 — схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя:

1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11 — шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон.

 

В работающем двигателе при появлении электрической искры между электродами свечи зажигания 8 смесь, сжатая в цилиндре, воспламеняется и сгорает. Вследствие этого образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под давлением расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Так преобразуется прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. При открытии выпускного клапана и при движении поршня верх из цилиндра удаляются отработавшие газы.

Рис.7 основные положения кривошипно-шатунного механизма:

1 — объем камеры сгорания; 2 — рабочий объем цилиндра; 3 — полный объем цилиндра; s — ход поршня; d — диаметр цилиндра.

2. Основные параметры двигателя

С работой двигателя связаны следующие параметры:

Верхняя мертвая точка (вмт) — крайне верхнее положение (рис. 7).

Нижняя мертвая точка (нмт) — крайнее нижнее положение поршня.

Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня s — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 1800 (пол-оборота)

 

ЛЕКЦИЯ №2

ТЕМА: УСТРОЙСТВО ТРАНСМИССИИ.

ПЛАН:

1. Общее устройство трансмиссии.

 

2.Назначение и типы сцеплений. Принцип работы фрикционного сцепления.

 

1. Общее устройство трансмиссии.

 

Рис. 116 – Схема трансмиссии.

 

Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам и изменения величины и направления этого момента.

Конструкция трансмиссии автомобиля в значительной степени определяется числом его ведущих мостов. Наибольшее распространение получили автомобили с механическими трансмиссиями, имеющие два или три моста.

При наличии двух мостов ведущими могут быть оба или один из них, при наличии трех мостов — все три или два задних. Автомобили со всеми ведущими мостами могут быть использованы в трудных дорожных условиях, поэтому их называют автомобилями повышенной проходимости.

Для характеристики автомобилей применяют колесную формулу, в которой первая цифра указывает общее число колес, а вторая — число ведущих колес. Таким образом, автомобили имеют следующие колесные формулы: 4 х 2 (автомобили Г АЗ-53А, Г АЗ-53-12, ЗИЛ-130, МАЗ-5335, ГАЗ-3102 «Волга» и др.), 4 х 4 (автомобили Г АЗ-66, УАЗ-452, УАЗ-469Б, ВАЗ-2121 «Нива» и др.), 6 х 4 (автомобили ЗИЛ-133, КамАЗ-5320 и др.), 6 х 6 (автомобили ЗИЛ-131, «Урал-375Д» и др.).

Трансмиссия автомобиля с одним ведущим задним мостом (рис. 116, а) состоит из сцепления 1, коробки передач 2, карданной передачи и заднего ведущего моста 4, в который входят главная передача, дифференциал и полуоси. У автомобилей с колесной формулой 4 х 4 в трансмиссию входят также совмещенные в один агрегат раздаточная 7 (рис. 116, б) и дополнительная коробки, карданная передача к переднему ведущему мосту и передний ведущий мост 5.

В привод передних колес дополнительно входят карданные шарниры, соединяющие их ступицы с полуосями и обеспечивающие передачу крутящих моментов при повороте автомобиля. Если автомобиль имеет колесную формулу 6 х 4, то крутящий момент подводится К первому и второму задним мостам (рис. 116, в).

В автомобилях с колесной формулой 6 х 6 крутящий момент ко второму заднему мосту подводится от раздаточной коробки 7 непосредственно через карданную передачу (рис. 116, г) или через первый задний мост (рис. 116, д). При колесной формуле 8 х 8 крутящий момент передается на все четыре моста. В таких автомобилях часто устанавливают два двигателя, каждый из которых передает крутящий момент на два моста (рис. 116, е).

 

 

2.Назначение и типы сцеплений. Принцип работы фрикционного сцепления.

 

Назначение сцепления — разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавное трогания автомобиля с места и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомобилях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых используются силы трения сухих поверхностей.

По числу ведомых дисков сцепления делят на одно- и двухдисковые. Однодисковые сцепления получили наибольшее распространение благодаря простоте конструкции, надежности, «чистоте» выключения и плавности включения, а также удобству при эксплуатации и ремонте. Двухдисковые сцепления применяют в тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент.

Сцепление состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного механизма и механизма выключения. Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика крутящий момент двигателя, а детали ведомой части передают этот момент ведущему валу коробки передач. Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания необходимого момента трения. Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод сцепления может быть механическим или гидравлическим. Для облегчения выключения сцепления в некоторых конструкциях применяют пневматический усилитель привода.

Ведущая часть одно дискового сцепления (рис. 117, а) имеет маховик 2 с обработанной резанием торцовой поверхностью, нажимной диск 4, кожух 6 сцепления и направляющие пальцы 17. Ведомая часть однодискового сцепления имеет ведомый диск 3 с фрикционными накладками из прессованного асбеста или медно-асбестовой плетенки и ведущий вал 11 коробки передач. Нажимной механизм образуют нажимные пружины 16, установленные в кожухе. В состав механизма выключения сцепления входят оттяжные пальцы 7, опоры 8 оттяжных рычагов, оттяжные рычаги 9, муфта 10 выключения сцепления, педаль 12, тяга 13 педали, вилка 14 выключения, оттяжная пружина 15. Все детали сцепления помещены внутри картера маховика и картера 5 сцепления.

При включенном сцеплении крутящий момент от коленчатого вала 1 через маховик 2 и нажимной диск 4 благодаря трению передается зажатому между ними ведомому диску З, ступица которого имеет шлицевое соединение с ведущим валом 11 коробки передач. Для выключения сцепления нажимают на педаль 12, которая через тягу 13, вилку 14 и муфту 10, а также рычаги 9 и пальцы 7 отводит назад нажимной диск 4. При этом пружины 16 сжимаются и освобождают ведомый диск З, по обеим сторонам которого образуются зазоры. При плавном отпускании педали 12 пружины 16 возвращают все детали механизма выключения в исходное положение, т. е. пружины 16 постепенно прижимают нажимной диск 4 к ведомому диску 3, а последний — к поверхности маховика 2.

Рис. 117 — Сцепление:

 

а — однодисковое; б — двухдисковое; 1 — коленчатый вал двигателя; 2 — маховик; 3 — ведомый диск с фрикционными накладками; 4 — нажимной диск; 5 — картер сцепления; 66кожух сцепления; 7 — оттяжной палец; 8 — опора оттяжного рычага; 9 — оттяжной рычаг; 100муфта выключения сцепления; 11 — ведущий вал коробки передач; 12 — педаль; 13 — тяга; 14 — вилка выключения; 15 — оттяжная пружина; 16 — нажимная пружина; 17 — направляющий палеи; 18 — роликоподшипник; 19 — отжимная пружина промежуточного диска; 20 — регулировочный болт промежуточного диска; 21 — нажимной ведущий диск; 22 — задний ведомый диск; 23 — промежуточный ведущий диск; 24 — передний ведомый диск.

 

В двухдисковом сцеплении (рис. 117, б) ведущая часть состоит из маховика и двух дисков 21 и 23, а ведомая — из двух дисков 22 и 24. Для обеспечения необходимых зазоров между ведущими и ведомыми дисками в выключенном состоянии (т. е. для «чистоты» выключения) служат отжимная пружина 19 и регулировочный болт 20 промежуточного диска. Нажимные пружины могут быть цилиндрическими или диафрагменными. Цилиндрические пружины равномерно располагают по периферии диска, а диафрагменную пружину устанавливают одну.

Для облегчения управления сцеплением и повышения плавности его включения применяют гидравлический привод. Плавность включения обеспечивают также пружинящие ведомые диски. С одной стороны диска 3 к его секциям прикрепляют накладку 1 (рис. 118, а) пластинчатыми пружинами 2, изогнутыми вперед, а с другой стороны диска 3 устанавливают накладку 9 с помощью таких же пружин, изогнутых назад. Это обеспечивает в свободном состоянии зазор между накладками, равный 1-2 мм. Пружинящие свойства ведомого диска могут быть также усилены установкой под одну из накладок плоских пружин. Уменьшение зазора между накладками в процессе включения сцепления обеспечивает плавность соприкосновения трущихся поверхностей и возрастания силы трения.

Для предохранения валов трансмиссии от крутильных колебаний ставят гаситель крутильных колебаний (демпфер), увеличивающий плавность включения сцепления и повышающий долговечность деталей трансмиссии. Пружины 7 гасителя крутильных колебаний обеспечивают упругую связь ведомого диска 3 сцепления с его ступицей 5. Подбором шайб 6 регулируют силу сжатия ведомого диска 3, пластины 8 гасителя, ступицы 5 и фрикционных (паронитовых) шайб 4.

При отсутствии передачи крутящего момента вырезы фланца ступицы 5 (рис. 118, б) и ведомого диска З, в которых расположены пружины 7, совпадают. Передача крутящего момента (рис. 118, в) от диска 3 к ступице 5 осуществляется с помощью пружины 7. При этом диск 3 проворачивается на некоторый угол по отношению к фланцу ступицы 5, и в дисках гасителя возникает трение. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы 5 под упорные пальцы, соединяющие диск 3 и пластину 8. Все вращающиеся части сцепления балансируют.

Рис. 118 — Гаситель крутильных колебаний:

 

а — детали гасителя; б ~ нерабочее положение; в — рабочее положение; 1 и 9 — накладки диска; 2 — пластинчатая пружина; 3 — ведомый диск; 4 — фрикционные шайбы; 5 — ступица ведомого диска; 6 — регулировочная шайба; 7 — пружина; 8-пластина гасителя.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..

 

 

 

Механическая коробка передач: принцип работы

«Механика»: 120 лет в машиностроении

Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.

Предназначение коробки передач

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.

Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.

Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.

Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.

Об истории возникновения МКПП

Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.

Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.

Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.

Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.

Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».

Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».

Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».

Устройство механической коробки переключения передач

С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.

Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.

Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют  5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.

С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.

Виды компоновки механических КПП

Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.

В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.

Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.

На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.

В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.

На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.

С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.

Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).

Последовательность работы МКПП. Роль синхронизаторов

Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.

Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.

Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.

Роботизированная коробка переключения передач — Википедия

Роботизированная коробка передач (в просторечии робот, здесь и далее — РКП) — коробка передач, в которой конструкция узла, ответственного за редукцию и дробление силового диапазона по передачам, в общем и целом выглядит как на механической КП, но при этом сама КП работает как автоматическая КП и не требует вмешательства водителя в процесс переключения. Отличием любой РКП от канонической гидромеханической автоматической КП является то, что в РКП затруднена автоматизация процессов работы без вспомогательной электроники, поэтому РКП стали возможны только вместе с появлением компактных и надёжных микропроцессорных систем управления. Одной из первых массовых моделей стала американская грузовая 10-скоростная РКП Eaton Autoshift для седельных тягачей, разработанная на основе 10-скоростной несинхронизированной МКП Fuller RTO-10, и выпускающаяся с 1997 года до сих пор (2020 год).^[1] На современной транспортной технике РКП применяются наравне с гидромеханическими АКП как на грузовых, так и на легковых автомобилях, и могут быть выполнены на основе двух принципиально отличающихся механических схем: РКП с одним сцеплением и РКП с двумя сцеплениями.^[2]

В европейском техническом лексиконе вне зависимости от языка РКП обычно обозначаются аббревиатурой AMT — Automated Manual/Mechanical Transmission. Дполнительно к этому РКП с двумя сцеплениями могут обозначаться как DCT — Dual Clutch Transmission, хотя определение «автоматическая» здесь и опускается.

Как и на других видах автоматических трансмиссий, у водителя всего две педали, тормоз и газ. Поведение РКПП на минимальной скорости отличается от АКПП, и РКПП может как эмулировать гидроавтомат^[3] (на малых скоростях гидротрансформатор превращается в понижающую передачу и перебарывает тормозное усилие, отсюда — управление педалью тормоза), так и работать совершенно по-другому (например, ехать от лёгкого нажатия газа)^[2]. Известен случай: первые версии однодискового робота ВАЗ ехали от лёгкого нажатия газа, но в дальнейших модификациях добавили в прошивку частичную эмуляцию гидро-АКПП^[4].

Селектор РКПП имеет режимы:

• Reverse — задний ход.
• Neutral — нейтральная передача (например, для буксировки).
• Drive или Auto — движение вперёд.
• ± или Manual — режим «типтроник» с полуавтоматическим переключением.

Режим стоянки Parking есть в коробке DSG производства Volkswagen и отсутствует в РКПП производства ВАЗ. Водитель ВАЗа оставляет машину в режиме N (на нейтральной передаче) или D/R (на первой/задней). Как и с АКПП, режим P дополняет, а не заменяет стояночный тормоз и не удержит автомобиль на склоне.

Механическая коробка передач требует тонкой работы педалью сцепления, и для решения этого вопроса конструкторская мысль пошла разными путями. Один из них — сделать совершенно другой механизм, в котором скорость переключается защемлением той или иной части многоступенчатой передачи, а толчки, возникающие при этом, гасятся жидкой средой — так работает традиционная гидромеханическая АКПП. Второй более прямолинейный — заставить автоматику выжимать сцепление. Первый действующий вариант такой коробки — Saxomat — выпущен в 1957 году. Эта коробка только выжимала сцепление, передачи приходилось переключать вручную^[5].

Ещё до войны знаменитый Адольф Кегресс описал принципиальную схему коробки с двумя сцеплениями. Неизвестно, воплотил ли кто-то её в металле. В 1980-е годы идею подхватили гоночные инженеры Porsche, сделав первый действующий вариант РКПП с двумя сцеплениями на аналоговой элементной базе^[6]. Коробка вышла тяжёлой и ненадёжной, для старта требовалось ножное сцепление, однако начало было положено, Porsche 956 выступал и показывал неплохие результаты, и система продолжала совершенствоваться в гоночных автомобилях^[7]. Оказалось, впрочем, что конструкции с одним сцеплением, сделанные из современных материалов, тоже достаточно быстро переключают. Современная коробка гоночных болидов высоких серий, в том числе «Формулы-1» — полуавтомат с одним сцеплением (для простоты последовательный кулачковый, что вполне приемлемо в гонках).

В 2003 году Volkswagen AG выпустил первый двухдисковый «робот» для дорожных машин. И сегодня Volkswagen DSG — самый известный и распространённый из роботов с двумя сцеплениями, а мехатроник — прозвище исполнительного механизма любого робота (так он называется у Volkswagen). Если робот с двумя масляными сцеплениями Volkswagen DSG6 DQ250 мало отличался по статистике отказов от других коробок, то «младший брат» Volkswagen DSG7 DQ200 с двумя сухими сцеплениями оказался довольно неудачным^[8]. Производитель сказал: это очень перспективная коробка и он не будет от неё отказываться, взамен он даёт гарантию на 5 лет или 150 тыс. км пробега. С 2014 года коробку признали достаточно надёжной и отказались от такой гарантии.

Одновременно с двухдисковыми появлялись и однодисковые роботы — ничего общего с гоночными конструкциями они не имели, это была проверенная механика, к которой приделали исполнительные механизмы. Маркетинговый и инженерный эксперимент не удался: первые «роботы» переключались как выпускники автошкол, с рывками и толчками^[2]. К концу 2010-х жёсткие экологические нормы^[6] вынудили европейских производителей массово принять РКПП.

Как экзотика, запатентована коробка с тремя сцеплениями^[6]. Редко встречается «автомат без гидротрансформатора»^[9] — помесь «автомата» и «робота», гидравлическая планетарная коробка со сцеплением. Один из фрикционов («сцепление») используется для трогания, его делают прочнее, прописывают особые алгоритмы управления. Дальнейшее переключение — как на АКПП. Встречаются и вариаторы без гидротрансформатора^[10]. Koenigsegg Jesko оснащён 9-скоростной трёхвальной коробкой без муфт переключения, но с 7-ю фрикционами^[11].

Однодисковая РКПП представляет собой механическую коробку передач со сцеплением, к которой подсоединены два привода: один отвечает за сцепление, второй за вилки переключения. Приводы могут быть как электрическими, так и гидравлическими.

Если коробка гидравлическая (обычно применяется в дорогих автомобилях), есть также насос, поддерживающий давление в гидросистеме, и гидроплита (пути для масла и посадочные места для клапанов, сделанные в большой металлической плите). Интересно поступили в двухдисковой коробке DSG7 DQ200, устанавливаемой в маломощных авто Volkswagen: она электрогидравлическая, с маломощным электрическим насосом, не способным поддерживать давление, если начнётся расход жидкости. Давление поддерживает гидроаккумулятор — сосуд с газом под давлением 24 атм^[12]. Если в автомате селектор — несколько клапанов на общем штоке, то селектор робота — чисто электрический выключатель, обработкой режимов занимается процессор.

Важное ноу-хау автопроизводителей — алгоритмы переключения: робот должен приспосабливаться к естественному износу диска сцепления^[13], не мешать водителю неудачными переключениями, исполнять различные приёмы езды на ручном автомобиле. Например, бортовой компьютер может принимать информацию с датчиков АБС и не переключаться, если автомобиль поворачивает. В Lada Vesta реализованы такие народные приёмы вождения, как стоянка на передаче, зимнее трогание со 2-й передачи, запуск двигателя «с толкача», вытаскивание из грязи «враскачку»^[14]. В Lamborghini Aventador стоит робот с одним сцеплением, но вилками управляют четыре независимых гидропривода, а соседние передачи (кроме последней пары, 6-7) стоят на разных вилках, что и даёт спорткару время переключения в солидные 50 мс^[15]. Грузовая коробка Volvo I-Shift несинхронизированная, синхронность вращения валов достигается программно.

Практически все автомобили с роботами снабжаются автоматическими противооткатными системами (hill assist)^[16][3]. Несрабатывание этой функции может вызвать неудобство, а то и аварию^[10].

Для переключения робот берёт информацию из самых разных систем автомобиля, и при отказе этих датчиков возможны ошибки. Очень многие роботы перестают нормально работать при отказе стоп-сигнала^[13].

Примерное устройство двухдисковой РКПП для переднеприводных автомобилей. Чёрная паразитная шестерня — корзина дифференциала. Не показаны задняя передача, вилки и муфты переключения. Разрезанная коробка Volkswagen DSG6 с двумя масляными многодисковыми сцеплениями. Видны концентрические диски сцеплений.

Двухдисковая РКПП представляет собой две параллельные МКПП с двумя сцеплениями, одна для чётных передач, другая — для нечётных. Когда автомобиль едет на 1-й передаче, на нечётной коробке включены 1-я передача и сцепление, на чётной — только 2-я передача.

Когда возникает потребность переключиться на 2-ю передачу, одно сцепление выключается, другое — включается. Когда компьютер видит, что водитель продолжает разгоняться, он подготавливает на нечётной коробке 3-ю передачу, и когда настанет пора переключиться, он снова разомкнёт одно сцепление и сомкнёт другое.

Потому коробка называется преселективной («с предварительным выбором») — пока автомобиль едет на 2-й передаче, коробка заранее готовит 3-ю, чтобы потом быстро переключиться на неё. Двухдисковые РКПП переключаются за 0,2 с и даже быстрее^[6], не разрывая тягу, но только на ту передачу, которая подготовлена заранее^[3]. Ошибки в предсказании (например, резкое ускорение из экономичного режима, а значит, срочный спуск на две-три передачи) приводят к задержке^[3].

Главные достоинства двухдисковых роботов — плавное переключение и экономия топлива. Недостатки — та самая задержка при разгоне^[3], цена на уровне автомата, не лучшее поведение на низких скоростях и плохо отработанный (на 2018) ремонт^[17] — так, Volkswagen AG при большинстве проблем просто меняет блок сцеплений или мехатроник^[8].

Примечание. Преселективными также назывались механические коробки, в которых указание следующей передачи происходит до включения: при сдвиге селектора взводятся пружины или переключаются пневмоклапаны, при нажатии педали сцепления они срабатывают и автоматически устанавливают передачу. Это никак не связано с РКПП.

На 2019 год двухдисковая РКПП применяется в самых разных классах автомобилей. На автомобилях недорогого и среднего класса она хвастается сравнимой с «автоматом» ценой и расходом как на МКПП. Так, заявленный расход 122-сильного турбированного Volkswagen Golf — 5,9 л/100 км на «роботе» и 6,3 на ручной^[18].

На спортивных автомобилях двухдисковые «роботы» любят за быстрое переключение, а значит, динамичный разгон. Так, 1200-сильный Bugatti Veyron оснащён 7-скоростным «роботом» и разгоняется до 100 км/ч за 2,5 с^[19]. 425-сильный BMW M3 с ручной коробкой разгоняется до 100 км/ч за 4,1 с, с «роботом» — за 3,9^[20].

Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation первой оснастила грузовик двухдисковым роботом в 2011 году^[21]. Впоследствии идею подхватили другие производители (John Deere — 2012, Volvo — 2014), но на 2019 такие грузовики остаются экзотикой: сложные конструкции не прибавляют грузовику рентабельности^[16].

Робот неприменим во внедорожниках, строительной технике: на минимальной скорости с большой тягой гидротрансформатор работает лучше^[22][10][16].

Автомат без гидротрансформатора встречается крайне редко, в основном в дорогих представительских машинах (Aurus Senat, спортивные комплектации Mercedes-Benz S-класса^[23]). Хотя были предложения оснастить таким автоматом и ВАЗы^[9]. Вариатор без гидротрансформатора встречается, например, в кроссовере Subaru Forester.

Однодисковая РКПП в легковых автомобилях на 2019 год из-за дешевизны и принципиальных недостатков (требует времени на переключение, и эти переключения происходят в неконтролируемые моменты) применяется только в недорогих автомобилях (например, Lada Vesta). В модельных рядах крупных марок (Volkswagen, Hyundai, KIA, Ford) на 2019 год нет однодисковых роботов — хотя ранее встречались (например, Citroën C3).

В грузовом транспорте однодисковые роботы продолжают применяться (Eaton Autoshift, Eaton Ultrashift, Volvo I-Shift, Renault Optidriver). У грузовика бывает более десятка передач со сложными схемами переключения (один рычаг выбирает ряд передач, второй — собственно передачу, зачастую один из рычагов является преселектором — переводит передачу, когда водитель выжмет сцепление^[24]), и даже полуавтоматическое переключение удобнее, чем полностью ручное. К тому же многие такие роботы частично унифицированы с ручными коробками. Известный недостаток РКПП, унаследованный от ручных коробок — на минимальных скоростях приходится ездить с проскальзыванием сцепления, и водитель лучше робота видит дорожные условия — решается введением понижающих передач, дающих устойчивое движение на скоростях меньше 1 км/ч^[25][26]. Считается^[16], что из всей грузовой техники лучше всех выигрывает от робота магистральный тягач — а не мусоровоз или развозной грузовик.

Однодисковые полуавтоматы часто применяются в автогонках. Иногда наработки гоночных инженеров проникают в спорткары, превращаясь в полноценные роботы (Lamborghini Aventador).

Коробка переменных передач (КПП) и привод колес

В этой рубрике описывается коробка переменных передач (КПП) и привод колес автомобиля мерседес 190.

Каждое заднее колесо ведется пятью независимыми, но с точно определенным назначени­ем, пространственно расположенными рычагами (тягами). За счет этого стабилизируются возникающие во время хода автомобиля перемещения колеса или пружинящие движения подвески таким образом, что обеспечиваются оптимальные ходовые качества. С разнооб­разными возможностями варьирования при установке пяти рычагов удается и у маленького и легкого «мерседеса» найти компромисс между комфортом и оптимальными ходовыми ка­чествами Это не так-то просто сделать на легких автомобилях, так как, если выбрать слишком мягкую стабилизацию колеса или мягкую пружинную подвеску, появляются проблемы с устойчивостью хода из-за эффектов увода колеса.

Все детали заднего моста крепятся к широкой несущей поперечине (балке), которая связа­на четырьмя массивными резиновыми опорами с днищем кузова. В середине прикручен ре­дуктор заднего моста. Все пять рычагов-укосин (нижний рычаг пружины подвески, рычаг стабилизации тягового усилия, рычаг стабилизации тормозного усилия, верхний рычаг стаби­лизации развала колеса и тяга стабилизации поперечного усилия) подвижно связаны одной стороной с поперечиной заднего моста, другой стороной — с креплением (опорой) колеса. Далее следует перечень преимуществ задней оси с пространственным слежением.
Продолжить чтение →

При случае нужно проверять резиновые манжеты на кольцевых шарнирах полуосей, так как при попадании под них пыли и влаги шарниры быстро разрушаются. Для проверки надо по очереди подвешивать каждое заднее колесо и, проворачивая его,осмотреть снизу под автомобилем каждую манжету. На манжете не должно быть трещин и резина должна быть эластичной. Хомуты крепления должны быть плотно закреплены. Тем­ные масляные пятна — служат сигналом тревоги. Поврежденную манжету следует заменить без промедления. Для этого необходимо снять и разобрать полуось.
Продолжить чтение →

Задний ведущий мост изменяет под прямым углом направление приводного усилия за счет ведущей и ведо­мой конических шестерен главной передачи редуктора заднего моста и направляет далее усилие через две полуоси к приводным колесам. Он приспосабливает за счет передаточно­го числа (323 : 1) главной передачи обороты вторичного вала КПП к необходимым оборо­там колес и обеспечивает на поворотах с помощью межколесного дифференциала, вращение приводных колес с различными числом оборотов, чтобы компенсировать разницу длины пути их движения К заднему мосту относятся также полуоси. В соответствии с уп­ругим движением подвески полуось должна повторять колебание колеса и компенсировать изменение расстояния от редуктора до колеса.
Продолжить чтение →

Это устройство вступает в действие, когда продавле­на до конца (Kickdown) педаль газа, и водитель ожидает максимально возможного ускоре­ния. Для этого двигатель должен раскручивать максимальные обороты на каждой скорости перед переключением на последующую передачу.

Устройство Kickdown должно обеспечить переключение на следующую повышенную пере­дачу до момента срабатывании ограничителя оборотов двигателя, так как в этот момент двигатель резко сбрасывает обороты. Для этого был смонтирован датчик оборотов напротив зубчатого венца маховика. Его сигналы направляются я электронное реле управлении. За 200 об/мин до срабатывания ограничителя оборотов реле режима Kickdown прерывает с помощью Kickdown-включателя электрическую цепь к электромагнитному клапану автома­тической коробки передач, в результате происходит включение следующей (в сторону по­вышения) передачи.

Продолжить чтение →

На «мерседесе» (по заказу) может быть установлена автоматическая коробка перемены передач (обозначение W4A020) На легкой и имеющей небольшие размеры коробке улуч­шенное значение коэффициента полезного действия за счет изменений в гидротрансфор­маторе.

Чтобы избежать медленного перемещения автомобиля во время остановки с работающим двигателем (автомобиль «ползет»), на холостых оборотах автоматически включается вторая скорость. Только при нажатии на педаль газа опять включается первая скорость. Далее коробка передач функционирует следующим образом. Между двигателем и четырехскоростной коробкой передач установлен гидравлический пре­образователь крутящего момента (гидротрансформатор), в котором крутящий момент двига­теля переносится на лопастные колеса. Продолжить чтение →