Поворачиваем ключ
Как только мы включаем зажигание, автомобиль готов к движению. За счёт чего это происходит? Топливо, которое мы предварительно заправили в бак своего “железного коня”, естественным путём или посредством механического побуждения попадает в камеру сгорания двигателя, а именно в его рабочие цилиндры. В зависимости от установленного оборудования тип топлива может быть разный: бензины различных октановых чисел, дизельное топливо (“солярка” в простонародье), природные газы или их смеси (метан, пропан-бутан и др.), этанол, керосин и другие, более экзотические виды. Выделяющиеся при сгорании топлива газы толкают поршни в цилиндрах, а те, в свою очередь, заставляют вращаться коленвал и передают момент вращения на главную передачу. Отсюда вытекает определение двигателя как устройства, служащего для превращения тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу. Но как теперь эту работу передать далее и заставить автомобиль двигаться, причём со скоростью, которая необходима нам в конкретный, данный момент времени?
Устройство
Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:
- картер;
- входной, выходной и промежуточный валы;
- синхронизаторы;
- ведущих и ведомых шестерней;
- механизма переключения передач.
Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.
Валы и блоки шестерней
В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.
С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые
При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей
На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.
Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:
- подвижно на шлицах;
- фиксировано на ступицах.
Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.
В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.
Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.
Механизмы управления
За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.
Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:
- рычага;
- приводов;
- ползунов;
- вилки;
- замка;
- муфты переключения передач.
Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.
Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.
При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.
Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.
Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:
Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.
Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.
Масло для механической коробки передач
Техническое обслуживание агрегатов трансмиссии производится в соответствии с сервисной книжкой. В большинстве коробок МКПП замена эксплуатационной жидкости осуществляется через каждые 50-60 тысяч км пробега. За этот период в ней накапливаются продукты износа и теряются смазывающие свойства.
При ТО следует лить специальное трансмиссионное масло для механической коробки передач, указанное в руководстве по эксплуатации. Особенно это касается машин иностранного производства, применение несоответствующего масла может привести к износу и даже поломке агрегата.
Специалисты рекомендуют использовать один ее вид при замене, что позволит свести к минимуму негативное воздействие на резиновые сальники. Замена масла в МКПП процедура несложная и может осуществляться самостоятельно без привлечения специалистов из автотехцентров. Это позволит сократить издержки на эксплуатацию автомобиля.
Механическая коробка передач отличается простотой конструкции и, как следствие, высокой надежностью. В Европе почти 80 процентов автомобильного парка оснащены МКПП, в нашей стране их доля еще выше.
Помимо высокой надежности, водителей привлекают и такие достоинства, как меньший расход топлива при одинаковых характеристиках двигателя. Неудобство, связанное с необходимостью ручного переключения передач, становится незаметным по мере выработки автоматизма действий.
Видео — как переключать скорости на механической коробке передач:
Трёхвальная МКПП
Главная ее особенность – число валов. В конструкции используется три вала. Это:
- Ведущий (он же первичный).
- Ведомый (иное название – вторичный).
- Промежуточный.
Первичный соединен с узлом сцепления. Энергия от него передается на промежуточный посредством определенной шестерни. Ведущий и промежуточный вал всегда находятся в зацеплении. Промежуточный находится параллельно относительно первичного. Ведомый установлен на одной оси с первичным. В устройстве КПП имеется упорный подшипник. Элемент установлен на ведущем валу, в который входит вторичный. Шестерни первичного при этом могут свободно вращаться, поскольку они не закреплены жестко. Шестерни вторичного вала МКПП взаимодействуют с шестернями промежуточного постоянно. Это значит, что на «нейтралке» вращательный момент от первичного вала идет на промежуточный, а затем на шестерни вторичного. Но автомобиль не совершает движения, так как шестерни КПП не закреплены и вращаются свободно.
На трёхвальной МКПП синхронизаторы расположены на валу и не вращаются. Но они могут перемещаться в осевом направлении благодаря шлицевому соединению. Чем еще особенный данный тип МКПП? Узел переключения скоростей находится на корпусе КПП. Он состоит из:
- Рычага.
- Нескольких штоков с вилками.
Дополнительно данный узел оснащается блокирующим устройством, которое защищает от включения нескольких скоростей сразу.
Управление вилкой КПП может осуществляться дистанционно. Такая конструкция используется, когда нет возможности установить рычаг напрямую в коробку. В этом случае конструкция предполагает наличие шарнирных тросов или кулисы. Данный вариант часто используется на автобусах и грузовиках.
Как работает трёхвальная МКПП:
- Когда рычаг КПП находится в «нейтрали», вращательный момент не передается от ДВС на колеса. Когда водитель меняет положение рычага КПП, вилка двигает синхронизатор.
- Муфта выравнивает обороты ведомого вала коробки и шестерни, а далее входит в зацепление.
- Шестерня вторичного вала МКПП блокируется.
- Трансмиссия передает вращательный момент на колеса с определенным передаточным числом.
Переключения осуществляются менее, чем за полсекунды. Каждая ступень работает в определенном диапазоне скорости движения авто.
https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4
Принцип работы
Используемый в работе МКПП принцип заключается в передаче на первичный вал крутящего момента. Передача осуществляется от двигателя через сцепление. В конструкции механической коробки передач есть пары шестерен, которые между собой взаимодействуют. С помощью этих пар (ступеней) крутящий момент преобразуется для последующей передачи на колеса. Ступени имеют свое передаточное число. Так происходит преобразование скорости вращения и крутящего момента коленчатого вала ДВС. Различают понижающие и повышающие передачи. Первые крутящий момент увеличивают, при этом происходит уменьшение скорости вращения. Включение повышающей передачи, наоборот, уменьшает крутящий момент.
Пары состоят из двух шестерен, входной и выходной. Передаточное число зависит от количества зубьев. Понятно, что у шестерни большего диаметра и количество зубьев будет больше, здесь существует прямая зависимость. В качестве примера можно привести первую передачу с самым большим передаточным числом. У этой пары шестерен минимальный размер имеет входная, расположенная на первичном валу. Максимальный размер имеет выходная шестерня первой передачи. Поток мощности, который передается от мотора, при переключении скоростей МКПП нужно прервать. Для этого водитель нажимает педаль сцепления. Автомобиль с механической коробкой передач начинает движение с включения первой передачи.
Примечание: некоторые модели тяжелых грузовых автомобилей могут начинать движение со второй передачи.
Водитель рукой устанавливает селектор рычага переключения передач в нужное положение. Дальнейшее переключение на повышенные передачи выполняется водителем последовательно. Необходимо учитывать скорость автомобиля и показания тахометра. Это связано с тем, что каждому диапазону оборотов двигатель соответствует определенная передача.
Трогаемся с места
Теперь, понимая, что такое КПП, посмотрим её принцип действия. Ведущий вал жестко связан с выходным валом двигателя и передает в коробку именно тот момент вращения, который сообщает ему последний. Автомобиль стоит на месте и, сперва его просто необходимо сдвинуть с места. Это довольно непростая задача, учитывая вес транспортного средства. Сопротивление вращению велико, и двигатель может просто заглохнуть. Водитель выжимает педаль сцепления, разводя при этом ведущий и ведомый вал, а рычагом переключения передач включает самую первую, то есть подводит к ведущей шестерне саму большую ведомую. Момент при этом передаётся практически тот же, что и на валу двигателя. Это позволяет без проблем сдвинуть массивного “железного коня” с места. Но вот набраны 30-40 км/ч, двигатель ревёт, а машина больше ускоряться не хочет. Что при этом делать? Правильно! Включить вторую передачу, то есть зацепить ведущую звёздочку с другой ведомой меньшего размера. При этом ведомый вал начнёт вращаться быстрее, и скорость автомобиля вырастет. Таким образом, последовательно переключая передачи, можно достигнуть максимальной скорости движения транспортного средства, используя КПП. Что это за прибор, мы разобрались, теперь рассмотрим его разновидности.
Устройство механической коробки передач
- картера;
- первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
- дополнительного вала и шестерни заднего хода;
- синхронизаторов;
- механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
- рычага переключения.
Сцепление
Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.
Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.
Шестерни и валы
В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки. Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.
В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.
На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.
Синхронизаторы
Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.
Эксплуатация
Замена масла (вовремя) и «правильное» переключение передач – действия, способные продлить срок эксплуатации механической коробки передач. Для этого требуется осуществлять контроль уровня масла. Переключать передачи за счет плавных движений. Выдерживать паузу в нейтральном режиме, что необходимо для полноценного срабатывания синхронизаторов.
Неисправности МКПП приводят к следующему:
- износ прокладок и сальников – подтекание масла;
- излишний шум – повреждение шестерней и подшипников, а также проблемы с синхронизаторами;
- затрудненная смена передач – выход из строя механизма переключения, синхронизирующих муфт, шестерней;
- произвольное выключение передач – сильный износ и синхронизаторов и шестерней.
Как переключать скорости на механической коробке передач
Эксплуатация автомобилей с МКП и управление ими имеет целый ряд особенностей, которые необходимо знать водителю. Возникает закономерный вопрос: как пользоваться механической коробкой передач? Обучение этому начинается во время обучения в автошколе, начиная от показа инструктором до наработки автоматического навыка в переключении передач.
Как переключать скорости на механической коробке передач обычно указано на схеме, нанесенной на наружную поверхность рукоятки рычага. В целом процесс выглядит следующим образом:
- водитель выжимает сцепление левой ногой;
- рукой переводит рычаг из одного положения в другое;
- плавно отпускает педаль сцепления и плавно нажимает на акселератор.
Переключения передач у механической коробки осуществляется в соответствии со схемой, которая указывается в технической документации к автомобилю. Опытные водители рекомендуют придерживаться приведенных ниже правил, которые позволят увеличить ресурс агрегата:
- использование прямой передачи (обычно четвертой) позволит значительно уменьшить потребление топлива;
- переключение скоростей на механической коробке передач следует выполнять строго в соответствии с разработанной производителем инструкцией;
- включение задней передачи производить только после полной остановки автомобиля;
- педаль сцепления выжимается быстро и до упора ее в пол, отпускать же следует плавно без рывка;
- на обледенелой или мокрой дороге движение накатом недопустимо;
- при прохождении поворотов не рекомендуется производить переключений передач;
- эффективным на свободной дороге является приемом торможения двигателем путем последовательного понижения передачи до минимальной;
- периодический контроль уровня масла в коробке и своевременная замена в процессе технического обслуживания обеспечит увеличение ее ресурса.
Видео — советы как переключать скорости на механической коробке передач:
Освоение приемов управления автомобилем требует постоянной практики. Действия инструктора показаны в мельчайших подробностях, наблюдение за ними позволит сформировать правильные мышечные реакции у начинающего водителя.
Когда имеет смысл замена?
Стоимость ремонта родной или новой АКПП иногда значительно превышает стоимость МКПП. Когда старые коробки-автомат восстанавливать нецелесообразно, проще воткнуть механику. На автомобилях до 97 года поменять коробку проще простого – они с двигателем не связаны между собой. А вот после 97 года они начали комплектоваться одним электронным блоком управления или двумя, работающими в паре. Правда, это зависит от модели АКПП. Старые разработки без электронных блоков управления до сих пор спокойно ставятся на совершенно новые автомобили. При переходе на МКПП, на автомобилях со сложными электронными блоками управления возникает куча проблем. Компьютер начинает выдавать ошибки, двигатель глохнет и ведет себя странно. Некоторые такие сложности можно решить, а некоторые нет. Переход на МКПП в таком случае может сильно разочаровать владельца. Автомобиль будет вести себя странно, постоянно требуя внимания и каких-либо действий. Например, выхода из ошибок каждые 15 километров, поскольку «мозги» автомобиля «прошиты» под АКПП.
Если на автомобиль владельца запчасти не производятся уже лет 20 и найти их можно только с помощью сложного поиска в интернете, то тогда замена на МКПП вполне имеет смысл.
Ремонт коробки старого Порше может в десять и более раз превысить стоимость установки механики
Ремонт коробки старого Порше может в десять и более раз превысить стоимость установки механики. Некоторые профессионалы могут срастить двигатели и коробки совершенно разных производителей и поколений.
На автомобилях после 97 года, на которые поставить механику слишком уж сложно, можно поставить двигатель в сборе с МКПП. Продажа старого двигателя и запчастей от АКПП частично покроет расходы. Например, роторный двигатель от Мазда РХ-8 в хорошем состоянии обойдется в 400000 рублей, коробка в 60000. Вместо роторного двигателя можно без особых проблем поставить вышеуказанный турбированный двигатель от Тойота в сборе с МКПП и за 200000 получить надежный автомобиль со спортивным характером, который долго не будет знать проблем.
Что потребуется?
Замена коробки – процедура достаточно сложная. Для этого понадобится как минимум теплый бокс с ямой или подъемником. Сама АКПП весит немало и для её снятия понадобится кран или помощь нескольких человек. Сами процедуры по замене потребуют большого спектра инструментов: различных ключей, шестигранников, дрели, шуруповерта, отверток и так далее. Проведение процедуры требует опыта работы руками и четкого понимания, что и как должно работать.
Процесс замены АКПП на МКПП
Инструкций по смене вида коробки официальные производители не выпускают, информацию можно найти только в интернете, и далеко не всегда полную. Тем не менее опытные в работах с автомобилем автовладельцы, периодически выполняют данные операции самостоятельно, и, в большинстве случаев, им удается решить все сопутствующие проблемы.
Детали необходимые для свапа:
- Сама механическая коробка передач. И крепления к ней. На АКПП и МКПП они могут отличаться.
- Маховик и корзина сцепления. Эти детали подлежат балансировке, поэтому их лучше брать с одной машины. Диск сцепления лучше поменять на новый.
- Полуоси – отличаются у АКПП и МКПП.
- Кулиса. При ее установке обычно требуется расширить некоторые отверстия, лучше обработать их антикором.
- Педальный узел. Педаль сцепления потребует установки шланга, цилиндра и отверстий под него.
- Стартер переделывается или заменяется на новый из-за включенной блокировки. АКПП нельзя завести при включенной передаче. Обычно просто ставится перемычка.
Фонари заднего хода понадобится переделать, чтобы они работали с задней передачей МКПП.
Если АКПП идет уже со сложными электронными блоками управления, то в этот список может добавиться: перепрошивка, установка хитрушек и обманок, замена приборной панели и так далее. Иногда для того чтобы заставить машину работать правильно, необходимо будет ее серьезно переделать. В зависимости от случая, это может быть совсем просто или же не решаемо.
Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.
Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.
Устройство трехвальной МКПП
Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.
На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.
Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.
Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.
В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.
Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.
Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.
Преимущества и недостатки МКПП
Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.
Преимущества Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП
Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД
Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции
Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание
Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью
Возможность буксировки автомобиля
