Трансмиссия

Гидромеханическая

Данная КПП состоит из механизма для передачи момента и специального преобразователя. Трансмиссии этого типа применяются в тракторах, железнодорожной технике, а также как вспомогательный регулятор поворота в танкостроении. Из-за применения такой системы значительно уменьшается КПД двигателя, но увеличивается эксплуатационный срок поршневого мотора. Необходимость дополнительного питания трансмиссии и установки специальной системы охлаждения сильно увеличивает вес и габариты конструкции. Также гидромеханическая трансмиссия позволяет облегчить управление транспортным средством.

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Нейтральное положение

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

Задний ход

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.

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Трансмиссию иначе можно назвать совокупностью определённых механизмов и агрегатов. Помимо КПП, в их число входят: сцепление, главная передача, дифференциал и кардан.

Диск сцепления

Путём воздействия на сцепление при остановке машины водителю не приходится глушить двигатель — включается нейтральная скорость, и коробка отсоединяется от мотора. В процессе езды сцепление вновь совмещает вращающийся двигатель и коробку.

В трансмиссии автомобиля сцепление играет роль проводника. Именно оно передаёт усиление с объекта на объект. Управляет механизмом водитель, сидящий за рулём машины. Посредством педали он воздействует на привод, соответственно, осуществляется передача усилия.

Различают 3 типа привода, хотя в автомобилестроении чаще применяются лишь два: механический и гидравлический. Электрогидравлический привод такое распространение не получил.

Сцепление состоит из ряда функциональных элементов:

• дисков, тесно взаимосвязанных между собою;
• маховика, соединённого с корзиной — относится к самым прочным элементам, выдерживающим большие нагрузки;
• вилки выключения, разжимающей диски при нажатии педали;
• первичного вала коробки, на который передаётся КМ.

Принято различать «сухое» и «мокрое» сцепление.

1. Первый тип осуществляет передачу усилия напрямую между диском мотора и КПП, благодаря силам трения. Он часто устанавливается на внедорожники, оснащённые полным приводом.
2. «Мокрое» сцепление — использует гидротрансформаторное масло. Жидкость находится между обоими дисками. Такой вариант более надёжен, но стоит дороже обычного сцепления.

Главная передача

Это устройство предназначается для передачи КМ непосредственно к ведущему мосту. Состоит узел из полуоси, ведомой и ведущей шестерней, полуосевых шестерней и шестерней-сателлитов.

Принято различать одинарную передачу и двойную, часто встречающуюся на грузовиках с увеличенным передаточным числом.

Дифференциал

Предназначен для передачи, изменения и распределения КМ. Один из конструктивных элементов трансмиссии. В зависимости от привода автомобиля располагается:

• в картере — задний привод;
• в КПП — передний привод;
• в раздатке — полный привод.

Конструктивная особенность дифференциала заключается в наличии планетарного редуктора. А в зависимости от зубчатой передачи, принято различать:

• конический дифференциал, используемый в качестве межколёсного;
• цилиндрический, который ставится между осями автомобилей с полным приводом;
• червячный — универсальный вариант, используемый и между колёсами, и между осями.

Дифференциал состоит из:

• корпуса или чашки, воспринимающей КМ от главной передачи;
• ведомой шестерни, жёстко зафиксированной на корпусе;
• осей с вращающимися сателлитами;
• шестерёнок.

Карданная передача

Кардан состоит из валов, промежуточной опоры, шарниров и шлицов, муфты.

1. Задний вал кардана наделён 2 шарнирами, позволяющими плавно передавать КМ от КПП к главной передаче при езде автомобиля по кочкам.
2. Шарниры с крестовинами дают возможность передачи КМ под углом.
3. Шлицы предназначены гасить колебания автомобильного кузова.

Устройство системы автомобиля

Задний привод считается наиболее простым, экономичным, легким в обслуживании и реализуемым с наименьшими затратами. Большинство старых автомобилей заднеприводные, но это не говорит о том, что такая система примитивна. Сегодня модели машин из одного ценового сегмента с RWD и FWD одинаково технологически совершенны. Трансмиссии транспортных средств, как правило, включает следующие механизмы:

• Сцепление. Без этого устройства невозможна работа многоступенчатой коробки передач. Обеспечивает связь двигателя и коробки передач. Благодаря сцеплению стала возможной передача усилия от двигателя внутреннего сгорания на составные части трансмиссии.
• Коробка передач. Пожалуй, наиболее значимый элемент системы, без которого не получится преобразовать поступающий от двигателя момент и направить его на колеса. За счет коробки меняется скорость автомобиля. Передачи переднего хода обеспечивают движение вперед, для движения назад отвечает передача заднего хода. Нейтральная передача обеспечивает отсоединение трансмиссии от силовой установки.
• Дифференциал. Еще один значимый и ключевой механизм системы. В первую очередь необходим для распределения и передачи момента от коробки к колесам. Крайне важен для устойчивого положения машины во время прохождения сложных участков, поскольку дифференциал обеспечивает вращение полуосей с различной скоростью.

• Карданная передача. Передает тяговое усилие от вторичного вала КПП к главной передаче под меняющимся углом.
• ШРУС. Среди автомобилистов со стажем известна как «граната». Получила название из-за внешней схожести с взрывчатым боеприпасом. Скромные по размерам механизмы заставляют вращаться колеса и управляют ими. Принцип действия схож с работой кардана, но ШРУСы являются более совершенными и сложными деталями. В авто с передним приводом обычно реализуют два ШРУСа для соединения с дифференциалом и два наружных для связи с колесами.

Многие современные внедорожники производят с постоянным или подключаемым полным приводом. С конструктивной точки зрения этот тип самый сложный, следовательно, требует более затратного обслуживания и ремонта в случае выхода из строя. Фактически сочетает в себе особенности переднего и заднего привода, образуя, таким образом, их комбинацию.

Также стоит сказать несколько слов о новомодной трансмиссии – электрической. Передовые производители автомобилей продолжают следовать тенденции электрификации ранее созданных моделей. А такая компания, как Tesla, вовсе начала производство электрических транспортных средств с нуля. Электрический тип трансмиссии отличается низким уровнем издаваемого шума, некоторые модели получили одноступенчатый редуктор, а в модификациях Active Wheel трансмиссионная функция выполняется электронным методом.

Механическая

Механические трансмиссии состоят только из шестерёнчатых или фрикционных элементов, что обеспечивает высокий КПД, небольшой вес конструкции, надёжность при эксплуатации и простоту обслуживания. Также такие механизмы отличаются компактностью. Недостатком же механической трансмиссии является неплавное переключение передаточного числа, из-за чего мощность двигателя не всегда используется рационально. К тому же, необходимость переключения рычага усложняет вождение транспортным средством. В случае со спортивными автомобилями эта проблема решается с помощью установки электронного переключателя передач, но такой способ слишком дорогой и не годится для массового использования.

Рекомендации по эксплуатации КПП

Выход трансмиссионной системы из строя нередко становится неприятной неожиданностью для автовладельцев, так как её ремонт может влететь в копеечку. Чтобы этого не произошло, при езде на авто с АКПП необходимо придерживаться следующих рекомендаций.

1. При езде в холодное время года необходимо 5 — 15 минут ехать медленно, чтобы произвести тщательный прогрев АКПП. Данное правило следует соблюдать, если температура воздуха на улице ниже 25 градусов по Цельсию.
2. Если происходит непродолжительная остановка, не следует ставить рычаг в нейтральное положение, так как это ведёт к сбою в работе автоматической КПП.
3. Всегда выжидайте несколько минут после запуска двигателя. Это нужно, чтобы коробка передач достигала своего рабочего состояния.
4. В случае смены направления вперёд и назад осуществлять переключение рычага нужно только после полной остановки машины.

Соблюдение этих простых рекомендаций позволит вам избежать аварийных ситуаций на дороге, а также больших затрат на ремонт АКПП в случае поломки авто из-за неправильного обращения.

Виды привода

• Задний привод. Двигатель располагается впереди автомобиля или по центру кузова в пределах колёсной базы, или сзади над осью, или в заднем свесе. Коробка передач для организации лучшей развесовки может быть в блоке с двигателем или с главной передачей на задние колёса.
• Передний привод. Используется в массовых автомобилях, хотя иногда его применяют и в более дорогих классах, а также в лёгких грузовиках. Разница может быть лишь в поперечном расположении силового агрегата или продольном. Первая схема более компактна и проще реализуется.
• Подключаемый полный привод. Возможно много вариантов, но чаще всего используются два. На утилитарных внедорожниках водитель вручную подключает передний мост на тяжёлых участках при постоянном заднем. У кроссоверов используется электронная или вязкостная муфта, подключающая задний мост, постоянно в этом случае используется передний.
• Постоянный полный привод. В машине всегда задействованы для создания тяги все колёса. Различные механические и электронные устройства могут изменять соотношение момента по осям или даже по колёсам.

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Функции КПП:

1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты

Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость

Чем отличается автоматическая коробка передач от механической

Чтобы сдвинуть автомобиль с места на ровном участке, нужно преодолеть силу инерции и создать наибольшую тягу на ведущие колеса. Полезный крутящий момент двигателя достигается только в определенном диапазоне частот. Если силовой агрегат напрямую соединить с колесами, то КПД мотора снизится. Чтобы обороты двигателя работали с максимальной отдачей, в схему включен посредник — автоматическая или механическая коробка передач.

Когда стоит выбор: автомат или механика, каждый покупатель оценивает разницу по критериям затрат, надежности, удобства. Для объективного выбора нужно разобраться подробно, что такое МКПП и АКПП, в чем преимущества и недостатки их эксплуатации.

Принцип работы МКПП

Механическая коробка представляет собой блоки шестерней, расположенные на 3 валах: входном, промежуточном и выходном. Входной вал соединен с коленчатым валом двигателя и промежуточным валом. Зубчатые колеса промежуточного вала сцеплены с колесами выходного неподвижного вала.

Читать

Полная и частичная замена масла в АКПП Polo Sedan своими руками

Шестерни вращаются независимо от выходного вала. Диаметры колес подобраны под передаточное отношение, достаточное для передачи крутящего момента на колесный привод при разном режиме движения. Если шестерню жестко соединить с валом, их скорости уравняются. Для этого используют синхронизаторы, в состав которых входит муфта включения, ступица с сухарями, кольцо блокировки.

Принцип работы МКПП заключается в ручном переключении выходных шестерней, которые зацепляются с приводами двигателя и колес. Для управления коробкой водитель использует рычаг и педаль сцепления.

Сцепление в механике представляет собой набор фрикционных дисков, который разъединяет или сцепляет двигатель и трансмиссию за счет силы трения. Нажимая педаль, водитель прекращает передачу крутящего момента на входной вал. При этом снижается скорость, и происходит толчок. Расцепление гасит крутильные колебания и предотвращает удар от переключения передачи.

https://youtube.com/watch?v=BgZaz5b4JRk

Двигая рычаг, водитель приводит в действие шток. Шток с помощью вилки управляет муфтой включения. Перемещение муфты влияет на положение сухарей ступицы, которые прижимают кольцо блокировки к шестерне. Под действием силы трения кольцо останавливается, и шлицы муфты сцепляются с шестерней.

Решить проблему прерывания подачи крутящего момента смогла гидромеханическая АКПП. Соответственно принцип действия, конструкция и управление автомата отличается от механики.

Принцип работы АКПП

В основе автоматической коробки передач лежит планетарный механизм. Он состоит из набора шестерней, которые вращаются вокруг «солнца». У планетарного ряда 2 входа и 1 выход. Изменение входных скоростей с помощью пакетов фрикционов позволяет управлять вращением выходного вала.

В отличие от механики, в автомате переключение скоростей происходит по сигналу электронного блока. Чтобы включить передачу, в гидроблоке открывается требуемый канал для прохода трансмиссионного масла. Давление жидкости действует на поршень, который сжимает диски фрикционов. Одновременно разжимается пакет фрикционов предыдущей передачи. При этом потеря мощности при переключении не возникает.

Читать

Причины затягивания с переключением передач на АКПП и способы их устранения

Роль сцепления в автомате выполняет гидротрансформатор. Передача и преобразование момента двигателя происходит через трансмиссионную жидкость. Гидротрансформатор гасит вибрации силового агрегата и коробки, и автомобиль все время движется плавно.

Чем отличается механика от автомата, так это простой конструкции. АКПП — сложно скомпонованный механизм, из которого вытекают основные недостатки коробки.

Классификация трансмиссий

За период развития автомобиля инженеры разработали несколько вариантов трансмиссии. Сегодня по способу передачи и изменения крутящего момента используется пять основных видов: механическая, гидромеханическая, гидравлическая, электромеханическая и автоматическая. А по типу привода бывают: переднеприводные, заднеприводные и полноприводные трансмиссии.

Механические

Самая распространенная на легковых автомобилях – механическая трансмиссия. В ней вся работа осуществляется только механическими элементами: различными видами зубчатых, планетарных, фрикционных передач и т.д. Причем это относится не только к МКПП, но и ко всем остальным узлам. По своему КПД, долговечности и простоте ремонта механическая трансмиссия пока что опережает остальные типы.

Автоматические

Под автоматической трансмиссией чаще всего понимают коробку передач, которая сама регулирует изменение передаточного числа. Яркие примеры – вариатор для бесступенчатой механической регулировки, а также АКПП для гидромеханических систем.

Гидравлические

Это особый вид трансмиссии, в которой все элементы передают крутильный момент за счет гидравлических устройств. В автомобилях такие системы не используются, их можно встретить разве что в строительной и авиационной технике.

Как ни странно, гидравлические устройства более компактны, чем механические. Кроме того, элементы гидравлической трансмиссии могут находиться на значительном расстоянии друг от друга – сжатие жидкости при передаче энергии дает много возможных вариантов для компоновки отдельных элементов. Однако сама рабочая жидкость должна быть в технически идеальном состоянии.

Гидромеханические

В гидромеханической трансмиссии отдельные элементы будут работать на принципе гидравлической передачи энергии движения. Самый распространенный пример – трансмиссия с автоматической коробкой передач, где функции сцепления выполняет гидротрансформатор. Жидкостная передача движения в гидротрансформаторе используется для снижения ударных нагрузок и уменьшения крутильных колебаний (в механическом сцеплении для этого используется двухмассовый маховик и демпферы на ведомом диске).

Еще одно устройство, применяемое в гидромеханической трансмиссии – вискомуфта, которая до недавнего времени устанавливалась на полноприводные автомобили. В ней жидкость служит не для передачи момента вращения, а для блокировки, но это всё равно гидромеханическое устройство.

Электромеханические

Это новый вид трансмиссии, который вышел «в массы» благодаря распространению электрокаров, поскольку для ее работы нужен тяговый (не стартерный) аккумулятор, а в электромобилях он уже есть на месте. Плюсом электромеханической трансмиссии является довольно быстрая реакция на изменения крутящего момента за счет использования электромоторов. А также удобство размещения отдельных частей и узлов: поскольку принцип действия позволяет разнести элементы на большие расстояния, а значит, скомпоновать их более удобно, чем это можно было бы сделать с другими видами трансмиссий.

Переднеприводные

Здесь все просто, крутящий момент от двигателя полностью передается на передний привод автомобиля. Передается момент через коробку передач, главную передачу и полуоси на передние колеса автомобиля.

Заднеприводные

Здесь же ведучим приводом автомобиля будет задняя ось. Крутящий момент передается также, только с добавлением еще одного елемента — карданного вала между коробкой передач и главной передачей.

Полноприводные

Тут с названия все ясно. Момент передается на обе оси вто или инной пропорции одновременно. Здесь еще добавляются такие элементы как раздаточная коробка и межосевой дифференциал. «Раздатка» как раз служит для передачи мощности на оси автомобиля. А межосевой дифференциал — для распределения мощности между осями. Также, за типом подключения полный привод бывает 3 типов.

1. Постоянный полный привод.

   Постоянный полный привод

2. Подключаемый.

   Подключаемый полный привод

3. Автоматически-подключаемый.

   Автоматический полный привод

Роботизированная трансмиссия

Роботизированная трансмиссия — еще один вариант трансмиссии, позволяющий переключать передачи в автоматическом режиме и позволяющий избавиться от педали сцепления в салоне авто.

В большинстве случаев роботизированная трансмиссия является однодисковой с одним сцеплением, в качестве альтернативы предлагается двухдисковая (преселективная) — с двумя параллельными механическими коробками и двумя сцеплениями. В качестве экзотического варианта создана и трехдисковая роботизированная коробка с тремя параллельными механическими коробками и тремя сцеплениями.

Роботизированная КПП основана на работе классической механической КПП, однако переключение передач производится не вручную, а благодаря сервоприводам, управляемым электроникой. Один сервопривод выключает и включает сцепление, второй физически перемещает шестеренки в коробке передач. Сервоприводы могут быть электрическими (более доступный вариант, встречающийся на автомобилях эконом-класса) или гидравлическими, обеспечивающими более плавное переключение передач и сближающими робот с классическим автоматом. Такой вариант встречается на более дорогих автомобилях.

Принцип работы роботизированной трансмиссии с одним сцеплением (однодисковой) следующий. Крутящий момент передается на ведущий вал, который передает его на ведомый, соединенный приводом с колесами. Силовой агрегат и ведущий вал разделены сцеплением, переключением которого занимается сервопривод под управлением электроники. При разрыве сцепления второй сервопривод перемещает синхронизаторы коробки передач таким же образом, как это делает водитель рычагом КПП на механике. Однако для такой системы характерны разрывы в мощности и потери в тяге в момент переключения.

Для решения этой проблемы была разработана преселективная роботизированная трансмиссия (DCT) с двумя дисками (валами) и двумя сцеплениями для четных и нечетных передач. Когда автомобиль едет на нечетной передаче, второе сцепление подготавливает переключение на четную передачу и т. д. Благодаря этому исчезают разрывы в тяге при переключении передач, которое осуществляется в рекордно быстрый период времени (время отзыва — до 0,2 секунды и даже меньше).

В целом роботизированная трансмиссия имеет свои плюсы по сравнению с автоматом — она дешевле, занимает меньше места в подкапотном пространстве, меньше весит, достаточно экономична (на уровне механической трансмиссии). Также большинство роботов позволяет переключать передачи и в ручном режиме.

Минусы робота следующие — простые однодисковые роботы с электрическими сервоприводами не обеспечивают плавность переключения передач. Роботы с двумя сцеплениями и с гидравлическими сервоприводами достаточно дороги, недостаточно надежны и имеют сложности при ремонте. В нередких случаев при поломке приходится менять коробку передач целиком.