Трансмиссия любого автомобиля – это система, выполняющая функции преобразования, распределения и доведения крутящего момента от двигателя до ведущих колес. Коробка передач является наиболее важным элементом данной системы.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).

На данный момент существует четыре основных типа коробки:

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Основные виды МКПП

Акцентируем внимание на «механике». Это будет наиболее оптимальным хотя бы потому, что знание МКПП позволит при определенных навыках и умениях осуществить ее текущее обслуживание и даже ремонт.

«Механика» — это ступенчатая коробка передач. Иными словами, принцип работы механики заключается в следующем: крутящий момент двигателя изменяется ступенями — парами взаимодействующих друг с другом шестерен. У каждой ступени определенное передаточное число, преобразовывает скорость вращения коленвала двигателя и обеспечивает вращение с необходимой угловой скоростью.

Число ступеней, которыми комплектуется коробка передач, лежит в основе классификации механических КПП. Так, выделяют:

1. четырехступенчатые;
2. пятиступенчатые;
3. шестиступенчатые и более.

Наиболее оптимальным вариантом у специалистов считается пятиступенчатая КПП, которая и является наиболее распространенной в среде «механики».


Вторым критерием классификации механической коробки является количество валов, используемых при преобразовании и распределении крутящего момента двигателя. Существуют трехвальные КПП (используемые преимущественно на заднеприводных транспортных средствах) и двухвальные (применяемые на переднеприводных автомобилях).

Устройство двухвальной КПП и принцип ее работы

Ограничимся анализом наиболее распространенного вида механической коробки передач — двухвальной. Устройство механической коробки передач включает в себя следующие детали и узлы:

1. первичный (или ведущий) вал;
2. блок шестерен первичного вала;
3. вторичный (или ведомый) вал;
4. блок шестерен вторичного вала;
5. механизм переключения передач;
6. муфты синхронизаторов;
7. картер;
8. главную передачу;
9. дифференциал.

Функции первичного вала сводятся к передаче крутящего момента двигателя (посредством соединения со сцеплением). Блок шестерен первичного вала жестко закреплен на валу.

Вторичный вал располагается параллельно первичному. Его шестерни, свободно вращающиеся на валу, находятся в зацеплении с шестернями первичного вала. Кроме того, на ведомом валу находится в жестко закрепленном состоянии шестерня — элемент главной передачи.

Назначение главной передачи и дифференциала сводится к передаче крутящего момента к ведущим колесам транспортного средства. Механизм переключения обеспечивает выбор необходимой передачи в конкретных условиях движения автомобиля.
Несмотря на то, что устройство коробки (двух — и трехвальной) различаются, принцип их работы один и тот же.


Нейтраль исключает подачу крутящего момента с двигателя на колеса. Перемещение рычага (включение передачи) означает перемещение муфты синхронизатора специальной вилкой. Муфта синхронизирует угловые скорости вторичного вала и соответствующей шестерни. Затем зубчатый венец муфты зацепляет зубчатый венец шестерни, что обеспечивает блокировку шестерни вторичного вала на самом валу. В итоге коробка передает крутящего момента с определенным передаточным числом от двигателя автомобиля на ведущие колеса.

Принцип работы механической коробки при переключении передач абсолютно идентичен.

Основные неисправности МКПП

Неисправности МКПП определяются особенностями ее устройства и эксплуатации. Наиболее распространенными техническими проблемами механической коробки передач являются следующие.

1. Затрудненное переключение (или включение) передач.
Указанная неисправность обусловлена выходом из строя механизма переключения передач, износом и заеданием синхронизаторов или шестерен, недостаточным уровнем или низким качеством трансмиссионного масла в картере.

2. Непроизвольное выключение передач.
Это обстоятельство (именуемое в просторечии — «вылетает скорость») определяется неисправностями блокировочного устройства (например, шариков-фиксаторов) и критическим износом синхронизаторов и шестерен.

3. Устойчивый шумовой фон при работе.
Данную неисправность необходимо конкретизировать. Специалисты выделяют три ее проявления:

• шум при работе коробки;
• шум при работе только одной конкретной передачи;
• шум коробки при нейтральном положении рычага управления.

Общий шум коробки обуславливается изношенностью или повреждением подшипников, шестерен, синхронизаторов, шлицевых соединений, а также пониженным уровнем трансмиссионного масла в картере. Шум при работе одной из передач является показателем изношенности или повреждения конкретных шестерен и синхронизаторов. А вот шумовой фон в позиции «нейтраль» чаще всего свидетельствует об износе подшипника ведущего (первичного) вала.

4. Подтекание трансмиссионного масла.
Эта проблема коробки передач связана с избытком смазки в КПП или общей негерметичностью картера, вызванной повреждением сальников, уплотнительных прокладок, ослаблением крепления крышек.
Чаще всего описанные выше неисправности, связанные с износом и повреждением деталей и узлов, ликвидируются исключительно их заменой. Причем наиболее предпочтительным в этом деле является обращение в специализированный автосервис.

Основы эксплуатация и обслуживания МКПП

При соблюдении правил эксплуатации, правильном техническом и сервисном обслуживании у водителя не должно возникнуть проблем с КПП автомобиля. В этом случае она работает вплоть до окончания срока эксплуатации транспортного средства.


В процессе работы коробки необходимо постоянно контролировать уровень смазки – трансмиссионного масла – и выдерживать необходимый показатель, не допуская ни его превышения, ни занижения. В первом случае в КПП будет концентрироваться избыточное давление, во втором – не будет обеспечиваться должной смазки трущихся узлов и деталей, что приведет к уменьшению срока их работы. Кроме того, важной профилактической мерой является периодическая полная замена смазки , которая осуществляется в соответствии с технической документацией транспортного средства. Этот принцип эксплуатации КПП можно контролировать водителю самостоятельно, без привлечения специалиста.

Весьма часты случаи возникновения механических неисправностей коробки в результате необоснованно агрессивной и грубой работы водителя с рычагом переключения передач. Важно помнить, что переключение скоростей – это смена режимов работы коробки (изменение ступеней). Резкая и быстрая смена передач может привести к быстрому выходу из строя механизма переключения, синхронизаторов , и валов с шестернями.

И еще один момент: важно контролировать, как работает коробка переключения передач. Никто и никогда не заменит человеческий фактор: водителю, ощущающему нестандартность работы КПП, необходимо либо самостоятельно найти и устранить причину неисправности, либо (что предпочтительнее) обратиться к сервис-мену на СТО.

Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения - так называемый вращательный момент - от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо частично.

Машина, идущая в гору, должна пользоваться более низкой передачей по сравнению с машиной, мчащейся по ровному скоростному шоссе. При более низкой передаче на колеса передается больший крутящий момент. А это требуется тогда, когда машина двигается медленно, потому что ей тяжело. Более высокие передачи подходят для более быстрого движения автомобиля.

Бывают коробки передач с ручным управлением, но бывают и автоматические. Чтобы сменить передачу в ручной трансмиссии, водитель вначале нажимает педаль сцепления (рисунок слева). При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. Потом водитель переводит рычаг управления на другую передачу и отпускает педаль сцепления. Двигатель снова соединяется с коробкой передач и может вновь передавать свою энергию колесам. В автоматической коробке передач положение педали газа (акселератора) соотносится со скоростью движения автомобиля, и автоматически меняется передача, если это необходимо.

Ручное управление передачей

Приводимые рядом диаграммы показывают, как с помощью рычага управления можно перейти с одной передачи на другую. В зависимости от установленной передачи разные доли крутящего момента, проходя через коробку передач (красные линии со стрелками), попадают на колеса.Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Нейтральная передача. Энергия двигателя не передается колесам.

Первая передача. Самая большая шестеренка ведущего вала соединяется со своей парой на ведомом валу. Машина движется медленно, но может преодолевать тяжелые участки пути.

Вторая передача. Вторая пара шестеренок работает вместе с механизмом сцепления. При этом скорость движения автомобиля обычно от 15 до 25 миль в час.

Третья передача. Работает третья пара шестеренок вместе с механизмом сцепления. Скорость автомобиля еще больше, а крутящий момент на колесах меньше.

Четвертая передача. Входной и выходной валы соединяются напрямую (прямая передача) - скорость движения автомобиля максимальная, а крутящий момент самый низкий.

Реверс.(5-я передача на картинке) При включении передачи заднего хода его ведущая шестерня"вращает выходной (ведущий) вал в противоположную сторону.

Работа акселератора

Число оборотов двигателя в минуту зависит от того, сколько топлива поступает из карбюратора в цилиндры. Движение топлива регулируется дроссельной заслонкой карбюратора, а работой заслонки управляют с помощью педали акселератора, которая находится на полу перед водителем.

Когда водитель нажимает ногой на педаль акселератора, дроссельная заслонка открывается и в двигатель поступает больше топлива. Если водитель отпускает педаль акселератора, заслонка прикрывается и количество поступающего топлива уменьшается. При этом уменьшаются и обороты двигателя и скорость автомобиля.

Автоматическая коробка передач

Когда применяется автоматическая трансмиссия, у водителя нет под ногой педали сцепления. Вместо нее преобразователь крутящего момента в паре с планетарной передачей (рисунок справа и снизу) автоматически отключают двигатель от ведущего вала, когда по условиям движения следует перейти на другую передачу.

А после того как передача сменилась, снова подключают ведущий вал. Стоит водителю поставить рычаг управления в рабочее положение, и механизм автоматической коробки передач сам выберет нужную передачу в соответствии с условиями движения автомобиля в данный момент.

Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности. МКПП получила свое название от «ручного» (или механического) способа переключения передач. Трансмиссия относится к ступенчатым коробкам, в которых крутящий момент изменяется ступенями (передачами). Механическая КПП считается самой надежной, но и самой сложной в управлении, особенно для начинающего водителя.

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором — повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная — максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики — там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Устройство механической коробки передач

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

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.

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.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье .

Преимущества и недостатки МКПП

Для наглядности положительные и отрицательные стороны механической коробки передач представим в виде сравнительной таблицы.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"

"ТРАНСМИССИЯ"

«КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ»

Трансмиссия автомобиля (силовая передача )

обеспечивает передачу усилий (крутящего момента) от двигателя на ведущие колёса, а также преобразование (трансформацию) этих усилий в зависимости от условий движения.
К трансмиссии относятся все узлы и механизмы автомобиля, связывающие двигатель с ведущими колёсами.
Следует различать трансмиссии автомобилей с приводом на заднюю ось (а/м классической компоновки), с приводом на передние колёса и полноприводных автомобилей. Так же, будет различаться трансмиссия полноприводного автомобиля, сконструированного для эксплуатации в условиях бездорожья (внедорожник), от трансмиссии полноприводного автомобиля, созданного для дорог с твёрдым покрытием.
Колёсные формулы автомобилей с приводом на задние или передние колёса, пишутся – 4х2 (т.е., четыре колеса, два из которых – ведущие).
Колёсная формула автомобиля с приводом на переднюю и заднюю ось, пишется – 4х4 (т.е., четыре колеса – все колёса ведущие).
К механизмам трансмиссии относятся: сцепление , коробка передач (в том числеи коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы), карданная передача, главная передача, дифференциал , приводы ведущих колёс и некоторые другие механизмы.
Главная передача, коробка передач и раздаточная коробка (при её наличии) обеспечивают суммарное передаточное число трансмиссии автомобиля.

Коробка передач

служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов), передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним ходом.
Коробки передач, по характеру изменения , классифицируются на ступенчатые и бесступенчатые .

По способу управления переключением передач различают коробки:

С ручным управлением;

С полуавтоматическим управлением;

С автоматическим управлением.

По конструкции агрегатной части различают коробки:

Вальные с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления;

Вариаторные;

Комбинированные.

Вальные шестерёнчатые ступенчатые коробки передач с ручным управлением.

На автомобилях с ручным управлением трансмиссией применяются вальные ступенчатые коробки передач с зубчатыми передачами. Зубчатые передачи КП характеризуются фиксированными передаточными числами, обеспечивающими на всех режимах работы нужное соответствие между рабочими характеристиками двигателя и трансмиссии.

К основным элементам «ручных» коробок передач и элементам их управления относятся:

агрегат коробки передач с набором валов и зубчатых передач постоянного зацепления;

механизм переключения передач.

Конструкции коробок передач могут различаться в зависимости от компоновочной схемы автомобиля.
Широкое применение имеют двухвальные и трёхвальные коробки с косозубыми шестернями постоянного зацепления.
В единый блок с КП могут входить главная передача и дифференциал, а у автомобилей с приводом на обе оси, ещё и раздаточный узел (раздаточная коробка). С единым блоком также может компоноваться коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы (например, на лебёдку).
Коробки передач грузовых автомобилей дополнительно оборудуются мультипликатором (делителем) и/или демультипликатором*

*Делителем (мультипликатором) называется повышающий редуктор трансмиссии.
Демультипликатором называют понижающий редуктор трансмиссии.
Многовальные КП с делителями и демультипликаторами широко используют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности для увеличения числа передач с целью улучшения тягово-экономических свойств. Делитель устанавливают перед КП; обычно он имеет две передачи – прямую и повышающую. Демультипликатор размещают за КП; обычно он имеет две или три передачи. При применении указанных устройств число передач КП увеличивается и может достигать значения 24 или выше.

Устройство ручной трёхвальной коробки передач показано на рисунке 1.

Рис. 1. Трёхвальная ступенчатая коробка передач с цилиндрическими шестернями постоянного зацепления и ручным управлением.

1 – сальник первичного вала; 2 – задний опорный подшипник первичного вала; 3 – картер сцепления (фрагмент); 4 – кольцо установочное; 5 – передний подшипник вторичного вала; 6 – упорная шайба пружины синхронизатора четвёртой передачи; 8 – сапун; 9 – скользящая муфта синхронизатора; 10 – ступица синхронизатора; 11 – стопорное кольцо блокирующего кольца синхронизатора; 12 – блокирующее кольцо синхронизатора; 14 – ведомая шестерня третьей передачи; 15 – ведомая шестерня второй передачи; 16 – вторичный (ведомый) вал; 17 – ведомая шестерня первой передачи; 18 – втулка шестерни первой передачи; 19 – промежуточный подшипник вторичного вала; 20 – стопорная пластина; 21 – ведомая шестерня заднего хода; 22 – рычаг переключения передач; 23 – упорная подушка рычага переключения передач; 24 – упругая подушка рычага переключения передач; 25 – дистанционная втулка; 26 – запорная втулка; 27 – ведущая шестерня привода спидометра; 28 – сальник ведомого вала; 29 – фланец; 30 – гайка; 31 – уплотнитель центрирующего кольца; 32 – стопорное кольцо; 33 – центрирующее кольцо; 34 – задний подшипник ведомого вала; 35 – грязеотражатель; 36 – ведомая шестерня привода спидометра; 37 – задняя крышка КП; 38 – привод спидометра; 39 – вилка включения передачи заднего хода; 40 – ведущая шестерня заднего хода; 41 – промежуточная шестерня заднего хода; 42 – ось промежуточной шестерни заднего хода; 43 – задний подшипник промежуточного вала; 44 – ведущая шестерня первой передачи; 45 – муфта синхронизатора первой и второй передачи; 46 – корпус коробки передач; 47 – ведущая шестерня второй передачи; 48 – ведущая шестерня третьей передачи; 49 – пробка заливного и контрольного отверстия; 50 – крышка картера коробки передач; 51 – промежуточный вал; 52 – шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; 53 – передний подшипник промежуточного вала; 54 – болт; 55 – зажимная шайба подшипника; 56 – шестерня постоянного зацепления ведущего вала; 57 – пружинная шайба; 58 – стопорное кольцо; 59 – передняя крышка коробки передач; 60 – первичный (ведущий) вал.

Для обеспечения плавного и бесшумного переключения передач коробки оснащаются синхронизаторами .
Синхронизаторы (позиция 9 и 45 на рисунке 1) , при включении передачи уравнивают (синхронизируют) частоту вращения соединяемых элементов (валов и шестерён).
Состав синхронизатора показан на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство синхронизатора.

1 – ступица; 2 – скользящая муфта; 3 – блокирующее кольцо; 4 – пружина; 5 – стопорное кольцо; 6 – шестерня передачи с косозубым венцом постоянного зацепления; а – дополнительный прямозубый венец шестерни передачи; б – внутренняя рабочая поверхность скользящей муфты.

Работа простой зубчатой передачи

Изменение соотношения между числами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колёс автомобиля и изменение вследствие этого тягового усилия на колёсах производится посредством зубчатых колёс (шестерён), из набора которых и состоит коробка передач.
При вращении малой ведущей шестерни находящаяся с ней в зацеплении большая ведомая шестерня (рис. 3) будет вращаться медленнее во столько раз, во сколько раз её число зубьев больше числа зубьев ведущей шестерни.
Отношение числа зубьев (равно как, диаметра или скорости вращения) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру или скорости вращения) ведущей шестерни, называется передаточным числом (D 2/ D 1 = n , где n – передаточное число пары шестерён, D2 и D1 – диаметр ведомой и ведущей шестерни, соответственно).
Чем больше передаточное число пары шестерён, тем значительнее изменяются число оборотов и крутящий момент, получаемые на валу ведомой шестерни по отношению к ведущей шестерне.

Рис. 3. Простая зубчатая пара.

На изменении передаточных чисел путём введения в зацепление шестерён с различным диаметром основано действие коробки передач, раздаточной коробки и коробки отбора мощности.
Задний ход автомобиля осуществляется способом введения в зацепление между ведущей и ведомой шестернями, так называемой промежуточной шестерни , в результате чего вал ведомой шестерни будет вращаться в противоположную сторону (см. рис. 4 В).

При работе передачи некоторая часть передаваемой мощности теряется на преодоление сил трения в самих шестернях, в опорах их валов и на взбалтывание масла. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия (кпд) передачи , который представляет собой отношение мощности полученной на валу ведомой шестерни, к мощности на ведущей шестерне.
Для цилиндрической зубчатой передачи кпд составляет примерно 0,98, а для конической пары шестерён примерно 0,97. Общий кпд нескольких зубчатых передач будет равен произведению кпд отдельных пар шестерён.

Работу зубчатых передач поясняет рисунок 4.

Рисунок 4. Схемы зубчатых передач.

Дополнительная информация.
Шестерёнчатые передачи широко применяются в различных приводах, включая приводы валов. Типичным примером такого привода может служить шестерёнчатый привод распределительного вала двигателя, где коленчатый вал и шестерня КВ являются ведущими, а распределительный вал и его шестерня – ведомыми.

Рисунок 5. Шестерёнчатый привод валов двигателя

Работа ручной шестерёнчатой трёхвальной четырёхступенчатой коробки передач

Трёхвальная коробка передач (см. рис. 1), имеет первичный (60), вторичный (16) и промежуточный (51) валы, а также ось (42) промежуточной шестерни (41) передачи заднего хода. Валы опираются на подшипники качения (2, 19, 34, 43 и 53), установленные в корпусе (46) коробки. Передний носок первичного вала (60) опирается на подшипник, запрессованный в выточку фланца коленчатого вала двигателя. Передний носок вторичного вала (16) лежит в игольчатом подшипнике (5), установленном в торцевой выточке шестерни (56) ведущего вала (60). Шестерня (56) ведущего вала (60) располагается на его заднем конце и изготовлена с валом, как одно целое.

На вторичном (ведомом) валу установлены косозубые шестерни первой (17), второй (15) и третьей (14) передачи и синхронизаторы (9 и 45) в сборе. Все шестерни передач переднего хода имеют дополнительный прямозубый зубчатый венец для соединения с синхронизатором. Шестерни установлены на валу свободно (т.е., не закреплены и могут вращаться независимо от вала). Синхронизаторы (9 и 45), в отличие от шестерён первой, второй и третьей передач, подвижно закреплены на шлицах вторичного вала посредством ступиц (10) и поэтому могут вращаться с валом только совместно, а также могут передвигаться по шлицам ступицы в осевом направлении. Синхронизаторы управляются водителем посредством рычага переключения передач (22) через штоки и вилки механизма переключения (на рисунке 1 показана только вилка (39) включения заднего хода).
Промежуточный вал (51) имеет четыре косозубые шестерни (44, 47, 48 и 52), выполненные совместно с валом (как одно целое). Шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестернями вторичного вала (16), образуя пары зацепления (44 – 17, 47 – 15, 48 – 14, и 52 – 56).
При работающем двигателе, включённом сцеплении и нейтральном положении синхронизаторов (т.е., муфты синхронизаторов не заблокированы ни с одной из шестерён), что соответствует нейтральной передаче в коробке передач, ведущий вал (60) через шестерню (56), находящуюся в постоянном зацеплении с шестернёй (52) промежуточного вала (51), вращает этот вал вместе с его шестернями 44, 47 и 48 и, входящие с ними в постоянное зацепление шестерни 17, 15 и 14 ведомого вала (16). Так как шестерни 14, 15 и 17 сидят на валу свободно и не могут передавать вращение, вторичный вал (16) остаётся неподвижным. Крутящий момент на ведущие колёса не передаётся.
При включении любой из передач (например, первой передачи), скользящая муфта синхронизатора (в рассматриваемом случае – 45) посредством механизма переключения передач вводится в зацепление с дополнительным зубчатым венцом шестерни первой передачи (17) и, тем самым, блокирует шестерню (17) на валу (16). Передача крутящего момента осуществляется по «цепи»: первичный вал (60) и его шестерня (56) – шестерня постоянного зацепления (52) промежуточного вала (51) – шестерня (44) промежуточного вала (51) – шестерня (17) первой передачи вторичного вала (16) – вторичный вал (16) – далее на трансмиссию.
При включении второй или третьей передачи в КП вращение на вторичный вал будет передаваться через заблокированные синхронизатором шестерни, соответственно, второй или третьей передачи.
При включении четвёртой передачи, первичный вал (60) и вторичный вал (16) блокируются синхронизатором (9) «на прямую» через шестерню (56) первичного вала (60).

Работа синхронизатора.

Синхронизатор (см. рис. 2) состоит из ступицы (1), скользящей муфты (2), блокировочного кольца (3) и пружины (4).
Ступица шлицами посадочного отверстия установлена на шлицах вторичного (ведомого) вала коробки передач (вал на рисунке не показан).
Скользящая муфта шлицами посадочного отверстия сидит на внешних шлицах ступицы и может перемещаться по ним в осевом направлении посредством рычага переключения передач через штоки и вилки механизма переключения. Внутренняя, рабочая поверхность скользящей муфты (б) гладкая и имеет конусность (сужение конуса – внутрь муфты).
Блокировочное кольцо, как правило, латунное (бронзовое), совместно с пружиной закреплено посредством стопорного кольца (5) на дополнительном прямозубом венце (а) шестерни передачи (6). Зубья внутренней части кольца находятся в предзацеплении с краем прямозубого дополнительного венца шестерни. Внешняя поверхность блокировочного кольца имеет конусность (сужение в сторону скользящей муфты). На поверхность кольца нанесена маслосгонная «резьба» (накатка) и имеются поперечные маслоотводящие канавки. Накатка и канавки способствуют снятию и отводу с рабочей поверхности скользящей муфты излишек масла. Шестерня свободно сидит на ведомом валу КП (вал на рисунке не показан).
При включении передачи скользящая муфта надвигается на шестерню (6), сжимая пружину (4) и воздействуя на наружную конусную поверхность блокировочного кольца (3) своей рабочей поверхностью, также имеющей конусность. При «затягивании» конусных рабочих поверхностей блокировочного кольца, закреплённого на шестерне передачи и скользящей муфты, закреплённой на шлицах вторичного вала через ступицу (1), за счёт возрастающих сил трения происходит «притормаживание» вращающихся деталей и, уравнивание угловых скоростей их вращения. Когда угловые скорости сравняются, зубья внутреннего венца скользящей муфты войдут в зацепление с зубьями дополнительного венца шестерни передачи. Передача будет включена.

Устройство и работа ручной шестерёнчатой двухвальной пятиступенчатой коробки передач

Устройство двухвальной пятиступенчатой коробки схематически показано на рисунке 6.

На первичном валу (10) КП размещается комплект шестерён 1, 2, 4, 5 и 8 из которых шестерни 5 и 8 являются свободными, а шестерни 1, 2 и 4 изготовлены совместно с валом. Совместно с валом изготовлена и шестерня заднего хода (находится между шестернями 2 и 3).
На вторичном валу (15) размещаются шестерни передач 14, 16, 17, 18, 19 и ведущая шестерня главной передачи (13). Шестерни 13, 14 и 16 выполнены вместе с валом, шестерни 17, 18 и 19 свободные.
Передача крутящего момента от КВ двигателя через сцепление передаётся на первичный вал (10) коробки и, через его шестерни (1, 2, 4, 5 и 8) на шестерни (14, 16, 17, 18 и 19) вторичного вала (15). При включении передачи свободные шестерни первичного/вторичного вала через детали синхронизатора (3, 7 и 20) блокируются с самим валом и, крутящий момент с двигателя поступает на вторичный (ведомый) вал и далее через шестерни 12 и 13 главной передачи на дифференциал и привод ведущих колёс (11).

Рисунок 6. Схема двухвальной коробки передач.

1 – шестерня пятой передачи первичного вала; 2 – шестерня первой передачи первичного вала; 3 – муфта синхронизатора включения первой, второй передачи и передачи заднего хода; 4 – шестерня второй передачи первичного вала; 5 – шестерня третьей передачи первичного вала; 6 – корпус КП; 7 - муфта синхронизатора включения третьей и четвёртой передачи; 8 – шестерня четвёртой передачи первичного вала; 9 – картер сцепления; 10 – первичный (ведущий) вал; 11 – шарнир привода передних колёс; 12 – ведомая шестерня главной передачи; 13 – ведущая шестерня главной передачи; 14 – шестерня четвёртой передачи вторичного вала; 15 – вторичный (ведомый) вал; 16 – шестерня третьей передачи вторичного вала; 17 – шестерня второй передачи вторичного вала; 18 - шестерня первой передачи вторичного вала; 19 – шестерня пятой передачи вторичного вала; 20 – муфта синхронизатора включения пятой передачи.

На рисунке 7 схематично показаны направления потока мощности при включении соответствующей передачи.

Рисунок 7. Направление потока мощности в двухвальной коробке при включении передач переднего и заднего хода.

Направление потока мощности показано стрелками. Муфты синхронизаторов и шестерни, находящиеся под нагрузкой подкрашены розовым цветом.

Сдвоенные шестерёнчатые вальные коробки передач с двумя сцеплениями и автоматическим управлением.

Механическая шестерёнчатая коробка передач, сконструированная по принципу «две в одной», концептуально объединяет в агрегатном узле две полностью синхронизированные между собой, коробки передач, каждая из которых образует, так называемый «делительный механизм». Каждый из двух делительных механизмов имеет свой первичный и вторичный вал с набором шестерён. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на первичные валы каждого делительного механизма передаётся через двухдисковое или сдвоенное многодисковое (пакетное) сцепление. При этом за привод первичного вала каждого из двух делительных механизмов отвечает свой (один из двух) пакет фрикционов.

Принципиальная схема коробки передач показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Принципиальная схема КП с двухдисковым сцеплением.

1, 3, 5, 7 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 1;
2, 4, 6 – шестерни передач переднего хода в делительном механизме 2;
ГП – шестерни главной передачи;
Д – дифференциал.

Работа сдвоенной коробки передач.

От КВ двигателя крутящий момент через сцепление 1 поступает на первичный вал 1 и шестерни передач с ним связанные, а через сцепление 2 на первичный вал 2 и его шестерни.
Конструкция КП позволяет одновременно включать две передачи, но так как одномоментно только одно из двух сцеплений может быть в состоянии «включено» и, в связи с этим, лишь один делительный механизм находится в состоянии силового замыкания – одна из этих передач будет неактивной. Данная особенность конструкции КП и сцепления позволяет переключать передачи в коробке без разрыва потока мощности.
Делительный механизм 1 отвечает за включение нечётных передач переднего хода (1, 3, 5 и 7).
Делительный механизм 2 отвечает за включение чётных передач переднего хода (2,4 и 6) и передачи заднего хода (R).

Включение передач осуществляется автоматически через блок управления КПП, посредством соленоидов (электрических клапанов) или гидроклапанов, классическим для механических коробок механизмом переключения и синхронизации.
Передача крутящего момента с любого из двух вторичных валов осуществляется на ведомую шестерню главной передачи (ГП) и далее через дифференциал (Д) на валы ведущих колёс.

Рисунок 9. Устройство многовальной КП с пакетным сдвоенным сцеплением.

Для наглядности все валы КП изображены на одной плоскости.
СЦ 1 и СЦ 2 – сцепление 1 и 2; R – шестерня заднего хода.

Для лучшего понимания устройства на рисунке 9 показана конструкция вальной шестиступенчатой коробки передач с пакетным сдвоенным сцеплением.
Особенностью устройства КП является сборная конструкция из первичных валов.

Первичный вал 2 имеет осевую полость, в которой размещается и свободно вращается первичный вал 1. В первичном вале 1 выполнен осевой канал, в котором размещается вал привода шестерёнчатого масляного насоса. Каждый первичный вал имеет шлицевой «носок», посредством которого вал соединяется со сцеплением. На первичном вале 1, помимо шестерён, выполнен зубчатый ротор (маркерный диск) для датчика частоты вращения вала.

Сборная конструкция первичных валов КП показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Первичный вал коробки передач .

Устройство и работа механизма переключения передач .

По способу воздействия рычагом на исполнительные механизмы переключения передач различают три основных типа привода управления ручными коробками.

Прямой (непосредственный);

1. Тросовый.

Прямой привод управления
обеспечивает непосредственное воздействие рычага переключения передач на детали переключения – штоки и вилки, а через них на муфты переключения.
Пример такого типа привода показан на рисунке 11 применительно к раздаточной коробке.
К основным деталям привода относятся: рычаг управления коробкой – 13; штоки переключения – 2 и 10; вилки переключения – 1 и 14; муфты переключения – 24 и 54.
От самопроизвольного выключения передачу удерживает механизм фиксации, имеющий в своём составе подпружиненный шарик – 16, помещённый во втулку – 17.
При включённой передачи пружина вдавливает шарик в специальное углубление, выполненное в штоке, тем самым не позволяя штоку произвольно перемещаться в ползунах вследствие воздействия на него сил, возникающих при работе механизма (толчки, вибрации и т.п.).
Применительно к рисунку 11 можно видеть, что в каждом штоке имеется два углубления (условно – 1 и 2) под шарик фиксатора. Положение шарика фиксатора в углублении 1 соответствует состоянию - «нейтраль» (передача выключена). Положение шарика фиксатора в углублении 2 соответствует состоянию – «передача включена».
Устройство привода тягового и тросового типа можно посмотреть здесь.

Раздаточная коробка

служит для распределения (раздачи) усилия на ведущие мосты автомобиля.
Коробка передач и раздаточная коробка могут конструктивно объединяться в одном корпусе.

Раздаточная коробка автомобилей повышенной проходимости

имеет устройство сходное с коробкой передач и, как правило, две передачи – высшую (прямую) и понижающую, что удваивает общее число передач в трансмиссии и позволяет более точно и правильно подбирать передаточные числа в соответствии с условиями движения. Передачи синхронизированы.
В раздаточную коробку помещают механизм для включения/выключения одного из мостов и главную передачу с межосевым дифференциалом, если предусматривается постоянный (неотключаемый) привод на все колёса, а также механизм блокировки межосевого дифференциала.
Раздаточная коробка легкового автомобиля повышенной проходимости с понижающей передачей и возможностью блокировки межосевого дифференциала, показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Устройство раздаточной коробки полноприводного автомобиля повышенной проходимости.

1 – вилка муфты блокировки дифференциала; 2 – шток вилки блокировки дифференциала; 3 – защитный чехол штока; 4 – стопорная шайба; 5 – втулка оси рычага; 6 – ось рычага; 7 - рычаг; 8 – стопорный болт вилки; 9 – выключатель контрольной лампы блокировки дифференциала; 10 – шток вилки переключения передачи; 11 – соединительный рычаг; 12 – кронштейн рычага управления раздаточной коробкой; 13 – рычаг управления раздаточной коробкой; 14 – вилка муфты переключения передач; 15 – дистанционная втулка; 16 – пружина и шарик фиксатора; 17 – втулка пружины фиксатора; 18 – фланец ведущего вала; 19 – передняя крышка корпуса; 20 – сальник ведущего вала; 21 – упорное кольцо подшипника; 22 – передний подшипник ведущего вала; 23 – шестерня высшей передачи; 24 – муфта синхронизатора передачи; 25 – картер (корпус) раздаточной коробки; 26 – шестерня низшей передачи; 27 – задний подшипник ведущего вала; 28 – установочное кольцо подшипника; 29 – ведущий вал; 30 – втулка; 31 – ступица синхронизатора; 32 – задняя крышка корпуса; 33 – задний подшипник промежуточного вала; 34 – промежуточный вал; 35 – подшипник вала привода заднего моста; 36 – задний подшипник корпуса дифференциала; 37 – фланец; 38 – сальник вала; 39 – корпус дифференциала (задняя часть); 40 – опорная шайба шестерни; 41 – шестерня вала привода заднего моста; 42 – ось сателлитов; 43 – стопорное кольцо оси сателлитов; 44 – пружинная шайба; 45 – кронштейн подвески; 46 – упорная шайба сателлита; 47 – картер дифференциала; 48 – сателлит; 49 – ведомая шестерня дифференциала; 50 – корпус дифференциала (передняя часть); 51 – стопорное кольцо; 52 – пружинная шайба; 53 – передний подшипник корпуса дифференциала; 54 – муфта синхронизатора дифференциала; 55 - установочное кольцо переднего подшипника дифференциала; 56 – маслоотражатель; 57 – сальник вала; 58 – подшипник вала привода переднего моста; 59 – вал привода переднего моста; 60 – фланец; 61 – пробка сливного отверстия; 62 – ведомая шестерня привода спидометра; 63 – передний подшипник промежуточного вала; 64 – ведущая шестерня привода спидометра; 65 – пробка заливного отверстия.

Раздаточные коробки автомобилей с полным приводом

для дорог общего назначения (с твёрдым или грунтовым покрытием) имеют менее сложную конструкцию.
В коробках, как правило, отсутствует понижающая передача и все те механизмы, которые отвечают за её включение. Устройство раздаточной коробки с цепным приводом показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Бесступенчатая дифференциальная раздаточная коробка с цепным приводом.

Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ "Русская Техническая Школа".

Автомобилю необходима коробка передач, из-за физических свойств двигателя внутреннего сгорания. У двигателя есть определенный максимум оборотов, за которые заходить нельзя. К тому же у двигателя есть диапазон оборотов, достаточно узкий, где крутящий момент и мощность на максимальном уровне.

Как работает коробка передач?

Коробка передач работает таким образом, что позволяет менять передаточные числа между двигателем и ведущими колесами при ускорении или замедлении машины. При переключении передач двигатель должен находиться в районе диапазона оборотов своей эффективной работы.

Устройство коробки передач, если это , таково, что соединяется с двигателем через . Входной вал трансмиссии вращается со скоростью вращения двигателя. Устройство коробки передач имеет в себе столько передаточных чисел для того, чтобы изменить скорость выходного вала. Первичный вал соединяется с двигателем через сцепление – устройство, позволяющее соединять и отсоединять двигатель от трансмиссии. Первичный вал и шестерня вращаются со скоростью вращения двигателя при работающем сцеплении.

Промежуточный вал совместно вращает все шестерни. Первичный и промежуточный валы соединены между собой и вращаются совместно. Следующий вал именуется выходным и напрямую соединяется с карданным валом, а затем через дифференциалы с колесами автомобиля. Выходной вал вращается при вращении колес. Пазы в выходном валу предназначены для фиксации шестерни определенной передачи, и далее соединяются от двигателя к ведущим колесам.

И если выключен и машина едет свободным ходом, то выходной вал вращается внутри шестерен соответствующих передач, когда шестерни находятся без движения, потому как они держатся на подшипниках и могут свободно вращаться вокруг выходного вала, даже если не включена ни одна передача.

Из чего состоит коробка передач?

Коробка изготовлена таким образом, что для соединения шестерни передачи с выходным валом созданы муфты, которые соединяются через шлицы напрямую с выходным валом и вращаются с ним вместе. Муфта способна скользить по сторонам вдоль вала для того, чтобы вводить зацепление с выходным валом – включая одну из шестерен. Муфта входит в зацепление с ведомой шестерней.

Промежуточный вал поворачивает первичный вал от двигателя и промежуточный вал вращает включенную шестерню выбранной передачи. Затем энергия вращения передается через муфту к ведущему валу и вместе с этим шестерня второй передачи вращается свободно на подшипнике без зацепления с выходным валом.