Трансмиссия современного автомобиля порой имеет более сложную конструкцию, чем двигатель. Она делает работу мотора гибче и адаптирует крутящий момент к условиям движения. Несмотря на появление разных суперсовременных автоматических и роботизированных трансмиссий с электронным управлением, механическая коробка передач всегда была и будет генералиссимусом трансмиссии, и ключом к пониманию принципа работы любой сложной КПП.

Зубчатая теория

Вначале стоит определить основные понятия и предназначение каждой шестеренки в простейшей коробке передач, тогда и любая сложная конструкция не будет казаться высшей математикой. Все понимают, что механическая коробка передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения оборотов коленвала мотора к количеству оборотов ведущих колес в конечном итоге. Также КПП служит для изменения направления вращения выходного вала.

Теперь немного цифр, чтобы все стало по местам. Диапазон рабочей частоты оборотов двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 400 до 5-8 тысяч оборотов в минуту. Причем максимальный крутящий момент, который он способен отдать, достигается совсем не на каждой частоте, а в среднем, в пределах 3-4 тысяч оборотов. В других диапазонах двигатель не способен выдавать высокий крутящий момент.

Скорость же вращения ведущего колеса машины составляет примерно 1600-1900 об/мин, следовательно, для синхронизации работы двигателя с ведущими колесами необходим механизм, который будет максимально эффективно подстраивать скорость вращения колес к оборотам двигателя. На практике получается наоборот, тем не менее этим механизмом стала механическая коробка передач со ступенчатой передачей крутящего момента.

Основы конструкции трехвальной КПП

Любая традиционная коробка передач с механическим типом управления конструктивно состоит из таких элементов:

КПП может иметь трехвальную конструкцию или двухвальную. Вращение коленвала передается на КПП при помощи сцепления, которое временно разъединяет двигатель и первичный вал КПП. Первичный и вторичный валы на двухвальной конструкции расположены соосно, но не соединены между собой. Вращение от первичного вала передается посредством промежуточного вала, он входит в зацепление с вторичным.

Принцип работы КПП

Первичный вал имеет одно зубчатое колесо, которое жестко закреплено на нем и передает момент на промежуточный вал. Вторичный же вал имеет целый блок разных шестерен, они могут как свободно вращаться, так и быть жестко зафиксированы на нем с помощью специального механизма. Нa современных автомобилях применяются только косозубые зубчатые соединения, поскольку они менее шумны, чем прямозубые.

Переключение и выбор нужной пары шестерен для передачи наиболее подходящего крутящего момента для конкретных условий движения, осуществляется при помощи вилок переключения, они приводятся в движение селекторным механизмом управления. Механизм переключения передач перемещается вдоль и в поперечном направлении при помощи рычага КПП. Он может быть расположен непосредственно на картере КПП, а может быть вынесен отдельно и фиксироваться на кузове машины или иногда на рулевой колонке.

В этих случаях применяют кулисную конструкцию привода механизма переключения. Весь принцип работы коробки передач основан только на зубчатом зацеплении косозубыми шестернями, а смазываются они трансмиссионным маслом, которое залито в картер коробки передач.

Принцип работы двухвальной КПП схож с трехвальной конструкцией, с одной только разницей. В конструкции нет промежуточного вала, а первичный и вторичный валы расположены параллельно. И еще одно принципиальное различие - вращение передается только одной парой зубчатых колес, в то время, как в трехвальной конструкции вращение передается при помощи третьей шестерни на промежуьочном валу. Еще одно конструктивное отличие заключается в том, что в двухвальной КПП не может быть прямой передачи. То есть передаточного отношения 1:1.

Задняя передача. которая вращает вторичный вал в сторону, противоположную вращению коленвала, осуществляется при помощи отдельной шестерни на собственном валу. Такая же схема задней передачи реализована в трехвальной КПП. Передачи в двухвальной КПП переключаются при помощи штока, а не вилки. Шток толкает нужную шестерню, она входит в зацепление с парной и фиксируется на валу специальным фиксатором. В двухвальных коробках, как правило, дифференциал скомпонован в одном корпусе с КПП.

В общих чертах, так работает механическая коробка передач двухвального и трехвального типа. Не хрустите шестернями, и удачи всем в дороге.

Механизм переключения передач обычно монтируется в крышках коробок передач и предназначен для выбора, включения и выключения передач. Кроме того, в механизме переключения передач устанавливаются устройства, исключающие включение двух передач одновременно и предотвращающие самопроизвольное выключение передач.

Основные требования, предъявляемые к этому механизму – легкость и простота управления коробкой передач, бесшумность и плавность переключения передач, надежная фиксация включенной передачи, предотвращение одновременного включения двух или нескольких передач, а также предохранение от включения на ходу передачи, противоположной движению автомобиля.
Кроме того, механизм включения должен быть надежным, долговечным, не требовательным к сложным регулировкам и прост в техническом уходе. Сбои в работе механизма переключения передач могут привести к повреждению деталей и выходу из строя такого дорогостоящего агрегата, как коробка передач.

Механизм переключения коробки передач грузового автомобиля (рис. 1, а ) состоит из трех штоков, трех вилок, трех фиксаторов с шариками, предохранителя включения первой передачи и заднего хода и замкового устройства.
Штоки 8, 9, 11 размещены в отверстиях внутренних приливов крышки картера 1 . На них закреплены вилки 5, 7, 10 , соединенные с каретками синхронизаторов и с подвижным зубчатым колесом включения первой передачи и заднего хода.

Фиксаторы 4 удерживают штоки в нейтральном или включенном положении, что исключает самопроизвольное выключение передач. Каждый фиксатор представляет собой шарик с пружиной, установленные над штоками в специальных гнездах крышки картера. На штоках для шариков фиксаторов выполнены специальные канавки (лунки).
Перемещение штока с вилкой, а следовательно, синхронизатора, возможно только при приложении усилия со стороны водителя, в результате которого шарик утопится в свое гнездо.

Замковое устройство предотвращает включение одновременно двух передач. Оно состоит из штифта 12 и двух пар шариков 6 , расположенных между штоками в специальном горизонтальном канале крышки картера. При перемещении какого-либо штока два других запираются шариками, которые входят в соответствующие канавки на ползунах.

С целью предотвращения случайного включения передач заднего хода или первой передачи при движении автомобиля в стенке крышки коробки передач смонтирован предохранитель, состоящий из втулки, кольца с пружиной 3 и упора.
Чтобы включить первую передачу или передачу заднего хода, необходимо отжать пружину предохранителя до упора, для чего к рычагу управления водителем прикладывается некоторое усилие.

Механизм переключения передач легкового автомобиля (рис. 1, б ) устроен следующим образом.
Шток 14 вилки выключения третьей и четвертой передач установлен в отверстиях передней и задней стенок картера, а штоки 13 и 16 в отверстия задней стенки и прилива картера.

На каждом штоке закреплены болтом вилки 15, 21, 23 включения передач. Для удержания штоков в нейтральном положении и в одном из крайних положений, когда включена передача, в них выполнены по три гнезда, к которым поджимается пружиной 19 шарик 20 фиксатора. Фиксаторы располагаются во втулках и закрываются крышкой 18 . В головке каждого штока имеется паз, в который входит нижний конец рычага переключения передач.

Замковое устройство состоит из трех блокировочных сухарей 17 . Два крайних сухаря установлены в отверстиях задней стенки картера, а средний сухарь в отверстии штока 14 .
При перемещении штока 13 или 16 он выдавливает сухарь, который входит в гнездо среднего штока и одновременно через средний сухарь прижимает другой сухарь к гнезду противоположного штока. Таким образом, эти штоки будут зафиксированы в нейтральном положении.
При перемещении среднего штока 14 выдавливаются сразу два сухаря и фиксируют крайние штоки 13 и 16 .