Если оперировать техническими формулировками, коробка передач служит для того, чтобы изменить крутящий момент, передаваемый от коленвала мотора к ведущим колесам, для движения машины задним ходом и длительного разобщения мотора от трансмиссии во время стоянки машины и при движении его накатом (по инерции).
А теперь давайте с точки зрения новичка разберем назначение и конструкцию коробок передач, поймем, зачем вообще необходимо переключать передачи? Переключать передачи необходимо, данная необходимость возникла из-за неравномерной работы крутящего момента двигателя внутреннего сгорания. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.
Основное отличие между электрическим и автомобильным тяговым мотором с интересующей нас точки зрения заключается в характеристиках тяги, то есть в том, как меняется в зависимости от количества оборотов крутящий момент и мощность. У электромоторов крутящий момент при невысоких оборотах довольно большой. По мере раскручивания момент может упасть. Для автомобиля такая характеристика наиболее пригодная: при разгоне и трогании с места, когда приходится преодолевать большие силы инерции, крутящий момент желательно иметь как можно выше. В назначение поддержания простого движения момент нужен уже заметно меньше. Заметим, что мощность электромотора на любых оборотах может оставаться приближающейся к максимальной, к тому же использоваться почти в полной мере на любых режимах, то есть он прекрасно приспособлен к условиям работы на дороге. У моторов внутреннего сгорания все обстоит несколько иначе: при низких оборотах мощность у него значительно ниже, а количество крутящего момента ограниченное эксплуатационными числами оборотов вообще слабо изменяется. Если сопротивление движению повысилось, и обороты мотора начинают падать, то у электромотора это сопровождается значительным (в разы) повышением крутящего момента; у машинного же мотора момент сначала немного повышается, а потом уменьшается - мотор глохнет. Как может видеть, тяговая характеристика мотора внутреннего сгорания в крайней степени неудовлетворительна. В тоже время силовая установка с таким двигателем по своей экономичности, легкости и другим качествам на данный момент превосходит электродвигатель. Исходя из этого, конструкторам пришлось смериться с недостатками двигателя внутреннего сгорания и для их преодоления поставить на машину коробку передач, изменяющей передаточное отношение между ведущими колесами и мотором и, следовательно, крутящий момент на них. С помощью ступенчатой КПП тяговая характеристика мотора пытается стать ближе к идеальной гиперболе.
Передаточное отношение, что это?
Немного углубляясь в механику. В шестеренчатой передаче есть две шестерни – одна шестерня - ведущая, а другая - ведомая, их размеры в основном и определяют крутящий момент и скорость вращения. Отношение количества зубьев ведомой шестерни к количеству зубьев ведущей и имеет название - передаточное число. Если ведущая шестеренка будет меньше ведомой, то скорость ведомой будет ниже, а крутящий момент увеличится. Другими словами, если выиграем в силе, потеряем в скорости, и, наоборот - улучшая скорость, потеряем силу. Если в передаче будет участвовать несколько пар шестеренок, то совокупное передаточное число высчитывается умножением передаточных чисел всех этих пар, которые участвуют в передаче.
Для того чтобы получить различный по величине крутящий момент, для работы машины в разных условиях, в КПП имеется несколько пар шестеренок с отличающимся передаточным числом. Если между ведомой и ведущей шестернями поместить еще одну, то ведомая шестерня поменяет направление вращения на противоположное (следовательно, будет передача заднего хода).
Поэтому, любая коробка передач, будь то вариатор «автомат» или «механика», служит для того, чтобы обеспечить оптимальный режим работы мотора в разных условиях движения через изменение передаточного отношения.
Назначение и конструкция коробок передач - низшие и высшие передачи (ступени).
При разгоне, трогании с места, движении на невысокой скорости и по пересеченной местности - необходим повышенный крутящий момент, который может быть достигнут при средних или высоких оборотах, в этом случае, возможность развивать высокую мощность отсутствует. В назначении для движения в подобном режиме необходимы низшие ступени коробки переключения передач (часто это передачи с первой по третью), которые имеют наибольшее передаточное отношение; вместе с тем даже при больших оборотах мотора машина будет ехать медленно.
Для равномерного передвижения на большой скорости надо обеспечить большую частоту вращения оси колёс, поддерживая обороты мотора в необходимом диапазоне. Для этого нужны высшие передачи (начиная от четвертой), которые имеют передаточные числа значительно меньшие, по сравнению с передачами, которые стоят ниже. При этом машина будет при тех же оборотах мотора ехать значительно быстрее, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты мотора. Но на высших передачах машина не может двигаться с медленной скоростью и, тем более, начинать свое движение, так как мотора не сможет развить нужный крутящий момента, необходимый для того, чтобы сдвинуть машину с места, а сразу же заглохнет.
Передачу с передаточным отношением, которое равно единице, называют прямой (зачастую эта четвертая передача). Если передаточное число равняется цифре меньше единицы, то данную передачу называют ускоряющей (пятая и выше). Ускоряющая передача начитает свою работу при движении машины в хороших условиях дороги, когда не нужно затрачивать большую силу тяги на ведущих колесах. При этом, давая возможность мотору работать с пониженными оборотами, такая передача может способствовать экономии топлива и уменьшению износа мотора.
С увеличением передаточного числа связано выражение «короткая коробка» и «длинная коробка». Речь идёт о числах разных передач и разнице в передаточных числах – в «длинной» коробке она несколько больше. Рассмотрим две машины, сходных во всём, кроме КПП. Водитель машины с «короткой» коробкой переключения передач, поддерживает высокие обороты двигателя, быстро наберёт максимальную скорость и вообще разгонится быстрее. Водитель на автомобиле с «длинной» коробкой разгоняться будет больше времени, но до высшей скорости. Таким образом, выбор коробки переключения передач зависит от темперамента самого водителя. С «короткой» коробкой машина более динамична, но на ней чаще придется переключаться. С «длинной» – она будет не такая резвая, но на одной передаче диапазон скоростей будет больше, другими словами, можно добраться до повышенной передачи и кататься на ней со скоростью от сорока до ста и более км/ч, изменяя её только тормозом и газом. Любители «спортивного» агрессивного стиля предпочтут «короткую» коробку передач, более спокойные люди – «длинную».
