Принцип работы механической коробки передач

 

Преимущества МКПП:

• МКПП может допустить полное разобщение мотора и трансмиссии, поэтому такой авто легко пускается «с толчка» и может быть буксировано с любой скоростью на любое расстояние
•  Из-за жесткой связи мотора с ведущими колесами, автовладалец может более эффективно использовать машину при передвижении по бездорожью, грязи и в гололедицу;
• Просты в обслуживании и не требуют дорогостоящих расходных материалов;
• Отработанность и простота конструкции, в результате - высокая надежность;
• Высокий КПД, динамика разгона и топливная экономичность;
• По сравнению с другими типами КПП наименьшая масса и стоимость.

Недостатки МКПП:

• Малый ресурс сцепления;
• Ступенчатое изменение передаточного механизма;
• Переключение передач, которое утомляет водителя, особенно при городском цикле и езде в пробках, для плавного переключения передач без рывков и правильного выбора передачи  необходимо получить навык.

Ступенчатые механические коробки переключения передач выполняются по паре схем: двухвальные и трехвальные. Трехвальная коробка переключения передач устанавливается, зачастую, на заднеприводные машины. Двухвальная механическая коробка переключения передач применяется на заднемоторных и переднеприводных легковых машинах. Принцип работы и устройство этих коробок передач имеют конструктивные отличия, поэтому они рассматриваются отдельно.

 

Трехвальная коробка передач 

 

Как можно понять из названия, такая коробка имеет сразу три вала: ведомый, промежуточный  и ведущий. Ведущий вал постоянно соединен со сцеплением. На валу есть шлицы для ведомого диска. После чего через шестерню передается крутящий момент, шестерня находится в жестком зацеплении на валу. Параллельно ведущему валу располагается промежуточный вал. На валу существует блок шестерен, которые находятся в жестком зацеплении с ним.

 

На одной оси с ведущим располагается ведомый вал. Такое расположение получается за счет подшипника на ведущем валу, именно в него входит ведомый вал. Они вращаются независимо друг от друга и не имеют жёсткой связи. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления со вторым валом и свободно вращается на нем. Между шестернями ведомого вала находятся муфты синхронизаторов. Они имеют жесткое сцепление с ведомым валом, однако могут двигаться в продольном направлении из-за шлицевого соединения. Муфты на торцах имеют зубчатые венцы, входящие в соединение с зубчатыми венцами ведомого вала. В современных коробках переключения передач на всех передачах устанавливаются синхронизаторы (исключение составляет задний ход).

 

Блок шестерен ведомого и промежуточного вала и шестерня ведущего вала, находятся в постоянном зацеплении. При нейтральном положении рычага переключения крутящий момент от двигателя на ведомый вал не передается, а его шестерни свободно вращаются. Если положение рычага КПП нейтрально, то муфту синхронизатора перемещает соответствующая вилка, муфта обеспечивает синхронизацию (выравнивание) угловых скоростей шестеренки ведомого вала с угловой скоростью самого вала через силы трения. Далее, зубчатый венец муфты входит в зацепление с венцом шестеренки и на ведомом валу обеспечивается блокировка шестерни. Ведомый вал передает крутящий момент от мотора на ведущие колеса. При присоединении синхронизатором вторичного и первичного валов (игнорируя шестерни) появляется прямая передача. У прямой передачи передаточное число равно единице. При прямой передаче шестеренки вращаются вхолостую, при этом они изнашиваются, а КПП работает с максимальным КПД. Двигаться задом вы можете за счет промежуточной шестерни, устанавливаемой на выделенной оси. Шестеренки трехвальной коробки передач зачастую (кроме передачи заднего хода и первой передачи) делают косозубыми. Подобные шестерни обладают высокой прочностью, бесшумные в работе и более долговечны, в отличие от прямозубых.

 

Двухвальная коробка передач

 

Также как и в трехвальной коробке, ведущий вал, обеспечивает соединение со сцеплением. На нем жестко закреплен блок шестеренок, а не одна шестеренка, как в трехвальной коробке. Тут отсутствует промежуточный вал. Ведомый вал с блоком шестерен расположен параллельно ведущему валу. В постоянном зацеплении он находятся с шестернями ведущего вала и без труда вращаются на валу шестерни ведомого вала. Между шестернями на ведомом валу присутствуют муфты синхронизаторов.

 

Принцип работы схож с трехвальной коробкой. Однако в двухвальной коробке прямой передачи нет. Каждая передача, помимо заднего хода, создается только двумя новыми шестернями. Это повышает коэффициент полезного действия двухвальной коробки, однако не позволяет добиться повышенного передаточного числа. В результате чего она применяется исключительно на легковых машинах.

 

Принцип работы синхронизатора.

 

Синхронизатор необходим для бесшумного переключения скоростей через выравнивание угловых скоростей элементов, которые включаются в процесс. Состоит он из муфты, ступицы, трех сухарей, двух блокировочных колец, двух проволочных колец. Ступица жестко фиксируется на шлицах вторичного вала. На ступице нарезаны пазы и наружные зубья под сухари. На зубьях ступицы расположена муфта, она удерживается сухарями в среднем положении. Сухари упругими кольцами прижимаются к муфте (частный случай когда, вместо колец используются подпружиненные шарики). Бронзовые блокировочные кольца имеют впадины под сухари и наружные зубья со скосами; ширина впадин немного больше ширины сухарей. Кольцо может повернуться относительно ступицы на величину разницы ширины сухаря и ширины паза кольца. Чтобы увеличить силы трения, на конической поверхности кольца выполнены продольные канавки и нарезана резьба.

 

Синхронизатор работает следующим образом. Когда включается передача, вилка переключения передвигает муфту в направлении шестерни передачи. При перемещении муфты на одно из блокировочных колец через сухари передается усилие, сухари вместе с муфтой перемещаются относительно ступицы в сторону шестерни, которая включается до соприкосновения с ее конической поверхностью. Из-за разности угловых скоростей ведомого вала и включаемой шестерни на конических поверхностях появляется сила трения, поворачивающая блокировочное кольцо до упора его в сухари. После чего напротив зубьев муфты станут зубья блокировочного кольца, и дальнейшее перемещение муфты не производится. После синхронизатора и выравнивания угловых скоростей шестерни, сила, которая сместила блокировочное кольцо, престает действовать; и из-за усилий водителя оно снова будет в первоначальном положении, чему способствуют кольца и скосы на зубьях муфты. После всех этих операций между зубьями блокировочного кольца свободно проходит муфта, затем она соединяется с зубьями малого венца шестерни, которая включается в работу. Гребни сухарей при этом сухари утапливаются, попутно преодолевая упругую силу пружин колец. Со вторичным валом жестко соединяется шестерня, затем включается передача. Все что мы описали, займет у системы прядка милисекунды.

 

Механизм переключения передач.

 

Конструкция данного механизма зависит от конструкции машины. В заднеприводных рычаг располагается прямо на корпусе коробки переключения передач. В таком случае весь механизм переключения передач расположен внутри корпуса КПП, и рычаг воздействует на него напрямую. Плюсы такой схемы – более чёткое переключение передач, простота, в процессе эксплуатации меньший износ. Недостаток - такой привод нельзя использовать на всех заднемоторных автомобилях и большей части переднеприводных. Поэтому применяется несколько иная схема механизма переключения передач: рычаг устанавливается дистанционно (на полу, на панели приборов или на рулевой колонке) и связан с КПП при помощи тросов либо тяг («кулис»). Плюсы решения — удобное расположение рычага коробки переключения передач, практически полная свобода в компоновке машины и отсутствие вибрации. Но дистанционный привод не долговечен и с течением времени допускает разбалтывание, поэтому периодически его надо регулировать или заменять. Помимо этого, чёткость переключения передач с данным механизмом хуже, чем при прямом расположении рычага на корпусе коробки.

 

Невзирая на различия в конструкции включения передач, механизм переключения во многих коробках имеет сходное устройство. Состоит он из подвижных штоков, которые расположен в крышке коробки переключения передач, каждый шток закреплен вилкой. Своими концами вилки входят в пазы муфт. Также в любой коробке переключения передач предусмотрены механизмы, предохраняющие ее от: неполного включения, одновременного включения двух передач и самовыключения передачи.

 

Если расположить рычаг переключения прямо на корпусе коробки передач его нижнее окончание входит в паз подвижных штоков. Поперечное перемещение рычага, который находится в нейтральном положении, побуждает к выбору необходимой передачи (штока), а продольное - вызовет смещение штока и включение требуемой передачи. Чтобы удержать шток во включенном или нейтральном положении в нем есть гнезда. Штоки состоят из механизма, в котором есть по три гнезда под шарик фиксатора: крайние служат для фиксации одной из включенной передач, а  среднее —  для удержания штока в нейтральном положении. Шток вилки выжимания заднего хода имеет два гнезда: одно для фиксации нейтрального положения, другое — когда включена передача заднего хода.

 

Для исключения одновременного включения двух передач, в приводе есть замковое устройство. Оно может быть выполнено в виде трех блокировочных сухарей. Два сухаря (с краю) установлены в отверстия стенки картера, средний - находится в отверстии среднего штока. У штоков есть гнезда для подобных сухарей. Если переместить один из крайних штоков из своего гнезда он выдавливает сухарь, который, при перемещении, входит в гнездо среднего штока и вместе с тем сдвигает два других сухаря, при этом блокируется второй крайний шток. Поэтому неподвижные штоки находятся в запертом положении.

 

Если рычаг коробки переключения передач располагается на дистанции, то, как уже говорилось, он соединяется с КПП при помощи тяг или тросов, которые посредством штока выбора передач воздействуют на устройство выбора нужной передачи. В конце штока выбора передачи крепится двуплечий рычаг, такой рычаг при перемещении штока разворачивает трехплечий рычаг механизма выбора передачи. Трехплечий рычаг передвигает шток выбранной передачи с вилкой, которая  закреплена на нем. Одно из плеч трехплечего рычага необходимо для включения передачи переднего хода, второе для включения передачи заднего хода, а на третье  -  воздействует рычаг штока передач. Блокировочные скобы нужны для того, чтобы предотвратить одновременное включение двух передач. Механизм включения передачи состоит из шариковых фиксаторов, вилок и штоков.

 

Эксплуатация и уход

 

В конце рассказа о принципах работы механических коробок передач, хотелось бы затронуть тему ухода за ними.  При работе коробки надо уделять внимание уровню масла в картере и пополнять его, если это потребуется. Полная замена масла в машине производится в сроки, которые указанны в инструкции по эксплуатации авто. При периодической замене масла в картере коробки и грамотном обращении с рычагом переключения он не напомнит о себе практически до финала срока службы машины. Обычно поломки и неисправности в коробке переключения передач появляются в результате грубого обращения с рычагом переключения. Если автолюбитель постоянно сильно «дергает» рычаг, то рано или поздно он обязательно выйдет из строя. Передачи надо выживать спокойными плавными движениями, с маленькой паузой в нейтрали для того, чтобы правильно работали синхронизаторы.

 

Основные неисправности МКПП:

•  Из-за неисправности блокировочного устройства случается самовыключение передач, так также бывает при сильном износе синхронизаторов или шестерен;
• Трудное включение передач может быть из-за поломок деталей самого устройства переключения, износа шестерен или синхронизаторов;
• Шум в работе коробки переключения передач может возникать из-за износа подшипников, неисправного синхронизатора, шлицевых и шестерен соединений;
• Подтекание масла – следствие повреждения сальников, уплотнительных прокладок и ослабления крепления крышки картера.