Принцип роботи, будова і призначення коробки передач автомобіля

Коли новачки сідають за кермо автомобіля, у них на етапі навчання водінню виникають проблеми з коробкою передач, а точніше, з необхідністю постійних перемикань. Багато хто не раз замислювалися, що без цієї «кочерги» автомобіль був би ідеальним. Але, на жаль, без коробки передач автомобіль не зміг би ефективно працювати. Пов'язано це з особливостями ДВС. Давайте дізнаємося призначення коробки передач, її види, пристрій і принцип дії.

Навіщо потрібна КПП в машині?

Якщо відкрити довідники, то там написано, що даний механізм застосовується, щоб змінювати обертальний момент, що виробляється ДВС. Також КПП служить для тимчасового відключення крутного моменту з мотора і для руху заднім ходом.


А тепер розглянемо призначення коробки передач з точки зору далеких від пристрою і теорії автомобіля людей. Також варто розібратися, навіщо кожен раз при русі потрібно міняти щаблі КПП. Необхідність постійно змінювати передачі безпосередньо пов'язана з особливостями моторів внутрішнього згоряння. На відміну від електричних агрегатів, обертальний момент у ДВС має нерівномірну характеристику.

ДВС і електромотор

Головна відмінність між електромоторами і двигунами внутрішнього згоряння в характеристиці тяги. Цією характеристикою описується, як змінюються потужність і обертовий момент в залежності від оборотів. У випадку з електромоторами обертальний момент доступний відразу ж, а по мірі того, як обороти будуть виростати, момент буде падати. Дана характеристика більше підходить для автомобіля – в момент початку руху та при розгоні, коли потрібно докладати масу зусиль на подолання інерції, краще мати великий обертальний момент. Щоб далі рухатися рівномірно, потрібно докласти значно менші зусилля. Потужність електродвигунів в будь-якому діапазоні оборотів ротора близька до максимуму, і на будь-яких режимах вона реалізується та використовується практично повністю. Тому електродвигуни більше підходять для використання в якості силової установки автомобіля. В ДВС все трохи інакше. Коли оберти колінчастого валу низькі, потужність також низька. Обертальний момент практично не змінюється.


Якщо зросте опір для руху і обороти стануть знижуватися, то електричний мотор підвищить обертальний момент. У випадку з ДВС момент збільшиться тільки зовсім трохи, а потім знизиться. Тягова характеристика двигуна внутрішнього згоряння вважається повністю незадовільною. Але навіть зараз в плані економічності, габаритних розмірів, а також інших якостей значно перевершують сучасні електричні силові агрегати. Виходячи з цих міркувань інженери взяли недолік ДВС і для вирішення цієї проблеми створили коробку передач. Призначення її – змінювати передавальне відношення між коленвалом і провідною парою коліс. В результаті максимальний крутний момент доступний у вузькому діапазоні оптимальних оборотів, але на різних передачах. Так двигун працює більш ефективно.

Передавальні числа

Для кращого розуміння призначення коробки передач в автомобілі слід згадати шкільний курс фізики і деякі розділи механіки. У системах передач на базі шестерень, де працюють дві шестерні, діаметр і кількість зубів буде визначати число обертів і обертальний момент. Відношення кількості зубів на веденої шестірні до кількості зубів на ведучої – це передаточне число. Коли ведуча шестерня має менший діаметр, ніж ведена, то обороти на останній будуть нижче, а обертальний момент, навпаки, вище.
При виграші в силі буде втрата швидкості. А вигравши у швидкості, ми помітимо втрати в силі. Якщо шестерень в механізмі передачі декілька, то передаточне число визначається множенням чисел кожної пари шестерень. Призначення коробки передач як раз і полягає в тому, щоб змінювати передавальні числа. Щоб отримати різний крутний момент, який потрібен для руху авто в різних дорожніх умовах, КПП є кілька пар шестерень. Вони йдуть з різним передавальним числом. Якщо в пару з ведучої і веденої шестірні встановити проміжну, то остання буде крутитися у зворотний бік – це задня передача. Будь-які типи коробки передач автомобіля необхідні для того, щоб ДВС міг функціонувати на оптимальних оборотах і в нормальних для нього режимах роботи, а також для того, щоб можна було ефективно використовувати потужність двигуна в будь-яких дорожніх ситуаціях за допомогою простого зміни передавального відношення.

Коли і як перемикати КПП?

Для того щоб почати рухатися на автомобілі і набрати початкову невелику швидкість, а також для пересування в умовах бездоріжжя, необхідний близький до максимальний обертальний момент. Його можна досягти в середньому діапазоні оборотів коленвала двигуна. У високій швидкості в даному випадку немає ніякої необхідності. Для цього в КПП є нижчі передачі – перша, друга, іноді третя. При цьому навіть на високих оборотах на першій передачі машина буде їхати досить повільно.
Щоб рівномірно рухатися на більшій швидкості, колеса повинні обертатися на високій частоті. При цьому оберти двигуна повинні бути оптимальні. Для цього є вищі передачі – четверта, п'ята (а якщо коробка передач 6-ступінчаста, то і шоста). Тут передавальні числа більш низькі. Авто буде при тих же оптимальних оборотах рухатися швидко, поки ДВС не досягне максимальних або гранично допустимих обертів. На вищих передачах розгін буде вже не такий ефективний. Також на вищих передачах не вийде їхати на малій швидкості. Автомобіль не зможе рушити з місця. Двигун просто не зможе забезпечити необхідний крутний момент.

Принцип дії

Принцип роботи механічної КПП наступний. Коли важіль знаходиться в нейтральному положенні, на колеса обертальний момент не йде. Коли важіль переміщується, вилка передачі рухає муфту з синхронізатором. В результаті зрівнюються кутові швидкості шестерні передачі вторинного валу. Далі вінець на муфті зчеплення з таким же вінцем на шестірні, і остання блокується на вторинному валу. Після здійснюється передача обертального моменту на колеса з необхідним передавальним числом.

Типи КПП

Також існують і інші типи механізмів – наприклад гидротрансформаторная автоматична КПП з фрикционами, варіатор, роботизовані механізми. Це сучасні КПП, не вимагають від водія будь-якого втручання. Ремонт коробок передач-автоматів більш дорогою, а ефективність і ККД не завжди високі.

Види передач в КПП

Швидкість в КПП, передаточне відношення якої дорівнює одиниці, – це пряма передача. У пятиступенчатых коробках вона найчастіше четверта. Якщо передавальне число менше одиниці, то це прискорює – від п'ятої і більше. Такі щаблі включають при русі авто по хорошій дорозі, коли не потрібна велика тяга на ведучих колесах. Двигун може працювати на знижених обертах, що забезпечує меншу витрату палива. Як перемикати швидкості коробки передач? Насправді в процесі роботи з КПП нічого складного немає. Рух починають на першій передачі. Потім у міру розгону перемикають на більш високі щаблі. Також при необхідності знижують передачу.

Пристрій механічної КПП

У світі зараз існує маса різних конструкцій МКПП. На більшості передньопривідних авто встановлені двохвальні механізми. На задньопривідні встановлюють трехвальные. Треба сказати, що навіть у наш час, коли технології розвиваються дуже швидко, дуже популярна механіка. Справа в тому, що ремонт коробок передач такого типу простий і недорогий, на відміну від АКПП і варіаторів.

Двохвальна коробка

В основі лежить первинний і вторинний вал коробки перемикання передач. Також в пристрої КПП автомобіля є і блок шестерень разом з синхронізаторами. В металевому картері трансмісії встановлено механізм головної передачі і диференціал. З допомогою первинного валу трансмісія автомобіля може з'єднуватися з вузлом зчеплення. На валу жорстко закріплений блок з шестернями. Ще в КПП є вторинний вал. Він розташований паралельно первинному. Він також оснащений блоком з шестерень. Останні постійно знаходяться в жорсткому зачепленні з елементами з блоку на первинному валу. Також вторинний вал трансмісії з'єднаний через шестерню з головною передачею. Блок шестерень оснащений синхронізаторами. У різних конструкціях вторинних валів може бути кілька. Додатково коробка оснащена механізмом перемикання передач. Найчастіше він дистанційний. Так як корпус трансмісії автомобіля невеликий, елементи розташовані під капотом.

Трехвальная КПП

Первинний вал служить для того, щоб з'єднати механізм коробки перемикання передач з вузлом зчеплення. На валу знаходяться шліци, на які надівається ведений диск. Момент від двигуна передається через шестерні КПП, що знаходиться в зачепленні з даними елементів. Паралельно знаходиться проміжний елемент. Він оснащений блоком шестерень, які перебувають у жорсткому зачепленні з валом. Вторинний вал знаходиться на одній осі з первинним. Шестерні не мають жорсткого зачеплення і вільно обертаються. Шестерні проміжного і вторинного валу, а також деталь на первинному валу, почеплені постійно. Між шестірнями встановлені синхронізатори. Механізм перемикання встановлений безпосередньо в корпусі трансмісії автомобіля. Він являє собою важіль перемикання, а також повзуни і вилки.

Висновок

Отже, ми з'ясували, що собою являє коробка передач. Як бачите, це дуже важливий вузол у конструкції будь-якого автомобіля. Саме він дозволяє здійснити рух автомобіля з різним зусиллям і швидкістю. Рух машини багато в чому визначається саме коробкою перемикання передач.