Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним из чего состоит механическая коробка передач - как работает.

Механическая «коробка» автомобиля состоит из :

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Схема работы: 1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения; 3 - механизм переключения; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер.
Картер содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом .

Валы вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает их от самопроизвольного выключения.

Требования к коробке передач

• Обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств
• высокий КПД
• легкость управления
• безударное переключение и бесшумность работы
• невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
• надежное удержание передач во включенном положении
• простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу
• удобство обслуживания и ремонта

Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать число ступеней и их передаточные числа. При увеличении числа ступеней обеспечивается лучший режим работы двигателя с точки зрения динамичности и экономии топлива. Но усложняется конструкция, возрастают габаритные размеры, масса трансмиссии.

Легкость управления зависит от способа переключения передач и типа привода. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие - зубчатыми муфтами.

Как работают шестерни?

Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.

а) Передаточное отношение одной пары шестерен
Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

б) Передаточное отношение двух шестерен
На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») - 20, у четвертой («Г») - 40. Дальше простая арифметика. Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее - 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит - 2000 об/мин, а выходит - 500 об/мин. На промежуточном валу в это время - 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже - двум. Общее передаточное число этой схемы 2х2=4. То есть в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу, по сравнению с первичным. Обратите внимание, что если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала в другую сторону , обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 - первичный вал; 2 - шестерня первичного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - шестерня и вал передачи заднего хода; 5 - вторичный вал.

Передаточные числа

Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, мы имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:

Передачи	ВАЗ 2105	ВАЗ 2109
I	3,67	3,636
II	2,10	1,95
III	1,36	1,357
IV	1,00	0,941
V	0,82	0,784
R(Задний ход)	3,53	3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на делимое число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют – прямой . Как правило, это - четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя.

Первая и передача заднего хода - самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения , чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) - они самые скоростные и экономичные.

Какие бывают неисправности?

Обычно они появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, т.е. переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением - это приведёт к ремонту. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.

Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении с ним и периодической замене масла в «коробке», она не сломается до конца срока службы.

Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.

Сегодня мы рассмотрим устройство механической коробки передач, её положительные и отрицательные стороны, а также наиболее часто встречаемые неисправности. Несмотря на весьма широкий выбор автомобилей снабжённых автоматической трансмиссией, транспортные средства с МКПП всё также актуальны. Это связано с тем, что надёжность и запас ресурса механики ощутимо выше, чем у автоматических аналогов.Кроме того, автомобили с механикой гораздо более резвые, а их управление требует от водителя больше активности при езде.

На фото — ручка 7-ступенчатой КПП

Трансмиссия предназначена для изменения частоты крутящего момента, передаваемого от ДВС. В ручном агрегате водитель сам принимает решение, какое передаточное число нужно включить в конкретной ситуации.

Современные легковые автомобили обычно снабжаются пятью ступенчатыми трансмиссиями: четыре базовые, и одна повышающая. Это, пожалуй, наиболее оптимальный вариант для большинства водителей. К подобным моделям относятся отечественные и множество импортных транспортных средств, таких как . Однако есть модели и с большим количеством ступеней. МКПП с шестью или семью передачами имеют обычно пять базовых ступеней и две либо одну повышающие.

Овердрайв, или повышающая передача, имеет передаточное число меньше единицы. Другими словами, при включённой повышающей передаче ведомый вал вращается быстрее ведущего.

Шестью или семью ступенчатой механикой укомплектованы более дорогие транспортные средства. Например, КПП или имеет шесть передаточных положений, а Porsche 911 последнего поколения оснащён семи ступенчатой механической коробкой.

Стоит отметить, что уже и бюджетные модели, например, Kia Rio или Hyundai Solaris 2016-2017 годов выпуска оснащаются 6-ступенчатой кпп.

Достоинства шести ступенчатой трансмиссии

Естественно, шести или семи ступенчатая КПП выгодно отличается от пяти ступенчатых агрегатов. В первую очередь стоит отметить, что процесс переключения значительно меньше исчерпывает ресурс ДВС, так как, переход от одного скоростного режима к другому более плавный. Кроме того, расход топлива на шести ступенчатых МКПП несколько ниже, особенно в загородном цикле движения. Динамика разгона гораздо выше благодаря тому, что передачи короткие.

В каждом современном автомобиле, укомплектованном шести ступенчатой механикой, имеется электронное оснащение, которое оповещает водителя о необходимости переключения. Подобное есть и в машинах с пяти ступенчатой коробкой, но далеко не всегда.

Устройство механической КПП

Трансмиссия автомобиля представляет собой многоступенчатый редуктор, принцип работы которого заключается в поочерёдном зацеплении отдельных зубчатых пар.

Сцепление

Плавность переключения с одной передачи на другую в механике происходит благодаря наличию узла сцепления. Он позволяет на время переключения прервать связь трансмиссии с силовым агрегатом. Его механизм представляет собой промежуточное звено между двигателем автомобиля и коробкой передач. Помимо обеспечения плавности переключения, узел сцепления снижает колебания передаваемые от ДВС.

Сцепление делится по типу конструкции и три вида: фрикционный, гидравлический, и электромагнитный.

Фрикционный вид наиболее популярный и может быть однодисковым, двухдисковым, многодисковым.

Сегодняшние транспортные средства обычно оборудованы именно однодисковыми моделями.

Принцип работы узла довольно прост. Маховик, устанавливаемый на коленвале ДВС, работает в качестве ведущего диска. К нему придавливается ведомый диск с помощью нажимного диска, а нажатие на сцепление ослабляет эту связь. Диафрагменная пружина обеспечивает оптимальное сжатие ведомого диска с маховиком.

Нажимной диск с диафрагмой представляют собой цельную конструкцию – корзину сцепления. Корзины бывают как нажимные, так и вытяжные, но наиболее часто встречается именно первый тип.

С помощью шлицов ведомый диск стыкуется с первичной осью МКПП. Плавность включения передачи происходит благодаря демпферным пружинам, расположенным на ступице диска. Кроме того, ведомый оснащён фрикционными накладками, которые способны кратковременно, при включении сцепления, выдерживать высокие температуры.

Переключение передач

В каждой КПП параллельно расположены валы, на которых находятся зубчатые колёса. Существуют трёхвальные и двухвальные трансмиссии. Валы именуются ведущий (первичный), ведомый (вторичный), также в трёхвальном типе есть ещё промежуточный.

Трёхвальный тип

Первичный вал принимает от ДВС, а с его оси при помощи жёсткого зацепления с шестерней ведущего вала, вращение передаётся на промежуточный вал. Вторичная и первичная ось находятся в одной плоскости и стыкуются между собой подшипником. Благодаря этому их вращение происходит или абсолютно независимо или через промежуточный вал. Зубчатые колёса на вторичном валу не имеют жёсткой фиксации, и разграничены между собой синхронизаторами, которые плотно сидят на валу, но могут ходить по его оси с помощью шлицов. Торец синхронизатора имеет зубчатые венцы, позволяющие ему войти в зацепление с аналогичными венцами на зубчатом колесе.

В нейтральном положении колёса вращаются на валу беспрепятственно, а синхронизаторы разомкнуты. Когда включается передача, вилка смещает муфту и ставит её в зацепление с определённым зубчатым колесом.

Со вторичной оси вращение переходит к , или и в переднеприводных машинах. Для включения заднего хода в КПП установлено промежуточное колесо, которое меняет вращение от промежуточной оси на обратное.

Трёхосные агрегаты наиболее популярны и устанавливаются в практически каждом современном автомобиле.

Двухвальный тип

Первичный вал двухосного агрегата имеет множество шестерёнок, а не одну. Поскольку промежуточная ось отсутствует, её место занимает ведомая с установленными на ней муфтами-синхронизаторами и шестернями. По большому счёту разница заключается наличием лишь одной пары зацеплений между осями для каждой ступени, а не двух.

Переключение производится аналогичным методом – вилка, управляемая ручкой переключения с помощью штока, смещает муфту по вторичному валу в соответствующее положение.

Двухвальный тип отличается большим КПД, но ограничен в повышении передаточного числа, отчего данный тип конструкции используется крайне редко. Благодаря возможности объединения КПП, узла сцепления, и самого ДВС в единый агрегат, почти все малолитражки комплектуются именно этим типом трансмиссии. Примером использования двухосной механики в автомобиле с передним расположением силового агрегата можно считать Citroen C3.

Важно помнить!

В связи с тем, что промежуточная шестерня, обеспечивающая обратное вращение выходного вала для заднего хода не имеет синхронизатора, включение задней передачи должно происходить только после полной остановки транспортного средства. В противном случае КПП выйдет из строя после такого переключения.

Муфта синхронизатора

Каждая современная трансмиссия имеет муфты-синхронизаторы. Их наличие важно для упрощения режима переключения. Без синхронизаторов для переключения пришлось бы делать двойной выжим сцепления, чтобы сравнять частоту вращения осей. На некоторых видах спецтехники, где КПП имеют большое количество ступеней, муфты не применяются, поскольку это невозможно.

На внутренней окружности ступицы расположены шлицевые пазы, которые позволяют синхронизатору перемещаться вдоль собственной оси. При переключении вилка смещает синхронизатор по шлицам, до стыкования со своей парой на конце определённой шестерне. При переключении ступени на одно из блокировочных колец подаётся значительное усилие. В конечном счёте, блокировочное кольцо проворачивается до упора.

На фото — снятие муфты синхранизатора

Дальнейшее смещение муфты-синхронизатора без переключения ступени невозможно. При вхождении синхронизатора в зацепление с венцом шестерни происходит надёжная фиксация элементов.

Плюсы и минусы механики

Ручной агрегат обладает как своими достоинствами, так и недостатками.

Плюсы:

Менее затратное обслуживание трансмиссии.

Высокий КПД.

Не требуют отдельного охлаждения.

Машины с МКПП менее прожорливы и отличаются лучшей динамикой.

Простота механики значительно повышает надёжность агрегата.

Более широкий диапазон выбора режима вождения.

Транспортное средство разрешается буксировать.

Минусы:

Плавность начала движения и переключения передач требуют водительских навыков, которые приходят только со временем.

Небольшой ресурс узла сцепления.

При длительных поездках водитель транспортного средства с механикой значительно сильнее утомляется, нежели водитель машины с АКПП.

Ограниченность ступеней не позволяет плавно изменять передаточное число.

Возможные неполадки

Несмотря на простоту конструкции агрегат может поломаться. При выявлении ненормальной работы КПП рекомендуется как можно скорее обратиться в автосервис. Проблему можно попытаться решить и самостоятельно, но это потребует как соответствующих инструментов, так и определённых навыков.

Первое на чём стоит остановиться, это возникновение постороннего шума при включении нейтральной передачи. Такое может происходить, если масло в коробке давно исчерпало свой ресурс или его вовсе не осталось. Обычно водители меняют его крайне редко, но при некорректной работе трансмиссии первое, на что стоит обратить внимание, это состояние масла.

Оно также может подтекать из-за плохого состояния сальников и уплотнительных прокладок. В таком случае при замене масла следует поменять и другие дефектные элементы. Однако, виною данной неполадки могут быть и износившиеся подшипники, зубчатые колёса, смещение осей валов. При этом коробку стоит демонтировать и полностью перебрать, заменив износившиеся элементы конструкции.

Возникают ситуации, когда водителю приходится прикладывать больше усилий для переключения передачи, чем обычно. Это может быть связано с выходом из строя самого механизма переключения либо неполноценного отключения сцепления. Однако, возможно, причиной проблемы стало повреждение рычага штока. Для устранения необходимо отрегулировать механизм переключения или сцепления, а также, возможно, придётся заменить повреждённые элементы.

Некоторые водители сталкивались с проблемой передачи. Это зачастую связано с износом зубчатых колёс, вилок, штоков, подшипников ведомого или промежуточного валов, а также ослабление их фиксации. Поскольку причин может быть достаточно много, чтобы избавиться от неисправности МКПП требуется полностью перебрать с заменой всех дефектных элементов конструкции.

Неполное выжимание педали сцепления или движение автомобиля при частично выжатом сцеплении чревато поломкой деталей узла. Происходит стремительный износ диска сцепления, а также лепестки диафрагменной пружины могут попросту отломаться. Кроме того, неполноценное отключение сцепления при переключении вскоре обязательно приведёт к зализыванию зубчатых колёс.

Также стоит упомянуть, что сильная вибрация трансмиссии при заведённом ДВС свидетельствует о том, что стыкование двух агрегатов ненадёжно. Вероятнее всего в таком случае виною ослабление болтовых соединений; в таком случае их достаточно будет лишь сильнее подтянуть. Однако возможно вибрация связана с разрушением опор и тогда уже потребуется весьма трудоёмкий ремонт.

Возникновение некорректного шума при включении передач наиболее часто связано с неисправностью сцепления. Также виною может стать и подшипник вторичного вала.

Бережное пользование любым механизмом, залог его долговечности. Неприхотливость механического агрегата привлекает автовладельцев. И всё же, есть некоторые рекомендации относительно пользования МКПП.

Первое, что следует запомнить, это важность полного выжима педали сцепления перед переключением передачи. Это, пожалуй, важнейший момент в пользовании механикой. Также включенная передача должна соответствовать режиму езды. Кроме того, стоит помнить, что перед переключением на пониженную передачу, скорость должна быть обязательно снижена.

Несмотря на то, что в отличие от автомата, механика может работать вообще без масла, это довольно сильно отражается на её общем состоянии. Рекомендуется проводить проверку уровня и состояния смазывающей жидкости после прохождения 20 000 км. Несмотря на то, что большинство даже опытных автовладельцев вообще никогда не меняют масло в механике, это всё же совершенно не правильно. Менять его желательно не реже чем после каждых 70 000 км пробега.

иметь возможность выбора передаточных чисел для наиболее производительной и экономичной работы МТА при оптимальной загрузке его двигателя.

Конструкции КП во многом определяются назначением тракторов, их тяговыми классами, характером эксплуатационных нагрузок и показателями комплексов агрегатируемых машин - орудий. Наибольшее число машин - орудий агрегатируется с сельскохозяйственными колесными и гусеничными тракторами, работающими в относительно установившихся режимах нагрузки. Значительно меньшее число видов оборудования агрегатируется с промышленными тракторами - не более трех - пяти видов, а на особо мощных - не более двух (отвал и рыхлитель). Причем, работа промышленных МТА имеет в основном циклический характер, с большими амплитудами тяговых нагрузок (от нуля до максимума) и повышенной скоростью заднего хода для цикла отката.

Не последнюю роль в применяемости типов КП имеют также их конструктивная простота, надежность в работе, технологичность и стоимость производства.

Анализ современного отечественного и зарубежного тракторостроения указывает на преимущественное применение ступенчатых КП на большинстве сельскохозяйственных тракторов и ряде промышленных, особенно в малых и средних тяговых классах. В большинстве промышленных тракторов применяются комбинированные гидромеханические передачи, где наряду с гидротрансформаторами обязательно имеются ступенчатые диапазонные КП. Гидрообъемные и электрические трансмиссии, в которых практически не используются диапазонные КП, применяются в весьма ограниченных количествах, причем последние - только в особо мощных промышленных тракторах. Бесступенчатые - механические КП практически не применяются ввиду недостаточной их надежности.

Таким образом, в современном тракторостроении ступенчатые КП продолжают занимать доминирующее положение, как основные, так и диапазонные - в гидромеханических передачах.

6.2. Ступенчатые коробки передач

Ступенчатые КП представляют собой редукторы с набором валов и цилиндрических (прямозубых или косозубых) зубчатых колес. Последние вводятся во временные силовые связи для получения необходимого передаточного числа между входным и выходным валом.

Благодаря этому, при постоянстве крутящего момента и частоты вращения входного вала КП на его выходном можно иметь ограниченный ряд различных их значений, необходимых для рациональной работы МТА.

В ступенчатой шестеренной КП необходимо отметить три режима ее работы:

1) нейтральной передачи , когда двигатель работает, сцепление включено, входной вал вращается, а трактор стоит - разомкнута силовая связь между шестернями КП, передающими крутящий момент от входного к выходному валу (этот режим работы КП характерен для времени пуска двигателя и перед началом включения передачи для движения трактора; он также необходим для кратковременных остановок МТА при совершении им технологических операций, или для стационарной его работы с отбором мощности на ВОМ или приводной шкив;

2) режим переднего хода для выполнения технологических операций МТА (сильно отличается по частоте воздействия на органы управления КП у сельскохозяйственных и промышленных тракторов); 3) режим заднего хода , когда в КП включают передачи, изменяющие направление вращения выходного вала (для большинства сельскохозяйственных тракторов этот режим играет второстепенную роль, хотя и необходимую; для промышленных тракторов в большин-

стве случаев он играет такую же роль, как и передний ход).

Классификацию ступенчатых КП можно провести по следую-

щим характерным признакам:

- по способу образования шестеренной передачи ;

- по способу зацепления шестерен ;

- по методу переключения передач ;

- по способу управления ;

- по расположению валов КП относительно продольной оси трактора ;

- по конструктивной компоновке ;

- по кинематической схеме .

П о с п о с о б у о б р а з о в а н и я ш е с т е р е н н о й п е р е -

д а ч и КП бывают с неподвижными осями валов, с вращающимися осями (планетарные) и комбинированные. В настоящее время боль-

шинство отечественных сельскохозяйственных и промышленных тракторов имеют КП с неподвижными осями валов. Планетарные передачи в отечественных тракторах пока имеют ограниченное применение, только как элементы отдельных устройств трансмиссии - увеличитель крутящего момента (УКМ), ходоуменьшитель, механизм ре-

верса. В зарубежном тракторостроении достаточно широко применяются планетарные КП, особенно на промышленных тракторах, однако они конструктивно сложнее и дороже в производстве. Если в КП применены оба способа образования передачи, то ее называют комбинированной.

П о с п о с о б у з а ц е п л е н и я ш е с т е р е н КП бывают с подвижными шестернями (каретками) и с шестернями постоянного зацепления. Принципиальные схемы элементов зацепления шестерен в нейтральном положении приведены на рис. 6.1.

На рис. 6.1,а включение передачи производится продольным перемещением каретки 2 (в данном случае двухвенцовой, для образования двух различных передач) по шлицам вала 1 до полного ее зацепления с одной из шестерен 4 , неподвижно закрепленных на параллельном валу 3 .

На рис. 6.1,б ,в и г показаны три варианта блокировки свободно вращающихся шестерен постоянного зацепления с валом для включения передачи.

На рис. 6.1,б включение передачи производится продольным перемещением зубчатой муфты 3 , установленной на зубчатом венце 4 вала 1 , до полного ввода ее в зацепление с аналогичными венцами на ступицах свободно вращающихся шестерен 2 или 5 .

На рис. 6.1,в включение передачи производится с помощью синхронизатора. Принцип работы синхронизатора заключается в том, что его зубчатая муфта 6 вала 1 может входить, в зацепление с зубчатыми венцами ступиц свободно вращающихся шестерен 2 или 7 только после предварительного выравнивания их угловых скоростей с валом муфты. Это достигается посредством сил трения в контакте конусных поверхностей ступиц и прижимного кольца 3 , имеющего упругую связь с поводковым устройством 4 муфты 6 . После чего при дальнейшем приложении осевого усилия к поводковому устройству 4 преодолевается сопротивление пружинных фиксаторов 5 и последующее включение передачи происходит легко и безударно.

На рис. 6.1,г включение передачи происходит с помощью многодисковых фрикционных муфт М 1 и М 2 (чаще всего с гидравлическим нажимным механизмом), общий наружный барабан 3 которых соединен с валом 1 , а их внутренние барабаны закреплены на ступицах блокируемых свободно вращающихся шестерен 2 и 4 .

В планетарных КП применят только шестерни постоянного зацепления. Здесь переключение передач осуществляется тормозами и многодисковыми фрикционными муфтами. При применении в трансмиссии трактора планетарных КП и КП с неподвижными осями валов,

где переключение передач осуществляется с помощью многодисковых фрикционных муфт, в ряде случаев можно исключить применение сцепления.

Рис. 6.1. Принципиальные схемы элементов зацепления шестерен в КП

П о м е т о д у п е р е к л ю ч е н и я п е р е д а ч КП подразделяются на переключаемые с остановкой трактора (с разрывом потока мощности) и без его остановки (без разрыва потока мощности или с кратковременным разрывом, не прекращающим вращение валов). В первом случае включение передачи обязательно при неподвижных валах и последующем разгоне МТА с места на любой передаче. Такие КП обычно выполняют с каретками и блокировочными муфтами (рис. 6.1,а и рис. 6.1,б ). Во втором случае КП выполняются с элементами переключения, представленными на рис. 6.1,в и рис. 6.1,г , или планетарного типа.

Современные КП обеспечивают получение от 5 до 36 и более передач переднего хода, что связано с разнообразием работ, выполняемых, главным образом, универсальными тракторами. Все передачи подразделяются на четыре диапазона, характерные для назначения трактора: основной (рабочий), резервный, транспортный и технологический (замедленный, иногда называемый рассадочно - посадочный).

О с н о в н о й д и а п а з о н служит для выполнения главных сельскохозяйственных или других работ, требующих высоких значений силы тяги на крюке трактора при допустимом буксовании его движителей и эксплуатационной загрузке двигателя близкой к номинальной. В этом диапазоне скоростей трактор работает наибольшее

для получения повышенных тяговых усилий примерно на 20...25% больше, чем на основном диапазоне. Он необходим для преодоления больших тяговых сопротивлений в экстремальных условиях эксплуатации МТА.

Т р а н с п о р т н ы й д и а п а з о н (1-8 передач) имеет передачи, позволяющие МТА двигаться в различных условиях профиля дороги и ее покрытия.

Т е х н о л о г и ч е с к и й д и а п а з о н необходим для выполнения работ, требующих стабильных небольших технологических скоростей движения МТА, особенно в сельскохозяйственном производстве и для тракторов трубоукладчиков. Число передач в этом диапазоне наибольшее - достигает 12-16. Следует отметить, что в этом диапазоне не всегда удается полностью использовать мощность двигателя трактора, несмотря на оптимальные варианты комплектации МТА.

Количество передач заднего хода обычно одна-две, но встречается и большее их число, вплоть до полностью реверсивных КП, когда число передач вперед и назад одинаковое.

П о с п о с о б у у п р а в л е н и я КП бывают с механическим, гидравлическим и электромагнитным механизмами переключения передач. Если в КП переключение передач производится с остановкой трактора или без его остановки, но с синхронизаторами, то обычно применяется управляемая вручную механическая рычажная система с тягами перемещающими каретку или блокировочные муфты. Чтобы исключить возможность переключения передач на ходу в КП с оста-

новкой трактора иногда применяют специальное блокировочное устройство, действующее совместно со сцеплением.

Два других способа управления применяются, как уже отмечалось, в КП с переключением передач на ходу посредством многодисковых фрикционных муфт с дистанционным управлением. Если в КП применены оба метода переключения передач, то, как правило, переключение диапазонов производится рычажно-тяговой системой, а переключение передач внутри диапазона - блокировочными фрикционными муфтами.

П о р а с п о л о ж е н и ю в а л о в о т н о с и т е л ь н о п р о- д о л ь н о й о с и т р а к т о р а КП подразделяются на продольные и поперечные. Последние чаще всего применяются на колесных тракторах малых тяговых классов 0,6 и 0,9, что позволяет уменьшить их продольную базу, увеличив, тем самым, их маневренность, и упростить центральную передачу их трансмиссий, заменяя коническую пару шестерен на цилиндрическую.

П о к о н с т р у к т и в н о й к о м п о н о в к е различают следующие КП:

выполненные в виде самостоятельного агрегата (модуля), картер которого фланцем присоединен к передней стенке корпуса заднего моста трактора или вставлен внутрь его (если КП выполнена планетарной) со стороны его задней стенки;

установленные в переднем отдельном отсеке общего корпуса заднего моста и выполненные вместе с другими агрегатами трансмиссии в общем корпусе заднего моста. Последняя компоновка характерна для КП с поперечными валами.

П о к и н е м а т и ч е с к о й с х е м е КП подразделяются на

двухвальные (однопарные), трехвальные (двухпарные), составные и специальные. Следует отметить, что термины двух и трехвальные КП относятся только к способу получения передач основного диапазона, КПД которых желательно иметь максимально высоким. Для получения передач других диапазонов и заднего хода в этих КП обычно имеются дополнительные валы и пары шестерен, снижающие КПД передачи. Входной и выходной валы этих КП обычно называют первичным и вторичным.

В д в у х в а л ь н о й К П поток мощности от первичного к параллельному вторичному валу всегда передается только через одну работающую пару шестерен, образующую необходимую передачу. Поэтому такую КП называют еще однопарной.

В т р е х в а л ь н о й К П при получении основных передач поток мощности от первичного вала вначале передается через дополни-

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

Механическая коробка передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через 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 , 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

Устройство механической КПП

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

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. 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 . 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 . 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:

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.

Устройство трехвальной МКПП

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.

Преимущества	Недостатки
Стоимость и масса коробки ниже в сравнении с другими типами КПП	Меньший уровень комфорта для водителя в сравнении с другими КПП
Высокие динамика разгона, топливная экономичность и КПД	Утомляющий для водителя процесс переключения передач
Высокая надежность за счет простоты конструкции	Необходимость периодической замены сцепления
Простое и недорогое обслуживание	Более низкая плавность хода автомобиля в сравнении с другими типами КПП
Возможность более эффективного движения по бездорожью
Возможность буксировки автомобиля

Заключение

Несомненно, эксплуатация механической коробки передач сопровождается множеством плюсов. Одна экономическая сторона использования коробки чего стоит! А вкупе с надежностью трансмиссии и более «драйверскими» ощущениями от вождения МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Механическая коробка (переключения) передач (МКПП или МКП) - разновидность коробки передач, механизм, предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения, в котором выбор передачи осуществляется оператором (водителем) вручную. Названа так, поскольку весь её основной функционал реализуется исключительно за счёт механических устройств, без применения гидравлических или электрических элементов (в отличие от гидромеханической или электромеханической трансмиссий, содержащих в своей конструкции, соответственно, гидравлические и электрические элементы).

Ступенчатые простые коробки передач широко применяются в трансмиссиях транспортных средств, так как отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. К коробкам передач этого вида предъявляются следующие требования:

• высокие тягово-динамические качества ТС
• высокая прочность, жесткость, надежность и долговечность
• высокий КПД, особенно на наиболее употребляемых передачах
• легкость управления и бесшумность работы
• надежное фиксирование включенной и выключенной передач, недопущение одновременного включения двух передач
• малые размеры и масса

Предъявляемые требования определяют рациональную конструкцию коробки передач и ее отдельных частей.

На большинстве изучаемых колесных транспортных средствах устанавливаются пятиступенчатые трехходовые простые коробки передач (пять ступеней для движения вперед и одна ступень заднего хода). Число «ходов» коробки передач соответствует числу подвижных элементов, с помощью которых осуществляется включение тех или иных передач.

Пятиступенчатая коробка передач имеет 3 вала:

• ведущий 7, связанный при помощи сцепления с коленчатым валом двигателя
• ведомый 5, установленный соосно с ведущим валом 7 и соединенный с карданной передачей
• промежуточный вал 6 с закрепленными на нем шестернями

Валы установлены на подшипниках качения в картере, служащем одновременно и масляным резервуаром, с наливным, контрольным и сливным отверстиями, а также вентиляционным устройством. В картере закреплена ось с установленным на ней на подшипниках блоком 7 шестерен ЗХ. Шестерня 17 выполнена заодно с ведущим валом и находится в постоянном зацеплении с соответствующей шестерней 16 промежуточного вала, в результате чего промежуточный вал получает от ведущего вала вращение с постоянным передаточным числом, которое определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей. Шестерни ведомого вала (кроме шестерни I передачи и ЗХ) находятся в постоянном зацеплении с соответствующими шестернями промежуточного вала, но установлены на ведомом валу свободно (могут вращаться относительно вала, но не перемещаться вдоль него). Поэтому, хотя промежуточный вал при работе двигателя и включенном сцеплении будет вращаться, вращение к ведомому валу, а следовательно, и к ведущим колесам движителя передаваться не будет (нейтральное положение).

Рис. Схема пятиступенчатой коробки передач

Включение передач обеспечивается двумя синхронизаторами - 2 и 3 и шестерней 4 I передачи и ЗХ, которые установлены на ведомом валу на шлицах и могут перемещаться вдоль вала. Механизм переключения передач содержит рычаг управления, валики (штоки) с вилками, перемещающими синхронизаторы и каретку 4, фиксаторы и предохранительное замковое устройство, установленные в крышке коробки передач. Синхронизаторы имеют зубчатые венцы, которые при включении передач входят в зацепление с соответствующими зубчатыми венцами шестерен постоянного зацепления, что обеспечивает передачу вращающего момента на ведомый вал и далее к ведущим колесам движителя. Передаточное число между промежуточным и ведомым валами определяется отношением числа зубьев шестерни ведомого вала к числу зубьев шестерни промежуточного вала. Передаточное число между ведущим и ведомым валами, т. е. общее передаточное число коробки передач представляет собой произведение двух передаточных чисел, одно из которых - между ведущим и промежуточным валами, а другое - между промежуточным и ведомым валами.

Чем больше передаточное число коробки передач, тем больше при одном и том же вращающем моменте двигателя вращающий момент, передаваемый к ведущим колесам, а скорость движения ТС соответственно меньше. На I передаче, когда передаточное отношение самое большое, обычно осуществляют трогание ТС с места и первоначальный разгон, а также движение в особо трудных условиях. Включение I передачи обеспечивается передвижением шестерни 4 вперед и введением ее в зацепление с шестерней 8 промежуточного вала. По мере улучшения условий движения осуществляется включение более высоких передач с меньшими передаточными числами, когда не требуется значительного увеличения тяговой силы на ведущих колесах, а скорость движения ТС возрастает.

Высшей в приведенной схеме коробки передач является V передача, которая получается соединением ведущего 1 и ведомого 5 валов при помощи зубчатых венцов ведущего вала и синхронизатора 2; передаточное число в этом случае равно единице (прямая передача).

При движении ТС на прямой передаче промежуточный вал коробки передач вращается вхолостую.

Задний ход обеспечивается перемещением шестерни 4 назад и введением ее в зацепление с одной шестерней блока 7 3Х. Другая шестерня блока находится в постоянном зацеплении с шестерней 11, жестко связанной (закрепленной с помощью шпонки) с промежуточным валом.

Вращающий момент передается от ведущего вала к ведомому через следующие детали:

• при включении I передачи - через шестерни 16, 17, 8 и 4
• II - через шестерни 16, 17, 9, 10 и синхронизатор 3
• III - через шестерни 16,17, 12, 13 и синхронизатор 3
• VI - через шестерни 16,17,14, 15 и синхронизатор 2
• V - через шестерню 16 и синхронизатор 2
• ЗХ - через шестерни 16, 17, 11, блок шестерен 7 и шестерню 4

Для более плавного зацепления и бесшумной работы шестерни постоянного зацепления обычно выполняют косозубыми. Углы и направление наклона зубьев на различных парах шестерен подбирают так, чтобы осевые силы на валах получались наименьшими. Эти осевые силы обычно воспринимаются радиальным шариковым подшипником, устанавливаемым на одном из концов вала. Другой конец вала опирается на роликовый цилиндрический подшипник. Этим предотвращается возникновение дополнительных напряжений в подшипниках в результате теплового удлинения валов. Гнезда подшипников закрываются крышками с уплотнительными прокладками. В случае выхода конца вала наружу в крышках устанавливают уплотнения, предотвращающие вытекание смазки. Этому же способствуют маслосгонные канавки на валах.

Смазывание деталей в коробке передач осуществляется разбрызгиванием при вращении шестерен или с помощью масляного насоса. Для смазывания используют специальные трансмиссионные масла.

Коробка передач обычно крепится к картеру сцепления и устанавливается вместе с двигателем на эластичных опорах на раме.

Для примера на рисунке приведен продольный разрез коробки передач автомобиля КамАЗ.

В последнее время наблюдается тенденция к установке на транспортных средствах большой грузоподъемности, предназначенных для тяжелых условий работы, дополнительной коробкой передач - понижающей или ускоряющей (в некоторых случаях - одновременно обеих). Наличие понижающей дополнительной коробки передач, обычно устанавливаемой за основной в одном и том же картере, позволяет увеличить общее передаточное число между двигателем и ведущими колесами при движении на всех передачах в основной коробке передач. Ускоряющая дополнительная коробка передач, устанавливаемая обычно перед основной в одном с нею картере, позволяет увеличить скорость движения ТС и уменьшить вращающие моменты на валах основной коробки передач. Кроме того, в основной коробке передач устанавливают 2 промежуточных вала, а шестерни постоянного зацепления выполняют прямозубыми, что позволяет уменьшить размеры и массу коробки передач.

Рис. Коробка передач (продольный разрез) автомобиля КамАЗ:
1 - ведущий вал; 2 - крышка заднего подшипника ведущего вала; 3 - регулировочная прокладка; 4 - шток рычага; 5 - опора штока; 6 - пружина; 7 - опора рычага переключения передач; 8 - ось блока шестерен ЗХ; 9 - блок шестерен ЗХ; 10 - роликоподшипник; 11 - верхняя крышка; 12 - крышка заднего подшипника ведомого вала; 13 - задний шарикоподшипник ведомого вала; 14 - втулка; 15 - фланец крепления карданного вала; 16 — крышка подшипника; 17- сферический роликоподшипник; 18 - промежуточный вал; 19 - картер коробки передач; 20 - ведомый вал; 21 - крышка переднего подшипника промежуточного вала; 22 - картер сцепления; 23 - вилка выключения сцепления; 24 - вал вилки выключения сцепления; 25 - муфта выключения сцепления

Ремонт и обслуживание