› Коробка передач. Виды КПП и принцип действия.

Назначение.

Говоря сухим техническим языком, коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции (накатом).

А теперь с точки зрения новичка давайте разберемся - зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле, и для чего нужно переключать передачи? Переключение передач - необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента ДВС. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.

Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, то есть в том, как меняется в зависимости от числа оборотов мощность и крутящий момент. У электродвигателя крутящий момент при небольших оборотах довольно велик. По мере раскручивания момент падает. Для транспортной машины такая характеристика наиболее благоприятна: при трогании с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент. А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, то есть он отлично приспособлен к дорожным условиям работы. У двигателя внутреннего сгорания все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется. График показывает (рис.А), что если сопротивление движению увеличилось, и обороты двигателя начинают падать, то у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента; у автомобильного же двигателя момент сначала немного растет, а потом уменьшается - двигатель глохнет. Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости, экономичности и другим качествам пока превосходит электромотор. Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач, которая изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящий момент на них. На рисунке Б показано, как с помощью ступенчатой коробки передач тяговая характеристика ДВС пытается приблизиться к идеальной гиперболе.

А что такое передаточное отношение? Немного углубимся в механику. В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шестерен, одна из которых является ведущей, а другая ведомой, их относительные размеры определяют скорость вращения и крутящий момент. Отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей и называется передаточным числом. Если ведущая шестерня меньше ведомой, то скорость вращения ведомой будет меньше, а крутящий момент – больше, и наоборот. То есть, выигрывая в силе, теряем в скорости, и, напротив - выигрывая в скорости, теряем в силе. Если в передаче участвует несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается умножением передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче.
Для получения различного по величине крутящего момента, необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом. Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную, то ведомая шестерня изменит направление вращения на обратное (получим передачу заднего хода).
Таким образом, любая коробка передач, будь то «механика», «автомат» или вариатор, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения путем изменения передаточного отношения.
В любой коробке передач выделяют высшие и низшие ступени (передачи).
При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью - необходим высокий крутящий момент, который достигается при средне - высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать высокую скорость. Для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач (обычно с первой по третью), имеющие наибольшее передаточное отношение; при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
Для равномерного движения на высокой скорости необходимо обеспечить большую частоту вращения колёс, поддерживая обороты двигателя в оптимальном диапазоне. Для этого служат высшие передачи (от четвертой и выше), имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими. При этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако на высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, необходимого для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и заглохнет.
Передача с передаточным отношением, равным 1, называется прямой (как правило, четвертая). Если передаточное число меньше единицы, такая передача называется ускоряющей (от пятой и выше). Ускоряющая передача включается при движении автомобиля в хороших дорожных условиях, когда не требуется большой силы тяги на ведущих колесах. Давая возможность двигателю работать с пониженными оборотами, ускоряющая передача способствует уменьшению износа двигателя и экономии топлива
С понятием передаточного числа связано выражение «длинная коробка» и «короткая коробка». Речь идёт о разнице в передаточных числах разных передач – в «длинной» коробке она больше. Рассмотрим два автомобиля, одинаковых во всём, кроме коробок передач. Водитель авто с «короткой» коробкой, поддерживая высокие обороты мотора, разгонится быстрее и быстро наберёт максимальную скорость. Водитель на машине с «длинной» коробкой разгоняться будет дольше, но до более высокой скорости. Таким образом, выбор коробки зависит от темперамента водителя. С «короткой» коробкой автомобиль более динамичен, но чаще приходится переключаться. С «длинной» – не такой резвый, но диапазон скоростей на одной передаче больше, то есть, можно добраться до высшей передачи и кататься на ней со скоростью от пятидесяти до ста с лишним, изменяя её только газом и тормозом. Любители агрессивного «спортивного» стиля предпочтут «короткую» коробку, люди спокойные – длинную.

Типы КПП.

Современные автомобили могут оснащаться одним из четырех видов КПП – механической, автоматической, роботизированной или вариаторной.
Механическая коробка передач с ручным переключением состоит из набора шестерен. Изменение передаточного числа осуществляется путем введения их в зацепление в различных сочетаниях. К плюсам данной коробки следует отнести высокий КПД, простоту, низкую цену, высокую динамику и наименьший расход топлива по сравнению с остальными коробками. Из недостатков следует отметить неудобство управления, особенно при движении в городе.

Автоматическая КПП – планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.
К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт. АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП. В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие откатывания при трогании с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.
К недостаткам АКПП обычно относят более низкий КПД, более высокую цену, а также стоимость ремонта и обслуживания, повышенный расход топлива, ухудшение динамических качеств автомобиля, задержки в переключении передач. Однако с каждым годом эксплуатационные свойства автоматических коробок улучшаются, а число поклонников АКПП уверенно растет.

Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали - два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапециедальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу - радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу - передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.

Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов трогания и заднего хода, высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт.
Роботизированная коробка – это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.

Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.
Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое - четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена. Когда электроника «чувствует», что надо переключаться на другую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Это позволяет избавиться от рывков при переключениях и обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к колёсам, что недостижимо для обычной механической коробки с одним сцеплением. Режим переключения – как ручной, так и автоматический. Технически это довольно сложный вид коробки (а значит, и недешевый), но по динамике и экономии топлива он превосходит даже простую механику.

Что лучше?

Как и на любой риторический вопрос, на него нет однозначного ответа. Какой вид КПП выбрать – дело личное, зависящее от приоритетов конкретного человека. Определитесь, что для вас важнее (цена, динамика, комфорт)- и тогда выбор КПП не составит для вас никакого труда!

Like 10 Share: Follow this User

Как связана работа двигателя с безопасностью вождения? Что такое крутящий момент двигателя и как он влияет на безопасность? Для чего нужен тахометр? Каковы минусы автомата и режима D в автоматической коробке передач? Как правильно переключать передачи на «механике»? Почему опасно движение накатом ? Можно ли включать нейтралку в движении? Почему опасно выжимать педаль сцепления при торможении? Почему правильно тормозить на механике при включенной передаче? На все эти часто задаваемые мне вопросы я дам ответы в этой и следующих статьях.

Что такое крутящий момент двигателя?

Если по-научному, то это произведение силы, приложенной к рычагу, и расстояния от оси вращения рычага до точки приложения силы. В физике это называется моментом силы, а в технике устоялось словосочетание «крутящий момент». Распространенная единица измерения - Н*м (ньютон на метр).

Теперь по-человечески:) Крутящий момент двигателя - величина, демонстрирующая нам тяговые возможности мотора. Чем больше крутящий момент приходит от мотора на колеса автомобиля, тем больший груз может сдвинуть с места автомобиль и тем большее ускорение может развить . Отсюда ясно, что грузовики, тракторы, тягачи и бульдозеры, а также машины для спортивного вождения в первую очередь «заинтересованы» в большом крутящем моменте.

Крутящий момент, приходящий от двигателя на колеса, зависит не только от двигателя, но и от передаточных чисел главной пары и коробки передач: чем больше передаточные числа, тем больший крутящий момент передается на колеса при одном и том же крутящем моменте мотора и тем динамичнее автомобиль.

Лошади - ни при чем

Заметьте, про мощность мотора, которую принято измерять в лошадиных силах, я пока не написал ни слова. Хотя максимальная мощность считается основной характеристикой мотора и часто с удовольствием обсуждается автолюбителями, она имеет мало отношения к безопасности управления автомобилем и напрямую «отвечает» за максимальную скорость машины . Но часто ли нам в жизни приходится ездить на максималке?

На динамику разгона влияет много разных факторов , в частности, номер включенной передачи в коробке, и об этом мы еще поговорим. А если обсуждать характеристики именно двигателя, то вкратце все выглядит так: для максимальной скорости нужна мощность, для ускорения - крутящий момент .

Для чего нужен тахометр?

В любой «уважающей себя» машине есть такой прибор как тахометр. Для многих опытных водителей очевидно, о чём я сейчас напишу, но часто встречаются люди, которые вообще никогда не задумывались ни о наличии тахометра, ни о его предназначении. Он обычно располагается рядом со спидометром и показывает, простите за выражение, частоту вращения коленчатого вала двигателя:) Или на жаргоне это проще называют «обороты двигателя». Чем сильнее водитель нажимает на педаль газа, тем больше топлива поступает в мотор и тем больше его обороты. Соответственно, при разгоне стрелка тахометра движется вверх по шкале, при замедлении - вниз.

Как все это связано между собой? И какое отношение это имеет к безопасному вождению?

Тахометр и крутящий момент

Теперь самое интересное. Посмотрите на технические характеристики любого автомобиля, и вы увидите: в них указаны не просто мощность и крутящий момент, а максимальная мощность и максимальный крутящий момент. Стало быть, бывают еще и не максимальная мощность и не максимальный крутящий момент…

Эти вопросы мы подробно разбираем на эксклюзивном курсе нашей школы «курс MBA для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля», где я часто задаю студентам вопрос: «Предположим, мощность вашего авто - 200 л.с. Всегда ли вы имеете под капотом эти 200 лошадей?» В ответ я обычно слышу либо «не знаю», либо «всегда». Причем ответ «всегда» аргументируется так: «Ну ведь в паспорте написано, что мощность равна 200 л. с., значит, она у меня есть всегда».

Ответ неверный. Обратимся к техническим характеристикам, например, Honda Accord VII 2.4. Вот что там написано:

• максимальная мощность: 190 л.с. при 6800 об/мин
• максимальный крутящий момент: 220 Н*м при 4500 об/мин

Мотор развивает максимальные мощность и момент не всегда, а только когда стрелка тахометра показывает определенные значения , в случае с Honda Accord, 6800 об/мин! И максимальный крутящий момент - при показании стрелкой 4500 об/мин.

Отсюда первый вывод: максимальная мощность и максимальный крутящий момент зависят от оборотов двигателя.

Опасность высоких оборотов — миф

И отсюда же второй вывод . Многие из моих учеников и просто знакомых рассказывают, что инструкторы в автошколах очень не любят, когда мотор ревёт, и, ругаясь, заставляют переключаться на повышенную передачу. Якобы, движение на высоких оборотах вредно и разрушительно для мотора, снижается его ресурс и т.п. Друзья мои, это миф!

Сами посудите, производитель заложил в характеристики мотора возможность и, порой, необходимость движения на средних и высоких оборотах вплоть до того, когда стрелка тахометра «ложится» на красную зону. И без этого невозможно достичь ни максимального крутящего момента, ни максимальной мощности. Как думаете, у кого больший авторитет в этом вопросе: у инструктора из местной автошколы или у мирового производителя автомобилей?

Максимальное ускорение - на высоких оборотах

Как видно из графика, максимальная мощность «находится» в конце шкалы тахометра, возле его красной зоны - 6800 об/мин. Выходит, наши 190 лошадей машина выдает только в те самые «ужасные» моменты, когда мотор ревет, а тахометр зашкаливает:) В остальные 99% времени езды вы используете лишь какую-то часть его мощности.

Что касается крутящего момента, то он имеет форму горба, и его зона максимума находится в районе 3000-5000 об/мин . Какой в этом практический смысл? При показаниях тахометра ниже 3000 об/мин движок тянет не ахти как, а в районе 2000 и ниже - не тянет вообще и очень страдает, если в эти, по-настоящему для него ужасные, моменты водитель от него что-то требует. И самое интересное, это актуально для большинства бензиновых моторов - ниже 3000 двигатель тянет плохо! У зоны ниже 3000 есть и свой плюс: низкий расход топлива.

Два режима работы двигателя

И тогда мы можем условно разделить тахометр на 2 зоны:

Экономичная зона: 2000-3500 об/мин. На рисунке отмечена зеленым. В этой зоне мотор потребляет мало топлива и плохо ускоряется.

Скоростная зона: 3500 об/мин и выше. На рисунке отмечена желтым. В этой зоне мотор необычно прожорлив, но ускорение выдает что надо - максимальное.

Обратите внимание на еще одну зону - красную: туда стрелке тахометра лучше вообще никогда не попадать, поскольку это будет уже разрушительно для двигателя . Но не стоит волноваться: в современных машинах на заводе устанавливают ограничитель оборотов, который не позволяет стрелке зайти в красную зону.

Все приведенные показания тахометра в целом актуальны для атмосферных бензиновых моторов . У турбированных моторов максимум момента начинается при более низких оборотах: 2000-2500 об/мин. А у дизелей вся картинка мощности и момента смещена влево, в зону более низких оборотов. То есть у дизелей все выглядит точно так же, только минус 1000 об/мин.

Безопасное вождение, крутящий момент и тахометр

И теперь переходим к самой сути вопроса. Как связана безопасность вождения с крутящим моментом и, тем более, с тахометром? Очень просто. Безопасность вождения означает возможность совершить маневр, который позволил бы избежать ДТП . А маневров может быть три:

1. Изменение направления движения (действия рулем);

2. Торможение:

• торможение рабочим тормозом (нажатие на педаль тормоза)
• торможение двигателем (отпускание педали газа)

3. Ускорение (нажатие на педаль газа)

Руль и тормоз: всегда готовы!

Если сцепление шин с дорогой хорошее, изменить направление движения мы можем всегда , поскольку руль по умолчанию находится в «боевом» состоянии. Повернули руль - повернул и автомобиль . Аналогичная ситуация с торможением: педаль тормоза всегда готова к работе. Нажали - затормозили .

Педаль газа часто дремлет

А с педалью газа дело обстоит куда сложнее. Автомобиль не всегда хорошо реагирует на действия педалью газа, а только в зоне максимального крутящего момента, то есть в зоне средних и высоких показаний тахометра. Совершить маневр ускорения или торможения двигателем мы можем, только в тот удачный и счастливый момент, когда стрелка тахометра показывает не ниже 3000 об/мин.

Получается, руль и педаль тормоза в машине готовы к маневру всегда, а педаль газа - не всегда, а только при показаниях тахометра не ниже 3000 об/мин . И если дорожная ситуация возможно (возможно! Мы ведь не можем заранее знать исход событий на 100%, а можем только прогнозировать) потребует от вас активных действий педалью газа, вам следует заблаговременно повысить обороты двигателя до 3500 об/мин или выше.

Безопасность вождения — максимальный крутящий момент

Уверен, теперь вам понятна связь между тахометром, крутящим моментом двигателя и безопасностью вождения:)

Для чего нужна коробка передач?

Как становится ясно из написанного выше, двигатель дорожного автомобиля работает по-разному при разных оборотах. На «низах» потребляет мало топлива и плохо тянет, на «верхах» тянет хорошо, но и аппетитом обладает куда большим. Значит, нам нужно управлять оборотами мотора, чтобы получать от него нужную отдачу в зависимости от дорожной ситуации . Как это сделать? Очень просто: переключать передачи. Именно для этого в любой машине есть коробка передач: для регулировки оборотов двигателя, и ни для чего больше!

Сами посудите, в большинстве современных машин, кроме малолитражек, II передача обеспечивает разгон до 90 км/ч. А что такое 90 км/ч? Это средняя скорость движения на скоростных трассах. Да, есть любители погонять по 140-150 км/ч, но их меньше, и с такими скоростями может справиться уже III передача. Однако те же современные коробки делаются пяти-, шести- а то и семиступенчатыми. Вопрос: зачем нужны IV, V и VI передачи, если можно управиться первыми тремя? Как раз для того, чтобы ехать с теми же скоростями, но при более низких оборотах двигателя и с большей экономичностью. А зачем на II передаче разгоняться до 90 км/ч, если можно обойтись экономичной VI передачей? Как раз для работы мотора на высоких обороах и возможности интенсивного ускорения.

Вот и вся наука! Именно поэтому правильно пользоваться тахометром при выборе передачи, а не чем-то еще. Потому что переключаем передачи мы именно для изменения оборотов двигателя, чтобы на любой скорости удерживать обороты двигателя в экономичной зоне и иметь при этом достаточный крутящий момент и тягу .

В следующих статьях я напишу также о том,

На пути перехода от экипажей на конной тяге к автомобилю с двигателем внутреннего сгорания конструкторы сталкивались со множеством проблем, которые требовали решения. Одной из них стала необходимость совместить диапазоны оборотов мотора и колес. Интервал рабочих оборотов двигателя от 800 до примерно 8000 об/мин. Частота вращения колес до 1500 об/мин. Без введения промежуточного звена такую задачу не решить. В результате работы над решением вопроса совместимости частоты вращения появилась механическая КПП (коробка перемены передач). В России ее впервые применил И.П. Кулибин на своей «самокатной тележке» в конце XVIII в. Несмотря на появление впоследствии более удобных автоматических КПП, механическая коробка передач используется в автомобилях и поныне.

Преимущества и недостатки механической КПП

Коробки передач подразделяются виды: ступенчатые и бесступенчатые. Механическая относится к первому виду. По сравнению с остальными старая добрая «механика» обладает рядом достоинств:

• простота конструкции;
• надежность;
• ремонтопригодность;
• самая маленькая потеря мощности при передаче от двигателя к колесам;
• высокая скорость переключения;
• невысокая стоимость изготовления.

Благодаря этим качествам механическая КПП остается до сих пор в строю. К недостаткам можно отнести:

• необходимость обладания специфическим навыком управления (плавный выжим сцепления);
• высокая утомляемость водителя при большом количестве циклов трогание-остановка.

Сцепление

Механизм сцепления обязательно входит в устройство всех МКПП. Служит он для прерывания потока мощности от двигателя к коробке передач. Это необходимо сделать для того, чтобы скорости вращения шестерен можно было уравнять при переключении.

В большинстве автомобилей используется сухое однодисковое фрикционное сцепление. Его составные части:

Принцип работы сцепления: в обычном состоянии оно замкнуто, ведущий и ведомый диски плотно прилегают друг к другу. Размыкает его водитель, нажимая соответствующую педаль. Далее посредством гидравлического или тросового привода воздействие передается на вилку выключения сцепления, которая через выжимной подшипник отодвигает ведомый диск от ведущего, и двигатель с МКПП оказываются разобщенными.

Величина крутящего момента, передаваемого от двигателя приводному валу, должна соответствовать условиям движения. Для ее изменения и служит механическая коробка передач, внутри корпуса которой находятся валы с шестернями. Принцип работы коробки передач прост: изменение величины передаваемого крутящего момента происходит ступенчато посредством перемены пар шестерен, находящихся в зацеплении.

Механическая коробка передач состоит из следующих частей:

Устройство агрегатов для переднеприводных и заднеприводных машин различно. Это связано с расположением двигателя. Мотор в переднеприводных автомобилях расположен поперек продольной оси. Такое положение требует от КПП компактности. Достигается это использованием конструкции с двумя валами. Задне- и полноприводные автомобили имеют продольно расположенный силовой агрегат, что позволяет использовать в конструкции коробки три вала.

Шестерни, расположенные на валах механической КПП, имеют разный диаметр и число зубьев. За счет этого меняется передаваемый крутящий момент. Если диаметр и число зубьев ведущей шестерни меньше, чем у ведомой, то момент увеличивается, если наоборот - то уменьшается. Соотношение количества зубьев ведомой и ведущей шестерни называется передаточным числом. Чем оно больше, тем с меньшей скоростью вращается ведомая шестерня. В трехвальных МКПП одна из передач имеет соотношение 1:1. В этом случае момент, передаваемый от двигателя, не изменяется. Как правило, такое передаточное число соответствует четвертой передаче.

Для получения заднего хода в зацепление входят три шестерни. Нечетное количество шестерен заставляет вторичный вал изменить направление вращение на противоположное.

Современные МКПП легкового автомобиля могут иметь от четырех до семи передач. В коробках грузовых автомобилей применяются дополнительные устройства: делители и демультипликаторы, которые позволяют добиться количества передач, выражаемого двузначными числами.

Принцип действия

Для того, чтобы водитель мог включить необходимую передачу, необходимо временно разъединить двигатель и первичный вал МКПП. В коробках с механическим управлением для этой цели служит сцепление. В автомобилях используют дисковые сцепления, использующие силу трения между рабочими поверхностями двух дисков - ведущего и ведомого.

Выжимая педаль сцепления, водитель разобщает двигатель и коробку, получая возможность с помощью управляющего рычага поменять пары шестерен, находящиеся в зацеплении. Но валы коробки, даже и отсоединенной от двигателя с помощью сцепления, продолжают вращаться. Скорость вращения при этом у них разная. Поэтому зубья шестерен, входящих в зацепление, не совмещены между собой и с силой соударяются друг об друга. Нагрузка, возникающая при этом, весьма велика и сокращает срок службы деталей. Чтобы снизить отрицательный эффект соударения, конструкторы ввели в устройство механической КПП синхронизаторы.

Синхронизатор представляет собой муфту с внутренними зубьями и конусными зубчатыми кольцами. Шестерни синхронизированной коробки передач имеют конические поверхности, соответствующие поверхностям колец. Принцип работы: выравнивание скоростей вращения происходит за счет сил трения, возникающих между шестернями и кольцами муфты синхронизатора.

Управление

Для в механической КПП водитель должен проделать следующую последовательность действий:

• выжать педаль сцепления;
• перевести рычаг КПП в нейтральное положение;
• не опуская педали перевести рычаг в положение, соответствующее выбранной передаче;
• плавно отпустить педаль сцепления.

Схема расположения передач для удобства наносится на рукоятку рычага переключения коробки. Каждая передача имеет свой номер, от единицы и далее. Чем он больше, тем меньше передаточное число. Начиная с пятой передаточные числа меньше единицы. Такие передачи называют повышающими, так как ведомая шестерня в этом случае вращается быстрее ведущей. Их используют для движения с высокой скоростью, позволяя двигателю работать с меньшей нагрузкой. Передача заднего хода маркируется латинской буквой R.

Опытному водителю схема переключения не нужна. Достаточно один раз ее запомнить, и сверяться с ней уже нет необходимости. Гораздо сложнее научиться переключать передачи без рывков и пробуксовки сцепления. Навык плавного переключения передач требует длительной тренировки, и не всем дается сразу. Поэтому конструкторы искали и продолжают искать способы упростить водителю процесс управления классической «механикой».

Пик развития - роботы

На помощь в нелегком деле совершенствования конструкции механической коробки передач пришла электроника. С ее помощью реализовали управление переключением передач без участия водителя. Такие КПП называют роботизированными. Оставаясь конструктивно механическими, и имея в своем устройстве такую часть, как фрикционное сцепление, процесс выжима и переключения они берут на себя.

Такое устройство позволяет сохранить относительную простоту самой коробки и приблизиться к комфорту управления автоматических трансмиссий. Но избавившись от ряда недостатков МКПП, новые агрегаты приобрели собственные, присущие только им.

Поскольку механизм сцепления никуда не делся, возникла проблема: при трогании на подъеме машина откатывается назад. Связано это с тем, что при размыкании ведомого и ведущего дисков автомобиль ничто не удерживает - водитель в этот момент переносит ногу с педали тормоза на акселератор. Решают возникшее затруднение двумя путями - внося коррективы в алгоритм управления, заставляя автомобиль сбрасывать давление в тормозной системе с задержкой, или вводя в конструкцию второе сцепление. Тогда при переключении одно из них остается замкнутым.

Будущее МКПП

В итоге автопроизводители продолжают использовать механическую коробку передач в конструкции своих машин. Благодаря сочетанию простоты и невысокой стоимости ей практически нет альтернативы в сегменте доступных по цене авто. Уважают ее и любители спортивной езды за возможность быстрого переключения, надежность и неприхотливость. Несмотря на почтенный возраст конструкции, принцип действия которой за долгое существование практически не изменился, старая добрая «механика» остается самым распространенным вариантом трансмиссии в автостроении.

Что лучше -- высокая мощность или высокий крутящий момент (и что это вообще такое)?

С ростом оборотов растет как мощность, так и потери на трение в двигателе. При каких-то оборотах потери на трение начинают превышать рост мощности, и он прекращается (а затем и начинает убывать). При этих-то оборотах и получается максимальная мощность, которую обычно приводят в характеристиках двигателя.

Максимальная мощность определяет максимальную скорость равномерного движения (при прочих равных условиях - коэффициент аэродинамического сопротивления и сопротивления качения колес, передаточные числа трансмиссии; разница в весе автомобилей, наоборот, большого значения не имеет).

На динамику автомобиля больше влияет крутящий момент - прямо пропорциональный силе, развиваемой в точке касания ведущих колес и дороги. Соответственно, ускорение автомобиля зависит от этой силы и веса машины (по второму закону Ньютона).

Значение крутящего момента также зависит от оборотов двигателя; обычно приводится максимальное значение момента, которому соответствуют вполне определенные обороты. Это означает, что на данных оборотах можно добиться максимального ускорения автомобиля, после чего ускорение снижается. Другое дело, что обычно характеристика изменения крутящего момента делается достаточно плоской, чтобы снижение крутящего момента было незначительным.

Как пользоваться крутящим моментом: для максимально быстрого разгона его следует начинать, раскрутив двигатель до оборотов чуть ниже максимального крутящего момента, затем разгоняться на выбранной передаче до тех пор, пока потенциальные обороты при переключении на повышенную передачу также не приблизятся к оборотам максимального крутящего момента, после чего переключать передачу и продолжать разгон в том же духе. Доведение оборотов до максимальных здесь не имеет смысла, если они не соответствуют оборотам максимального момента на повышенной передаче. Хотя на практике примерно так и бывает (грамотный подбор коробки передач).

Например, на Кадете 1.3НБ максимум крутящего момента приходится примерно на 3600 об., а максимум мощности -- примерно на 5800 об. (не ошибаюсь?), т.е. разница примерно в 1.6 раз. Разницу между передачами точно не помню, но тоже что-то около того. То есть на практике наилучший разгон получается при раскрутке до 5800 оборотов и затем переключении на повышенную передачу.

А вот, например, на Святогоре с движком Рено - коробка заметно хуже подобрана. Почему? Смотрим: максимум крутящего момента 4250 об., максимум мощности 5400 об. = отношение 1.27. А передачи в стандартной коробке разнесены примерно на те же самые полтора раза. (То есть совершенно объяснимый выигрыш в динамике получается у тех, кто устанавливает на Святогор коробку с более короткими передаточными числами - см. конфу Москвич).

Хочется еще больше динамики - просто выкиньте из машины весь ненужный вес (ускорение растет пропорционально соотношению первоначального и "облегченного" веса машины. Если поставить колеса меньшего диаметра (достаточно только ведущие) - ускорение возрастает обратно пропорционально диаметру.

Это все -- применительно к использованию мощности и момента с точки зрения водителя. Есть еще понятия о влиянии конструкции двигателя на момент и мощность - но это для разработчиков и другая история.

Устройство трансмиссии и её виды

ГЛАВА I. ТРАНСМИССИЯ

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления.

Агрегаты трансмиссии заднеприводного автомобиля распределены вдоль всего кузова и передают крутящий момент от двигателя на задние колеса.

Рис. 1. Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля : I - Двигатель; II - Сцепление; III - Коробка передач; IV - Карданная передача: 1 - эластичная муфта; 2 - шлицевое соединение; 3 - передний карданный вал; 4 - подвесной подшипник; 5 - передний карданный шарнир; 6 - задний карданный вал; 7 - задний карданный шарнир; V - Задний мост с главной передачей и дифференциалом: 8 - полуоси; 9 - ведущие (задние) колеса

Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает в себя (рис. 33): - сцепление, - коробку передач, - карданную передачу, - главную передачу, - дифференциал, - полуоси.

В автомобиле с приводом на передние колеса крутящий момент не уходит так далеко от двигателя, как в автомобиле с задним приводом. Все агрегаты трансмиссии переднеприводного автомобиля сконцентрированы под капотом машины и объединены в один большой агрегат (рис. 34). Механизм сцепления "зажат" в кожухе между двумя "монстрами" - двигателем и коробкой передач, которая, в свою очередь, содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят

непосредственно из картера коробки передач.

Рис. 34. Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля : I - двигатель; II - сцепление; III - коробка передач; IV - главная передача и дифференциал; V - правый и левый приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей; VI - ведущие (передние) колеса

Трансмиссия переднеприводного автомобиля включает в себя: - сцепление, - коробку передач, - главную передачу, - дифференциал, - валы привода передних колес.

Сцепление

Сцепление является первым агрегатом трансмиссии и предназначено для передачи крутящего момента от маховика коленчатого вала двигателя к первичному валу коробки передач. Сцепление позволяет водителю кратковременно прерывать передачу крутящего момента, как бы отделять двигатель от трансмиссии, а затем и плавно их соединять.

Сцепление состоит из привода сцепления и механизма сцепления.

Привод выключения сцепления

Дальнейшее изучение автомобиля невозможно без понимания термина "привод". Попробуем раз и навсегда с этим разобраться.

В обычной жизни человек самостоятельно, посредством своих ног и рук, перемещается по улице и квартире, прилагает усилия и передает их окружающим предметам. Что-то открывает и закрывает, включает и выключает, и все это без применения всяких там трубопроводов и рычагов.

И совсем другое дело в автомобиле. Когда надо передать усилие от водителя к некому механизму или от одного агрегата к другому, то без "посредников" не обойтись. Ведь в машине все надежно закреплено в различных местах кузова, и водитель не имеет возможности на ходу выйти из-за руля, чтобы, допустим, руками приоткрыть дроссельную заслонку карбюратора. Поэтому в автомобиле существует привод механизмов.

Представьте ситуацию, когда вам необходимо постоянно что-то закрывать и открывать, а сами вы передвигаться не можете. Если трудно себе это представить, тогда для начала привяжите себя покрепче к своему любимому дивану. А теперь попробуйте открыть входную дверь!

Для передачи усилия на расстоянии по "открыванию" и "закрыванию" двери вам придется применить веревку или палку, дистанционное управление или еще что-нибудь.

Пусть это будет длинная палка, привязанная веревками одним концом к вашей руке, а другим к ручке двери. А дальше дерзайте - тяните и толкайте, впуская к себе по одному толпу приглашенных в гости друзей. В этом случае палка с веревками и будут являться тем "приводом", который передает усилие на расстоянии.

В автомобиле практически каждый механизм имеет свой привод, посредством которого он приводится в действие. Привод может состоять из большого количества отдельных узлов и деталей, может быть механическим, гидравлическим или иным.

Привод выключения сцепления (гидравлический) состоит из (рис. 35): - педали; - главного цилиндра; - рабочего цилиндра; - вилки выключения сцепления; - выжимного подшипника; - трубопроводов.

При нажатии на педаль сцепления усилие ноги водителя через шток и поршень передается жидкости, которая, в свою очередь, передает давление от поршня главного цилиндра на поршень рабочего цилиндра.

Когда водитель отпускает педаль, под воздействием возвратных пружин все детали привода занимают исходные позиции.

Рис. 35. Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления : 1 - трубопровод; 2 - нажимной диск; 3 - ведомый диск; 4 - маховик; 5 - коленчатый вал; 6 - картер сцепления; 7 - кожух сцепления; 8 - нажимные пружины; 9 - отжимные рычаги; 10 - выжимной подшипник; 11 - первичный вал коробки передач; 12 - шестерня первичного вала; 13 - вилка выключения сцепления; 14 - рабочий цилиндр; 15 - картер коробки передач; 16 - главный цилиндр; 17 - педаль сцепления

В гидравлическом приводе сцепления автомобилей ВАЗ ранних лет выпуска использовалась тормозная жидкость "Нева", "Роса", "Томь" На современных автомобилях применяется жидкость класса DOT-4. При покупке жидкости или, по крайней мере, перед тем, как заливать ее в бачок привода, стоит прочесть, что написано на этикетке флакона. Можно ли ее смешивать с той жидкостью, которая, уже залита в гидропривод сцепления вашего автомобиля? Как правило, ответ бывает положительным, но существуют жидкости, которые смешиванию не подлежат.

На переднеприводных автомобилях ВАЗ используется механический привод, где педаль сцепления связана с вилкой выключения с помощью троса в оболочке.

Механизм сцепления

Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем вновь плавно их соединять. Элементы механизма заключены в картер, сцепления который крепится к картеру двигателя.

Механизм сцепления состоит из (см. рис. 35): - картера и кожуха, - ведущего диска (которым является маховик коленчатого вала двигателя), - нажимного диска с пружинами, - ведомого диска со специальными износостойкими накладками.

Ведомый диск, связанный с первичным валом коробки передач, постоянно прижат к маховику нажимным диском под воздействием сильных пружин. За счет огромных сил трения между маховиком, ведомым и нажимным дисками, все это вместе, как единое целое, вращается при работе двигателя. Но это только тогда, когда водитель не трогает педаль сцепления, независимо от того движется его автомобиль или стоит на месте.

Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач (рис. 36). Нажимать на педаль сцепления следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.

Рис. 36. Сцепление выключено

Для начала движения машины необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами (через первичный вал коробки передач и другие составляющие трансмиссии) к вращающемуся маховику, то есть включить сцепление (рис. 37). И это сложная задача, так как угловая скорость вращения маховика составляет 20-25 оборотов в секунду, а скорость вращения ведущих колес - ноль.

Рис. 37. Сцепление включено

Давайте подумаем, как решить эту задачу. Представьте, что вы опоздали на поезд, который уже начал движение. При грамотных действиях сначала вы его догоняете, двигаясь параллельно, затем хватаетесь за поручень, и когда ваша скорость уравняется со скоростью поезда, то можно уже и запрыгивать в вагон.

Но вам может присниться кошмарный сон, в котором вы, двигаясь наперерез поезду, пытаетесь сразу попасть в движущийся вагон. Конечно промахиваетесь и не попадаете в больницу только потому, что вовремя просыпаетесь в холодном поту. Зато после этого начинаете всегда правильно отпускать педаль сцепления только в три этапа.

На первом этапе работы по включению сцепления - приотпускаем педаль, то есть даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения (догнали поезд). За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а ваш автомобиль - потихоньку ползти.

На втором этапе - удерживаем ведомый диск от какого-либо перемещения в средней позиции в течение двух-трех секунд для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись (ухватились за поручни вагона). Машина при этом немного увеличивает скорость движения.

На третьем этапе - маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания и с одинаковой скоростью, стопроцентно передавая крутящий момент к коробке передач и далее на ведущие колеса автомобиля (запрыгнули в вагон). Это соответствует состоянию механизма сцепления включено, автомобиль движется. Теперь остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу.

Если в начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль "прыгнет" вперед, а двигатель заглохнет. В худшем варианте что-нибудь еще и сломается, так как в этот момент возникает сильная ударная волна, которая многократно увеличивает нагрузки на все детали двигателя и агрегаты трансмиссии.

Действия водителя по выключению и включению сцепления в течение поездки (при стартах с места, остановках и переключениях передач) повторяются многократно, особенно в условиях городского движения. Если вы освоите работу педалью сцепления в три этапа, то позже это войдет в незаметную полезную привычку, которая обеспечит плавность хода автомобиля, комфорт пассажирам и увеличение ресурса не только деталей сцепления, но и всего автомобиля в целом.

Основные неисправности сцепления

Сцепление "ведет" (выключается не полностью) из-за большого свободного хода педали сцепления, наличия воздуха в гидроприводе, перекоса нажимного подшипника, коробления ведомого диска или поломки пружин.

Для устранения неисправности следует отрегулировать свободный ход педали, удалить воздух из гидропривода, заменить неработоспособные диски и пружины.

Сцепление "пробуксовывает" (включается не полностью) из-за малого свободного хода педали, замасливания или износа фрикционных накладок ведомого диска, поломки пружин.

Для устранения неисправности необходимо отрегулировать свободный ход педали, промыть или поменять диски, пружины.

Сцепление включается резко вследствие заеданий в механизме привода, задиров на рабочих поверхностях дисков, маховика и разрушения фрикционных накладок ведомого диска.

Для устранения неисправности следует заменить неисправные узлы привода, если заметны задиры на поверхностях дисков, заменить их.

Подтекание тормозной жидкости в гидроприводе сцепления возможно из главного или рабочего цилиндров, а также в соединительных трубках.

Для устранения неисправности следует визуально определить место утечки и заменить неисправные узлы с последующей прокачкой всего гидропривода (удалить из него воздух).

Эксплуатация сцепления

При эксплуатации автомобиля необходимо периодически проверять уровень в бачке, питающем жидкостью гидравлический привод сцепления. Если уровень окажется меньше нормы, то его обязательно следует восстановить, долив тормозной жидкости. В противном случае, когда уровень понизится до нуля, усилие вашей ноги на педали сцепления будет передаваться в никуда.

Пониженный уровень жидкости или неправильная регулировка сцепления может привести к тому, что передачи на вашем автомобиле будут включаться с огромным усилием или вообще не будут включаться. А если при полностью нажатой педали сцепления вам все-таки удастся воткнуть первую передачу, то автомобиль самопроизвольно начнет движение, хотя по результатам всего предыдущего разговора в данный момент двигатель отделен от ведущих колес. Здорово, да? Все стоят на красный сигнал светофора, а вы уже едете!

Как это может случиться, почему машина вдруг поехала?

Описанная неприятность называется - сцепление ведет (с этим выражением вы уже познакомились в неисправностях). Суть происходящего следующая. В то время, как ведомый диск сцепления не должен иметь контакта с маховиком, он все-таки за него немного цепляется, и часть крутящего момента передается на первичный вал коробки передач, а затем и на ведущие колеса.

Каковы причины того, что диск не полностью отходит от маховика? Их несколько и почти все они требуют вмешательства специалиста или вашей решимости не только испачкать руки, но и освоить "Руководство по ремонту и эксплуатации" вашего автомобиля.

На этом проблемы со сцеплением не заканчиваются. Поскольку каждый раз, отпуская педаль сцепления, мы заставляем обе поверхности ведомого диска сильно тереться о железный маховик и не менее железный нажимной диск, то, естественно, боковые поверхности ведомого диска изнашиваются. Это нормальный процесс, обусловленный конструкцией автомобиля, и ведомый диск является расходным материалом. Но наступает в жизни опять не очень смешной момент, когда все уже давно уехали с того самого перекрестка со светофором (после включения зеленого сигнала), а вы все еще стоите на месте. Хотя и первая передача включена, и педаль сцепления наверху, и газуете вы так, что у проезжающих мимо водителей сердце кровью обливается. Но износ накладок ведомого диска оказался настолько велик, что теперь он не зажимается между маховиком и нажимным диском с должным усилием и, пробуксовывая, не передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Такое явление имеет название - сцепление пробуксовывает.

Конечно, здесь описан пример совсем уж "глухого" и "слепого" водителя, потому что машина намного раньше "предупреждала" его о том, что несмешной случай может произойти в ближайший месяц. Еще раньше на подходе к максимальному износу ведомый диск уже начал пробуксовывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей и так далее. А вообще, при нормальной эксплуатации автомобиля, замена ведомого диска сцепления требуется после 80 тысяч и более километров пробега. Но не все водители являются мастерами вождения, и поэтому износ диска может наступить значительно раньше.

Начало критического износа легко определить, двигаясь на четвертой передаче со скоростью 40-45 км/ч. Если при активном нажатии на педаль "газа" обороты двигателя начинают увеличиваться, а машина продолжает движение с прежней скоростью, то в подтверждение своей догадки вы еще и почувствуете специфический запах "подгорающих" накладок диска. Значит, пора покупать диск и искать автосервис подешевле или понадежней, кому что больше подходит.

Неоднократно в этой книге упоминалось и будет упоминаться о том, что автомобиль пытается с вами "разговаривать", он заранее предупреждает о своих "недугах" и "болячках" с помощью звуков вибраций и запахов.

Например, что это там "шелестит" в районе сцепления и перестает "шелестеть" при полностью нажатой педали сцепления. Этот звук означает, что вы должны готовиться к замене выжимного подшипника.

А что это там постукивает, поскрипывает, попахивает и так далее. И не важно, что у вас новый "Фольксваген", он точно так же, как и старый "Жигуленок", подвержен износу, а тем более на наших родных дорогах. Поэтому прислушивайтесь и принюхивайтесь к своей машине!

О стиле вождения автомобиля разговор уже был, и он будет продолжаться. Резкие старты и ускорения машины, постоянное "держание" ноги на педали сцепления при движении ("болезнь" таксистов) ведут к износу не только сцепления, но и других агрегатов автомобиля.

Укорачивает срок службы сцепления и еще одна не очень "мудрая" привычка. Это когда водитель удерживает педаль сцепления в нажатом состоянии на все время остановки перед красным сигналом светофора. Грамотным ожиданием разрешающего сигнала светофора по многим причинам будет - нейтральная передача и полностью отпущенная педаль сцепления.

Устройство коробки передач и её виды

Коробка передач

Коробка передач предназначена для изменения по величине и направлению крутящего момента и передачи его от двигателя к ведущим колесам. Также она обеспечивает длительное разобщение двигателя и ведущих колес, причем на неограниченный срок и без усилий со стороны водителя (по сравнению со сцеплением).

Рис. 38. Схема работы коробки передач : 1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения передач 3 - механизм переключения передач; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер коробки передач

Коробка передач состоит из (рис. 38): - 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.

Картер содержит в себе все основные узлы и детали коробки передач. Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Поскольку шестерни коробки передач при работе испытывают большие нагрузки, то они должны хорошо смазываться. Поэтому в картер коробки передач залито трансмиссионное масло (в некоторых моделях автомобилей применяется моторное масло)

Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы необходимы для плавного бесшумного и безударного включения передач путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен (наши руки на поручне вагона поезда в примере с работой сцепления).

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

Рис. 39. Передаточное отношение

Как же происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах? Давайте с этим разберемся на примере (рис. 39 а).

Возьмем две шестерни, не поленимся и сосчитаем число их зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит, при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

На рисунке 39 б у первой шестерни ("А") 20 зубьев, у второй ("Б") 40, у третьей ("В") снова 20, у четвертой ("Г") опять 40.

Дальше очень простая арифметика. Первичный вал коробки передач и шестерня "А" вращаются с угловой скоростью, допустим, 2000 об/мин. Шестерня "Б" на промежуточном валу вращается в 2 раза медленнее - 1000 об/мин. Поскольку шестерни "Б" и "В" закреплены на одном валу, то третья шестеренка вращается с той же скоростью - 1000 об/мин. Тогда шестерня "Г" на вторичном валу будет вращаться еще в 2 раза медленнее - 500 об/мин.

Итак, от двигателя на первичный вал коробки передач пришло 2000 об/мин, а на вторичном валу получилось 500 об/мин, в то время как на промежуточном валу было 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже двум. Общее передаточное число этой схемы: 2?2 = 4. Следовательно, вторичный вал коробки передач будет вращаться в 4 раза медленнее, чем первичный вал.

Обратите внимание, если мы выведем из зацепления шестерни "Г" и "В", то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче.

Задняя передача, то есть вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону, обеспечивается дополнительной осью с шестерней заднего хода. Эта шестерня необходима для того, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент изменит свое направление (рис. 40).

Рис. 40. Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи : 1 - первичный вал; 2 - шестерня первичного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - шестерня передачи заднего хода; 5 - вторичный вал

Поскольку в коробке передач реального автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары (включая различные передачи), мы изменяем и общее передаточное отношение.

Давайте посмотрим на передаточные числа двух коробок передач (табл. 1).

Таблица 1. Передаточные отношения

Передачи:
R(задний ход)

Такие "неудобные" числа получаются в результате деления количества зубьев одной шестерни на неудобно делимое число зубьев второй шестерни и далее по цепочке.

Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с такой же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, обычно называют прямой и, как правило, это четвертая передача.

Вернемся к нашему старому знакомому - велосипеду. На современных велосипедах тоже есть передачи. Владельцы такого транспортного средства наверняка обратили внимание на то, что когда сзади включена звездочка с большим числом зубьев, то крутить педали легко, но скорость движения получается небольшой. Если переключиться на меньшую звездочку (с меньшим числом зубьев), то скорость возрастает, но усилие на педалях при этом увеличивается.

Меняя звездочки на велосипеде (переключая передачи), можно найти оптимальный режим движения с учетом сил велосипедиста и дорожных условий.

Тот же принцип используется и в автомобиле. Передачи необходимо переключать в зависимости от скорости движения, от дорожных условий и с учетом возможностей двигателя.

Первая передача и передача заднего хода - самые "сильные", и двигателю не трудно крутить колеса, но машина в этом случае движется медленно.

На большой скорости движения используются "шустрые" пятая и четвертая передачи, но в крутую гору на них не заедешь, двигателю просто не хватает сил (как и велосипедисту), и тогда приходится переключаться на более низкие но "сильные" передачи.

Первая передача необходима для начала движения автомобиля, для того чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелое железное "чудовище". Далее, увеличив скорость движения и обеспечив некоторый запас инерции движения машины, можно переключиться на вторую передачу, более "слабую", но более "быструю", затем на третью, четвертую и пятую передачу.

Все ступеньки переключения передач вверх (с первой по пятую) следует проходить последовательно. Переключение передач в нисходящем порядке можно производить, "прыгая через ступеньки". Например, после пятой передачи может потребоваться первая или после четвертой - вторая.

Обычный режим движения автомобиля - на четвертой или пятой передаче, так как они самые скоростные и экономичные.

Основные неисправности коробки передач

Подтекание масла происходит из-за повреждения уплотнительных прокладок сальников и ослабления крепления крышек картера. Для устранения неисправности необходимо поменять прокладки сальники и подтянуть крепления крышек.

Шум при работе коробки передач может возникнуть из-за неисправного синхронизатора, износа подшипников, шестерен и шлицевых соединений. Для устранения неисправности необходимо заменить вышедшие из строя детали.

Затрудненное включение передач может происходить из-за поломок деталей механизма переключения, износа синхронизаторов или шестерен. Для устранения неисправности необходимо заменить вышедшие из строя детали и узлы.

Самопроизвольное выключение передач случается из-за неисправности блокировочного устройства, а также при сильном износе шестерен и синхронизаторов. Для устранения неисправности необходимо заменить блокировочное устройство, вышедшие из строя шестерни и синхронизаторы.

Эксплуатация коробки передач

Если вас правильно учили в автошколе или, по крайней мере, вы читали и другие книги из серии учебных пособий для будущих автомобилистов, то навряд ли в ближайшие годы коробка передач омрачит ваше настроение. При грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в картере коробки она не напоминает водителю о себе до конца срока службы самого автомобиля.

Неисправности в коробке передач обычно появляются в результате грубой работы рычагом переключения. Если водитель постоянно дергает рычаг, переводит его из одной позиции в другую быстрым резким движением, то капитальный ремонт коробки передач потребуется очень скоро. При таком обращении с рычагом выходят из строя механизм переключения, синхронизаторы, да и сами валы с шестернями "железные" лишь до определенной степени.

Рычаг переключения передач должен переводиться всегда плавным движением, с паузами в нейтральной позиции, для того чтобы успели сработать синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок.

При эксплуатации коробки передач необходимо следить за уровнем масла в картере, и доливать его в случае необходимости. Полная замена масла производится в сроки, рекомендованные "Инструкцией по эксплуатации" вашего автомобиля.