Коробка передач служит для изменения тяговой силы на колесах автомобиля в зависимости от сопротивления движению и дает автомобилю возможность двигаться задним ходом. Коробка передач позволяет, кроме того, при выключении передач отсоединять ведущие колеса автомобиля от двигателя, обеспечивая тем самым возможность запуска двигателя и его работу на холостом ходу.
Коробка передач представляет собой механизм, состоящий из набора шестерен, которые могут вводиться в зацепление в различных сочетаниях.
Каждое сочетание зацепления шестерен коробки называется ступенью или передачей. Число ступеней (передач) в коробке передач зависит от конструкции автомобиля и обычно бывает от трех до пяти (не считая передачи заднего хода). В соответствии с этим коробки передач называются трехступенчатыми, четырехступенчатыми и пятиступенчатыми.
Рис. Коробка передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: 1 — сальник; 2 — задняя крышка картера; 3 — шарикоподшипник вторичного вала; 4 — картер коробки передач; 5 — маслоотражательное кольцо; 6 — вторичный вал; 7 — вилка переключения шестерни (каретки) первой передачи и заднего хода; 8 — шестерня (каретка) первой передачи и заднего хода; 9 — рычаг переключения передач; 10 — верхняя крышка картера; 11 — шестерня второй передачи; 12 — втулка шестерни второй передачи; 13 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 14 — каретка второй и третьей передач; 15 — вилка каретки второй и третьей передач; 16 — зубчатая ступица; 17 — регулировочные прокладки; 18 — упорное кольцо; 19 — зубчатый венец шестерни третьей передачи; 20 — шестерня третьей передачи; 21 — роликоподшипник; 22 — шарикоподшипник первичного вала; 23 — первичный вал; 24 — передняя крышка картера; 25 — маслоотражательное кольцо; 26 — роликоподшипник промежуточного вала; 27, 29, 32 и — шестерни промежуточного вала; 28 — пробка сливного отверстия картера; 30 — ось промежуточного вала; 31 — промежуточный вал; 34 — промежуточная шестерня заднего хода
Зацепление различных пар шестерен осуществляется при помощи кареток (шестерен), передвигаемых вдоль валов коробки. В зависимости от числа подвижных кареток коробки разделяются на двухходовые (две каретки) и трехходовые (три каретки).
Принцип работы автомобильных коробок передач
Принцип работы автомобильных коробок передач независимо от их конструктивного оформления и числа передач одинаков. Рассмотрим их устройство и работу на примере трехступенчатой двухходовой коробки передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69.
Первичный (ведущий) вал 23 выполнен заодно с шестерней 20 третьей передачи и с зубчатым венцом 19. Первичный вал через сцепление соединяется с коленчатым валом двигателя.
Вторичный (ведомый) вал 6 является как бы продолжением первичного вала и расположен с ним на одной оси. Хвостовик вторичного вала сидит в роликоподшипнике 21, установленном в конце первичного вала. Вторичный вал вследствие этого может вращаться независимо от первичного.
На вторичном валу установлены две шестерни 8 и 11 и зубчатая ступица 16. Шестерня 8 (каретка) сидит на валу на шлицах и может перемещаться вдоль его оси. Шестерня 11 имеет зубчатый венец 13. Она посажена на вторичном валу на бронзовой втулке 12, поэтому свободно вращается на валу. На ступице установлена каретка 14 второй и третьей передач, которая перемещается по ступице.
Промежуточный вал 31 представляет- собой блок шестерен 27, 29, 32 и 33, свободно вращающийся на оси 30.
Промежуточная шестерня 34 заднего хода посажена на ось на бронзовой втулке и свободно вращается на оси.
Первичный и вторичный валы установлены в гнездах картера коробки на шарикоподшипниках 22 и 3. Ось 30 промежуточного вала закрепляется в гнездах картера неподвижно, промежуточный же вал 31 вращается на оси на роликоподшипниках 26. Ось промежуточной шестерни заднего хода неподвижно закреплена в специальных гнездах картера.
Шестерня 20 первичного вала с шестерней 27 промежуточного вала, а также шестерня 33 с промежуточной шестерней 34 заднего хода находятся в постоянном зацеплении. В постоянном зацеплении находятся также шестерня 29 промежуточного вала и шестерня 11 вторичного вала. Каретки 8 и 14 могут перемещаться по вторичному валу и вводиться в зацепление: каретка 14 своими внутренними зубьями с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала или с зубчатым венцом 13 шестерни 11; каретка 8 с шестерней 32 или 34.
При положении кареток, изображенном на рисунке, крутящий момент от двигателя будет передаваться с первичного вала через шестерни 20 и 27 на блок шестерен промежуточного вала.
Однако на вторичный вал крутящий момент передаваться не будет, так как при изображенном положении кареток 8 и 14 вторичный вал разобщен как с первичным, так и с промежуточным валами. Такое положение кареток называется нейтральным. В нейтральное положение каретки ставятся при запуске двигателя и работе двигателя на холостом ходу (на месте или при движении автомобиля накатом).
Рис. Схема включения шестерен и передачи крутящего момента в трехступенчатой коробке передач автомобилей ГАЗ-69 и ГАЗ-69А: а — первая передача; б — вторая передача; в — третья передача; г — задний ход; I — положение рычага при включении первой передачи; II — положение рычага при включении второй передачи; III — положение рычага при включении третьей передачи; IV — положение рычага при включении заднего хода
Чтобы привести автомобиль в движение, надо передать крутящий момент вторичному валу. Для этого каретку 8 или 14 следует ввести в зацепление с одной из шестерен промежуточного вала, при котором обеспечивалось бы получение наибольшего передаточного отношения, а следовательно, и наибольшего крутящего момента на вторичном валу. Передвинем каретку 8 вправо и введем ее в зацепление с шестерней 32 промежуточного вала, как это показано на рис. а. Такое положение кареток соответствует первой передаче.
Чтобы включить вторую передачу, необходимо вывести каретку 8 из зацепления с шестерней 32, а затем, передвинув (по рис. б влево) каретку 14, ввести последнюю в зацепление с зубчатым венцом 13 шестерни 11, постоянно находящейся в зацеплении с шестерней 29 промежуточного вала.
Переходить со второй передачи на третью нужно в той же последовательности, что и с первой передачи на вторую. При этом каретка 14 выводится из зацепления с зубчатым венцом 13 шестерни 11 и вводится в зацепление с зубчатым венцом 19 шестерни 20 первичного вала (рис. в), первичный и вторичный валы начинают вращаться как одно целое.
Для движения задним ходом следует перевести обе каретки в нейтральное положение, а затем каретку 8 передвинуть влево и ввести в зацепление с промежуточной шестерней 34 заднего хода. При этом направление вращения вторичного, вала изменится на обратное.
Для легкого и безударного переключения передач необходимо, чтобы окружные скорости шестерен, вводимых в зацепление, были одинаковы. Окружная скорость шестерни зависит от числа оборотов вала, на котором она сидит, и от ее диаметра: чем больше диаметр шестерни и число оборотов вала, тем больше ее окружная скорость. Для облегчения безударного переключения передач и уменьшения износа зубьев шестерен в коробках передач, в частности в коробке передач автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69, предусмотрено специальное устройство — синхронизатор каретки включения второй и третьей передач.
Синхронизатор выравнивает окружные скорости вращения шестерен перед вводом их в зацепление. Устроен он следующим образом. На конце вторичного вала 1 установлена на шлицах и закреплена стопорным кольцом 14 зубчатая ступица 6 синхронизатора. На наружных зубьях ступицы установлена каретка 10 второй и третьей передач, охватываемая вилкой 8. В трех пазах ступицы установлены ползуны 11 блокирующего устройства, соединяемые при помощи шариков 9 фиксаторов с кареткой 10. По обеим сторонам ступицы расположены блокирующие бронзовые кольца 4. Каждое блокирующее кольцо имеет зубчатый венец и пазы 47 для ползунов; внутренняя поверхность кольца выполнена конусообразной.
Синхронизатор расположен между зубчатым венцом 13 шестерни 15 первичного вала и зубчатым венцом 3 шестерни 2 второй передачи. Основания зубчатых венцов шестерен 2 и 15 имеют конусные поверхности.
Рис. Устройство и схема работы синхронизатора коробки передач: а — положение деталей синхронизатора при Выравнивании окружных скоростей; б — положение деталей синхронизатора при включенной передаче; в — детали синхронизатора; 1 — вторичный вал коробки передач; 2 — шестерня второй передачи; 3 — зубчатый венец шестерни второй передачи; 4 — блокирующее кольцо; 5 — упорная шайба; 6 — зубчатая ступица; 7 — пружина; 8 — вилка каретки второй и третьей передач; 9 — шарик фиксатора; 10 — каретка второй и третьей передач; 11 — ползун; 12 — регулировочные прокладки; 13 — зубчатый венец шестерни первичного вала; 14 — стопорное кольцо зубчатой ступицы; 15 — шестерня первичного вала; 16 — первичный вал; 17 — паз для ползуна ступицы
При включении второй или третьей передачи каретка 10 синхронизатора при помощи переключающего устройства перемещается вместе с ползунами 11 по ступице 6. Ползуны, входящие в пазы 17 блокирующих колец 4, прижимают кольцо к конусной поверхности соответствующего зубчатого венца шестерни. Вследствие трения, возникающего между соприкасающимися конусными поверхностями, блокирующее кольцо немного сдвигается в сторону вращения зубчатого венца до упора пазов в боковые поверхности ползунов. При этом скошенная поверхность.торцов зубьев каретки 10, упираясь в скошенную поверхность торцов зубьев кольца 4, не дает зубьям войти в зацепление, вследствие чего обеспечивается сильное прижатие кольца 4 к конусной поверхности зубчатого венца. В результате сильного трения конусов скорости вращения валов уравниваются, каретка 10 сдвигается дальше, выжимая шарики 9 фиксаторов, и своими зубьями входит в промежутки зубьев венца 13, бесшумно включая соответствующую передачу.
Управление коробкой передач осуществляется при помощи рычага 6; качающегося в шаровой опоре крышки картера коробки передач.
В той же крышке в гнездах установлены, два ползуна 3 и 12, которые могут перемещаться вдоль своих осей, скользя при этом в гнездах крышки коробки. Каждый из этих ползунов соединен с вилкой: ползун 12 каретки первой передачи и заднего хода с вилкой 11, ползун 3 каретки второй и третьей передач с вилкой 10.
Для предотвращения произвольного выключения передач и одновременного включения нескольких передач в механизме переключения передач предусмотрены специальные устройства фиксаторы (стопоры) — для фиксирования рычага в определенном положении и замки, не позволяющие одновременно включать несколько передач.
В трехступенчатых коробках передач с двумя ползунами фиксатор одновременно выполняет и роль замка.
Рис. Механизм переключения передач коробки передач автомобилей ГАЗ-60 и ГАЗ-69А: 1 — пружина фиксатора; 2 — боковая крышка картера коробки передач; 3 — ползун вилки каретки второй и третьей передач; 4 — отжимная скоба; 5 — пружина отжимной скобы; 6 — рычаг переключения передач; 7 — пружина рычага переключения передач; 8 — колпак; 9 — шаровая опора; 10 — вилка каретки второй и третьей передач; 11 — вилка каретки первой передачи и заднего хода; 12 — ползун вилки каретки первой передачи и заднего хода; 13 — сухари фиксатора
Фиксатор состоит из двух полых сухарей 13, скользящих в специальном гнезде, сделанном в крышке коробки передач. Под действием пружины 1 сухари заскакивают в углубления, имеющиеся в соответствующих местах ползунов. Сухари надежно удерживают ползуны от самопроизвольного перемещения, а также предотвращают возможность одновременного перемещения, обоих ползунов.
Передвинуть оба ползуна сразу и включить, таким образом, одновременно две передачи нельзя по следующей причине. Как только один из ползунов передвинется настолько, что сухарь выйдет из углублений, оба сухаря окажутся придвинутыми друг к другу вплотную. Общая длина сдвинутых сухарей подобрана так, что второй сухарь уже не сможет выйти из углубления примыкающего к нему ползуна и тем самым надежно заперт ползун.
Чтобы не произошло случайное включение заднего хода, в крышке коробки передач, несколько ниже шаровой опоры, расположена отжимная скоба 4 с пружиной 5, нажимающей на конец рычага 6. Поэтому для включения заднего хода (и первой передачи) к рычагу нужно приложить повышенное усилие, чтобы отвести скобу в сторону.
В картер коробки передач заливается трансмиссионное масло до уровня отверстия контрольной пробки.
Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена 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.
Устройство механической коробки передач (кликабельно).Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. 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.
Содержание статьи:
Устройство механической коробки передач
Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер.Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:
- 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.
Сцепление
Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.
Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.
Шестерни и валы
В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки.
Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.
В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.
На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.
Синхронизаторы
Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.
Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.
Виды механических КПП
По количеству ступеней (передач) механические коробки в основном подразделяются на:
- 4-ступенчатую;
- 5-ступенчатую;
- 6-ступенчатую.
Наиболее распространенной механикой считается 5МТ, то есть пятиступенчатая коробка переключения передач.
По количеству валов МКПП подразделяются на:
- двухвальные, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
- трехвальные, устанавливаемые на легковые заднеприводные, а также на грузовые автомобили.
Принцип работы МКПП
Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.
Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.
Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.
Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.
Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.
Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.
Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы
Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.
Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.
На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.
Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.
Преимущества и недостатки МКПП
| 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 | При неправильной эксплуатации повышенные нагрузки на ДВС |
Как пользоваться механической коробкой
Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.
Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:
- выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
- при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
- при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.
Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.
В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:
- отпустить педаль газа;
- левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
- рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
- аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.
В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.
Заключение
В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%. Связано это в первую очередь с комфортом во время вождения — при использовании АКПП он несомненно выше. Механическая КПП имеет самый простой принцип работы. Из-за этого она дешевле и экономичнее. 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.
виды, устройство и принцип работы
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 передачПринцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление 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 педаль сцепления, 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
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.
Тяговые характеристики ДВС и электродвигателяОсновное 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.
Шестеренчатые передачиА 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.
Содержание статьи
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. Подробнее про механическую коробку передач.
Планетарная передачаАвтоматическая 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. Подробнее про автоматическую коробку передач.
Клиноременной вариаторВариатор 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. Подробнее про вариатор CVT.
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. Подробнее про роботизированную коробку передач.
Какая коробка 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!
Коробка передач или КПП — это сложный механизм в конструкции автомобиля, предназначенный для перевода крутящего движения от двигателя на колеса, а также для обеспечения направления и изменения (увеличения/уменьшения) скорости движения автомобиля.
«Speed1c» участника Rohloff AG — http://www.rohloff.de/. Под лицензией GNU Free Documentation License с сайта Викисклада — https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Speed1c.png#mediaviewer/File:Spe…
Виды коробок передач
В современных моделях автомобилей может быть установлено 4 типа КПП – механические, автоматические, роботизированные и вариативные (бесступенчатые).
Тип КПП в целом определяет тип трансмиссии любого автомобиля. Рассмотрим более детально каждый из 4-х перечисленных типов.
Механическая коробка (МКПП)
Механическая КПП представляет собой многоступенчатое устройство цилиндрической формы, которое направляет крутящий момент от маховика двигателя на колеса автомобиля. В механической коробке переключение происходит при помощи ручного механического рычага-переключателя.
Современные механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней – четыре, пять, шесть, семь. В настоящее время среди всех типов механических КПП, пятиступенчатая является наиболее распространенной.
Коробки передач механического типа могут разделяться и по количеству валов на двухвальные и трехвальные. Двухвальная механическая коробка устанавливается в легковых автомобилях, оснащенных только передним приводом.
В подобной конструкции один вал соединяется с автомобильным двигателем, а другой с трансмиссией. Трехвальная коробка передач подходит для легковых и грузовых автомобилей, в которых предусмотрен как передний, так и задний привод.
Основными достоинствами механической КПП являются простота, доступность и надежность конструкции, легкость ручного управления при использовании любых режимов движения автомобиля.
Автомобили с механической КПП обеспечивают динамичную и экономичную езду. Подобный тип коробки передач продолжает пользоваться повышенным спросом у автолюбителей.
Автоматическая коробка (АКПП)
Принцип работы коробки-автомат такой же, как и у ее аналога, механической коробки. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать и передавать крутящий момент.
Любая коробка-автомат состоит из 3-х элементов – гидротрансформатора, планетарного редуктора и гидравлической системы управления.
Гидротрансформатор – особый механизм, предназначенный для передачи крутящего движения при помощи рабочей жидкости — трансмиссионного масла для КПП.
Планетарный редуктор представляет собой узел или соединение, которое состоит из солнечной шестерни, коронной шестерни, водила и сателлитов. Это основной механизм коробки-автомата.
Гидравлическая система – симбиоз механизмов, которые позволяют осуществлять управление редуктором.
Автоматические коробки различаются по способу переключения, количеству передач, виду сцепления и виду актуаторов.
Автоматическая КПП способна обеспечить плавное автоматическое переключение передач без участия водителя. Такая коробка улучшает трансмиссию автомобиля, поскольку рабочая тяга всегда переходит только на колеса без резких изменений и прыжков скорости.
Среди недостатков такого типа КПП можно выделить:
- сложность и дороговизну конструкции и системы управления;
- низкий уровень КПД, который возможно улучшить только за счет увеличения количества передач;
- сложность в проведении ремонтных работ
Роботизированная коробка (РКПП)
Роботизированная КПП предназначена для выполнения тех же функций, что и предыдущие типы КПП. Данный тип коробки передач представляет собой механическую КПП, в которой все выполняемые функции по включению и выключению сцепления, переключению передач полностью автоматизированы.
Современные роботизированные КПП оснащены двойным сцеплением, которое обеспечивает легкую и плавную передачу крутящего момента на одном потоке мощности.
Коробки-роботы работают исключительно под управлением современных электронных систем. Подобные коробки передач имеют более высокий КПД, компактные размеры, они надежны, эффективны, долговечны и при этом имеют конкурентную цену.
Роботизированные коробки устанавливаются как в бюджетные модели автомобилей, так и в автомобили экстра-класса.
Вариативная коробка (Вариатор)
Это тип бесступенчатых КПП, в которых передача крутящего движения на колеса осуществляется при помощи механики или гидравлики. В подобных КПП передачи, собственного говоря, и не предусмотрены.
Вариативные коробки способны обеспечить самые лучшие динамические характеристики любого автомобиля. Зачастую вариаторы устанавливаются в большинстве малолитражных моделей японских автомобилей.
Главные преимущества вариативных коробок заключаются в надежности, простоте, плавной передаче крутящего момента и высоком КПД. Большинство бесступенчатых коробок передач дополнительно оснащаются ручным режимом, который позволяет выбрать передачу, которая подражает работе механической КПП.
По мнению специалистов, наиболее радужные перспективы развития все же остаются у роботизированных и бесступенчатых коробок передач, поэтому неслучайно то, что сейчас многие задаются вопросом, а чем, собственно, вариатор отличается от АКПП?
Коробка передач — Энциклопедия журнала «За рулем»
Коробка передач, коробка переключения передач, коробка перемены передач (устаревшее), КПП, КП. Механизм, часть трансмиссии автомобиля или мотоцикла, станка или иного промышленного механизма, предназначенный для изменения частоты вращения приводного вала и крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения движения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.
Назначение коробок передач
Чаще всего коробки передач применяются на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, поскольку ДВС не обладают необходимой для плавного изменения скорости движения гибкостью. Диапазон частоты вращения ведущих колес автомобиля простирается от 0, до 1800 об/мин (максимальное значение может быть больше у спортивных автомобилей и мотоциклов). Диапазон частоты вращения коленчатого вала поршневого ДВС — от 500-800, до 5-9 тысяч об/мин. КП обеспечивает плавное увеличение или уменьшение скорости движения при оптимальном использовании максимального крутящего момента двигателя, который достигается обычно при средней частоте оборотов коленчатого вала поршневого двигателя (около 3-4 тысячах об/мин). Помимо этого КП позволяет менять направление движения автомобиля (для этого в коробка оснащена механизмом заднего хода) и отключать двигатель от механизмов трансмиссии во время длительных стоянок с работающим мотором.
В транспортных средствах с паровыми и электрическими двигателями КП обычно не применяется, поскольку двигатели этого типа обладают практически идеальной характеристикой. КП не применяется на простейших велосипедах, но на спортивные и дорогие дорожные модели устанавливаются специальные устройства — открытые звездочные с механизмом перевода цепи или планетарные, встроенные в ступицу заднего колеса, которые выполняют функции КП. В токарных, фрезерных, сверлильных станках КП используются для изменения частоты вращения шпинделя, чтобы обеспечить оптимальный режим обработки металла.
Коробка передач(ИЖ-2126):
1 – первичный вал;
2 – картер сцепления;
3 – задний подшипник первичного вала;
4 – болт крепления верхней крышки;
5 – верхняя крышка;
6 – передний подшипник вторичного вала;
7 – блокирующее кольцо синхронизатора включения передачи;
8 – ступица III-IV передач;
9 – муфта III-IV передач;
10 – шестерня III передачи;
11 – стопорное кольцо;
12 – ступица V передачи;
13 – муфта V передачи;
14 – шестерня V передачи;
15 – шестерня II передачи;
16 – роликовый подшипник;
17 – шпонка;
18 – муфта-шестерня заднего хода;
19 – блокирующее кольцо синхронизатора включения II передачи;
20 – ступица I-II передач;
21 – шестерня I передачи;
22 – стержень рычага переключения передач;
23 – чехол рычага;
24 – рычаг переключения передач;
25 – задний подшипник вторичного вала;
26 – фланец эластичной муфты карданной передачи;
27 – ведущая шестерня привода спидометра;
28 – сальник вторичного вала;
29 – гайка фланца эластичной муфты;
30 – центрирующее кольцо;
31 – вторичный вал;
32 – уплотнитель;
33 – грязеотражатель;
34 – шайба;
35 – задний болт промежуточного вала;
36 – болт крепления кронштейна задней опоры силового агрегата;
37 – гайка шпильки крепления задней крышки;
38 – задний подшипник промежуточного вала;
39 – задняя крышка коробки передач;
40 – прокладка задней крышки;
41 – игольчатый подшипник;
42 – промежуточная шестерня заднего хода;
43 – ось промежуточной шестерни;
44 – промежуточный вал;
45 – картер коробки передач;
46 – передний подшипник промежуточного вала;
47 – болт переднего подшипника промежуточного вала.
Требования, предъявляемые к коробке передач
К коробке передач предъявляются следующие требования:
— обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;
— бесшумность в работе и переключении передач;
— легкость управления;
— высокий КПД.
С появлением первых моторных экипажей появилась необходимость применения устройств для изменения передаточного отношения от двигателя к колесам. Применявшиеся вначале ременные передачи, скопированные со станков, оказались несостоятельными и очень скоро стали вытесняться зубчатыми передачами. Первой подобной коробкой, получившей широкое распространение на автомобилях, была коробка передач со скользящими шестернями, которые могли перемещаться на квадратном или шлицевом вале, для того чтобы входить в зацепление с шестернями, установленными на другом, параллельном первому, вале. Она сконструирована инженером Эмилем Левассором во Франции и в 1891 г. была установлена на автомобиле «Панар-Левассор».
Классификация коробок передач
для чего нужна коробка передач в машине
Практический каждый, кто имел дело с автомобилем или другим видом колесной техники, хорошо знает, что кроме двигателя в устройстве ТС также используется коробка передач. Коробка передач (КПП или трансмиссия) по важности является вторым агрегатом после двигателя на разных видах транспортных средств.
При этом существует несколько видов коробок передач, однако основной задачей данных агрегатов на машине является получение, преобразование и дальнейшая передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса автомобиля. Далее мы подробно рассмотрим назначение коробки передач и для чего нужна коробка передач в устройстве трансмиссии авто.
Содержание статьи
Для чего нужна коробка передач в автомобиле
Итак, коробка передач считается основным элементом трансмиссии автомобиля. Как уже было сказано, основным ее предназначением является изменение крутящего момента от двигателя, а также скорости движения и направления движения авто. Также коробка позволяет «отсоединять» двигатель от трансмиссии во время переключения передач.
Именно благодаря КПП автомобиль получает возможность двигаться вперед и назад, движение можно осуществлять с разной скоростью, при этом двигатель стабильно работает на разных скоростях и нагрузках, а также достигается плавное переключение передач в процессе езды.
Чтобы было понятно, основной задачей КПП является необходимость обеспечивать как требуемые динамические показатели автомобиля, так и показатели топливной экономичности двигателя. При этом учитываются разные условия движения, нагрузка, скорость и т.д.
- Идем далее. Диапазон оборотов двигателя отличается от диапазона вращения колес. Также применительно к ДВС нужно учесть обороты максимальной мощности и максимального крутящего момента.
Так вот, для старта и разгона нужен крутящий момент, тогда как для езды с высокой скоростью и преодоления больших нагрузок нужны обороты мощности. При этом особенностью ДВС является то, что обороты крутящего момента «средние» (3000-3500 об/мин) тогда как на «мощностные» обороты двигатель выходит ближе к максимальным значениям (5500-6000 тыс. об/мин.).
Простыми словами, если нагрузка на мотор будет большой, а обороты слишком низкие, двигатель «не вытянет» по мощности и заглохнет. Если же обороты будут слишком высокими, при этом езда с высокой скоростью не нужна, сильно возрастает расход топлива. Чтобы добиться оптимального баланса, в коробке предусмотрено изменение передаточных чисел (передаточное отношение).
Благодаря такой возможности можно уверенно стартовать с места, двигаться с небольшой скоростью, осуществлять движение задним ходом и т.д. Также удается поддерживать обороты двигателя в оптимальном диапазоне применительно к постоянно меняющимся дорожным условиям и нагрузкам.
Например, разгон автомобиля предполагает необходимость преодолеть высокие значения сил сопротивления (преодоление повышенного трения и сил инерции). Наличие КПП делает возможным трогание с места и разгон до средних и высоких скоростей, который предполагает плавный или ступенчатый переход с низких на повышенные передачи (переключение передач).
В результате скорость нарастает постепенно, сильно снижаются динамические нагрузки на двигатель и трансмиссию. При этом обороты оптимально удерживать именно в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя.
С учетом веса и особенностей ТС, установленного двигателя, целевого назначения транспорта и ряда других характеристик и особенностей конструкторы производят подбор количества передач и передаточных чисел в коробке, главной передаче, раздаточной коробке и т.д. (при наличии).
Разновидности КПП: типы коробок передач
Разобравшись с назначением коробки, следует отметить, что сами КПП бывают ступенчатыми, бесступенчатыми и комбинированными. Давайте рассмотрим указанные виды коробок более подробно. Прежде всего, наиболее распространенным типом КПП являются ступенчатые коробки передач. В таких КПП крутящий момент изменяется ступенчато. К данному типу можно отнести МКПП (механика) и РКПП (коробка-робот).
- Механическая коробка передач является многоступенчатым цилиндрическим редуктором, где предусмотрено переключение передач самим водителем вручную. МКПП бывают четырехступенчатыми, пятиступенчатыми, шестиступенчатыми и т.д. Главным плюсом такой коробки считается надежность и простота, а также полный контроль во всех режимах.
Минусом можно считать необходимость постоянного ручного переключения передач и связанные с этим сложности. По этой причине коробки с автоматизированным управлением в последнее время сильно теснят «механику».
- Коробка-робот (роботизированная коробка передач) является все той же механикой, однако функции выключения сцепления и переключения передачи полностью автоматизированы благодаря использованию отдельных исполнительных механизмов под управлением ЭБУ коробкой (например, коробки АМТ).
В результате такая коробка переключается быстрее, чем это смог бы сделать водитель-профессионал или опытный пилот на гоночном авто. Машина с таким «роботом» (например, DSG) отличается быстрым разгоном, а также поддержанием оптимальных оборотов мотора и одновременно высокой топливной экономичностью. Недостатком принято считать сложность ремонта, сниженный ресурс, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость отдельных запчастей и элементов.
- Также существуют бесступенчатые коробки CVT. Под таким типом следует понимать КПП вариатор (CVT или вариаторная коробка передач). Главное отличие таких трансмиссий в том, что фиксированных физических ступеней в них нет.
Такая особенность позволяет изменять передаточное число в вариаторе плавно, по сравнению со ступенчатыми коробками. Также крутящий момент от двигателя передается за счет гидравлического или механического сцепления (намного сильнее в данном случае распространен первый вариант в виде гидротрансформатора).
Коробка вариатор уверенно разгоняет автомобиль с места, тяга постоянно передается на колеса, передаточное число изменяется плавно, достигается максимальный комфорт при езде. Основной минус такой КПП – вариатор не рассчитан на большой крутящий момент, его не ставят в паре с мощными двигателями, так как отмечается сильное снижение надежности и ресурса.
Автоматы данного типа могут иметь 6, 7 или даже 8 ступеней или скоростей (например, распространенная 8-и ступенчатая коробка ZF). Такие КПП достаточно быстро и плавно переключают передачи, отличаются высокой надежностью и большим ресурсом, хорошо выдерживают большой крутящий момент и нагрузки.
К минусам данных АКПП можно отнести увеличенный расход топлива, снижение КПД по причине потерь в ГДТ, худшую динамику разгона по сравнению с вариатором или роботом с двойным сцеплением. При этом новейшие версии гидромеханических автоматов не сильно уступают другим типам АКПП.
Еще добавим, что большинство автоматических коробок (кроме старых гидромеханических автоматов) независимо от типа (вариатор, робот или «классическая» АКПП), имеют режим Типтроник. Данный режим полуавтоматический, имитирует ручное переключение передач самим водителем. Также коробка автомат может быть адаптивной (отдельно подстраивается под манеру езды конкретного водителя).
Что в итоге
Как видно, коробка передач предназначена для передачи крутящего момента, а также для его преобразования с учетом разных условий движения, нагрузки на мотор, скорости и т.д.
Основная задача и назначение КПП – позволить подобрать оптимальные обороты двигателя с учетом скорости, нагрузок и конкретных условий, чтобы двигатель работал в диапазоне оптимальных оборотов, не подвергался большим нагрузкам, а также не перерасходовал горючее.
Что касается видов КПП, сегодня можно выделить не только МКПП и классические автоматы, но также вариаторы и роботы. При этом роботизированная коробка с двойным сцеплением и электронным управлением считается наиболее перспективной и современной разработкой, однако на практике, особенно после выхода на рынок «классических» 8-ступенчатых АКПП ZF и Aisin, гидромеханический автомат продолжает оставаться серьезным конкурентом для других типов автоматических трансмиссий.
Читайте также
Что такое PTO / редукторы
Коробка отбора мощности, наиболее часто упоминаемая в сокращении PTO, является распространенной формой подачи механической энергии на рынке мобильных машин. ВОМ — это метод передачи высокой мощности и крутящего момента от двигателя (обычно через трансмиссию) грузовых автомобилей и тракторов. В сочетании с коробками передач и креплениями насосов возможна практически любая передача механической энергии.
Иллюстрация предоставлена Биллом Саймоном.
Существует три распространенных метода отбора мощности на рынке мобильных машин; стиль трактора, стиль трансмиссии грузового автомобиля и двигатель с коленчатым валом, хотя последний обычно не называют МОМ.Способ передачи мощности с приводом от коленчатого вала часто используется для гидравлических насосов, установленных на передней части грузового автомобиля, такого как плуг / разбрасыватель или бетономешалка. Небольшой вал с U-образными соединениями присоединяется к соединительной муфте для вращения насоса. Однако такая конфигурация привода обычно не называется ВОМ.
ВОМ трактора возвращается почти так же далеко, как тракторы. Большинство ранних ВОМ приводились в движение от трансмиссии, которая расположена в задней части трактора, что позволяет легко найти выходной вал.Тип коробки передач с коробкой передач включается только тогда, когда сцепление коробки передач также включено, и подключается непосредственно к коробке передач, так что, когда сцепление выключено, коробка отбора мощности не приводится в движение.
Если трансмиссия приводит в движение колеса, то ВОМ трансмиссии вращается. Это также означает, что навесное оборудование может также приводить в движение передачу назад, когда сцепление нажато, например, вниз по склону или если навесное оборудование имеет механизм с высокой инерцией вращения, что приводит к скачкам ведущих колес.Этого удалось избежать путем добавления специальной обгонной муфты для ВОМ, которая предотвращает подачу крутящего момента в противоположном направлении.
под напряжением ВОМ часто использует трансмиссионную муфту с двумя ступенями. Первая ступень сцепления управляет ведомой частью трансмиссии, а вторая ступень сцепления управляет включением ВОМ. Этот метод обеспечивает независимое управление коробкой передач, так что ВОМ поддерживает работу независимо от работы сцепления коробки передач, включая остановку самого трактора.Например, для трактора с косилкой это минимальное требование; Вы не можете выключить газонокосилку, когда вы опускаете сцепление вверх по холму и вокруг дерева.
независимый ВОМ имеет полностью отдельную сцепную муфту и работает в целом без муфты трансмиссии. Для включения ВОМ нажимается кнопка или рычаг; это так просто. Как правило, муфта, управляемая рычагом, должна активироваться перед отдельным переключателем ВОМ. Система не только проста: независимый ВОМ может быть активирован, когда трактор остановлен или движется.Независимые МОМ доступны как в механическом, так и в гидростатическом исполнении, и, как вы можете себе представить, гидравлический тип очень популярен в связи с распространением гидростатических приводов.
Вал отбора мощности, выходящий из задней части трактора, имеет зубчатую конструкцию. Существует три типа валов отбора мощности, и их использование в значительной степени определяется выходной мощностью трактора. Каждый из валов работает на одной из двух стандартных скоростей: 540 и 1000 об / мин. Кроме того, каждый из валов имеет один из двух диаметров; 13⁄8 или 13⁄4 дюйма.Наконец, ни один из трех валов не разделяет ряд сплайнов:
540 об / мин — 6 сплайнов — 1 3-8 дюймов. вал
1000 об / мин — 21 шлиц — 1 3⁄8 дюйма вал
1000 об / мин — 20 шлицев — 1 3 14 дюйма вал
Два вала по 1000 об / мин известны как малая (13⁄8 дюйма) и большая (13⁄4 дюйма) версия. Каждый вал рассчитан на соответствующий диапазон передачи крутящего момента и лошадиных сил, а различные размеры гарантируют, что они не используются взаимозаменяемо. Некоторые тракторы могут управлять более чем одним диапазоном скоростей и мощности валов, но важно помнить, что навесное оборудование, которое они приводят, часто ограничено расчетной скоростью.Поэтому, если зерновой шнек рассчитан на скорость 540 об / мин, может быть не стоит пытаться разогнать его до 1000 об / мин.
Безопасность — это серьезный бизнес с валами отбора мощности, потому что, к сожалению, они печально известны как причиной травм, так и смерти. Агрегаты должны эксплуатироваться только с установленными защитными крышками ВОМ, и если есть причина, по которой они не существуют, необходимо соблюдать особую осторожность.
Все современные грузовики большой грузоподъемности поставляются с возможностью отбора мощности от коробки передач.Трансмиссия грузовика будет иметь крышку (или две), которая может быть снята, открывая цилиндрическое зубчатое колесо, способное управлять валом отбора мощности. ВОМ, смонтированный на грузовике, является универсальным, хотя в отличие от ВОМ трактора, они не столь универсальны — в основном из-за бесчисленных трансмиссий на рынке.
Несмотря на это, немногие коробки передач не имеют доступного ВОМ. Самая простая форма ВОМ — с одной передачей, сцепленной с выходной передачей коробки передач. Эти типы несколько ограничены как по скорости, так и по диапазону лошадиных сил, но более экономичны из-за своей простоты.
МОМ с двумя или тремя передачами являются более распространенными, а также доступны для тяжелых условий эксплуатации, требующих высокой мощности, крутящего момента и скорости. Многократные передачи учитывают более широкий диапазон умножения скорости или вращающего момента.
Редукторы
Существует несколько основных типов редукторов, включая планетарные, цилиндрические, цилиндрические и червячные. У каждого есть свои преимущества и приложения, для которых они лучше всего подходят. Наиболее распространенным типом для мобильных и внедорожных машин является планетарный привод.Они состоят из центральной солнечной шестерни с тремя или более круговыми «планетарными» шестернями, которые, в свою очередь, окружены кольцевой шестерней. Планетарные редукторы очень прочные, а также способны выдерживать очень высокие радиальные нагрузки, особенно когда нагрузка правильно отцентрирована. Вот почему они часто встречаются в приложениях с полным приводом.
В редукторах с цилиндрической или цилиндрической передачей используются две или более зубчатых передачи, расположенных рядом друг с другом, и часто используются в промышленных применениях, таких как прокатный стан.Их размер и возможные передаточные числа варьируются в широких пределах, причем верхний предел крутящего момента ограничен только размером зубчатых колес, которые могут быть изготовлены. Эти типы коробок передач могут иметь входной и выходной валы на одной и той же или противоположных сторонах.
Также довольно популярны червячные редукторы типа . Они используют спиральный осевой входной вал, который направляет силу через перпендикулярное зубчатое кольцо, прикрепленное к выходному валу. Работа всегда с входом и выходом 90 ° друг от друга.Червячные передачи, как правило, легкие и средние.
Редукторыприменяются либо для увеличения крутящего момента, либо для увеличения скорости, и должно быть ясно, что увеличение одного уменьшает другое. Когда они используются для увеличения крутящего момента, они могут достичь этого в соотношениях от 2: 1 по отношению к входному крутящему моменту до 10000: 1 или более … что, конечно, резко снизит выходную скорость. Когда используется для увеличения скорости, иногда планетарные или цилиндрические / цилиндрические редукторы могут использоваться задним ходом. Обычное использование для коробок передач с перегрузкой — для приводов насосов.Частота вращения ВОМ 1000 об / мин не использует гидравлический насос, способный развивать скорость 3000 об / мин, поэтому повышающая скорость редуктор / крепление насоса позволит использовать насос меньшего размера. Обратите внимание, что червячные редукторы не допускают входную энергию на своем выходном валу.
Выбор МОМ
При выборе МОМ вам нужно будет предоставить своему поставщику различные параметры, поскольку эти устройства не являются универсальными. Вам нужно будет узнать номер модели вашей трансмиссии, вашу выходную скорость, требуемый крутящий момент и мощность, а также желаемый стиль переключения.Механизм переключения включает и выключает ВОМ и доступен с воздушным, электрическим и кабельным переключением. Некоторые более новые МОМ работают через сцепление вместо скользящих передач, но информация о применении мало меняется в противном случае.
Вам также нужно будет знать, какое крепление для колодки необходимо для насоса, на котором вы работаете с ВОМ, например, фланец SAE 2 или 4 болта, и серии, например фланец SAE B или SAE C 4 болта. Особое внимание следует уделить установке насоса на ВОМ, поскольку расположение порта может повлиять на компоненты шасси или саму трансмиссию.Эти проблемы часто решаются путем установки промежуточного вала, позволяющего установить насос в чистом месте в паре футов позади трансмиссии.
Даже при высоком крутящем моменте, который может быть передан с помощью ВОМ трактора, бывают случаи, когда требуется даже больший крутящий момент, чем может передавать трактор (или более медленная скорость, чем у стандартного ВОМ 540 или 1000 об / мин). Хотя навесное оборудование часто использует шкивы и цепные приводы, которые могут использоваться для увеличения крутящего момента, для самых тяжелых требований требуется коробка передач для надежной и эффективной работы.Конечно, использование редукторов не ограничивается сельскохозяйственными применениями, и чаще всего наблюдается в колесных приводах и других низкоскоростных применениях с большим крутящим моментом.
,Что такое коробка передач и что она делает?
Приборыиспользуются для передачи энергии от одной части машины к другой. Например, в велосипеде шестерни передают мощность от педалей к заднему колесу. Точно так же в автомобиле механизмы передают мощность от коленчатого вала (вращающаяся ось, которая получает мощность от двигателя) на ведущий вал, работающий под автомобилем, который в конечном итоге приводит в движение колеса. Вы можете иметь любое количество зубчатых колес, соединенных вместе, и они могут быть разных форм и размеров.Каждый раз, когда вы передаете мощность от одного зубчатого колеса к другому, вы можете сделать одну из двух вещей:
Велосипедные шестерни Увеличьте скорость : если вы соедините две шестерни вместе, и первая из них имеет больше зубьев, чем вторая, вторая должен идти намного быстрее, чтобы не отставать. Таким образом, это расположение означает, что второе колесо вращается быстрее, чем первое, но с меньшей силой.
Изменить направление : Когда две шестерни сцепляются друг с другом, вторая всегда вращается в противоположном направлении.Так что, если первый поворачивается по часовой стрелке, второй должен вращаться против часовой стрелки. Вы также можете использовать зубчатые колеса особой формы, чтобы заставить машину поворачиваться на угол. Например, в автомобиле дифференциал (коробка передач в середине задней оси автомобиля с задним приводом) использует коническую шестерню в форме конуса, чтобы повернуть мощность ведущего вала на 90 градусов и повернуть задние колеса.
Чтобы быть очень точным, Коробка передач — это механическое устройство, используемое для увеличения / уменьшения крутящего момента посредством уменьшения / увеличения скорости.Он состоит из двух или более шестерен, одна из которых приводится в движение двигателем. Выходная скорость коробки передач будет обратно пропорциональна передаточному отношению. Коробки передач, как правило, предпочтительны при применении с постоянной скоростью, например, на конвейерах и кранах, где это может обеспечить увеличение крутящего момента.
Коробка передач состоит из приводного механизма с определенным диаметром, соединенного с приводным механизмом (электродвигатель, ветряная турбина, дизельный двигатель и т. Д.), Соединенного с другим приводом меньшего размера (если приводной механизм будет иметь более высокую скорость, чем приводной один) или больший диаметр (если скорость ведомого механизма должна быть меньше, чем у ведущего), связанная с ведомой механической нагрузкой.Просто это скорость / крутящий момент, увеличивающий / уменьшающий или наоборот механизм. Это механический двигатель, который вызывает:
- Преобразует двигатель с высокой скоростью, с низким крутящим моментом в низкий крутящий момент с высоким крутящим моментом (бесплатно даже во время рождественских праздников).
- Низкая скорость / высокий крутящий момент для высокой скорости / низкий крутящий момент.
- Иногда «зубчатая головка» работает на зубчатом ремне или цепи с передаточным отношением 1: 1 и используется для уменьшения передачи вибраций двигателя нагрузке.
- Часто упускается из виду — редуктор снижает инерцию нагрузки, которая видна двигателем, в соотношении квадратов передаточного числа.Например. Если вы установите редуктор с передаточным числом 4: 1, 2000 оборотов в минуту будут согласованы до 500 об / мин, но инерция нагрузки будет уменьшена в 16 раз.
- Если вы используете червячный редуктор, он устанавливает самоблокирующийся механизм в системе (вы не можете перемещать нагрузку, пока двигатель не вращается).
Существует пара других со своими особенностями (например, шариковый винт, который также является зубчатой головкой, но мы обычно не называем их головками зубчатой передачи). Также обратите внимание, что передачи не работают бесплатно, что означает, что вы теряете выходную мощность, что означает, что передача имеет определенную эффективность.Существуют различные типы зубчатых головок: цилиндрические, планетарные, одноступенчатые, многоступенчатые, гармонические, эпициклические, (циклоидальные), червячные и т. Д., А также комбинации вышеперечисленных, но это отдельная наука.
,Гармоническая коробка передач | Rozum Robotics
Гармоническая зубчатая передача в сервоприводах RDrive
В серию RDrive встроены гармонические редукторы, в которых используется технология натяжных зубчатых передач. Благодаря передаточному отношению 1: 100 и почти нулевому люфту технология повышает производительность наших серводвигателей. Это дает вам точное управление движением и высокий крутящий момент.
Почему сервоприводу нужна коробка передач
При использовании в комбинации с серводвигателем коробка передач, также называемая редуктором или редуктором, допускает следующее:
- Увеличение крутящего момента роботизированного привода.
- Уменьшение скорости серводвигателя.
- Балансировка инерции двигателя относительно нагрузки.
Эффекты обусловлены зубчатыми колесами в серво редукторе, создающими передаточное число. Применение передаточного отношения 1: 100 к двигателю, генерирующему 2 Н · м крутящего момента, приводит к выходному крутящему моменту 200 Н · м. Точно так же, если двигатель работает на 4000 об / мин, то же соотношение уменьшит скорость до 40 об / мин.
Дисбаланс между двигателем и инерцией нагрузки отрицательно влияет на производительность роботизированного соединения и увеличивает эксплуатационные расходы.Сопоставление значений инерции, также достигаемых посредством передаточного числа редуктора, помогает избежать чрезмерного перерегулирования, оптимизировать энергопотребление и сократить время установления.
Серводвигатели с редукторомимеют решающее значение для таких применений, как промышленная робототехника и системы захвата и размещения, которые требуют высокоскоростного низкоскоростного выхода и превосходной точности движения.
Гармоническая передача
Существует множество доступных технологий зубчатой передачи, в том числе: прямозубая, планетарная, червячная, гармоническая и циклоидальная.Наши сервоприводы RDrive используют гармонические редукторы, которые основаны на зубчатой передаче, изобретенной в 1957 году К. В. Муссером.
С тех пор эта технология получила следующие преимущества:
- Почти нулевой люфт | Повышенная производительность, повышенная точность позиционирования и длительный и не требующий обслуживания срок службы серводвигателей.
- Высокое передаточное отношение | Обеспечивает высокий крутящий момент и низкоскоростной выход при меньших размерах двигателя.Также возможно перенастроить соотношение без изменения конструкции или размера всего механизма.
- Компактный размер и небольшой вес | Позволяет уменьшить занимаемую площадь роботизированного привода и тем самым экономить место в вашем приложении.
Когда мы интегрировали технологию тензодатчиков в наши серводвигатели, мы получили менее 0,3 дуги, что позволило достичь высокой точности управления движением. Передаточное отношение 1: 100 позволяет нам умножить значение выходного крутящего момента на 100, в то же время позволяя нашим серводвигателям оставаться компактными и легкими.
Тензодатчик: Принцип действия
Видео предоставлено только для ознакомления
Серводвигатели с редуктором — сила интеграции
Хотя можно использовать коробку передач и сервопривод, не собирая их в единый блок, их интеграция позволяет легко проектировать и внедрять системы управления движением. В редукторном сервоприводе RDrive привод и зубчатый механизм уже согласованы для совместной работы и не требуют отдельных процедур проектирования и интеграции, что позволяет снизить затраты на проектирование.
Общая длина нашего редуктора с сервоприводом короче, чем у узла, в котором серводвигатель отсоединен от коробки передач. Кроме того, встроенные блоки устраняют необходимость в дополнительных муфтах, сводя к минимуму риск поломок подшипников из-за смещения.
Комбинируя серводвигатель с механизмом зацепления, мы улучшили управление питанием и его использование, что позволило улучшить, увеличить срок службы и повысить мощность сервопривода.
,