Механическая трансмиссия и вождение МКПП и особенности езды на такой коробке

Принцип работы механической коробки передач

Принцип 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.

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.

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.

Что такое механическая коробка передач и её принцип работы для чайников, плюсы и минусы МКПП. Разберем более подробно в этой статье.

Машина – организм достаточно сложной концепции. В его основе шасси лежит трансмиссия, ходовая часть, тормозная система и рулевое управление. Каждая деталь тесно взаимосвязана с остальными и имеет свое особое значение в запутанной системе.

Если двигатель – сердце автомобиля, то именно в трансмиссии находиться его рычаг для запуска – КПП.

Разберём, зачем предназначена сама коробка передач:

1. Для смены в широком диапазоне крутящего момента, который передается от сцепления до карданной передачи автомобиля.
   Проще говоря, механизм позволяет сдвинуть машину с места, а так же изменить скорость движения, при помощи переключения передач (например, с первой на вторую, или с третьей на вторую).
2. Для изменения направления вращения карданного вала;
   Это подразумевает собой движение задним ходом, с чем мы встречаемся при парковке или развороте.
3. Для разъединения сцепления от карданной передачи.
   Образец «холостого хода» — работающий двигатель не развивает достаточно мощных оборотов, чтобы машина поехала.

Механическая коробка передач имеет такой принцип работы: водитель, чтобы задействовать передачу перемещает рукоятку в салоне.

• Этим он заставляет шестерни или по очереди зацепиться с зубчатыми колёсами, или при помощи синхронизатора блокироваться на валу.
• Поскольку операция происходит при помощи человека, механическая коробка так и получила свое название.
• В случае с гидромеханической КП это же действие осуществляется автоматически, без использования водителем педали сцепления, которая просто-напросто отсутствует.

Как бы стремительно эволюция автомобиля не развивалась, а на сегодняшний день механическая система не спешит уступать свое место электромеханической трансмиссии. МКП используется в образцах разных поколений отечественных автомобилей, таких как ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, МАЗ-5335, ГАЗель-3302.

В зависимости от количества передач при движении вперёд различают три-, четыре-, пяти- шести-, семиступенчатую коробку.

Устройство механической коробки передач состоит из таких главных ингредиентов:

• шестерни и зубчатые колёса: ними выполняется непосредственная передача крутящего момента (цепная реакция любого механизма, например, часов).
• ведомый вал: своеобразный «портал» для крутящего момента от коленвала до ведущих колёс.
• промежуточный вал: размещает на себе шестерни, которые находятся в постоянном контакте с «напарниками» на конце ведущего вала.
• синхронизаторы: выравнивают частоту вращения шестерен, что включаются, и блокирует одну из них на валу.
• картер КП: ванночка для масла, без которого трение напрочь убило бы детали.
• другие компоненты, в числе которых муфта, вилки, масляный насос, картер сцепления и др.

Для предотвращения включения двух передач одновременно, предусмотрен замок – блокирующее устройство, а для устранения произвольного движения назад специальный предохранитель.

Нынешние производство транспортных средств радует покупателей новыми технологиями, которые заметно упрощают процесс вождения. Одной из них является автоматическая коробка передач.

На больших грузовиках, таких как БелАЗ, или автобусах ЛиАЗ, ЛАЗ применяется эта технология. Но давайте разберёмся: гидромеханическая коробка передач — что это такое?

ГМП совмещает в себе функции сцепления и коробки передач. Она убивает одним выстрелом двух зайцев, или говоря иными словами: работает за двоих. Таким образом переключение является полностью или же частично автоматическим.

Гидромеханическая АКПП характерна такими составляющими:

1. Двухступенчатой механической коробкой передач с автоуправлением;
2. Гидротрансформатором (ГТ).

ГТ, находясь между двигателем и МКП, служит для самодействующего изменения передаточного числа и крутящего момента.

Когда его частота вращения достигает пикового числа, он переходит в режим гидромуфты. Другими словами – прекращает менять крутящий момент, и автомобиль плавно набирает скорость.

Групповая работа коробки передач с гидротрансформатором совершается благодаря объединению с приводом дроссельной заслонки. В целом за конструкцией эта система достаточно сложная и имеет целый ряд пневматических, электрических и гидравлических механизмов.

Для того, чтобы разобраться как работает механическая коробка передач достаточно представить несложную систему.

Вал с шестернями напоминает украшение: есть бусинки с зубцами (они же шестерни) нанизанные на основу (вал). И таких украшений два (хотя ныне более распространенные трёхвальные варианты).

Правильно расположив их в механизме, при взаимодействии шестерни на параллельно размещённую «бусинку» другого вала происходит изменение передаточного числа.

Оно в свою очередь определяется числовым отношением зубцов ведущей шестерни к количеству ведомой. Каждая «бусинка» имеет свое число, поэтому комбинации не однотипные.

Для менее шумной работы в «механике» зубцы на производстве изготовляют под определённым углом и называют их косозубыми.

Преимущества МКПП

Люди отдают предпочтение машинам с механическим приводом из-за массы положительных факторов.

Дело не только в сравнительно небольшой массе и простоте конструкции, а в том, что при этих показателях себестоимость трансмиссивного агрегата является относительно небольшой.

Авто с «механикой» расходует топлива меньше, чем его популярные заместители «автоматы». К тому же, последние уступают МКП в динамичности разгона и уровню КПД.

Часто можно услышать, что обучение езде стоит начинать именно на машине с такой коробкой передач и это так. Ведь если человек обуздает лошадь, ничто не стоит ему пересесть на осла, что в обратном случает весьма тяжело.

Минусы

Своими большими по значимости, но малыми по количеству недостатками МКПП уступает гидромеханической КП. Минусы «механики» заключаются в следующих фактах:

• необходимо иметь достаточный запас навыков, чтобы сдвинуться с места без рывков;
• при интенсивном движении на дорогах оперировать механической коробкой переключения передач затруднительно;
• плавно изменить передаточное отношение ступенчатых трансмиссий практически невыполнимо;
• для переключения скоростей необходимо дополнительно отвлекаться на нажатие педали, чтобы разъединять сцепление;

Интересно, что в некоторых страна разницу между «механикой» и «автоматом» воспринимают настолько серьезно, что выдают специальные права для авто с МКПП, либо для машины с полуавтоматом.

Гидромеханическая КП стала рывком для современной «автоначинки», а это значит, что миру в будущем предстоит узнать много новинок. Остается главный вопрос: забудут ли при этом «механику»?

Устройство механической коробки передач

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал .

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню — таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Процесс переключения

Переключение должно осуществляться плавно, но одновременно быстро.

• Первая скорость предназначена в основном для старта, и для активной езды не используется. Актуальная скорость здесь от 0 до 20 километров в час;
• Вторая скорость разгонная и служит для передвижения на малой скорости в диапазоне от 20 до 40 километров;
• На третью водитель должен переходить, когда требуется разогнаться с 40 до 60 километров в час;
• Четвертая подходит для скоростей от 60 до 80 километров в час;
• Пятая и шестая скорость для движения более 80 километров в час.

Эти цифры условные и средние, поскольку существует целый ряд других факторов, влияющих на езду.

Представленная схема актуальна для машин, которые не нагружены и движутся по дороге без сопротивления в виде песка, глубокого снега или крутого подъема. Если же такие сопротивления есть, тогда переходить на следующую передачу рекомендуется немного позже.

При прямолинейном движении и во время поворота водителю требуется менять текущую скорость, выставленную на механике.

• Плотным движением левой ногой выжимается в пол педаль сцепления;
• одновременно с этим необходимо отпустить ногу с педали газа;
• плавно, но быстро выбирайте на коробке нужную передачу;
• при прохождении рычага сначала возвращаетесь в нейтраль, а затем уже в необходимую скорость;
• далее сцепление отпускается;
• параллельно начинается работа педалью газа, чтобы не терять скорость и обороты;
• после полного отпускания сцепления прибавляется хороший газ.

Каких-то строгих и жестких ограничений в плане последовательности перехода на скорости нет. Никто не заставляет переключаться в строго заданном порядке, от 1 и до последней передачи.

Но если вы будете пропускать скорости, тогда на разгон придется тратить больше времени и обороты начнут падать.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Прежде чем приступить к рассмотрению плюсов и минусов МКПП, следует разобраться, что собой представляет этот механизм.

Механическую коробку переключения передач часто сокращают как МКПП, а в народе такую коробку называют «механикой». Такая коробка представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, позволяющий водителю в ручном режиме переключать передачи.

В коробке есть вал с жестко насаженными шестернями и вал с шестернями, которые вращаются свободно. Последние шестерни фиксируются блокирующимися механизмами после того, как будут уравновешены синхронизаторами скорости вращения пар шестерён. Скорость вращения вала изменяется ступенчато при переключении передач. Выбор передачи водитель осуществляет вручную. Такие коробки могут иметь разное количество ступеней передач.

Интересной является история появления механической коробки — она была сконструирована благодаря женщине.

Все мужчины-автомобилисты должны поблагодарить за изобретение «механики» супругу Карла Бенца Берту Бенц. Она после поездки на автомобиле «Motorwagen» в 1888 году пожаловалась мужу на то, что мотору не хватало тяги для преодоления даже небольшого пригорка. Карл Бенц не отважился спорить со своей женой и через пять лет выпустил «Benz Velo». На этом авто крутящий момент от мотора к колесам передавала МКПП (двухступенчатая планетарная).

Механическая трансмиссия постоянно эволюционировала за счет повышения количества передач. В 2000-х появилась 7-ступенчатая «механика», имеющая 5 базовых и две повышающие передачи. Такие коробки устанавливались на спорткары Porsche 911, чтобы более эффективно использовать крутящий момент мощного мотора.

Увы, на данный момент развитие стандартной МКПП приостановилось. Конструкторы больше внимания уделяют совершенствованию АКПП.

К современным потомкам «механики» можно отнести роботизированные коробки, которые обладают таким же устройством и техническими характеристиками, что и обычная механическая трансмиссия, однако управляют сцеплением и переключают скорости самостоятельно.

Недостатки МКПП

«Механика» очень популярна среди водителей, особенно опытных. И на то есть веские причины. Вот основные плюсы МКПП:

1. Наименьшая (если сравнивать с другими типами коробок) себестоимость. Дешевле стоят только клиноременные вариаторные коробки, имеющие центробежный регулятор. Однако в чистом виде такие коробки не устанавливают на автомобили. Их часто используют на скутерах и мотоциклах.
2. Намного меньшая масса коробки (если сравнивать с гидромеханической трансмиссией). Обычная механическая коробка весит примерно 30 кг, тогда как «автомат» — не менее 50 кг. Это снижает общую массу машины, что положительно сказывается на расходе топлива и эксплуатационных характеристиках.
3. Высокий КПД. «Механика» позволяет использовать всю мощность мотора и крутящего момента. При этом на ведущие колеса передается максимальная энергия. Это повышает динамические качества авто.
4. МКПП не требует установки отдельной системы охлаждения, чего не скажешь об «автомате».
5. Топливная экономичность и высокая динамика разгона. Авто с «механикой» расходует примерно на 15% меньше топлива, чем машина с «автоматом». Автомобили с автоматической трансмиссией при прочих равных условиях существенно уступают машинам с «механикой» в вопросе разгона. Именно поэтому на спортивных машинах устанавливают МКПП.
6. Относительная простота конструкции. Как было сказано выше, механизм состоит из валов и шестерен. Там нет никакой электроники, поэтому конструкция механической коробки максимально проста.
7. Высокая надёжность. МКПП может прослужить столько же, сколько и сам автомобиль. При правильной эксплуатации обычная механическая коробка «пройдет» около 500 тысяч км. Некоторые механические коробки продолжают использовать даже после поломки «родного» двигателя автомобиля. Только при этом придется периодически менять сцепление. Это стандартная поломка всех механических коробок.
8. «Механика» не требует каких-то специфических либо дефицитных расходных материалов, а также не нуждается в частом обслуживании.
9. Дешевое обслуживание, если сравнивать с коробкой-автомат. Ремонт такой коробки обойдется намного дешевле, чем ремонт АКПП. К тому же он требуется гораздо реже. Мало того, опытные автомобилисты с определенными навыками могут выполнять ремонт самостоятельно.
10. Неопытный водитель своими действиями вряд ли сможет повредить МКПП. Чего не скажешь об АКПП. Хотя современные «автоматы» имеют электронное управление, которое блокирует множество «неправильных» команд водителя.
11. Автомобили с МКПП позволяют водителям выбирать различные специальные техники вождения. Автомобилисты с опытом могут более эффективно использовать машину с «механикой» при движении в гололед, по бездорожью либо грязи. «Механика» позволяет водителю полностью контролировать процесс езды. Обороты мотора увеличиваются быстро, поэтому водитель сам может выбирать наиболее оптимальный момент для переключения передач.
12. Машину с «механикой» можно легко запустить «с толкача», если возникли какие-то технические поломки (вышло из строя зажигание или аккумуляторная батарея). Автомобиль можно буксировать с любой скоростью в любое место. Эвакуатор не понадобится, можно использовать жесткую или гибкую сцепку. При этом коробка не пострадает, чего не скажешь об авто с «автоматом».
13. МКПП допускает полное разобщение мотора и трансмиссии. Водитель может использовать компрессию мотора, чтобы удержать авто на уклоне с помощью простого включения передачи. На машинах с «автоматом» такого сделать не получится, поскольку в такой трансмиссии есть гидравлический элемент.

Это основные достоинства «механики».

А теперь добавим немножко горечи в эту бочку меда. Естественно, у «механики» есть и минусы, в противном случае никто бы не придумывал коробку-автомат. Хотя следует отметить, что многие опытные водители не обращают особого внимания на ниже приведенные недостатки и все равно покупают автомобили с механической коробкой.

Как правило, большинство недостатков «механики» волнует именно начинающих водителей.

Главным существенным недостатком использования «механики» является непосредственно процесс взаимодействия с ней. Ведь водителю необходимо постоянно выжимать сцепление, переключать передачи с помощью рычага, следить за оборотами мотора, грамотно манипулировать педалями акселератора и тормоза. Это очень утомительно, особенно при движении в городе, где приходится часто тормозить, останавливаться и разгоняться.

Водитель авто с «механикой» должен знать оптимальные режимы работы мотора и правильное соотношение скорости и каждой передачи. Для приобретения подобных навыков вождения понадобится определенное время. Поэтому многие начинающие водители и женщины не любят авто с МКПП. Им сложно к ней приспособиться, так как они долго не могут определить оптимальную передачу.