Механическая коробка передач или МКПП

Полезное 09.08.2017

Механическая коробка передач или МКПП

Многие водители не ограничиваются только вождением своего автомобиля, и их интересует куда более интересная информация, чем где находится педаль тормоза в автомобиле. И поэтому не перестаю рассказывать о том, из каких интересных агрегатов состоит ваш любимый автомобиль. Моя очередная статья типа «Как это работает» посвящена одному из часто используемых нами органов управления автомобиля – механическая коробка передач. Полное техническое название – механическая коробка переменных передач, а сокращают обычно до МКПП или просто КПП. Если встретите такие аббревиатуры в документах на машину или в автосалоне, знайте это она, самая обычная и часто встречаемая коробка передач современных автомобилей.

Прежде чем перейти к грубой механике, нахожу нужным поведать вам немного общей вводной информации о том, что это вообще такое механическая коробка передач, зачем она нужна в автомобиле и принцип работы МКПП. По традиции не вижу смысла углубляться в историю создания механической коробки, так как это долго и скучно и позвольте мне сокращать название коробки до МКПП.

Все мы прекрасно понимаем, что рычаг переключения передач – это не вся МКПП, а только орган ее управления. Все мы регулярно им пользуемся, чтобы переключить МКПП на ту или иную передачу и вообще вождение автомобиля практически нельзя представить без коробки передач. Вообще назначение коробки передач в автомобиле это регулирование скорости движения автомобиля и его направление (не забываем про заднюю передачу). Конечно, как вы правильно уже понимаете, скорость движения автомобиля зависит от выбранной вами передачи МКПП. Для чего это нужно? На практике легко разобраться, почему коробка передач так необходима. Попробуйте на своем автомобиле все время ездить на первой передаче, я думаю, что скорость движения ограничиться максимум 60 км/ч и шум двигателя не позволит вам все время ехать на максимуме. Если скорость не устраивает, то можно двигаться на 4-ой передаче, но вряд ли вы сможете стронуться с места, а даже если удастся, то вашей динамике позавидует только гужевая повозка. То есть необходимость коробки переменных передач в автомобиле очевидна даже самому нерадивому водителю.
Мы разобрались в том, что МКПП является неотъемлемой частью нашего автомобиля. Но до сих пор не понятно, как МКПП удается при одних и тех же оборотах двигателя, двигаться на разных передачах с разной скоростью? Все очень просто. В МКПП заложен принцип редуктора, который был придуман еще в 19 веке. Этот принцип предполагает 2 вала, на которых закреплены шестеренки разной величины с разным количеством зубов. Если покрутить один вал, то его шестерня начнет толкать шестерню второго вала. А так как одна шестерня больше другой, то валы будут вращаться с разной скоростью. А теперь представьте, что МКПП состоит из нескольких таких пар с разными сочетаниями размеров шестерен, первый вал вращает двигатель, а второй – это выход на колеса вашего автомобиля. Разберемся в вышесказанном. Получается, что разные пары шестерен, установленные в МКПП – это и есть разные передачи, которые мы переключаем. МКПП изначально вращает двигатель автомобиля с одной скоростью, а на выходе из коробки передач на колеса получаем другую скорость вращения. И скорость этого вращения будет меняться в зависимости от того, какую передачу (пару шестерен) мы выберем.

Схема 1. Принципиальная схема работы механической коробки передач. Фото: Autogurnal.

Схема 1. Принципиальная схема работы механической коробки передач.
Фото: Autogurnal.

Теперь давайте по схеме 1 закрепим, полученную информацию. Итак, мы разобрались, что МКПП с одной стороны связана с двигателем, который вращает механизмы внутри ее. С другой стороны МКПП имеет выходной вал, который связан с ведущими колесами нашего автомобиля. Так же мы успели понять, что МКПП представляет собой корпус, в котором установлено несколько пар шестерен разного размера. А посредством использования разных пар этих шестерен получаем различную скорость движения выходного вала на колеса автомобиля. Представьте, что на схеме прямоугольники одинакового цвета это и есть наши пары шестерен. Каждая пара соответствует своей передаче. То есть получается, что вращение двигателя мы можем передать колесам через любую из этих пар шестерен. А так как размеры шестерен различные, то и скорость вращения выходного вала будет разная. Если мы заставим сцепиться первую (синюю) пару шестерен, то путь вращающего момента покажет белая линия. В этом случае если прокрутить вал 1 на один оборот, то вал 2 повернется примерно на 1/3 оборота. Это происходит из-за того, что ведущая шестеренка в паре (то есть та, которая крутит) меньше, чем ведомая шестеренка (то есть та, которую крутят). При этом сила вращения, которая передается на вал 2 самая большая, по сравнению с другими парами, показанными на схеме 1. Таким образом, мы увидели в действии работу 1-ой передачи нашего автомобиля (очень принципиально и схематично конечно). При включении 1-ой передачи мы получаем малую скорость, но большую мощность, в чем Вы убедились уже из личного опыта.

Вот мы тронулись с места на 1-ой передаче и набрали скорость. Но эта скорость, даже если вы нажмете педаль газа «в пол», на большинстве автомобилей не превысит 60 км/ч. Соответственно, мы переключаемся на 2-ую передачу. На нашей схеме ей соответствует 2-ая зеленая пара шестерен. Что же происходит? Мы зацепили 2-ую пару шестерен. На валу 1 шестерня увеличилась, а на валу 2 наоборот – уменьшилась. Это означает, что если сейчас повернуть вал 1 на один оборот, то вал 2 повернется уже на 2/3 оборота. Из этого можно сделать вывод, что вал 2, который выходит на колеса, станет вращаться быстрее, чем при 1-ой передаче, но мощность передаваемого вращения, станет меньше. Так будет происходить и дальше. Чем выше передача, тем больше скорость и меньше мощность, передаваемая на колеса нашего автомобиля. Это есть закон механики. Поэтому стронуть автомобиль с места на 4-ой передаче практически невозможно. А почему же тогда автомобилю становится легче разгонятся, например, на 3-ей передаче, если он уже движется с какой-то скоростью? Ответ прост. Наш автомобиль движется, а значит, колеса крутятся, колеса соединены с валом 2, значит, он тоже крутится. И если вал 2 уже вращается с какой то скоростью, то двигателю нужно его просто подталкивать, чтобы двигаться еще быстрее. А это намного легче, чем сталкивать с места 1,5 тонную махину. Этот эффект можно сравнить с тем, когда вы толкаете автомобиль вручную. Столкнуть его с места очень трудно, но когда он набрал хоть какую-то скорость, становится намного легче.

У разных марок автомобиля диапазоны скоростей на той или иной передаче могут отличаться из-за разных размеров шестерен. Поэтому советовать на какой скорости переключаться на ту или иную передачу было бы глупо. Нужно полагаться на свои ощущения или если они подводят, тогда можно пользоваться тахометром. Вот и закончились мои мысли по поводу того, как пояснить для начинающих водителей принцип работы механической коробки передач. Надеюсь, вам эта информация была полезна, вскоре я продолжу эту тему и выложу полное описание работы МКПП на более профессиональном языке и в более глубокой форме. Спасибо за внимание.

Принцип работы МКПП, часть 2 (подробно)

В первой части статьи я попробовал создать у вас общее представление о принципе работы МКПП. А теперь я на более профессиональном языке попробую описать подробно процессы, происходящие в МКПП, и продолжу свой рассказ.

Что бы правильно понять суть работы МКПП, посмотрим, из каких частей она состоит. Наиболее распространенный тип механической коробки передач — это МКПП переднеприводных автомобилей. Поэтому, мы будем разбирать принцип работы МКПП автомобиля именно с передними приводными колесами (мкпп автомобилей с задними приводными колесами конструктивно отличается от данной). Нужно заметить, что российские МКПП очень схожи по конструкции с иностранными, так что эта информация будет полезна и владельцам российских автомобилей.

Механическая коробка передач автомобиля Ниссан Примера P12 - вид изнутри. Фото: Autogurnal.

Механическая коробка передач автомобиля Ниссан Примера P12 — вид изнутри.
Фото: Autogurnal.

На фотографии вы видите коробку передач с механическим приводом автомобиля Ниссан Примера P12. С нее снят основной кожух и привод включения передач, так понятнее где расположены основные части механизма. МКПП состоит из 3 основных узлов – первичный вал, который вращается посредством двигателя, вторичный вал на который передается вращение через первичный и дифференциал (приводится во вращение вторичным валом соответственно). Работу дифференциала мы разбирать не будем, так как это тема отдельной статьи. Будем считать, что эта большая шестерня (дифференциал) справа на фотографии – это просто выход мощности на колеса автомобиля. Значит, нам просто нужно разобрать, как взаимодействуют между собой первичный и вторичный вал, и что происходит в процессе переключения передач.

Схема 2. Принципиальная схема работы механической коробки передач (МКПП). Фото: Autogurnal.

Схема 2. Принципиальная схема работы механической коробки передач (МКПП).
Фото: Autogurnal.

Как вы уже успели заметить, первичный и вторичный валы находятся в постоянном зацеплении. То есть все шестерни, постоянно вращают друг друга. Но если бы все шестерни на валах были жестко закреплены, то вторичный вал всегда пытался бы вращаться с разной скоростью из-за разного размера шестерен (мы это разобрали выше, принцип редуктора). Поэтому, чтобы вторичный вал не заклинивало и мы получили собственно эффект переключения передач, жестко (то есть напрессованы) закреплены только 4 шестерни на первичном валу и шестерня 5-ой передачи на вторичном валу. А 4 шестерни на вторичном валу и шестерня 5-ой передачи на первичном валу свободно вращаются относительно своего вала через подшипник. Я немного усовершенствовал предыдущую схему, так что берем ее в помощь и смотрим. Подытожим полученную информацию практикой. Например, автомобиль стоит на месте с заведенным двигателем, что тогда происходит в МКПП? Начнем с колес, они стоят на месте и не вращаются, тогда соответственно вторичный вал тоже не вращается. Но двигатель заведен и соответственно вращает первичный вал. Получается, что первичный вал вращается с жестко закрепленными на нем шестернями, которые далее передают вращение на соответственные им шестерни на вторичном валу. А шестерни на вторичном валу свободно вращаются относительно его, так как посажены на вал через подшипник скольжения.

Так ведет себя МКПП, когда автомобиль стоит на месте, а что нужно сделать, чтобы автомобиль стронулся с места и начал движение? Нужно как-то передать вращение с первичного вала на вторичный, а, следовательно, и на колеса автомобиля. Для этого необходимо, чтобы в одной из пар шестерен обе шестерни стали жестко закреплены на обоих валах. Тогда крутящий момент через шестерню первичного вала будет передаваться на шестерню вторичного вала, а с нее и на сам вторичный вал. Для этого в МКПП есть такая вещь, как синхронизатор (смотрим расположение на схеме). Синхронизатор выполнен в виде муфты, которая надета на шлицы вторичного вала (и один синхронизатор надет на первичный вал для включения 5-ой передачи). Синхронизатор не может вращаться относительно вала, на котором расположен, так как надет на шлицы, но зато может двигаться по шлицам влево или вправо, если смотреть по схеме (для 5-ой передачи только вправо). На синхронизаторе выполнены 2 ряда зубцов слева и справа и на шестернях со стороны синхронизатора так же выполнены соответственные зубцы, которые могут входить в зацепление друг с другом. В нашей МКПП есть 3 синхронизатора – один для 1-ой и 2-ой передачи, второй для 3-ей и 4-ой передачи и третий для 5-ой передачи. Разберем работу синхронизатора 1-ой и 2-ой передачи.

Синхронизатор вращается заодно с валом и может двигаться вправо и влево. Если сдвинуть синхронизатор влево, то зубцы синхронизатора войдут в зацепление с зубцами шестерни 1-ой передачи. Получается, что сейчас шестерня 1-ой передачи на вторичном валу и синхронизатор стали одним целым. Значит вращение с двигателя, передаваемое на шестерню 1-ой передачи первичного вала, посредством зацепления идет на шестерню 1-ой передачи вторичного вала, которая вращает зацепленный на ней синхронизатор, а синхронизатор уже вращает вторичный вал. В итоге, вторичный вал начнет вращать колеса и автомобиль начнет движение.

Теперь, если мы подвинем синхронизатор вправо, то вернем его в среднее положение и высвободим шестерню 1-ой передачи вторичного вала. Она будет снова свободно вращаться, не передавая вращение на колеса. Толкнем синхронизатор еще вправо и зацепим его с шестерней 2-ой передачи вторичного вала. Теперь синхронизатор вращается заодно с шестерней 2-ой передачи вторичного вала, а значит, вращение пойдет по такому же принципу, но уже через пару шестерен 2-ой передачи, а скорость вращение вала увеличится. Так же точно движением другого синхронизатора влево или вправо приводим в действие 3-ю или 4-ю передачу. Свободно вращающаяся шестерня 5-ой передачи с синхронизатором располагается на первичном валу в данной МКП, а парная ей шестеренка на вторичном валу закреплена жестко. 5-я передача включается так же движением синхронизатора вправо (смотрим на схеме). Как вы уже догадались, это мы, находясь в автомобиле, толкаем синхронизаторы в ту или иную сторону, двигая рычаг переключения передач. Движение синхронизаторов происходит посредством механизма переключения передач. На различных МКПП он может быть выполнен по разному. Но это всегда система нескольких тяг идущих от рычага переключения передач до самой коробки. Внутри МКПП система переключения состоит из валиков, на концах которых закреплены вилки, надетые на синхронизаторы. Когда мы хотим включить какую либо передачу, то толкаем рычаг переключения передач. Это движение через систему тяг передается определенному валику с вилкой, а уже она в свою очередь двигает нужный нам синхронизатор в сторону выбранной передачи. Заметьте, чтобы включить, например, 2-ю передачу после первой, нужно сначала выключить первую. Таким образом, конструкция синхронизатора исключает включение сразу нескольких передач, а следовательно и исключает заклинивание валов в МКПП.

Механическая коробка передач автомобиля Ниссан Примера P12 - механизм включения передач и промежуточная шестерня заднего хода. Фото: Autogurnal.

Механическая коробка передач автомобиля Ниссан Примера P12 — механизм включения передач и промежуточная шестерня заднего хода.
Фото: Autogurnal.

Многие заметят, что я в рассказе ничего не было сказано про заднюю передачу. Это потому, что включение ее отличается от остальных. На фото я обозначил небольшой вал с шестерней. Это так называемая промежуточная шестерня задней передачи. Как же происходит включение? На первичном и вторичном валу есть отдельная пара шестерен для передачи заднего хода, но эти шестерни изначально не зацеплены дуг с другом. Одна шестерня приводит во вращение другую через вышеупомянутую промежуточную шестерню. Обе шестерни заднего хода жестко закреплены на своих валах. Поэтому вторичный вал вращается без помощи синхронизатора, но уже в отличную от других передач сторону из-за, вмешавшейся промежуточной шестерни заднего хода. Так вторичный вал, а, следовательно, и дифференциал и колеса автомобиля начинают вращаться в обратную сторону, и мы получаем задний ход. Передача заднего хода, обычно, включается без синхронизатора, простым движением промежуточной шестерней по своему валу в сторону соответственной пары шестерен заднего хода. Почему не нужен синхронизатор? Задняя передача – это единственная передача, которая включается только при полной остановке автомобиля. Все остальные могут включаться в движении автомобиля. Дело в том, что при движении автомобиля, колеса передают вращение на вторичный вал через дифференциал, а двигатель одновременно передает вращение на первичный вал. Получается, что 2 вала вращаются одновременно разными источниками и не всегда скорость их вращения совпадает. Что бы в этот момент включить нужную передачу без повреждения шестерен и посторонних звуков и помогает синхронизатор. Он сглаживает (синхронизирует) разность скоростей вращения валов и включает передачу плавно и без стуков. Но если, например, на скорости 60 км в час начать включать 1-ую передачу не спасет даже синхронизатор, хруст вы услышите небывалый. Но, в итоге, синхронизатор позволит вам включить «первую», когда уравняет скорости валов, но этими действиями вы причините большой вред вашей механической коробке передач. Одно из правил пользования МКПП – это включение передач, только соответственно скорости движения и включение передачи заднего хода только при полной остановке автомобиля. Особенно часто нарушение этого правила можно наблюдать во дворах жилых домов, когда водители паркуют на стоянке свои автомобили. Не дождавшись полной остановки автомобиля, начинают сразу включать заднюю передачу. От чего слышан отменный хруст промежуточной шестерни задней передачи, которая не может попасть на зуб парной шестерни на вторичном валу из-за того, что он еще движется в другую сторону. Поэтому лучше всего дождаться полной остановки автомобиля и выдержать небольшую паузу на сцеплении, чтобы первичный и вторичный валы успели полностью остановиться. Тогда задняя передача включиться четко, без хруста.

На этом я закончу свой рассказ о принципе работы МКПП. В этой статье вы посмотрели, из чего состоит механическая коробка передач и как взаимодействуют детали внутри ее. Надеюсь, моя статья помогла вам разобраться с этим вопросом. Спасибо за внимание!

Читайте также

Добавить комментарий