Какие коробки передач бывают: основные типы трансмиссий на авто

Физические принципы работы

По способу передачи момента возможны различные варианты исполнения.

Механическая трансмиссия. Представляет собой набор валов и шестерёнчатых передач. Гидроавтоматические коробки также относятся к данной группе, поскольку гидравлика и электроника там используются только для управления процессом переключения передач.

Гидравлическая трансмиссия. Практически не применяется на автомобилях, хотя есть примеры её использования в мототехнике. Базовым принципом является использование гидронасоса высокого давления с одной стороны и гидромоторов в качестве исполнительных механизмов. Между ними расположена напорная магистраль с гибкими шлангами.

Электрическая трансмиссия. Выглядит самой простой и эффективной, видимо за ней будущее. К двигателю подсоединён генератор, вырабатывающий ток большой мощности, которым легко управлять и передавать его к исполнительным устройствам. В их роли применяются электромоторы. Мотор можно устанавливать на каждое ведущее колесо, реализуя любой алгоритм управления. В случае чистого электроавтомобиля в качестве источника энергии используется не генератор, а аккумуляторная тяговая батарея. Применяется реверсирование при реализации режима рекуперации энергии для подзаряда батареи при торможениях.

Гибридные схемы. Например, совместное использование механической передачи на одну ось и электрической – на другую. По такому принципу уже построены некоторые серийные автомобили.

Виды привода

По количеству задействованных ведущих колёс возможны разные системы передачи момента. Трансмиссия автомобиля состоит из механизмов, реализующих эти схемы.

Задний привод. Двигатель располагается впереди автомобиля или по центру кузова в пределах колёсной базы, или сзади над осью, или в заднем свесе. Коробка передач для организации лучшей развесовки может быть в блоке с двигателем или с главной передачей на задние колёса.

Передний привод. Используется в массовых автомобилях, хотя иногда его применяют и в более дорогих классах, а также в лёгких грузовиках. Разница может быть лишь в поперечном расположении силового агрегата или продольном. Первая схема более компактна и проще реализуется.

Подключаемый полный привод. Возможно много вариантов, но чаще всего используются два. На утилитарных внедорожниках водитель вручную подключает передний мост на тяжёлых участках при постоянном заднем. У кроссоверов используется электронная или вязкостная муфта, подключающая задний мост, постоянно в этом случае используется передний.

Постоянный полный привод. В машине всегда задействованы для создания тяги все колёса. Различные механические и электронные устройства могут изменять соотношение момента по осям или даже по колёсам.

Механическое устройство

Технологические параметры механического устройства известны всем. Речь идет о наличии педали сцепления, которая характеризуется ясным назначением – приводить в движение систему сцепления, которая помогает сменить скорость движения и произвести плавное трогание с места. Основные моменты таковы, что изначально расчет велся по известной технологии уже многие десятилетия. На сегодняшний день контрактные устройства имеют одну цель, добиться второстепенного использования агрегатов.

Всем известно, как расшифровывается аббревиатура механическая КПП. Данная коробка за десятилетия существования претерпела немало изменений и в лучшую сторону, но технология осталась прежней и даже стала на порядок выше. Современные авто все еще имеют некоторые перемены, которые способствуют новому технологическому расчету. Именно такие коробки можно купить в качестве контрактных агрегатов, бывших в употреблении.

По расчету, самой простой системой КПП можно назвать именно механическую. Отметим, что общее устройство трансмиссии для МКПП имеет простое название, а работу выполняет сложную. Практически каждой механике свойственно пять ступеней, хотя для современного авто уже предусматривается шестиступенчатая коробка. По такому расчету скоростей снабжаются практически все автомобили последних лет.

Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать

Чтобы правильно эксплуатировать коробку передач надо знать и учитывать основные правила:

• заводить авто только при нажатой педаль тормоза;
• дожидаться толчка, указывающего на полноценный запуск и лишь после этого жать на газ;
• при буксировании делать переход на сниженную передачу;
• при буксировке с запущенным мотором, скорость автомобиля должна быть не больше 50 км\ч, максимальное расстояние – 40 км, после чего надо дать остыть агрегату. В ином случае система продолжит работать «на сухую», что приведёт к быстрому износу деталей;
• при буксировании надо выбрать D2 либо L, регулируя при помощи педали тормоза вращение колёс.

Категорически запрещено:

• движение при парковочном положении рычага;
• спуск при нейтральной передаче;
• завод с толкача. В ином случае коробка может не прослужить и половину своего ресурса;
• установка рычага в положении «Р» и «N» при длительном простое;
• включение заднего хода, не дожидаясь полного прекращения езды при движении впёрёд;
• включать «D» без полной остановки авто после режима заднего хода;
• переключение в «Р» до постановки на ручник;
• нельзя буксировать машину, если её вес больше другого ТС;
• применять «N» при обычной езде. Этот режим нужен только для эвакуации авто. Если его применять в других случаях, то может произойти гидравлический удар и быстрый износ коробки передач. В пробке можно и нужно применять «D» при нажатой педали тормоза столько, сколько это необходимо;
• переходить в нейтралку на ходу из режима «D». В этом случае автомобиль может заглохнуть и стать неуправляемым;
• при остановке на пригорке нельзя устанавливать паркинг. Правильнее – поставить авто на ручник, а только затем селектором выбрать режим «P». Для начала езды надо нажать на педаль тормоза, затем убрать ручной тормоз и только потом выбрать режим для движения.

Автомобилист должен изучить перечисленные правила перед началом использования АКПП. Их несоблюдение может стать причиной серьёзных неисправностей.

Вот стандартный порядок действий при трогании с места на авто на «автомате»:

1. Вставьте ключ в замок зажигания. До запуска стартера подождите несколько секунд, чтобы сработал бензонасос.
2. Нажмите педаль тормоза. Проверьте, чтобы на селекторе был выбран «P».
3. Не отпуская педаль тормоза, заведите автомобиль.
4. Не убирая ногу с тормоза, установите «D».
5. Уберите ногу с педали тормоза, сразу после этого авто начнёт двигаться впёрёд со скоростью 5 км/ч.
6. Чтобы увеличить скорость движения, следует нажать на «газ». Чем сильнее нажатие, тем выше разгон и передача.
7. Если понадобится остановить автомобиль, надо убрать ногу с педали газа и этой же ногой нажать на педаль тормоза.
8. Для кратковременной остановки установите селектор в «P», не отпуская педаль тормоза. При езде в пробке в режим паркинга переходить не надо. Чтобы продолжить движение, надо убрать ногу с педали тормоза и нажать педаль газа.

Отмечу, что современные АКПП обладают кнопками «+» и «-», которыми можно повышать или понижать передачу вручную, так же как на механике. Когда следует переходить на «M»:

• При езде по грунтовке или бездорожье по низкой передаче.
• Для активной езды и манёвров.
• При съезде накатом с горки, с торможением двигателем. Если в этом случае применить нейтралку, то это со временем может повредить АКПП, а если применять «D», то скорость со временем будет возрастать.

Устройство механической грузовой коробки передач

Существуют две разновидности КПП, устанавливаемых на грузовые автомобили – механические и автоматические. Первые появились гораздо раньше, они отличаются большей надежностью, выносливостью и лучшей ремонтопригодностью. 

Переключение передач грузовика осуществляется благодаря наличию ступеней с зубчатыми шестеренками. Смена скоростного режима происходит из-за перемещения этих шестеренок. Зубья, сцепляющиеся с шестернями, обеспечивают возможность синхронизации колес и крутящего момента. 

Говоря об устройстве механической коробки грузовика, необходимо упомянуть следующее:

•  В ее конструкцию входит большое количество узлов трансмиссии – обгонные муфты, блоки шестеренок, блок заднего хода.
•  Картер заполнен маслом, которое необходимо для смазки шестеренок, находящихся в постоянном движении.
•  Сцепление находится рядом с маховиком, установленным непосредственно на силовой установке.
•  Благодаря синхронизаторам скорости переключаются плавно, без ударов, вибраций и колебаний.

Особенности устройства трансмиссии исключают риск включения сразу нескольких передач – для этого используется кулиса, блокирующая самопроизвольную смену скоростей.

Виды коробок передач

Основные разновидности коробок передач:

1. Механические, оборудованные соосными валами (2 или 3, на тракторных агрегатах вводятся дополнительные валы) с шестернями, имеющими прямые или косые зубья (в прошлом столетии существовали мелкосерийные конструкции с планетарными передачами). Существуют коробки с валами, установленными под углом, рассчитанные на использование в тракторах и машинах с полным приводом.
2. Автоматические или гидромеханические, для преобразования крутящего момента используются планетарные механизмы.
3. Роботизированные, построенные на базе механической коробки с дополнительными приводами, управляющими переключением ступеней. В категорию роботов попадают преселективные АКПП с двойным сцеплением (например, DSG), имеющим автоматическое управление.
4. Вариаторы, оснащенные гидравлической муфтой для передачи крутящего момента от двигателя.

МКПП (Механика)

Механическая трансмиссия с ручным выбором ступени оборудована муфтой сцепления, которая размыкается нажатием на педаль сцепления. За счет использования синхронизаторов переключение происходит без посторонних шумов и ударных нагрузок на зубья. Рычаг переключения расположен на тоннеле между креслами водителя и переднего пассажира. До 60-х гг. прошлого века выпускались автомобили с рукояткой, установленной на рулевой колонке.

АКПП (Автомат)

Автоматические трансмиссии получили широкое распространение на машинах американских концернов в начале 50-х гг. прошлого века, а затем стали использоваться европейскими и японскими компаниями. В состав агрегата входит гидравлический трансформатор, обеспечивающий передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя. Переключение ступеней осуществляется гидроблоком с золотниковыми клапанами и электронным блоком управления. Водитель выбирает требуемый режим работы с помощью селектора, расположенного на тоннеле или рулевой колонке.

Автоматический режим работы предотвращает ошибочный выбор ступени с последующим перекручиванием коленчатого вала двигателя. Некоторые модели АКПП поддерживают ручной алгоритм выбора скоростей (при помощи рычага или лепестков, расположенных под рулевым колесом).

Роботизированная коробка передач

На автомобилях встречаются роботизированные трансмиссии 2 типов:

1. Механический блок электрическими или гидравлическими механизмами, позволяющими управлять сцеплением сухого типа и переключать ступени без вмешательства водителя. Подобная схема используется на техники производства компаний Lada или Opel, отличается низкой себестоимостью, но требует частого обслуживания и регулировки, а также и не обеспечивает плавное переключение передач.
2. Конструкция с 2 сцеплениями, отвечающими за включение четных или нечетных скоростей, впервые запущенная в серийное производство концерном Volkswagen под обозначением DSG. Позднее аналогичные роботы появились в производственной программе концернов Ford, Hyundai-KIA и ряда других. За счет использования двойной муфты достигается быстрое и плавное переключение скоростей, реализована поддержка ручного управления.

Коробка передач вариатор

В конструкции предусмотрены 2 конические поверхности, по которым передвигается металлический ремень, обеспечивая плавное изменение частоты вращения выходного вала. Ряд изготовителей предусматривает фиксированные положения ремня, которые необходимы для имитации ступеней при ручном управлении.

Типы трансмиссий

Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

Задний привод

Устройство системы заднего привода

Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает в себя:

• сцепление,
• коробку передач,
• карданную передачу,
• главную передачу,
• дифференциал,
• полуоси.

Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями – межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Передний привод

Устройство системы переднего привода

В автомобиле с приводом на передние колеса все агрегаты трансмиссии расположены под капотом машины и объединены в один большой узел агрегатов. Коробка передач содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.

Трансмиссия переднеприводного автомобиля включает в себя:

• сцепление,
• коробку передач,
• главную передачу,
• дифференциал,
• валы привода передних колес.

Полный привод

Устройство системы полного привода

Полноприводные автомобили имеют большое разнообразие схем трансмиссий. Их можно условно разделить на три группы.

a. Полный привод, подключаемый водителем. В такой схеме трансмиссии обязательно есть раздаточная коробка, при этом на большинстве моделей нет межосевого дифференциала. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент между передней и задней осями (мостами).

б. Полный привод, подключаемый автоматически. В большинстве таких трансмиссий постоянно ведущими являются передние колеса, а между осями вместо дифференциала установлена фрикционная муфта с электронным управлением или вискомуфта. Вискомуфта (вязкостная муфта) – передает крутящий момент при разных скоростях вращения частей ее корпуса за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками. Вискомуфта может устанавливаться между осями или встраиваться в корпус дифференциала для его автоматической блокировки. Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет трения при сжатии пакета дисков.

в. Постоянный полный привод. Автомобили с такой трансмиссией обязательно имеют межосевой дифференциал.

Передачу мощности к четырем колесам используют не только для повышения проходимости (у вседорожников), но и для лучшей реализации разгонных свойств автомобиля. Оба эффекта достигаются за счет перераспределения силы тяги – на каждом колесе она получается меньше, соответственно ниже вероятность их пробуксовки.

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

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

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

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. 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. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают 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.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Нейтральное положение

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

Задний ход

Трехвальная КПП: устройство  и принцип работы

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

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

Устройство трехвальной МКПП

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

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

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

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

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

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

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

Трансмиссия: устройство

Прежде всего, многие ошибочно полагают, что трансмиссией является коробка передач. На самом деле это не совсем так. На деле, каждый элемент, который отвечает за связь мотора с ведущими колесами, входит в состав трансмиссии автомобиля. Сама трансмиссия в автомобиле отвечает за выполнение следующих задач:

• передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса;
• изменение (преобразование) величины крутящего момента;
• изменение направление крутящего момента;
• перераспределение крутящего момента между колесами.

Существует несколько видов трансмиссии. При этом по состоянию на сегодня на автомобилях наиболее активно используется механическая трансмиссия, которая преобразует механическую энергию, полученную в результате работы двигателя. Также широко распространена гидромеханическая трансмиссия, где крутящий момент изменяется автоматически (автоматическая трансмиссия).

Если просто, сегодня наиболее распространенными являются механическая трансмиссия с ручной коробкой передач МКПП и автоматическая (гидромеханическая АКПП). Каждый из указанных типов трансмиссий отличается по своему устройству, имеет как преимущества, так и недостатки, однако основной их задачей неизменно остается получение, преобразование и передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса машины.

Идем далее. Все трансмиссии (как автоматические, так и механические), отличаются по типу привода. Если точнее, ведущими колесами могу быть передние, задние или сразу все колеса автомобиля.

Если ведущие колеса только передние, тогда такой автомобильная с передним приводом, если ведущей является задняя ось, машина заднеприводная, а если ведущими являются все колеса, тогда это полноприводный автомобиль. В зависимости от типа привода, также существенно различается и устройство трансмиссии (по количеству элементов, по схеме устройства и т.д.).

Трансмиссия заднего привода автомобиля имеет сцепление, КПП (коробку передач), карданную передачу, главную передачу, дифференциал, а также полуоси.

• Сцепление позволяет плавно отсоединять и присоединять двигатель к трансмиссии, что необходимо для переключения передач, а также в целях исключения высоких нагрузок на детали трансмиссии.
• КПП (коробка переключения передач) является основой трансмиссии и служит для преобразования крутящего момента, изменения скорости движения (для движения вперед), направления движения (задняя передача), а также для разъединения мотора и трансмиссии (нейтральная передача).
• Карданная передача отвечает за передачу крутящего момента от вторичного вала КПП на вал главной передачи, которые расположены под углом относительно друг друга. Главная передача позволяет увеличить крутящий момент на колесах и передать его на полуоси ведущих колес. Машины с задним приводом имеют гипоидную главную передачу, где оси шестерен не пресекаются между собой.
• Дифференциал распределяет крутящий момент между левым и правым ведущим колесом, позволяя реализовать вращение полуосей с разной угловой скоростью. Это необходимо для повышения устойчивости машины при прохождении поворотов, сложных участков дороги и т.д.

На автомобилях с передним приводом часть элементов, которые есть на заднеприводных авто, попросту отсутствует. Фактически, нет карданной передачи. На машинах с передним приводом имеются ШРУСы (шарнир равных угловых скоростей), а также приводные валы, более известные как полуоси. Главная передача, а также дифференциал, устанавливаются в картере КПП.

ШРУС является элементом, который необходим для того, чтобы передать крутящий момент от дифференциала на ведущие колеса. В устройстве трансмиссии переднеприводных авто зачастую используются два внутренних ШРУСа (отвечают за соединение с дифференциалом), а также два наружных (для соединения с колесами). Между указанных пар ШРУСов (наружных и внутренних), стоят полуоси.

Что касается полноприводных авто, в этом случае трансмиссия может отличаться по конструкции, однако в основе лежит комбинация систем переднего и заднего привода. Добавим, что полный привод бывает постоянным или подключаемым. Данная трансмиссия самая сложная по устройству, отличается большим количеством составных элементов, образуя различные схемы полного привода автомобиля.