Трансмиссия: виды коробок передач

Виды АКПП и их различие

Принцип работы всех видов АКПП сводится к перемене передаточного числа, которая обеспечивает преобразование мощности двигателя. Производители современных машин устанавливают трансмиссию таким образом, чтобы потенциал можно было использовать полностью. За счёт работы АКПП, усилие передаётся от мотора к колёсам автомобиля с самыми маленькими потерями. Достигается это за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Водитель за счёт нажима на педаль газа переключает передачи. Двигатель при этом раскручивается, провоцируя на движение насосное колесо. От лопастей под влиянием центробежной силы моторное масло переходит к турбине, обеспечивается вращение. Жидкость в результате переходит обратно к насосному колесу.

В отдельных АКПП, при скорости 20-60 км/ч, происходит автоматическая блокировка гидротрансформатора муфтой. Автомат при этом жёстко сцепляется с мотором, потому потеря мощности не прослеживается. Интересно, что при эксплуатации в таких условиях, масло быстрее приходит в негодность из-за перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в АКПП.

АКПП занимает передовое место среди числа всех известных вариантов. Новые системы постоянно разрабатываются и совершенствуются. Из общих списков можно выделить вариаторные, роботизированные и классические типы.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторный модуль популярен до сих пор, несмотря на наличие других, более совершенных вариантов. Такая трансмиссия используется и сейчас. Её устанавливают на авто, сходящие с конвейера.

Стандартная АКПП

АКПП включает планетарный редуктор, управляющую систему и гидравлический трансформатор. Последний элемент механизма является самым значимым, отсюда и название конструкции. Модуль активно используют на легковых и грузовых транспортных средствах.

Кому подойдёт автомобиль с АКПП? Вероятно всего, только новичкам. Управлять автоматом после механики даже опытным автовладельцам бывает достаточно сложно. Многим владельцам, несмотря на видимое упрощение режима эксплуатации, бывает тяжело перестроиться.

Роботизированная

Роботизированная коробка является достойной и современной альтернативой для классического варианта АКПП. Переключение скоростей в ней обеспечивается за счёт взаимосвязи электрических механизмов, проявляющих активность за счёт электронного блока. Главное сходство этой системы с классической – наличие сцепления в корпусе КПП.

Роботизированная АКПП

Вариатор

Это устройство плановой бесступенчатой передачи, обеспечивающее передачу крутящего момента на колёса. Такая конструкция производит уменьшенный расход топлива при условии сохранения или приумножения динамических показателей.

Вариатор

При правильном использовании, вариатор помогает бережно эксплуатировать мотор транспортного средства. Модуль бывает цепным, ремённым и тороидальным.

Отличная статья в тему: Вариатор или автомат: что лучше и надежнее, плюсы и минусы, чем отличаются коробки передач, в чем разница

DSG

DSG это тоже роботизированная система, обеспечивающая автоматическое включение первой и второй скорости, при разомкнутости сцепления. Так модуль начинает подготовку ко включению повышенной передачи. При переключении сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается, действие происходит и в обратном порядке.

DSG-7

Сходство с механикой в том, что синхронизаторы способны переключать скорость при блокировки шестерни. Работа муфт обеспечивается с помощью движения цилиндров. Сцепление работает за счёт гидропривода.

Многовальные коробки прямого переключения

Такие коробки передач используют в спорткарах. Например, в Koenigsegg Jesko применяют КПП с 3-мя валами, 9 передачами и 7-ю фрикционами. Автомобиль моментально может переходить в спортивный режим, так и в экономичный городской. Регулируется это при помощи кнопки: полунажатие левой кнопки снижает передачу, полное нажатие – включает спортивный. Если полунажать на правую – передача повысится, если нажать до конца – включится экономичный.

А в некоторых спортивных Mercedes есть АКПП со сцеплением, который по стиля езды похож на вышеуказанный, но имеющий совсем другие внутренние составляющие.

Трехвальная 6-ступенчатая коробка передач Mercedes-Benz C-class sport coupe

Роботизированная коробка передач (робот)

Роботизированная коробка представляет собой объединение механики и автомата. По сути, эта та же механическая коробка, только управление осуществляется не вручную рычагом переключения, а с помощью сервоприводов или мехатроником. Управление происходит через компьютерной блок, который принимает решение о переключении шестерни.

Характерной особенностью робота, из-за которой его не любят многие автолюбители, являются рывки при переключении передач. Чтобы избавиться от этой проблемы, инженеры придумали систему с двумя сцеплениями. Такая модель установлена в Toyota Corolla. Переключения здесь более плавные, чем у однодискового робота, но хуже, чем у других коробок. Также отметим, что робот не очень “любит” пробки. Поэтому при выборе автомобиля для городской езды в плотном трафике учтите этот фактор.

Плюсы робота:

• стоимость ниже, чем у АКПП
• ремонтопригодность

Минусы роботизированной коробки:

• рывки при переключении
• низкая надежность управляющих механизмов и дисков сцепления

Классификация

Трансмиссия автомобиля может оборудоваться коробками, которые существенно отличаются по своему принципу действия, способу передачи заданного крутящего момента, конструкционным особенностям, включая способ взаимодействия между собой валов.

Принцип работы и варианты передачи необходимого крутящего момента

По своему принципу действия коробка передач (КПП) бывает ступенчатой и бесступенчатой, третий вариант – комбинированные коробки, используется очень редко.

По способу передачи определенного крутящего момента на легковых машинах применяется несколько основных решений:

• Механическая коробка передач (МКПП, жаргонно механика, на английском МТ (расшифровывается как Manual Transmission));
• Автоматическая коробка передач (АКПП, жаргонно автомат, на английском AT (расшифровывается как Automatic Transmission);
• полуавтоматическая, она же роботизированная коробка передач (РКПП, АМТ, жаргонно робот, на английском MTA (расшифровывается как Manual Transmission Automatically Shifted));
• вариаторная коробка передач (чаще используется название вариатор (CVT), с английского языка расшифровывается как Continuously Variable Transmission).

Механика, робот и автомат это ступенчатые коробки передач, вариатор – бесступенчатая. Есть еще один вид ступенчатых коробок – комбинированная, она же секвентальная, по принципу устройства механика, по способу переключения робот, по способу управления – автомат.

Механические коробки передач МКПП

Механическая коробка передач представлена в виде многоступенчатого цилиндрического редуктора. Классический вариант – 4-х ступенчатая коробка. Современные легковые автомобили разделяются на виды, в зависимости от количества ступеней: они часто оборудуются 5- и даже 6-ступенчатыми коробками передач.

Что означает понятие ступенчатой системы переключения передач? Момент вращения передается от двигателя внутреннего сгорания на ходовую часть автомобиля не напрямую, а через зубчатые зацепления различных пар шестерен. При этом величина момента вращения претерпевает изменения, в соответствии с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом колесах (передаточное отношение). Как правило, ведущее колесо имеет меньший диаметр, чем ведомое, поэтому вращающий момент уменьшается, пропорционально заданному передаточному числу.

Зубчатые зацепления шестерен переднего и заднего хода отличаются по форме. Для передних передач разработаны косозубые шестерни оригинальных очертаний. Такая форма зуба дает возможность передавать мощность постепенно без громких скрежещущих звуков. При включении задней передачи в зацепление входят колеса с прямыми зубьями. КПД зубьев прямой конфигурации заметно увеличен. При этом передается больший момент вращения, но одновременно появляются такие негативные явления, как шумовые эффекты.

Виды трансмиссий. Конструктивно, механические КПП разделяются на:

1. 2-вальные.
2. 3-вальные

Двух-вальные виды КПП предназначены для машин, оснащенных ведущим передним приводом. Трех-вальные устанавливаются на автомобилях повышенной мощности (спецтехника, грузовики, тягачи, вездеходы).

Среди представленных видов коробок различают еще такие КПП автомобилей, как секвентальные, где переход на следующую передачу производится в строгой последовательности.

В механической коробке передач скорости переключаются ручным способом при помощи специального рычага в салоне автомобиля.

Что такое синхронизатор

Это бронзовое кольца с зубьями и конусом. Оно не закреплено на валу жестко, двигается свободно. Его назначение – синхронизировать скорости вращения вала и ведомой шестерни при включении передачи.

Как это работает?

Свободная звездочка вращается в не зависимости от вторичного вала. Имеет скорость отличную от него. Чтобы уровнять ее, нужно замедлить или ускорить свободную шестерню. Для этого, между муфтой включения и шестерней находится кольцо синхронизатора, с конусом с одной стороны.

Отключая сцепление двигателя с коробкой, вращение свободной шестерни замедляется, а скорость вторичного вала остается прежней.

Чтобы увеличить скорость вращения шестеренки и уровнять ее с валом, муфта передвигается по шлицам, заходит в конус кольца синхронизатора и придавливает его к свободной звездочке.

За счет увеличения трения между ей и стопорным кольцом первая получает дополнительную энергию вращения от муфты. Тем самым ее скорость увеличивается и уравнивается с ведомым валом. В этот момент муфта спокойно входит в жесткое зацепление со свободной шестерней. Вы включаете сцепление КПП и мотора. Крутящий момент передается через звездочку и муфту на вторичный вал и колеса автомобиля.

Еще одной конструктивной особенностью синхронизатора – особая форма зубцов звездочки. На фото это видно хорошо. Они направляют зубья шестерни муфты в прорези свободной шестеренки. Это обеспечивает плавность включения передачи.

Со временем, их форма меняется, они становятся более округлыми. Тогда тяжелее включаются скорости, а иногда проблематично воткнуть передачу, слышен хруст и скрежет металла. Результат – замена синхронизаторов.

Синхронизаторы

Это важная составляющая любой механической трансмиссии. Служат синхронизаторы для сглаживания скорости вращения шестерни и вала. Переключение передач благодаря синхронизаторам происходит быстро и мягко. В устройство входит:

• Блокировочное кольцо.
• Ступица.
• Шестерня, имеющая фрикционный конус.
• Муфта включения.

Ступица – это главный элемент узла. Она имеет два шлица (наружные и внутренние). За счет них механизм соединяется с валом трансмиссии, двигаясь по нему в разную сторону. Благодаря наружному шлицу элемент соединяется с муфтой включения. Также устройство ступицы предполагает наличие трёх пазов. Каждый установлен под углом в 120 0 относительно друг друга. Данные пазы служат для установки «сухарей». Что это такое? Это подпружиненные элементы, фиксирующие муфту в положении «нейтраль». При такой установке муфты синхронизатор коробки не работает. Маховик свободно вращается, не передавая момент на коробку. Сама муфта соединяет шестерни с валом коробки. Деталь устанавливается на ступице. С внешней стороны она соединяется с вилкой КПП.

Для выравнивания угловых скоростей используется блокировочное кольцо. Сглаживание вращения происходит за счёт трения. Кольцо не дает муфте замкнуться, пока шестерня и вал не будут иметь равные обороты вращения. Внутренняя часть блокировочного кольца обладает конусной формой.

Как работает синхронизатор в МКПП:

• Муфта при нерабочем состоянии находится в среднем положении. Шестерни на валах трансмиссии свободно вращаются.
• При выборе водителем передачи, муфта двигается к шестерне посредством вилки. При этом муфта двигает блокировочное кольцо. Последнее прижимается к конусу шестерни.
• Кольцо прокручивается и блокирует последующее движение муфты.
• За счет трения, обороты вала и шестерни выравниваются.
• Муфта зацепляет вал и шестерню КПП.
• Передается крутящий момент от маховика ДВС.

Принцип работы механической коробки передач

В зависимости от конструкции, рассмотрим принцип работы двухвальных и трехвальных коробок передач. Хочется сразу отметить, что на автомобилях с различным типом приводам используются разные типы КПП:

1. Двухвальная – для переднеприводных
2. Трехвальная – заднеприводных

Механика с тремя валами

Начнем с последней. В такой коробке находится три вала. Первичные и вторичные валы закреплены на одной оси, но не соединены между собой. Третий вал – промежуточный, расположен ниже двух предыдущих валов. На нем жестко закреплен определенный набор звездочек. В большинстве случаев этот вал с шестернями точат целым из одной заготовки.

Ведущий вал короткий. Он имеет одну звездочку, которая находится в постоянном зацеплении с шестернею промежуточного вала. При отпущенной педали сцепления, момент с маховика двигателя через первичный вал постоянно будет передаваться на промежуточный.

Основные действия по переключению передач происходят на вторичном валу. Его конструкция разительно отличается от двух предыдущих. Звездочки передач не насажены жестко на него и могут крутиться свободно, в независимости от скорости вращения вала. В свою очередь они также находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.

Когда включена нейтральная передача и работает двигатель, все шестерни крутятся и находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Но ведомый вал стоит на месте, а значит, колеса авто тоже не подвижны.

Чтобы передать вращение от звездочек к вторичному валу, нужно их жестко соединить между собой. Для этого применяются муфты соединения, расположенные на этом валу между шестернями.

Муфты насажены на вал, перемещаются по нему при помощи шлицов. Это перемещение происходит за счет вилок – органов управления включением и отключением передачи, они расположены непосредственно на самой муфте. При включении передачи она заходит в зацепление со звездочкой, и момент передается от нее на вал. А затем на колеса.

Более наглядно этот процесс представлен на видео:

Так как скорости вращения шестерней и вторичного вала разные соединить их между собой проблематично. Для этого используются синхронизаторы. Они уравнивают скорости двух элементов, муфта плавно входит в сцепление с шестерней, без ударов. Это обеспечивает надежность и долговечность механической коробки передач.

В зависимости от того, какой крутящий момент нужно передать на колеса автомобиля, выбирается нужная передача. В видеоролике видно, что шестерни для каждой передачи имеют разный диаметр и количество зубчиков. Поэтому для каждой скорости установлено определенной передаточное отношение. В зависимости от него на ведущие колеса передается от двигателя необходимый момент и скорость вращения.

Применение кулачковых моделей КПП

На легковых машинах, предназначенных для дорог общего пользования, такие механизмы применяют редко. Для такого обеспечения должны быть определенные основания, связанные с повышением динамики или упрощением конструкционной базы трансмиссионного агрегата. Нередко кулачковые КПП используют в единичных тюнинговых мероприятиях для демонстрации тех или иных возможностей концептуальных моделей. В случае с японским спорткаром Mitsubishi Lancer Evolution сочетание секвенциальной «коробки» и двигателя на 420 л.с., в частности, позволило разгон до 100 км/ч выполнить за 3,5 с.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная КПП по принципу действия схожа с механической, но с небольшим усовершенствованием в виде актуаторов для переключения передач. Схожесть с АКПП проявляется только в том, что сцепление расположено в корпусе коробки (на МКПП находится на маховике).

В роботизированной КПП один ведущий вал имеет внутреннюю полость, за счет которой крепится второй вал. Оба вала имеют отдельное сцепление и определенный набор взаимодействующих, при необходимости. Управление сцеплением и синхронизаторами происходит за счет работы сервоприводов. Сервоприводы или актуаторы бывают нескольких типов: электрические или гидравлические.

Управление всем механизмом работы и взаимодействием с другими системами автомобиля берет на себя микропроцессорный блок управления (МБУ). К нему подключаются датчики двигателя, а сам МБУ подсоединен к бортовому компьютеру.

Электронно-пневматическая система переключения передач (EPS)

Для облегчения переключения передач и вы­бора правильной передачи на грузовых ав­томобилях специалистами Mercedes-Benz была разработана система EPS (Elektronisch Pneumatische Schaltung). Она используется в 16-ступенчатых коробках передач, представляю­щих собой блок из четырех основных передач с подключенными передним и задним делителем. Конкуренты тоже не дремали, и сегодня автомати­зированные механические коробки передач есть в арсенале у всех производителей автомобилей промышленного назначения. Среди них такие из­вестные компании, как Scania (Opticruise) и Volvo (i-Shift). Iveco, MAN и Renault делают ставку на коробки передач производства ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen) — AS-Tronic. Эта коробка пере­дач работает без синхронизации, а синхронное вращение валов обеспечивается исключительно электронным блоком двигателя.

На рисунке 58 «Схематическое изображение электронно-пневматической системы переключения передач EPS»  наглядно показано, какие агрегаты относятся к системе EPS.

Процесс переключения передач

Блок управления анализирует входные дан­ные, такие, как команды на переключение пере­дач, частота вращения вторичного вала коробки передач, положение рычага переключения пере­дач. После этого блок управления активизирует соответствующие электромагнитные клапаны с помощью рабочих цилиндров, выполняющих переключения в основном пневматическим спо­собом. При переключении на более высшую или более низшую передачу переключение выполня­ется только на одном уровне (по одному ходу ры­чага переключения) и только при нажатой педали сцепления. Как правило, рычаг переключения передач в электронно-пневматической системе всегда находится в среднем положении, даже при включенной передаче. Чтобы выполнить пере­ключение на более высшую или более низшую передачу, необходимо при нажатой педали сце­пления переместить рычаг переключения пере­дач вперед или назад. При перемещении рычага влево включается нейтральное положение. Рычаг переключения передач должен сначала двигаться в соответствующем направлении до возникнове­ния ощутимого сопротивления. Когда сопротив­ление возрастает настолько, что рычаг не может двигаться дальше, это означает, что передача включена. После этого можно отпустить педаль сцепления и рычаг переключения передач. Номер включенной передачи отображается на дисплее. Если при переключении на более низшую пере­дачу раздается предупреждающий звуковой сиг­нал, передача не переключается, чтобы избежать превышения максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя.

На рычаге переключения передач, кроме двух­позиционного переключателя групп переднего делителя, находится так называемая функцио­нальная кнопка. Если при переключении на более высшую или более низшую передачу одновремен­но нажать на эту кнопку, система «перепрыгнет» через одну передачу. При включении передачи за­днего хода (что возможно только из нейтрального положения на стоящем автомобиле), необходимо в любом случае нажать функциональную кнопку. В случае включения передачи из нейтрально­го положения во время движения, электронный блок сам выберет передачу, соответствующую скорости движения или частоте вращения ко­ленчатого вала двигателя. Переключение групп переднего делителя осуществляется с помощью двухпозиционного переключателя («медленная группа» (L)/«быстрая группа» (S)) через сцепле­ние, которое необходимо выжать тотчас после нажатия на переключатель. Кроме этого, преду­смотрен аварийный выключатель (вращающийся регулятор). В случае отказа электронного блока с помощью пневматического привода можно при­нудительно выбрать нейтральное положение ры­чага, включить вторую или четвертую передачи, а также передачу заднего хода.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Роботизированное устройство

Перемены в назначении коробки дошли до того, что теперь управлять мощностью двигателя стал робот, хотя сама структура работы осталась той же, а вот управляет устройством теперь электроника или «робот».

Основные положительные характеристики в том, что водителю можно не обременять себя дополнительными усилиями при переключении передач. Название говорит само за себя. «Робот» или электроника сама контролирует весь процесс. Это особенно будет приятно для начинающих водителей, речь больше идет о представительницах слабого пола, хотя и мужчинам тоже не легко дается управление автомобиля на МКПП. Трансмиссия переднеприводного автомобиля с «роботом» будет интересна каждому.

Сходство с механической КПП и «роботом» есть, оно находится на одном уровне с механикой и КПД выдает абсолютно схожий, правда, плавности ему не занимать. Такое положение вещей означает, что основные характеристики в положительном ключе на этом кончаются. Такая вот бюджетная автоматика.

Правда, трансмиссия автомобиля «Феррари» основана на «роботе», основные характеристики которого действительно хорошие, речь идет о гоночном автомобиле. Для гонок как раз такая схема трансмиссии подходит как нельзя лучше.

Что же делает роботостроение привлекательным, какова схема трансмиссии? Ответ – количество сцеплений. У «роботов» их наблюдается два. Трансмиссия автомобиля такого уровня была проверена на Фольксвагене, позже она была внедрена в Вольво, Форд и Митсубиси. Таким образом, можно было судить, сколько сцеплений, какова скорость работы, поэтому «роботы» были многофункциональны и, как отмечают инженеры, за ними будущее.

Двухвальная КПП

Ее применяют в переднеприводных машинах. Главное отличие от соратницы – отсутствие промежуточного вала, вторичный находится под первичным. Ведущий имеет большую длину, звездочки на нем намертво закреплены. Они вращаются вместе с ним. Все переключения происходят на ведомом валу.

Принцип работы такой же. На ведомом, шестерни жестко не закреплены. Они находятся в постоянном зацеплении со звездочками ведущего вала. Переключения происходят за счет перемещения муфт и синхронизаторов. Также существует промежуточная шестеренка заднего хода. Еще одним отличием от трехвальной – дифференциал. Он внедрен в конструкцию коробки передач. Его цель — передать вращение на колеса.

Для наглядного понимания принципа роботы механической коробки передач и процесса переключения скоростей посмотрите видео. Автомастер покажет внутреннее устройство и работу на примере Волговской КПП. Поделится опытом эксплуатации, даст несколько дельных советов и объяснит возникновение проблем при ее эксплуатации.

Минусы коробки-робота

• комфортно автомобиль ведет себя только при спокойной езде;
• преселективная коробка передач стоит очень дорого, дороже, чем все остальные типы автоматических коробок передач;
• неустойчива к пробуксовкам;
• откат в начале движения;
• задержки при переключении передач;
• прощает меньше ошибок чем АКПП и ресурс в целом меньше;
• необходимость адаптации и подстройки.