Механічна коробка передач: пристрій і принцип роботи
В даний час практично кожен сучасний автомобіль оснащується автоматичною трансмісією, яка з кожним разом стає складніше. І, незважаючи на те що дані агрегати істотно перевершують механічні коробки передач, в останніх є свої шанувальники. Деякі водії як і раніше віддають переваги транспортним засобам саме з механічною (ручною) трансмісією.
- Найнеобхідніший елемент будь-якого автомобіля
- Що розуміти під аматорським терміном «механіка»?
- Різновиди МКПП
- Передавальна кількість
- Пристрій МКПП
- Тривальна КПП
- Двовальна КПП
- Принцип роботи КПП
- Як працює двовальна КПП
- Переваги МКПП
- Недоліки теж присутні
- Особливості водіння з механічною коробкою передач
- Основні несправності «механіки»
- Підсумок
З автоматичною коробкою все набагато складніше, і якщо хтось бажає розібратися з принципом роботи даного вузла, починати варто саме з механічної. Ця стаття присвячена якраз їй.
Найнеобхідніший елемент будь-якого автомобіля
Вперше почувши незрозумілий термін «» трансмісія «», багато учнів відразу ж задаються питанням про те, що це за агрегат і для чого він потрібен. Всі знають, що для пересування автомобілю необхідний двигун. З його принципом роботи сьогодні знайомий практично кожен автолюбитель: перетворення поворотно-поступальних рухів поршнів на обертання колінчатого валу, що інакше іменується як крутячий момент.
Однак це саме обертання потрібно якось передати колесам. Ось якраз для цього і служить трансмісія. Той, хто знайомий з особливостями водіння автомобілів з механічною коробкою передач, прекрасно це знає.
Під самим терміном ховаються особливі механізми, завдяки яким автомобіль пересувається з різною швидкістю, при необхідності дає задній хід (при включенні відповідної передачі).
Проектуванням даних агрегатів займаються провідні фахівці на автомобільних заводах. Причому до трансмісії пред'являються важливі вимоги:
- Вузол повинен забезпечувати передачу максимальної потужності двигуна.
- Бути надійним.
- Керування транспортним засобом має бути легким.
- Вага всіх елементів має бути легкою, наскільки це можливо.
- В ході роботи шум вкрай небажаний.
Якщо трансмісія відрізняється високим ККД і надійністю, водієві не варто ні про що турбуватися: паливо буде використано по максимуму, а сам механізм буде вірою і правдою служити довгий час.
Але якщо управління механічною коробкою передач у "Ніссана" "(наприклад) складне, це викликає серйозний дискомфорт у водія і істотно знижує його уважність на дорозі. Все це загрожує ризиком потрапити в ДТП.
А що стосується ваги, то занадто важкий агрегат буде помітно дорожчим для покупців. У зв'язку з чим виробники намагаються полегшити вагу механізмів по максимуму.
Що розуміти під аматорським терміном «механіка»?
Механічна, або ручна, як люблять виражатися деякі водії, коробка передач (МКПП) відіграє просту, але в той же час важливу роль. Вона не тільки передає крутячий момент від двигуна до коліс, але і сприяє зміні передавального ставлення. Причому все залежить від самого водія - він сам вирішує, коли саме потрібно перемикатися для правильної працездатності всього автомобіля. У цьому і полягає вся суть ручного управління трансмісією.
Незважаючи на велику популярність автоматичної трансмісії, механічна коробка передач не збирається здавати свої позиції, і ось чому:
- Конструкція максимально проста.
- Деталі та вузли відрізняються надійністю щодо механічного впливу і перевантажень.
- Вартість ремонту та обслуговування агрегату (навіть капітального) не така висока, як у його автоматичного конкурента.
І поки ці якості будуть цінуватися автолюбителями, деякі автомобілі як і раніше будуть оснащуватися «механікою». Адже не випадково у деяких сучасних автоматичних КПП передбачена функція ручного перемикання передач. Яскравий тому приклад - типтронік.
Різновиди МКПП
Механічні коробки класифікуються залежно від кількості цих ступенів:
- 4;
- 5;
П'ятиступінчата КПП є найпоширенішою, тому нею і оснащується більшість автомобілів. Також враховується і кількість валів:
- 3;
Тривальними механічними коробками передач оснащуються переважно задньопривідні автомобілі, в той час як двовальними КПП - тільки автомобілі з переднім приводом. Власне, на цьому вся класифікація і закінчується.
Передавальна кількість
МКПП належить до ступеневих механізмів, тобто величина крутячого моменту змінюється сходами. Сходом прийнято називати пару взаємодіючих шестерень. Кожна з таких пар передає обертання колесам з певною кутовою швидкістю. Говорячи по-іншому, у кожної сходинки індивідуальне передавальне ставлення.
Під передавальним числом слід розуміти відношення кількості зубів веденої шестірні до числа зубів провідної шестерні. Іншими словами, кількість зубів у веденої шестерінки дорівнює 60, а у ведучої - 30, тобто передавальне ставлення цієї пари - 60: 30 = 2. Для будь-якої зубчастої передачі цей параметр є основним.
У найнижчої сходинки передавальне ставлення найбільше, в той час як у найвищої - найменше. Власне, за рахунок цього механічна коробка передач може як збільшувати, так і зменшувати крутячий момент.
Від передавального ставлення залежать такі характеристики автомобіля, як динаміка розгону і максимальна швидкість. Тобто чим воно більше, тим швидше розкручується колінчастий вал до максимальних обертів, а сама передача більш «сильна». Однак швидкість, яка розвивається на ній, зменшується. Тому з великим передавальним ставленням потрібно частіше перемикати передачі.
Пристрій МКПП
Двигун будь-якого автомобіля працює в безперервному режимі, що небажано для повноцінного та ефективного функціонування КПП. Перемикання передач з головним валом, що постійно обертається, неминуче призведе до несправності трансмісії через поломки зубів та інші негативні наслідки. З цієї причини потрібен ще один вузол - зчеплення, за допомогою якого силовий агрегат і трансмісія в потрібний момент на деякий час роз'єднуються.
Щоб зрозуміти, як влаштована механічна коробка передач, для водіїв-початківців розберемо кожен її тип більш докладно.
Тривальна КПП
У конструкцію тривальної коробки входять три основні елементи - вали:
- Провідний (первинний) - з'єднаний з механізмом зчеплення, для чого на ньому є спеціальні шлиці для його відомого диска. Передача крутячого моменту здійснюється через аналогічну шестірню, що знаходиться з ним у жорсткому зачепленні.
- Проміжний - розташовується паралельно першому валу. На ньому теж у жорсткому зачепленні розташований блок шестерень.
- Ведений (вторинний) - знаходиться на одній і тій же осі, що і провідний вал. У нього теж присутній блок шестерень, але, на відміну від інших валів, не закріплений, і тому може вільно обертатися. Між його шестірнями розташовані синхронізатори, які потрібні для синхронізації кутових швидкостей шестерень відомого валу з обертанням його самого. З валом механічної коробки передач автомобіля вони також жорстко закріплені, але можуть переміщатися в поздовжній площині за допомогою шлицевого з'єднання. У всіх сучасних агрегатів синхронізатори присутні на кожній передачі.
Крім цього, є ще власне сам механізм перемикання, і все це розташоване в картері агрегату, іменованого корпусом. Що стосується першого, розташований він безпосередньо на корпусі КПП. Представлений механізм як важіль управління і повзуни з вилками. Також є блокуючий пристрій, щоб уникнути одночасного включення двох передач.
Для виготовлення самого картера коробка використовується алюмінієвий або магнієвий сплав. Крім усіх необхідних частин і механізмів, у ньому зберігається олія.
Двовальна КПП
Ця коробка влаштована практично так само, але з невеликим доповненням. У ній також розташовуються два вали:
- ведучий;
- ведений.
У обох є блок шестерень з синхронізаторами, а розташовуються вони паралельно, як в описаній вище конструкції. А згадане доповнення - це наявність головної передачі і диференціалу в картері механічної коробки перемикання передач. Їх функція - передача крутячого моменту до провідних колесів автомобіля. Причому диференціал, якщо це необхідно, може забезпечити різну кутову швидкість.
Не обходиться, звичайно, і без механізму перемикання, який зазвичай дистанційний. Іншими словами, розташований він за межами корпусу коробки. А для їх зв'язку використовуються тяги або троси. Причому тросове з'єднання є оптимальним, у зв'язку з чим частіше застосовується.
Принцип роботи КПП
Коли важіль управління знаходиться в нейтральному положенні, крутить момент від колінного валу колесам не передається. Разом із запуском двигуна первинний вал обертається разом з колінчастим валом. Щоб увімкнути потрібну швидкість, обов'язково необхідно натиснути на педаль зчеплення, щоб роз'єднати вали.
Тепер можна рухати важіль управління в потрібний бік. При цьому переміщується муфта синхронізатора за допомогою вилки і задіюється потрібна пара шестерень. Це дозволяє підібрати оптимальний крутячий момент залежно від умов дорожнього руху.
Водіння автомобіля з механічною коробкою передач буде розглянуто пізніше, а поки принцип роботи іншої конструкції.
Як працює двовальна КПП
Двовальна КПП працює практично за таким же принципом, але відмінність все ж є: крутячий момент передається за допомогою лише пари шестерень, тоді як у тривальній конструкції бере участь третя шестерня проміжного валу. До того ж тут відсутня пряма передача, а передавальне ставлення - 1:1.
Крім того, перемикання сходів виробляє не вилка, а шток. Саме він штовхає необхідну шестірню, і та входить в зачеплення з іншого, а після фіксується. Щоб увімкнути задню швидкість, задіюється окрема шестерня на своєму валу. І це актуально для обох видів МКПП.
Переваги МКПП
Деякі позитивні моменти вже були перераховані вище, тому зробимо свого роду узагальнення. Характерні переваги коробки:
- відносно мала вага;
- невисока вартість;
- конструкція проста і зрозуміла;
- високий ступінь надійності;
- обслуговування та ремонт обходяться недорого.
У машин з механічною коробкою передач двигун жорстко з'єднується з трансмісією, за рахунок чого досягається максимальна ефективність при пересуванні по льоду або бездоріжжю. До того ж МКПП може при необхідності повністю роз'єднатися з двигуном для безперешкодного буксирування або штовхання.
Недоліки теж присутні
На жаль, без мінусів не можна обійтися, хоч їх не так багато. Перш за все, це стосується необхідності в постійному періодичному перемиканні передач, що може втомити водія на далеких поїздках.
Серед інших недоліків:
- Передавальне ставлення змінюється ступінчато.
- Ресурс зчеплення не досить високий.
Тому «механіка» хоч і є основним типом трансмісії, але далеко не найбільш затребуваним. Можливо, через пару десятків років вона і зовсім втратить свою актуальність, причому остаточно.
Особливості водіння з механічною коробкою передач
Для правильної експлуатації автомобілів з МКПП необхідні певні навички і вміння. У багатьох новачків, особливо це стосується жінок (можливо, не всіх), можуть бути труднощі. Необхідно запам'ятати положення важеля управління для кожної передачі. Це нескладно, так як на ньому є схема. Крім цього, слід знати, в якому діапазоні швидкостей працює кожна передача.
Швидкісні режими залежно від передачі:
- 1-а передача - 15-20 км/год.
- 2-га передача - 30-40 км/год.
- 3-тя передача - 50-60 км/год.
- 4-та передача - не більше 80 км/год.
- 5-та передача - понад 80 км/год.
Але краще орієнтуватися на показання тахометра. Перемикатися на вищу передачу рекомендується до досягнення певної кількості обертів колінчастого валу залежно від типу двигуна:
- у дизельного - 1500-2000;
- у бензинового - 2000-2500.
Щоб уникнути передчасного ремонту механічної коробки передач, перед тим як завести двигун, необхідно переконатися, що важіль займає нейтральне положення. Лівою ногою управляється тільки педаль зчеплення, а права відповідає за дві інші - тільки так можна нічого не переплутати.
Перед тим як рушити з місця, вичавлюється зчеплення, включається перша передача, потім лівою ногою плавно відпускається зчеплення, одночасно правою ногою так само плавно натискається педаль акселератора. Далі перемикання проводиться після досягнення швидкісного порогу: вичавлюється педаль зчеплення (ногу з газу при цьому потрібно прибирати), включається друга передача - далі все те ж саме.
Основні несправності «механіки»
Незважаючи на всю простоту, МКПП є досить складною системою, у якої велика кількість рухомих деталей. В силу цього у неї можуть бути різні несправності, але часто це вихід з ладу основних вузлів агрегату, брак олії в картері або ослаблення кріплення елементів коробки.
Це може статися через неправильну експлуатацію, низьку якість деталей, природний їх знос. Крім того, сюди ж можна включити і проведення неякісного ремонту або повну відсутність технічного обслуговування.
Визначити, чи потребує механічна коробка передач заміни або ремонту, можна за характерними ознаками. Якщо при нейтральному становищі важеля вона видає шум - значить, зносився підшипник провідного валу. Також це може бути через нестачу масла. А якщо шум виникає в ході перемикання передач, то проблема може критися в муфтах синхронізаторів.
Підсумок
Знаючи пристрій і принцип роботи механічної коробки, зрозуміти, як влаштована автоматична трансмісія, буде вже трохи простіше. МКПП була і досі залишається практичним і звичним для багатьох водіїв агрегатом, незважаючи на деякі нюанси. А взагалі, свій автомобіль потрібно знати від і до, що дозволить збагатитися безцінним досвідом.