Как работает коробка передач в автомобиле?

Как работает коробка передач в автомобиле?

Простое объяснение — что такое коробка передач.

Любой автомобиль состоит из тысячи запчастей и сопутствующих компонентов. Но некоторые части любого автомобиля контролируют именно те самые агрегаты, которые делают вашу машину именно движущимся транспортным средством, поэтому они играют более важную роль при сравнении таковых с другими автокомпонентами автомобиля. Например, к очень важным частям любой автомашины относится так называемая коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы передаваться и достичь конкретноо колес автомобиля, который не тронулся бы с места.

Да, мы с многими согласны, сам автовладелец не обязательно должен владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но что такое коробка передач и что она из себя представляет изнутри нам так кажется, обязан знать каждый из водителей. Об этом сегодня мы с вами и поговорим.

Смотрите также: Десять самых странных коробок передач

Бывают два основных типа коробок передач, которые используются и применяются в большинстве из автомобилей на мировом рынке машин, а именно — это ручная (т.е. механическая) КПП и автоматическая коробки (АКПП). Сегодня мы с вами остановимся на этих двух основных коробках передач, хотя здесь сразу стоит отметить, что в последние годы набирают популярность и другие виды трансмиссий. К примеру такие, как коробка передач с двойным сцеплением, которая работает по принципу механической трансмиссии, но с компьютерным управлением сцепления. Электроника автоматически сама выжимает сцепление, а сами скорости переключает по-прежнему водитель. Также получили свое распространение и бесступенчатые автоматические коробки передач с так называемым вариатором, сокращенно- CVT. Принцип действия подобной коробки основан на ременном приводе по аналогии с велосипедной цепной передачей. А еще в последние годы на мировом авторынке стали появляться автомобили вообще без коробок передач. Как правило такие машины без трансмиссии используют у себя только электрический двигатель.

Прежде чем углубиться в описание принципа самой работы коробки передач, давайте с вами обозначим основные применяемые к ней термины:

Передача: -В данном понимании любая передача представляет в самой коробке определенный набор различных шестерёнок, которые работая синхронно совместно регулируют соотношения между скоростью двигателя и скоростью колес(а). Также этот термин используется и для описания каждой скорости коробки передач в отдельности. К примеру, в автоматической коробке передач электроника автоматически выбирает какой вал с шестернями необходимо использовать для оптимальной передачи крутящего момента. В механической же трансмиссии водитель сам самостоятельно выбирает необходимую ему скорость.

Передаточное отношение: -Это отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.

Сцепление: -Это механизм подключения или отключения двигателя к (от) системы передач(и) коробки.

Коробка передач: -Это механизм передачи крутящего момента от двигателя непосредственно на колеса транспортного средства.

Рычаг переключения передач: -Это передаточный рычаг, который водитель использует для управления коробкой передач и для выбора нужной скорости.

Теперь давайте перейдем непосредственно к самому описанию действий, т.е. к тому, как работают две наиболее распространенные и известные многим коробки передач.

Механическая коробка передач

Несомненно, в мире в настоящий момент автоматическая коробка передач стала самой популярной из всех существующих. Согласно статистике мировых продаж автомобилей, доля всех новых проданных автотранспортных средств за 2014 год была оснащена автоматической трансмиссией. Но тем не мене, механическая коробка передач вопреки прогнозам статистики пока что по-прежнему используется всей мировой автпромышленностью. Как правило, эта механическая трансмиссия более проста по своей конструкции и принципу работы. Именно с нее мы с вами друзья и начнем ознакомление.

По своей конструкции механическая коробка передач представляет из себя набор зубчатых шестеренок и валов (входные и выходные валы). Шестерни одного вала взаимодействуют с шестернями другого вала. В результате соотношений между включенной передачей на входном валу и включенной передачи на выходном валу и определяется общее передаточное число определенной передачи.

Водитель, выбирая нужную передачу на механической коробке передач, тем самым перемещает данный рычаг переключения скоростей в нужное ему положение. Рычаг управляет движением передач непосредственно вдоль входного вала. Перемещая рычаг вперед или назад водитель выбирает нужный набор шестеренок для включения необходимой ему передачи. Как правило, при переключении рычага вверх или вниз два набора шестерней находятся на одном валу. При переключении же рычага влево или вправо выбор набора шестеренок происходит уже на разных валах.

Чтобы включить нужную передачу в механической коробке передач водитель нажимает сначала на педаль сцепления в результате чего крутящий момент двигателя при выжатом сцеплении не передается на саму коробку, поскольку двигатель в такой момент отключается от входного вала КПП. Это позволяет с помощью рычага коробки выбрать нужную водителю скорость, подключив тем самым нужный набор шестерен. После выбора необходимой передачи водитель отпускает педаль сцепления и крутящий момент начинает передаваться на первичный вал и далее на выбранный вал, который в свою очередь передает крутящий момент на привода и сами колеса.

Автоматическая коробка передач

В автоматической же коробке передач процесс работы намного сложнее, если сравнивать его с механикой. Одним из самых заметных различий между механической и автоматической коробкой является следующее, что автоматическая трансмиссия не использует у себя муфты. Как правило, автоматическая коробка передач применяет и использует у себя гидротрансформаторы, которые и отключают двигатель от коробки передач (от вала с набором шестерен).

Функция этих гидротрансформаторов основана на принципах гидродинамики, которую объяснить в рамках этой статьи реально будет сложно. Для этого необходимо будет подключать к такому объяснению математику и другие естественные науки. Но основной смысл работы довольно-таки прост. Когда двигатель работает на небольших оборотах, то небольшой крутящий момент передается с помощью жидкости и через различные каналы на набор шестеренок. Когда же двигатель начинает работать быстрее, то этот крутящий момент начинает передаваться на валы напрямую.

Благодаря преобразованию крутящего момента шестерни в коробке передач могут делать свою работу и без участия водителя. Когда же коробка передач начинает выбирать необходимую скорость автоматически, которую в механической трансмиссии выбирает водитель вручную? Отвечаем:

-В отличие от механики, где как правило конструкция коробки представляет из себя два параллельных вала, автоматическая коробка использует и применяет у себя планетарное расположение валов с шестернями. В отличие от той же механической коробки, в автоматической трансмиссии используется огромный выбор различных наборов шестерен, которые автоматически подключаются к передаче крутящего момента в зависимости от набранной скорости.

Вместо ручного переключения скоростей в ней используется гидравлическое автоматическое переключение скоростей, которое управляется конкретно электроникой. Данная коробка управляется специальным модулем в котором запрограммированны все соотношения передаточных чисел. В зависимости от подключаемого набора планетарного механизма электронная программа сама определяет какую передачу необходимо включить с помощью гидравлического автоматического управления.

Как работает АКПП – устройство и принцип работы классического «автомата»

Классическая автоматическая коробка передач состоит из трёх основных элементов – гидротрансформатора, планетарной передачи и ЭБУ с соленоидами. Наборов «планетарок» в одной коробке может быть несколько в зависимости от типа АКПП. Сегодня подробно рассмотрим устройство и принцип работы планетарной передачи – основного элемента классического «автомата» и гидротрансформатора. Соленоиды и их блок управления оставим на потом.

Планетарная передача

Планетарный ряд, он же планетарная передача – это основной узел автоматической коробки передач классического типа. Не стоит путать с вариатором или роботом – это тоже АКПП, но они сильно отличаются от классического «автомата», об основных отличиях я писал в прошлой статье.

История развития

В первых коробках передач существовал единственный тип шестеренчатого механизма. В нем было всего две шестеренки – одна маленькая, другая большая. Это называется цилиндрическая зубчатая передача с внешним зацеплением.

Подобные конструкции встречаются в механических коробках передач. Принцип работы простой: если вращать маленькую шестерню, то большая будет вращаться с меньшей скоростью, чем маленькая шестерня. Это называется «пониженная передача». То есть, скорость вращения замедляется.

При вращении большой шестерёнки, маленькая будет вращаться с большей скоростью, чем большая. Это называется повышенная передача. То есть вращение увеличивается от входа к выходу, где входом является большая шестерня.

Позже появился новый тип передачи – передача с внутренним зацеплением. В этой конструкции есть одно большое колесо и одно маленькое. В большом колесе зубья направлены внутрь. Маленькая шестерёнка находится внутри этого колеса и соединяется с ним своими зубьями, которые находятся снаружи. Это называется внутреннее зубчатое зацепление.

Если объединить два типа передачи в один механизм, то получится планетарная передача. Она состоит минимум из трёх колес:

1. Коронная шестерня;
2. Сателлит;
3. Солнечная шестерёнка.

Почему её называют «планетарной» или «планетаркой»?

Если вращать механизм, то маленькая шестерня будет вращаться вокруг большой. Со стороны это выглядит так, как вращается вокруг солнца планеты. Поэтому большое колесо, которое находится в центре передачи, называется солнечной шестерней. Меленькая шестерня, которая вращается вокруг большой – сателлитом, по-русски – спутником.

Внешнее, большое колесо, внутри которого вращаются наши шестерни называется короной. Потому что выполнена в виде короны с зубьями внутрь.

Конструкция «планетарки»

Как говорилось выше, планетарная передача состоит из короны, сателлитов и солнечной шестерни. Кроме этого в планетарной передаче есть «водило» — приспособление, которое соединено с сателлитами. При их вращении вокруг солнечной шестерни, оно тоже вращается.

«Водило» происходит от слова «водить». То есть, сателлиты водят этот элемент.

Обобщим, планетарная передача состоит:

1. Корончатой шестерни;
2. Сателлитов, их три в конструкции одной передачи;
3. Солнечной шестерни;
4. Водило, которое приводится во вращение звездочками-сателлитами.

Как работает планетарная передача в АКПП?

Всего существует три режима работы «планетарки» в автоматической коробке передач. Первый режим – когда остановлено большое корончатое колесо. То есть, при вращении планетарного ряда коронная шестерня не подвижна. В таком режиме скорость водила ниже, чем скорость вращения солнечной шестерни.

Второй режим – водило зафиксировано и не вращается. В этом режиме вращаются остальные элементы планетарного ряда – сателлиты, солнце и корона. В этом случае важным моментом является то, что коронная шестерня вращается медленнее, чем солнечная шестерёнка. Второй момент – эти шестерни вращаются в разные стороны.

Третий режим – остановлено центрально «солнечное» колесо. В этом режиме корона вращается быстрее водила. Это характерная особенность этого режима работы планетарного ряда АКПП.

В современной автоматической коробке передач подобных «планетарок» три. Элементы каждой их них связаны друг с другом. Комбинация различных режимов работы каждого планетарного ряда включает ту или иную передачу в КПП.

Как работает АКПП

Мы вкратце разобрали, как работает планетарная передача в «автомате». Чтобы включать и отключать тот или иной режим работы передач в коробке используется набор фрикционных дисков.

Пакеты фрикционов – это набор фрикционных и стальных дисков, чередующиеся между собой в одном пакете. Каждый из разных типов дисков имеет внутренние и внешние зубцы. Это требуется для наружного и внутреннего зацепления.

Например, нужно остановить корончатую шестерню, между ней и корпусом коробки помещается пакет фрикционов. Стальные диски внутренними зубцами цепляются за корону, а фрикционные диски внешними зубцами за неподвижный корпус КПП, где тоже есть внутренние зубцы. Таким образом, каждый тип дисков контактирует только с короной или корпусом.

Нужно зафиксировать корончатую шестерню, диски плотно прижимаются между собой. Фрикционные имеют специальное покрытие такое же, как на диске сцепления или тормозных колодках. За счет этого обеспечивается сильное трение между ними и стальными дисками. В результате шестерня останавливается.

Таких пакетов насчитывается несколько штук. Они предназначены для включения различных режимов работы планетарных рядов и, соответственно, определенных передач в коробке.

За смыкание дисков в пакетах отвечает гидравлический блок с соленоидами. Они управляют давлением масла, подаваемого на фрикционы. Соленоидный клапан открывается или закрывается, получая импульс от ЭБУ КПП. За счет этого диски смыкаются и размыкаются, когда это нужно электронному блоку управления. Также электромагнитные клапаны управляют гидротрансформатором. Об этом поговорим ниже.

Сам процесс более сложный, его трудно объяснит на пальцах, поэтому предлагаю посмотреть анимацию, как работает АКПП. В видео показан принцип работы только планетарных рядов, как переключение режимов включает ту или иную передачу коробки.

Как работает гидротрансформатор

«Бублик» состоит из трех частей:

1. Насосное колесо;
2. Турбинное;
3. Ректор.

Внутри гидротрансформатора залито масло. Насосное колесо жестко соединено с маховиком двигателя. То есть, скорость вращения коленвала равна скорости насосного колеса. На внутренней поверхности его расположены лопасти. Масло, попадая на них разбрызгивается за счет центробежной силы наружу. При этом оно имеет определенную энергию, чем выше скорость вращения, тем выше энергия и соответственно давление этого масла на выходе из колеса.

Трансмиссионное масло попадает на лопасти турбинного колеса, раскручивает его. Кстати, это колесо не связано с маховиком ДВС, а соединено жестко с входным валом АКПП. Отработанное масло выталкивает из колеса наружу, а напротив его находиться насосное колесо. Цикл замыкается, жидкость вновь разбрызгивается под давление наружу насоса и летит в турбину, раскручивая её.

Но есть один нюанс. При возвращении отработанной жидкостью, она ударяет по лопаткам насосного колеса в противоположном направлении, замедляя его и уменьшая крутящий момент. Чтобы этого избежать, между колесами установлено еще одно колесо – реактор. Он также имеет лопасти, направленные в сторону вращения насоса. Теперь масло ударяется в лопатки реактора, и они направляют жидкость в сторону вращения насосного колеса. Таким образом оно раскручивается еще быстрее. Так увеличивается крутящий момент.

Вот мы добрались до первой задачи гидротрансформатора при работе АКПП – увеличивать крутящий момент на малых скоростях движения автомобиля. То есть, когда машина начинает движение, гидротрансформатор увеличивает крутящий момент почти в 3 раза.

По мере увеличения скорости автомобиля, скорость вращения турбинного колеса достигает частоты вращения насосного. При этом, угол потока отработанного масла меняется. Оно врезается в тыльную сторону реактора, и он начинает вращаться в ту же сторону, что и турбинное колесо.

При этом скорость потока снижается и на него приходит масло с меньшим давлением. Соответственно, на выходе из турбинного колеса давление жидкости уже меньше. При этом увеличение крутящего момента пропадает, а этого уже и не нужно, так как машина двигается с достаточной скоростью.

В современных гидротрансформаторах при определенных режимах работы АКПП турбинное колесо блокируется при помощи пакета фрикционов. Оно начинает вращаться с такой же скоростью, как и насосное колесо, то есть, с частотой коленвала мотора. Это называется «блокировка» гидротрансформатора.

Так зачем нужен гидротрансформатор на автоматической коробке передач:

1. Трансформация крутящего момента, его увеличение во время начала движения и разгона автомобиля.
2. Гашение крутильных колебаний двигателя, сохранения КПП и трансмиссии от предельных нагрузок.

Видео, как устроен и работает гидротрансформатор в АКПП:

Вот так работает АКПП и её основные элементы. В действительности всё происходит внутри коробки более сложно, чем я рассказал. Но этих основ будет достаточно, чтобы понимать механику процессов в классическом «автомате». Теперь вы стали на одну ступень выше других автовладельцев.

Коробка передач – виды и принцип работы

Читайте про коробку передач автомобиля, какие виды существую, принцип работы, а также видео про преимущества и недостатки автомата и ручной механики.Читайте про коробку передач автомобиля, какие виды существую, принцип работы, а также видео про преимущества и недостатки автомата и ручной механики.

Трансмиссия автомобиля состоит из многих элементов. Одним из главных элементов является коробка передач. Она используется для того, чтобы менять крутящийся момент, направление движения и скорость автомобиля. А ещё применяется для разъединения двигателя от трансмиссии.

Эта очень важная деталь в автомобиле, подразделяется на три вида:

В зависимости от того, какая коробка передач, определяется и вид трансмиссии машины.

Для ступенчатой трансмиссии применяется крутящий момент, меняющийся ступенчато. Ступенчатую коробку передач можно подразделить на два вида:

Коробка передач механическая.

Механическая коробка передач

Короба передач механическая (ещё можно встретить аббревиатурное название МКПП или просто — механика) состоит из многоступенчатого цилиндрического редуктора, где переключать передачи необходимо вручную. Смотря сколько автомобиль имеет передач, коробка бывает: четырёхступенчатая, пятиступенчатая, шестиступенчатая, семиступенчатая и больше. Смотрите пример МКПП — схема коробки передач ВАЗ 2110.

Механическая трансмиссия является самой распространённой во всём мире. Этому способствует простая конструкция и надёжная, а также то, что во время различных манипуляций при езде на автомобиле применяется ручное управление. Кроме надёжности и полного контроля водителем переключения передач она ещё и экономичнее в плане расхода топлива по сравнению со своим автоматическим аналогом. Но для простоты вождения всё больше людей хотят иметь автомобиль с автоматической коробкой передач.

Механическая КП относится к ступенчатым видам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерён. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определённой угловой скоростью или, другими словами, имеет своё передаточное число.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени КП имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень — наименьшее.

Видео про принцип работы:

Автоматическая коробка передач

Роботизированная коробка передач, — это та же механическая, только оснащена автоматизированными функциями, где автоматически выключается сцепление, и переключаются передачи. Роботизированную называют ещё автоматизированной коробкой передач или роботом. В более новых автомобилях стали применять двойное сцепление, чтобы передача крутящего момента шла без разрывов потока мощности. Такой тип снижает расход топлива, и автомобиль намного быстрее разгоняется с места. Поэтому коробки-роботы с каждым годом становятся всё более популярными. Сейчас такие аналоги устанавливают на такие марки автомобилей, как Volkswagen, Mercedes-Benz, Opel, Ford и прочие другие, а также даже на такие спортивные марки, как Bentley и Porsche. Самыми распространёнными автоматизированными агрегатами являются коробки марки DSG (Direct Shift Gearbox), Изитроник, SMG (Sequential M Gearbox).

Непосредственное управление АКПП осуществляется рычагом селектора. Выбор нужного режима работы коробки производится перемещением рычага в определённое положение:

Р — режим парковки;

На отдельных коробках реализуется т.н. режим «Кик-Даун» (Kick-Down), предполагающий резкое ускорение автомобиля путём быстрого переключения передач.

Бесступенчатые КП

Для лучших характеристик автомобиля в бесступенчатых коробках передач применяют вариатор (ещё его называют вариаторной коробкой передач). В таких видах происходит преобразование механического или гидравлического крутящего момента, что помогает передаточному числу изменяться плавно, чего нет в ступенчатых коробках. Но также в вариаторных коробках передач существуют и недостатки — величина передающего крутящего момента имеет ограничения. Также некоторыми моделями вариаторов недовольны их надёжностью и сроком эксплуатации. Вариаторные виды применяются у таких производителей, как Nissan, Subaru и Honda (японские марки автомобилей). Из них самые известные марки — это Экстроид и Мультитроник.

Видео, про принцип работы бесступенчатой КП :

Комбинированная КП

Для автоматической коробки переключения передач (АКПП, или просто АКП) применяют комбинированный принцип действия. Такая разновидность состоит из механической коробки и гидротрансформатора. В механической КП используется редуктор планетарного типа, а гидротрансформатор применяется вместо сцепления и бесступенчатое регулирование крутящего момента. В новейших коробках-автоматах используется семь или восемь ступеней передач.

Плюсами АКПП является то, что передачи переключаются плавно и надёжность работы намного выше. А минусом автомата является то, что разгон происходит медленнее и намного больший расход топлива. В некоторых видах автоматической коробки передач применяют имитацию ручного переключения передач Стептроник, Типтроник (Tiptronic).

В наше время к АКП относится как гидротрансформаторная коробка, так и вариатор и роботизированная коробка передач, так как у всех есть электронное управление.

К автоматической коробке передач относится ещё адаптивная, которая учитывает стиль вождения хозяина автомобиля.

Автоматическая и механическая коробки передач: плюсы и минусы

Это видео наглядно демонстрирует основные преимущества и недостатки МКП и АКП. Далее при покупке автомобиля вы уже будите в курсе принципов работы различных видов коробки передач и вам, будет без проблем сделать дальнейший выбор.

Источник https://1gai.ru/publ/514516-kak-rabotaet-korobka-peredach-v-avtomobile.html

Источник https://avtoyoutube.ru/kak-rabotaet-akpp.php

Источник https://fastmb.ru/auto_shem/81-korobka-peredach.html