Повышенная и пониженная передача что это

Пониженная передача: что это такое, как работает и когда пригодится

Внедорожники — это супергерои в мире автомобилей. Они наделены качествами, недоступными другой технике. Огромные колеса и большой дорожный просвет в связке с полным приводом позволяют пробираться через лесные тропы и снежную целину. Когда и этого недостаточно, в дело вступает пониженная передача.

Рычаг КПП и раздаточной коробки

Из статьи вы узнаете, зачем и без того проходимым машинам нужна пониженная, как она технически реализована и зачем ее понижают еще сильнее.

Как устроена пониженная передача

Коленчатый вал вращается с огромной скоростью. Чтобы передать это вращение на мосты, инженеры придумали трансмиссию. При трогании с места и наборе скорости колеса крутятся значительно медленнее, чем коленчатый вал. Такие передачи в КПП называются понижающими. На высших передачах частота вращения колес равна (прямая передача) или больше частоты оборотов коленвала (повышенная). Как правило, это передачи от четвертой и выше.

Пониженная и повышенная передачи

Но на бездорожье бывает, что и самой низкой передачи недостаточно. Когда при нажатии на педаль газа машина буксует и зарывается в грязь, или тяги не хватает, чтобы провернуть колеса, которые сохранили сцепление, на помощь приходит пониженная. Включая ее, мы увеличиваем усилие, сообщаемое колесам, но снижаем скорость их вращения.

Схема полного привода part-time

Понижайка есть на внедорожниках с part-time и full-time полным приводом, оснащенных раздаточной коробкой.

Как это реализовано технически

Вращение с коробки передач на раздатку поступает через ведущий вал. Этот вал после преобразования вращения передает его на мосты. Принцип тот же, что и в коробке передач — изменение передаточного числа, то есть соотношения количества зубьев на шестернях.

На фото раздаточная коробка, карданные валы и промежуточный вал, соединяющий механическую КПП с раздаткой на «Ниве»

Маленькая шестерня передает вращение на большую. На ведущей шестерне, которая передает вращение с КПП, зубьев меньше, чем на ведомой, которая вращает мосты. Следовательно, пока малая шестерня делает один оборот, большая успевает сделать немного больше. Например, на старом Патриоте передаточное число понижайки составляет 1,95.

Шестерни понижения в раздаточную коробку

То же самое простым языком

Для лучшего понимания вспомним, как устроен велосипед. Вращая педали, мы крутим большую звездочку, соединенную через цепь с маленькой звездой заднего колеса. За один оборот передней звезды задняя делает несколько. То есть передача повышенная.

Это удобно при движении по равнине. Но на подъемах мы выбираем заднюю звезду с большим количеством зубьев. Разница между передней и задней звездой уменьшается. Скорость при этом падает, но педали крутятся намного легче. То же самое происходит в коробке передач с помощью шестерен.

Понижающая и повышающая передача

Допустим, коленвал совершает 1000 оборотов в минуту. К примеру, на первой передаче понижение составляет 3,6, тогда на выходе с КПП обороты падают до 278. При включении пониженной обороты на раздатке снижаются примерно в два раза, до 137. Последнее преобразование происходит на мостах, где вращение замедляется еще в четыре раза. Эта величина постоянна и не зависит от раздатки и коробки передач.

Мотор работает с той же частотой, но усилие, передаваемое на колеса, сильно возрастает. Автомобиль при этом едет очень медленно, но с хорошей тягой.

Хотя можно ехать и не очень медленно. Если включать высшие передачи КПП, а раздатку оставить на пониженной, машина всё же наберет скорость. Ее величину можно вычислить, перемножив коэффициенты понижения передачи в КПП, раздатке и в мостах.

Как включать пониженную передачу

В случае с механическим переключением в салон выведен дополнительный рычаг. Он находится рядом с рычагом КПП.

Рычаг слева отвечает за блокировку межосевого дифференциала, а справа за включение пониженной передачи на «Ниве»

На более современных автомобилях, таких как Jeep, инженеры придумали сервопривод. Для включения понижайки водитель нажимает кнопку, а на внедорожниках Toyota на панели находится поворотный переключатель, с тремя положениями L-N-H.

Пониженная передача на Toyota Land Cruiser Prado 120

Независимо от реализации, понижайка включается только в режиме полного привода, когда машина стоит на месте, а на основной КПП включена нейтраль.

Когда нужна пониженная передача

На бездорожье случаются ситуации, когда в обычном режиме не получается даже тронуться с места. Но стоит включить пониженную — машина плавно ползет по крутому сыпучему склону или выбирается из снежной целины.

Тюнингованный Jeep на бездорожье

Понижайка помогает не только в грязи и на подъемах. На крутых спусках опытные водители часто тормозят двигателем. Однако в обычном режиме даже на первой передаче машина разгоняется достаточно быстро.

Включаем пониженную — и автомобиль плавно скатывается вниз, даже если водитель зевнет и вовремя не доработает тормозами.

Буксировка — это всегда испытание трансмиссии и двигателя на прочность. Особенно когда вытащить нужно не картонную легковушку, застрявшую на газоне, а двухтонный джип из болота. В этой ситуации понижайка снизит нагрузку на узлы буксирующего авто. Водитель сможет плавно трогаться и добавлять оборотов без риска порвать трос и повредить конструкцию кузова или рамы.

Буксировка внедорожника

Дополнительное понижение раздатки

В погоне за улучшением проходимости владельцы ставят на внедорожники большие колеса. На крутых подъемах, сыпучих или мягких грунтах крутящего момента не хватает.

На штатных раздатках большинства автомобилей коэффициент понижения находится в пределах 1,9-2,7. В продаже есть наборы шестерен для понижения раздатки за счет изменения передаточных чисел. Новый коэффициент понижения подбирают с учетом изменившегося размера колес.

Шестерни понижения в раздатку ВАЗ «Нива» увеличивают крутящий момент на колесах, без увеличения мощности двигателя.

В результате такого тюнинга момент на осях увеличивается без вмешательства в конструкцию мотора. Машина легче трогается с места, снижается нагрузка на трансмиссию. Вместе с тем, автомобиль едет еще медленнее при тех же оборотах, а расход возрастает. Зато теперь машина проедет там, где не каждый пройдет на своих двоих.

Коротко

Пониженная передача нужна, если вы собираетесь ездить по настоящему бездорожью: с грязью, крутыми подъемами и спусками. Она также пригодится во время буксировки, например, тяжелой лодки — вы защитите мотор и трансмиссию от перегрузки.

Понижение происходит в раздаточной коробке. Без этого агрегата ни о какой понижайке речи быть не может. Принцип работы такой же, как на велосипеде — разница в количестве зубьев на звездочках. Только в случае с автомобилем применяются шестерни, которые находятся на валах в раздатке.

Степень понижения можно увеличить. Для этого в раздатку устанавливают комплект шестерен с другими передаточными числами. Автомобиль на пониженной едет еще медленнее, а тяга увеличивается.

Как правильно переключать скорости на механике

Как правильно переключать передачи на механике – часто задаваемый вопрос от начинающих водителей. Он возникает и у тех, кто решил пересесть на машину с МКПП после АКПП. В отличие от коробки – автомата, где выбор скоростей осуществляет электроника, на механике это делает сам водитель. Отточить такой навык не сложно, главное – разобраться с принципом работы трансмиссии и чаще практиковаться.

Для чего нужно переключать скорости на автомобиле

Чтобы уверенно управлять машиной на механике, нужно понять, как работает трансмиссия. Так называется комплекс механизмов, передающих крутящий момент от мотора к ведущим колесам.

В состав трансмиссии входит МКПП – коробка передач, внутри которой находятся валы с шестернями. С помощью рычага водитель переводит их в определенные положения, называемые передачами. При этом машина получает или большую тягу, или возможность быстрее ехать.

Согласно золотому правилу механики, выигрыш в усилии ведет к снижению скорости, поэтому водителю при езде на машине с МКПП приходится выбирать, каким показателем пожертвовать. Выбор зависит от условий, в которых движется автомобиль:

1. При троганье и езде в гору важнее тяга, а не скорость – автомобилист включает первую-вторую передачу.
2. На трассе важнее скорость – транспорт движется на максимально высоких передачах.
3. Для остальных случаев тоже придется подбирать скоростной режим и тягу, а значит – делать выбор в пользу той или иной передачи.

Теперь разберемся, как работает педаль сцепления. Ее задача – разъединять два диска, ведущий и ведомый, входящие в систему трансмиссии. При отпущенной педали эти элементы соединены вместе и передают крутящий момент на ведущие колеса через коробку. Как только водитель нажимает на сцепление, диски разъединяются. Останавливаются валы и шестерни внутри коробки, поэтому водитель с помощью рычага может включить другую передачу.

Почему возникают рывки при включении и переключении передач

Чаще всего машина у новичка дергается при троганье с места. Начинающий водитель помнит о необходимости медленно отпускать сцепление, но не понимает, как это делать. Он нажимает педаль, и как только машина поехала, резко ее бросает. Автомобиль дергается, мотор глохнет. Чтобы этого избежать, нужно ненадолго задержать ногу на педали и убрать, когда авто проедет метр–полтора.

Вторая причина рывков – слабый разгон. Новичку сложно одновременно работать с педалью и рычагом, поэтому переключение на повышенную передачу затягивается. Машина теряет скорость и дергается. Чтобы этого избежать, перед переключением нужно посильнее разогнать автомобиль.

Машина может «взбрыкнуть» из-за неправильного перехода на пониженную передачу. Если при переключении быстро опустить педаль сцепления, автомобиль сильно дернется. Чтобы этого избежать, нужно задержать ногу на педали на две-три секунды, пока двигатель не наберет нужные обороты.

Еще одна причина – неправильный выбор передач. Хотя на рычаг нанесено расположение скоростей, переключение происходит практически на ощупь. Новичок может «перескочить» на позицию, находящуюся рядом, например, вместо второй передачи попасть на четвертую. Из-за недостаточного разгона машина начинает двигаться рывками и может заглохнуть.

Поэтому при движении на машине с МКПП прислушивайтесь к звукам двигателя – если раздается гудение, а машина движется с «натяжкой» – пора переходить на следующую передачу. Если она дергается не тянет, переходите на пониженную.

Как узнать, что пора переключаться

Определить необходимость перехода на другую передачу можно по следующим признакам:

1. По показаниям спидометра – при 20 км/ч нужно переключиться на вторую скорость, при 40 км/ч – на третью, при 60 км/ч на четвертую и на последующие –через каждые 20 км/ч. Это принцип используется и при переходе на пониженные передачи.
2. По показателям тахометра – прибора, регистрирующего обороты двигателя. Оптимальный рабочий интервал – 1,5-2,5 тысяч оборотов. Если показатель превышен, нужно переключиться на повышенную передачу, если он упал – переходить на пониженную. На некоторых машинах рабочая зона для наглядности обозначена на тахометре красным цветом.

Своевременно переключение скоростей сделает вождение комфортным, снизит расход горючего, продлит срок службы мотора и трансмиссии.

Как перейти на повышенную передачу

Повышение передачи необходимо при переходе машины на более высокую скорость. Когда машина разгонится до рекомендуемой скорости, а показания тахометра достигнут 2–2,5 тыс. оборотов, переходите на повышенную передачу:

1. Нажмите левой ногой на педаль сцепления и переведите рычаг переключения передач в нужное положение. Схема передач нарисована его на верхней части.
2. Задержите ногу на педали на пару секунд и переведите на подставку.
3. Добавьте газ.
4. Продолжайте движение. Если решили ехать еще быстрее при достижении следующего скоростного порога или предела рабочих оборотов тахометра, переключитесь повторно.

Как перейти на пониженную передачу

Переходить на пониженную передачу сложнее, чем на повышенную, поскольку обороты двигателя не падают, а повышаются. Автомобилю приходится разгонять тяжелые высокоинерционные части мотора, что не так легко сделать. Поэтому машина «сопротивляется» – даже незначительные погрешности при переключении приводят к дерганью и «клевкам» машины.

Существует два способа понижать передачу – с перегазовкой и без нее. Когда и как применять эти методы – разбираем далее.

Переключение на пониженную передачу без перегазовки

Этот способ применяют при переключении на соседнюю понижению скорость – например, с четвертой и третью. Переход осуществляется по следующему алгоритму:

1. Снизьте скорость до показателя, оптимального для переключения. Если машина будет ехать слишком быстро, при переходе на пониженную передачу раздастся неприятный хруст в коробке, или рычаг вообще не займет нужное положение.
2. Нажмите педаль сцепления и переведите рычаг в нейтральное положение. Задержите его там буквально на пару секунд. Синхронизаторы коробки выровняют обороты, и переключение произойдет мягче.
3. Включите пониженную передачу – при этом не отпускайте резко педаль сцепления, чтобы машина не дернулась. Делайте все плавно.
4. Продолжайте движение.

Дальнейшие действия зависит от того, с какой скоростью планируется ездить дальше:

• при дальнейшем снижении скорости не нажимайте педаль газа, и машина будет тормозить двигателем;
• если нужная скорость достигнута, слегка надавите на акселератор;
• в ситуации, когда пониженная передача включалась для разгона – вдавите педаль газа и двигайтесь вперед.

Заполните форму и узнайте все подробности

Переключение на пониженную передачу с перегазовкой

Этот способ переключения передач известен с семидесятых годов, когда транспортные средства не оснащались синхронизаторами и перейти на другую передачу без перегазовки было невозможно. Сейчас этим методом удобно пользоваться при переключении на пониженную передачу на слишком быстро движущемся автомобиле. Например, если надо сразу перейти с четвертой скорости на вторую при торможении двигателем, резкой смене дорожного рельефа, при необходимости значительно повысить обороты для совершения обгона.

В этом случае рычаг двигается с большим усилием или вообще не втыкается в нужную скорость. При этом снижается срок эксплуатации коробки. Исправить ситуацию можно с помощью перегазовки – дополнительных нажатий на педаль газа. Нажатие акселератора до переключения передачи «раскручивает» двигатель, и он легче принимает повышенные обороты.

Алгоритм перехода на пониженные обороты с перегазовкой:

1. Выжмите сцепление и отпустите газ.
2. Переведите рычаг переключения скоростей в нейтральное положение.
3. Нажмите на акселератор, чтобы стрелка тахометра дошла до 3,0– 3,5 тысяч об/мин, и отпустите педаль. Лишние обороты закладывают на случай снижения в процессе переключения. Особенно важен такой запас новичку, который не всегда может быстро перейти на пониженную передачу.
4. Надавите еще раз на сцепление и переведите рычаг в нужное положение. Теперь это легко сделать.

Эта процедура не обязательна – если МППП позволяет «перепрыгивать» скорости без перегазовки, повторно давить на акселератор не требуется.

Ошибки при переключении передач на механической коробке

Чаще всего встречаются следующие ошибки при переходе на повышенные и пониженные передачи:

• Стремление во чтобы то ни стало воткнуть рычаг скоростей в нужное положение. Необходимость прикладывать усилия – признак неправильных действий водителя. Посмотрите, возможно, не нажата педаль сцепления или вы пытаетесь включить задний ход.
• Постоянная наполовину нажатая педаль сцепления – при таком положении ведущий и ведомый диск полностью не разъединяются и трутся друг от друга. Это приводит к их быстрому износу.
• Стремление постоянно держать ногу на сцеплении в пробке или возле светофора. Новички такое делают чтобы автомобиль не заглох, но при этом быстро устают. Проще перевести рычаг в нейтральное положение, а, когда загорится зеленый свет или автомобильный затор начнет рассасываться, переключиться на нужную передачу. После совершения маневра уберите ноги на подставку.
• Постоянная езда на одной-двух выбранных скоростях. Этим грешат водители, пересевшие с автомата. Переключать передачи приходится реже, но снижается безопасность езды и увеличивается износ механизмов.
• Позднее переключение. Новички думают, что после этого машина рванет или начнет ехать гораздо медленнее. Такого не произойдет – скорость автомобиля зависит от газа, а не от выбранной передачи. Поэтому следите за показаниями спидометра и тахометра, чтобы вовремя повышать или понижать передачи.
• Переключение на задний ход до полной остановки автомобиля. Элементы коробки не могут сразу поменять направление вращения на противоположное, поэтому МКПП может выйти из строя.

Переходить с одной передачи на другую на механике проще, чем думают многие. С каждым разом навыки будут улучшаться и поездки на автомобиле начнут приносить положительные эмоции.

Как работает механическая коробка передач: подробно и наглядно

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с маховика двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Рассмотрим трехвальный вариант, от которого будет проще перейти к двухвальному.

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Первая передача

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Для начала представим себе переключение передачи при движении автомобиля. Муфта, отходя от шестерни, разблокирует ее и пойдет к соседней (либо же в дело вступит другая муфта, между другими шестернями). Казалось бы, никаких проблем тут нет… Однако все не так гладко: ведь муфта (и, соответственно, вторичный вал) теперь имеет одну скорость вращения, заданную предыдущей ведомой шестерней, а шестерня следующей передачи – другую. Если просто резко совместить их, произойдет удар, который, хоть и моментально уравняет скорости, ничего хорошего не принесет: во-первых, шестерни и их зубья могут банально повредиться, а во-вторых, переключать передачи таким образом – вообще не лучшая затея. Как же быть? Ответ прост: перед включением передачи скорости движения шестерни и муфты нужно синхронизировать.

Для этих целей используются детали, именуемые – внезапно – синхронизаторами. Принцип их работы прост настолько же, насколько и их название. Для синхронизации скоростей двух вращающихся узлов используется самое простое решение: сила трения. Перед тем, как войти в зацепление с шестерней, муфта подходит к ней вплотную. Контактная часть шестерни имеет коническую форму, а на муфте расположен ответный конус, на котором установлено бронзовое кольцо (или несколько колец, так как эти детали, как можно понять, подвергаются основному износу). Прижимаясь к зубчатому колесу через эту «прокладку», муфта разгоняет или тормозит его до своей скорости. Далее все идет уже как по маслу: поскольку теперь две детали неподвижны относительно друг друга, муфта легко, плавно, без рывков и толчков входит в зацепление с шестерней посредством зубчатых венцов, расположенных в зоне сопряжения, и они продолжают движение вместе.

Прямая и повышающая передачи

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

На видео: Коробка передач FischerTechnik — Вторая передача

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Задний ход

Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.

На видео: коробка передач FischerTechnik, задняя передача

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Механическая коробка передач

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Содержание

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).
Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.
Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.
На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.