Коробка передач

Коробка передач преобразует усилие, развиваемое двигателем, и передает его колесам в необходимом количестве и в нужном направлении (для определен­ных условий движения и для движения передним или задним ходом). В коробке передач реализован известный принцип механики: при понижении оборотов от входного (ведущего) вала к выходному (ведомому), в нашем случае связанных между собой зубчатым зацеплением, увеличивается крутящий момент (Mi и Ма на рис. 4.7). То есть если физически не очень сильный человек будет вращать рукоятку маленькой шестерни на рис. 4.7, то здоровяк не сможет удержать руками большую шестеренку неподвижной, так как крутящий момент при переходе с ма­ленькой шестеренки на большую сущест­венно возрастает.

Схема принципа действия коробки передач

Рис. 4.7. Схема принципа действия коробки передач

Максимально обороты понижаются на I передаче. При этом на выходе из ко­робки передач реализуется максимальный крутящий момент, способный выполнить самую тяжелую работу: сдвинуть стоящее транспортное средство с места и начать его разгонять.

Последней (наивысшей) передаче соот­ветствует самый малый крутящий мо­мент, так как она включается на автомо­биле при движении на высокой скорости, когда силы инерции продолжают двигать машину вперед. Здесь на первый план вы­ходят высокие обороты выходного вала, позволяющие разогнать транспортное средство до максимальной скорости.

Теперь об этом несколько подробнее.

Самое трудное – сдвинуть автомобиль с места. Для этого, как мы уже сказали, необходимо максимальное усилие. Потом разгонять движущийся автомобиль будет легче. Работу коробки передач условно поясняют рис. 4.8-4.12. Еще раз отметим: сей­час мы рассматриваем не конструкцию ко­робки передач, а ее принцип действия. Итак, двигатель всегда вращает только од­ну маленькую шестеренку с небольшим количеством зубьев. Будем называть ее ве­дущей (на рис. 4.8-4.12 – красного цвета), так как она приводит в движение все остальные шестерни соответствующих пе­редач (на указанных рисунках они желтого цвета). Ведущая шестеренка вращается бы­стро. Даже на холостом ходу вал двигате­ля и эта самая шестеренка вместе с ним совершают около 1000 мин"1. Стоит нажать на педаль газа, как эти обороты увеличат­ся в несколько раз. На I передаче (а имен­но ее используют для начала движения) с этой маленькой (ведущей) шестеренкой соединяют (зацепляют) самую большую из всех шестерен (ведомую 1) – см. рис. 4.8.

1.Все шестерни, соединяемые с ведущей шестерней, по отношению к ней являются ведомыми.

Схема действия коробки передач (I передача)

Рис. 4.8. Схема действия коробки передач (I передача)

На шестерне I передачи (желтая на рис. 4.8) самое большое количество зубь­ев. Такое сочетание шестеренок максималь­но понизит обороты двигателя (а для трогания с места это и нужно), но самое глав­ное, максимально увеличит крутящий момент. Как говорят, шестерня I передачи самая сильная. Поехали! Теперь включаем II передачу. А это значит, что пару нашей маленькой шестеренке составит другая ше­стерня желтого цвета (см. рис. 4.9).

Схема действия коробки передач (II передача)

Рис. 4.9. Схема действия коробки передач (II передача)

Она не­много меньше шестерни I передачи, зубьев на ней тоже поменьше, зато вращается она быстрее. Крутящий момент стал меньше, но движению помогает сила инерции. Зна­чит, уже едем с той же скоростью при меньших оборотах двигателя, а увеличивая их, продолжаем разгонять автомобиль, ис­пользуя рост крутящего момента. Далее включаем III передачу. И вновь ведомая (желтая) шестерня стала еще меньше и по диаметру, и по числу зубьев, но все же по этим параметрам она по-преж­нему больше ведущей (см. рис. 4.10).

Схема действия коробки передач (III передача)

Рис. 4.10. Схема действия коробки передач (III передача)

Увели­чение крутящего момента немного снизи­лось, но за счет инерции продолжаем лег­ко разгоняться. Если на II передаче для движения с определенной скоростью ис­пользовались повышенные обороты двига­теля, то теперь для движения с той же ско­ростью от двигателя требуются меньшие обороты и он не так напрягается.

И вот переходим на IV передачу. Вни­мание! В зацеплении оказываются одина­ковые (или в некоторых коробках пере­дач почти одинаковые) шестерни (см. рис. 4.11). Значит, с какой скоростью вращается входной вал коробки передач, с такой же скоростью вращается и ее выходной вал. Иногда говорят, что с такой скоростью вращаются и ве­дущие колеса. Это неверно. Дело в том, что на пути от коробки передач к веду­щим колесам размещено еще одно меха­ническое устройство – главная передача. В ней тоже есть малая (ведущая) и боль­шая (ведомая) шестерни, а стало быть, обороты в этом устройстве вновь пони­жаются. Например, на переднеприводных автомобилях ВАЗ используются главные передачи с передаточным числом 

Схема действия коробки (IV передача)

Рис. 4.11. Схема действия коробки (IV передача)

3,706 или 3,937. А передаточное чис­ло – это отношение числа зубьев ведо­мой шестерни (у нас большей) к числу зубьев ведущей шестерни (у нас мень­шей). На рис. 4.7 передаточное число рав­но 2 (40:20). Следовательно, обороты по­низятся в количество раз, соответствую­щее передаточному числу.

В настоящее время все больше легко­вых автомобилей оснащают пятиступен­чатыми коробками передач. Количество ступеней определяется по количеству передач, используемых для движения вперед. Значит, у таких автомобилей для движения вперед есть пять передач. Что же происходит при включении V пе­редачи?

В этом случае в зацепление с хорошо нам известной маленькой шестерней вводят еще меньшую шестерню (с меньшим числом зубьев) – см. рис. 4.12. Теперь при тех же оборотах двигателя ведущие колеса вращаются еще быстрее. Иногда такую передачу называют повышающей. Однако интенсивно разогнаться или въехать в гору на ней не удастся В крутящем моменте при таком сочетании шестерен мы проигрываем. Но двигаться по прямой дороге с высокой скоростью и небольшими оборотами двигателя, экономя при этом топливо, вполне возможно.

Схема действия коробки передач (V передача)

Рис. 4.12. Схема действия коробки передач (V передача)

Коробки передач также принято клас­сифицировать по количеству основных валов с шестернями. На заднеприводные легковые автомобили чаще всего устанав­ливают трехвальные коробки передач, крутящий момент передается двумя па­рами шестерен, а включение передачи заднего хода осуществляется с помощью шестеренки, установленной на еще одном (четвертом) валу (см. рис. 4.13). На перед­неприводных автомобилях применяют двухвальные коробки передач (см. рис. 4.15). Теперь еще несколько слов о передаче заднего хода. Дело в том, что для того, чтобы поехать задним хо­дом, надо заставить вал, выходящий из коробки передач (от него крутящий момент передается к ведущим колесам), вращаться в другую сторону. Посмотрите внимательно на рис. 4.13 и 4.14. Чтобы за­ставить вторичный вал коробки передач вращаться в противоположную сторону, между ведущей шестерней промежуточ­ного вала и ведомой шестерней вторич­ного вала помещают шестеренку переда­чи заднего хода. Обратите внимание на направление вращения валов без шес­терни заднего хода и с ней. При наличии шестерни заднего хода вторичный вал коробки передач поменял направление вращения (см. рис. 4.14).

Схема трехвальной коробки передач

Рис. 4.13. Схема трехвальной коробки передач:

1 – картер сцепления; 2 – ведущая шестерня первичного вала; 3 – механизм выбора передач; 4 – рычаг пе­реключения передач; 5 – ведомая шестерня заднего хода; 6 – промежуточная шестерня заднего хода; 7 – ведущая шестерня заднего хода; 8 – картер коробки передач

Схема работы коробки передач (передача заднего хода)

Рис. 4.14. Схема работы коробки передач (передача заднего хода)

Передача крутящего момента в коробке передач переднеприводного автомобиля

Рис. 4.15. Передача крутящего момента в коробке передач переднеприводного автомобиля: 

1 – дифференциал; 2 – привод левого колеса; 3 – главная передача; 4 – вторичный вал; 5 – первичный вал; 6 – привод правого колеса

На рис. 4.15 показана передача крутяще­го момента в коробке передач передне­приводного автомобиля.

Устройство четырехступенчатой коробки передач заднеприводного легкового авто­мобиля показано на рис. 4.13 и 4.14.

Еще раз напомним, что число ступеней соответствует числу передач, предназна­ченных для движения вперед. Обычно ко­робка передач состоит из следующих ос­новных частей:

–      картера;

–     трех основных валов (первичного, вто­ричного и промежуточного);

–      дополнительного вала заднего хода;

–      зубчатых шестерен и колес;

–      синхронизаторов;

–      механизма переключения передач.

Шестерни коробки передач выполняют­ся косозубыми, что снижает шум при их работе и повышает ресурс за счет уве­личения пятна контакта в зацеплении. Коробки передач оборудованы синхрони­заторами, позволяющими переключать пе­редачи с минимальным усилием и не опа­саться поломки зубьев шестерен (они вы­равнивают обороты шестерен, входящих в зацепление).

Как уже указывалось, для периодическо­го разъединения и плавного соединения двигателя с коробкой передач и остальны­ми элементами трансмиссии используется сцепление. На автомобилях с механической коробкой передач водитель включает и вы­ключает сцепление, нажимая на педаль.

У автомобилей с так называемой авто­матической коробкой переключения пере­дач сцепление работает автоматически, а педаль сцепления отсутствует. В насто­ящее время существуют различные вари­анты автоматических коробок передач. Рассмотрим конструкцию наиболее часто встречающиеся из них.

В такой коробке сцепление заменяет ги­дротрансформатор, а механическая часть коробки представляет собой планетарную передачу, в которой все элементы нахо­дятся в постоянном зацеплении. Режимом работы планетарной передачи управляет электроника.

Схема гидротрансформатора показана на рис. 4.16. Коленчатый вал двигателя че­рез маховик жестко связан с лопаточным колесом, называемым насосным. С ведо­мым валом соединено второе лопаточное колесо, называемое турбинным. Эти коле­са могут вращаться, а между ними уста­навливают еще одно лопаточное колесо, которое неподвижно. Его называют реак­тором. Насос, турбина и реактор выполне­ны с радиальным расположением лопаток. Гидротрансформатор на 85-90% заполняет­ся специальной жидкостью. Двигатель вращает насосное колесо, которое направ­ляет поток жидкости на турбинное коле­со. Лопатки неподвижного реактора помо­гают направить поток жидкости вновь к насосному колесу, повышая эффектив­ность работы, а главное, повышая крутя­щий момент.

Схема гидротрансформатора

Рис. 4.16. Схема гидротрансформатора:
а – схема гидродинамической передачи; б – детали гидротрансформатора; 1 – ведущий вал; 2 – роликовый подшипник; 3 – реактор (Р); 4 – турбинное колесо (Т); 5 – насосное колесо (Н); 6 – корпус гидротрансформатора; 7 – ведомый вал; 8 – маховик

Причем изменение момента на турбине от максимального значения до значения, равного моменту на насосе, происходит автоматически. При малом числе оборотов двигателя происходит зна­чительное отставание вращения турбины от вращения колеса или так называемое проскальзывание. Это аналогично выклю­ченному сцеплению. По мере увеличения числа оборотов двигателя проскальзыва­ние уменьшается по аналогии с включе­нием сцепления. Понять принцип работы гидротрансформатора будет легко, если вы вспомните, как в детстве дули на ло­пасти вертушки, заставляя ее вращаться. Здесь все очень похоже, только вместо воздуха-жидкость, а с ее помощью на­сосное колесо, приводимое в действие двигателем, «дует» на турбинное. Пока дует» слабо, т.е. двигатель работает на низких оборотах, турбинное колесо на это не реагирует (как будто сцепление выключено), а когда обороты двигателя увеличиваются, жидкость увлекает за со­бой турбинное колесо и вращение переда­ется дальше (как будто сцепление вклю­чено). Итак, в автомобиле с автоматичес­кой трансмиссией гидротрансформатор заменяет сцепление.

На рис. 4.17 показана принципиальная схема автоматической коробки передач, состоящей из гидротрансформатора, пла­нетарной передачи и системы регулирова­ния переключения передач.

Принципиальная схема автоматической коробки передач

Рис. 4.17. Принципиальная схема автоматической коробки передач

Автоматической коробкой передач уп­равляет процессор, объединенный с элек­тронным блоком управления двигателем либо выделенный в автономный модуль управления. Автоматика в зависимости от условий движения выбирает опреде­ленный режим работы планетарной пере­дачи. Не вдаваясь в подробности, скажем, что планетарная передача позволяет реа­лизовать различные передаточные числа без перемещения шестерен по валам. Ше­стерни в планетарной передаче находятся в постоянном зацеплении, однако, затор­маживая некоторые ее элементы или, на­оборот, позволяя им вращаться, получают различные передаточные отношения. Во­дитель управляет автоматической короб­кой передач с помощью рычага селектора (рис. 4.18). Чаще всего он расположен в том же месте, где и рычаг управления обычной коробкой передач. Рычаг селек­тора может занимать несколько положе­ний. Рассмотрим те из них, которые, как правило, есть в любом автомобиле с авто­матической коробкой передач.

Вариант схемы управления автоматической коробкой передач

Рис. 4.18. Вариант схемы управления автоматической коробкой передач:
1,3-для перемещения рычага селектора необходимо нажать кнопку перемещения рычага селектора;
2 – для перемещения рычага селектора кнопку блокировки нажимать не требуется

«Р» (паркинг) – парковка. Стояночное положение рычага переключения, фикси­рующее ведущие колеса автомобиля в не­подвижном состоянии, при этом в короб­ке передач включена «нейтраль».

При нахождении рычага селектора в этом положении пускается двигатель, а приехав к месту назначения, перед тем как заглушить двигатель, рычаг селекто­ра переводят именно в это положение. Со­временные автомобили с автоматически­ми коробками передач оборудуют множе­ством систем, помогающих водителям управлять ими. Например, на многих ав­томобилях вы не сможете вынуть ключ из замка зажигания, пока не переведете рычаг селектора в положение «Р».

Рычаг селектора переключения оборудо­ван кнопкой фиксатора, не позволяющего случайно перевести рычаг из одного диапа­зона в другой. Без снятия с фиксатора ры­чаг селектора может перемещаться только из диапазона «N» в диапазон «D» или в за­висимости от модели коробки из положения «D» в положение «2». При автоматической трансмиссии пуск двигателя стартером воз­можен только в положении «Р» или «N».

Во избежание несанкционированного дви­жения автомобиля заводите двигатель при нахождении селектора в положении «Р».

Для начала движения необходимо на­жать на педаль тормоза и перевести ры­чаг в нужный диапазон. После характер­ного легкого толчка, информирующего о готовности автоматической коробки к началу движения, и некоторого сниже­ния оборотов двигателя можно отпускать педаль тормоза. При этом автомобиль начнет движение.

Итак, подчеркнем, все переводы рычага управления коробкой передач перед нача­лом движения должны производиться при нажатой педали тормоза.

«R» – задний ход. Диапазон движения автомобиля задним ходом.

«N» – нейтраль. Передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам нет. При этом ведущие колеса не забло­кированы. Этот режим может использо­ваться для буксировки автомобиля. Одна­ко будьте внимательны. Обычно завод-из­готовитель оговаривает расстояние, на которое может буксироваться автомо­биль с неработающим двигателем, либо указывает предельное время буксировки. Связано это с тем, что при неработающем двигателе не происходит охлаждение жид­кости в системе автоматической коробки, что может привести к выходу ее из строя.

«D» или «3» – движение. Диапазон дви­жения автомобиля вперед с автоматичес­ким переключением передач с первой до максимальной (и наоборот).

«2» – двойка. Диапазон движения авто­мобиля вперед с автоматическим пере­ключением только с I на II передачу (и наоборот).

«1» – единица. Диапазон движения авто­мобиля вперед только на I передаче без каких-либо переключений.

Итак, в автомобиле с автоматической коробкой передач есть только две педали: газа и тормоза. Ими управляет только правая нога. Левая нога в таком автомо­биле всегда отдыхает. Правая рука также свободна от постоянного переключения передач: вы лишь переведете рукой рычаг селектора в необходимое положение.