Кпп принцип работы: виды, устройство и принцип работы – Механическая коробка передач — Википедия

Содержание

Механическая коробка передач: принцип работы

«Механика»: 120 лет в машиностроении

Механическая коробка передач – это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от коробки передач автоматической). Название данного устройства отражает ещё и тот факт, что весь его функционал реализуется за счёт только механических элементов, без привлечения гидравлики или электроники (в отличие от трансмиссий гидравлических или электрических). Популярно, но технически достоверно принцип работы МКПП освещён в данной публикации.

Предназначение коробки передач

Почему у автопроизводителей возникла необходимость во внедрении коробки переключения передач? Потому, что любой двигатель внутреннего сгорания любого автомобиля способен работать только в каком-то ограниченном, и довольно небольшом, диапазоне оборотов. А частота обращения колёс – от трогания с места до езды на больших скоростях – происходит в гораздо более обширном диапазоне. И не представляется возможным выбрать какое-то одно универсальное передаточное число, которое бы обеспечило весь этот диапазон, с одновременным разумным использованием диапазона оборотов двигателя.

Для трогания с места и поступательного разгона автомобиля, а также при его движении по бездорожью,требуется затратить более значительную работу в физическом смысле, то есть подать на его колёса большую мощность. То есть, при небольшой скорости нужны высокие обороты двигателя.

Предназначение коробки передач

Наоборот, при равномерном движении разогнавшегося автомобиля по ровной дороге его скорость высока, а большой мощности и высоких оборотов двигателя уже не требуется – чтобы поддерживать нужную скорость, достаточно и малой мощности, и низких оборотов. При повышении скорости растёт и аэродинамическое сопротивление движению двигателя, что требует высоких оборотов и более значительных затрат мощности. То же самое – при движении в гору, требуется увеличить силу тяги.

Отсюда возникает необходимость в передаче вращения с двигателя на колёса с определённым передаточным числом, которое можно было бы изменять в зависимости от условий езды. В этом один из пионеров мирового автопрома – немецкий инженер Карл Бенц убедился в первой же длительной (на 80 км) поездке на автомашине собственной конструкции.

Об истории возникновения МКПП

Это автопутешествие состоялось в 1887 году. Карл Бенц и его супруга Берта с сыновьями ехали к тёще изобретателя. 80-километровое путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства конструкции первого автомобиля. На некоторые, с виду небольшие, подъёмы его приходилось заталкивать вручную: не хватало силы тяги. После этой поездки Бенц усовершенствовал автомобиль, снабдив его дополнительной вспомогательной передачей – «понижайкой», для увеличения силы тяги.

Эта идея используется в КПП и по сей день: передаточное число должно быть переменным, позволяющим использовать разные соотношения между скоростями вращения коленвала мотора и ведущих колёс.

Разумеется, первая механическая коробка передач Карла Бенца была сначала очень примитивным устройством. Это были шкивы разного диаметра, прикреплённые к ведущей оси. С мотором они соединялись ремнём, и при помощи рычагов ремень можно было перекидывать с одного шкива на другой. Впоследствии на смену кожаному ремню и шкиву пришла металлическая цепь и звёздочка, как на современных «продвинутых» велосипедах.

Об истории возникновения МКПП (2)

Зубчатую передачу и коробку передач на шестерёнках впервые поставил на автомобиль Вильгельм Майбах. Параллельно с немецкими автоинженерами, примерно в те же годы, похожими изысканиями занимались и французские. В созданной Эмилем Левассором и Луи Панаром механической коробке переключения передач уже применялся целый набор зубчатых колёс с разными передаточными числами для движения вперёд и одна шестерня – для движения назад. Как и в наше время, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси. Это позволяло разным по своему диаметру зубчатым колёсам входить в зацепление с неподвижной шестернёй на первичном валу.

Официально изобретателем механической коробки переключения передач, похожей на современную, стал Луи Рено: в 1899 году этот молодой начинающий автопромышленник запатентовал первую в мире КПП, основанную на системе подвижных зубчатых колёс и валов. Она была трёхскоростной.

Об истории возникновения МКПП

Первый запатентовавший МКПП человек – Луи Рено – в своей «лаборатории».

Заокеанский пионер автопрома – Генри Форд – не копировал достижения немецких и французских инженеров, а шёл своим путём. Его механическая коробка передач состояла из нескольких планетарных шестерён (сателлитов), которые вращались вокруг центральной («солнечной») шестерни и фиксировались при помощи водила. Именно такой – планетарной КПП оснащались первые массовые серийные автомобили «Форд А».

Не менее важным техническим решением, чем изобретение коробки на зубчатых шестернях различного диаметра, стало изобретение синхронизатора, которое сделал в 1928 году Шарль Кетеринг из «Дженерал Моторс». Оно сделало механические коробки передач более лёгкими в управлении, придало им новый импульс развития и «техническое долголетие».

Устройство механической коробки переключения передач

С момента изобретения Луи Рено прошло уже более 120 лет но главный принцип ступенчатой шестерёнчатой коробки передач остался тем же. Современные МКПП, разумеется, гораздо более совершенны: в них стоят шестерни не с прямым, а косозубым зацеплением, и они более удобные, бесшумные и долговечные. В целом, автомобили с «механикой» экономичнее, чем машины с автоматической коробкой передач.

Состоит механическая КПП из набора косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для создания различных передаточных чисел между коленчатым валом мотора и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём перемещения как самих шестерён, так и специального устройства – синхронизатора. Его задача – уравнивать (синхронизировать) окружные скорости включаемых в зацепление шестерён.

Принцип таков, что, чем выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется низшей, а передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения осуществляется от малой шестерни к большой и, при высокой частоте вращения коленвала, скорость движения автомобиля остается низкой, а сила тяги – высокой. На высшей передаче, соответственно, – наоборот. В нейтральном положении крутящий момент от мотора на ведущие колёса не передается, и машина катится по инерции либо стоит.

Устройство механической коробки переключения передач

Большинство серийных современных автомашин, оснащённых механической коробкой переключения передач, имеют  5 «скоростей», или скоростей движения вперед. Несколько десятков лет назад большинство автомобильных МКПП были четырёхскоростными. Механическими коробками с шестью и более скоростями, как правило, комплектуются «заряженные» спортивные машины или джипы.

С технической точки зрения, механическая коробка передач представляет собой закрытый ступенчатый редуктор. Рабочими элементами его конструкции являются зубчатые колёса – шестерни, которые поочерёдно приходят в зацепление, изменяя обороты входного и выходного вала, а также их частоту. Переключение соединений и комбинаций шестерён происходит вручную.

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением. Данный узел предназначен для временного разъединения мотора и трансмиссии. Эта операция нужна для безболезненного и безопасного перехода зацепления с одной шестерни на другую,без выключения оборотов двигателя, и при их полном сохранении.

Виды компоновки механических КПП

Получившими повсеместное распространение компоновками механических коробок переключения передач стали двух- и трёхвальные. Они называются так по количеству параллельно расположенных валов, на которых и расположены косозубые шестерни.

В трёхвальной МКПП находятся три вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Первый соединён со сцеплением, на его поверхности имеются шлицы. По ним передвигается ведомый диск сцепления. С данного вала энергия вращения передаётся на жестко соединённый с ним шестернёй промежуточный вал.

Ведомый вал является соосным с валом ведущим, соединённым с ним через подшипник, который находится внутри первого вала. Поэтому данным осям обеспечено независимое вращение. Блоки «разнокалиберных»шестерней ведомого вала не имеют жёсткой фиксации с ним, а также разграничены специальными муфтами-синхронизаторами. Вот они жёстко закреплены на ведомом валу, но могут перемещаться вдоль вала по шлицам.

Виды компоновки механических КПП

На торцах муфт нанесены зубчатые венцы, которые могут соединяться с аналогичными венцами на торцах шестерён ведомого вала. Современные стандарты производства коробок передач предполагают наличие таких синхронизаторов на всех передачах для движения вперёд.

В двухвальной механической КПП также обеспечено соединение ведущего вала с блоком сцепления. В отличие от трёхосной конструкции, на ведущей оси находится набор шестерёнок, а не одна. Промежуточный вал отсутствует, а с ведущем запараллелен ведомый вал. Шестерни обоих валов свободно вращаются и всё время находятся в зацеплении.

На ведомом валу имеется жёстко закреплённая ведущая шестерня главной передачи. Между остальными шестернями находятся синхронизационные муфты. Подобная схема механической коробки передач в смысле работы синхронизаторов похожа на трёхвальную компоновку. Разница же в том, что прямая передача отсутствует, а каждая ступень имеет только одну пару соединённых шестерёнок, а не две пары.

С одного конца ведомого вала в жёстком зацеплении находится главная передача. В корпусе главной передачи работает дифференциал.

Двухвальная компоновка механической коробки передач имеет больший КПД, чем у трёхвальной, однако она имеет ограничения по повышению передаточного числа. За счёт данной особенности, двухвальная конструкция МКПП применяется исключительно в легковых автомобилях.

Виды компоновки механических КПП-01

В редких случаях на современных автомобилях могут также использоваться четырёхвальные коробки передач. Но по принципу своей работы они тоже соответствуют двухвальным– без промежуточного вала, с передачей вращения с первичного вала сразу на вторичные. Чаще всего, это механические КПП с 6-ю передачами переднего хода. В них крутящий момент передаётся с первичного вала на главную передачу через первый, второй и третий вторичные валы, концевые шестерни которых постоянно зацеплены с шестернёй главной передачи.

Обеспечение заднего хода автомобиля возложено на дополнительный вал со своей специальной шестернёй. При переходе её в зацепление начинается вращение ведомого вала в обратную сторону. На задней передаче синхронизатора нет, поскольку задний ход задействуется только при полной остановке автомобиля. Во всяком случае, так нужно делать. Поэтому на МКПП автомашин многих производителей имеется защита от случайного включения заднего хода на ходу (нужно поднять специальное кольцо на рычаге для переведения его в положение заднего хода).

Последовательность работы МКПП. Роль синхронизаторов

Когда включен нейтральный режим, то вращение шестерён происходит свободно, а все муфты-синхронизаторы расположены в разомкнутом положении. Когда водитель выжимает сцепление и переключает рычаг на одну из ступеней, специальная вилка в КПП перемещает муфту в зацепление с соответствующей парой на торце шестерни. И шестерня жёстким образом фиксируется с валом и не прокручивается на нём, а обеспечивает передачу вращения и энергии усилия.

Во время движения механизм переключения передач приводится в действие с места водителя автомобиля с помощью рычага переключения передач. Этот рычаг перемещает ползуны с вилками, которые, в свою очередь, передвигают синхронизаторы и задействуют нужную скорость.

Последовательность работы МКПП. Роль синхронизаторов

Пары шестерён двух низших передач имеют самые большие передаточные числа (на легковых машинах – обычно от 5:1 до 3,5:1), и применяются для трогания с места и поступательного разгона, а также при необходимости постоянного движения с невысокой скоростью, либо по бездорожью. При движении на низших передачах даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать довольно медленно, но при этом в полной мере будут использоваться его мощность и крутящий момент. Наоборот, чем выше передача, тем выше скорость автомобиля на том же уровне оборотов двигателя, а его сила тяги меньше. На высших передачах автомобиль не сможет тронуться с места или ехать на низких скоростях. Зато он может передвигаться на больших, вплоть до максимально предусмотренной, скоростях, при средних оборотах двигателя.

В абсолютном большинстве современных МКПП расположены шестерни с косым зубом, которые способны выдерживать большие усилия, чем прямозубые, к тому же они менее шумные в работе. Изготавливаются косозубые шестерни из высоколегированной стали, и на финальном этапе производства выполняется закалка на ТВЧ и нормализация для снятия напряжений, обеспечивающие долговечность деталей.

До появления синхронизаторов для безударного включения более высокой передачи водителям нужно было производить двойной выжим, с обязательной работой в течение нескольких секунд на нейтральной передаче, для равнения окружных скоростей шестерней. А для перехода на более низкую передачу надо было сделать перегазовку, чтобы выровнять обороты ведущего и ведомого валов. После введения синхронизаторов необходимость в этих манипуляциях отпала. И шестерни стали защищёнными от ударных нагрузок и преждевременного износа.

Последовательность работы МКПП. Роль синхронизаторов (2)

Впрочем, и современной легковой автомашине эти «навыки из прошлого» также могут пригодиться. К примеру, они помогут переключить-таки передачу в случае выхода из строя сцепления, или если возникнет необходимость в резком торможении двигателем, при отказавшей рабочей тормозной системе.

что это такое, как пользоваться автоматической коробкой передач (устройство и принцип работы)

В последнее время все больше автотранспортных средств оборудуются автоматической трансмиссией. Она более легкая и удобная в использовании и идеально подходит для новичков и движению в городе с пробками и регулярными остановками.

Содержание статьи:

Что такое АКПП и ее виды

Автоматическая коробка переключения передач — один из видов трансмиссии, при которой без вмешательства водителя выставляется необходимое передаточное число, подобранное под режим движения и другие факторы.

С технической точки зрения автоматической КПП считается только планетарная часть узла, напрямую связанная с переключением передач, и совместно с гидравлическим трансформатором образовывает единый автоматический агрегат.

К автоматическим коробкам передач принято относить классическую с гидротрансформатором, роботизированную КПП и вариатор.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторная КПП является популярной и классической моделью трансмиссии, устанавливаемой на большинстве сходящих с конвейера в настоящее время автомобилях.

Читайте также: VIN номер автомобиля: зачем нужен и как его расшифровать

Коробка автомат состоит из планетарного редуктора передач, управляющей системы и гидравлического трансформатора, который и дал ей название — гидротрансформаторная КПП. Устанавливается как на легковых автомобилях, так и на грузовых транспортных средствах.

Роботизированная КПП

Коробка робот является своеобразной альтернативой механической КПП, только переключение скоростей происходит автоматизировано посредством электрических механизмов, приводящихся в действие электронным блоком.

Единственным сходством роботизированной КПП с классической автоматической коробкой является наличие сцепления в самом корпусе коробки.

Вариатор

Вариатор — устройство плавной бесступенчатой передачи крутящего момента на колеса.

Обеспечивает уменьшение расхода топлива и улучшает динамические показатели, щадящее состояние работы двигателя автотранспорта по сравнению с АКПП или МКПП.

Вариаторы бывают ременные, цепные и тороидальные. Из вариаторов наиболее распространен с клиновидным ремнем.

Принцип работы АКПП

На автотранспорт устанавливается несколько видов автоматических КПП со своими характерными особенностями.

Упрощенно механизм работы классической АКПП состоит в передачи крутящего момента от коленвала двигателя на устройства трансмиссии, при этом происходит варьирование передаточного числа в соответствии с положением рычага селектора и условиями передвижения автотранспорта.

При пуске двигателя в гидравлический трансформатор попадает рабочая жидкость, давление увеличивается. Лопасти центробежного насоса начинают двигаться, реакторное колесо и главная турбина неподвижны в таком режиме.

При переключении рычага селектора и подачи топлива с помощью педали акселератора, лопасти насоса увеличивают обороты. Возрастающая скорость движения вихревых потоков начинает вращать лопасти турбины. Вихри масла то перекидываются к неподвижному реактору, то возвращаются назад к турбине, увеличивая ее эффективность. Крутящий момент переходит на колеса, и машина начинает движение.

Читайте также: Как реанимировать аккумулятор автомобиля в домашних условиях

По достижении требуемой скорости насосное колесо и лопастная центральная турбина движутся с одинаковой скоростью, при этом вихри трансмиссионной жидкости попадают на реакторное колесо с противоположной стороны (движение возможно только в одну сторону) и оно начинает вращение. Агрегат переходит в состояние гидравлической муфты.

Если противодействие на колеса возрастает (движение на подъем), реакторное колесо останавливает вращение и добавляет крутящий момент центробежному насосу. При достижении требуемой скорости и крутящего момента происходит смена передачи в планетарном узле.

Электронный блок управления передает команду, вследствие чего тормозящая лента и фрикционные диски замедляют пониженную передачу, а увеличившееся движение потоков жидкости через клапан разгоняют повышенную передачу и обеспечивается изменение передач без уменьшения мощности.

При полной остановке машины или уменьшении скорости, давление рабочей жидкости снижается и происходит понижение передачи.

На заглушенном двигателе в гидротрансформаторе отсутствует давление, поэтому запуск автомобиля с помощью толчка неосуществим.

Устройство коробки автомат

Классический автомат состоит из четырех основных компонентов:

  • Гидравлический трансформатор — заменяет сцепление, преобразовывает и передает крутящий момент на колеса. Состоит из центробежного насоса, лопастной турбины и реактора, обеспечивающего плавные и точные перемены крутящего момента. Насос связан с коленвалом, а турбина — с валом коробки. Трансформация энергии осуществляется за счет потоков жидкости и давления, образованного ими. Гидротрансформатор изменяет обороты вращения и крутящий момент в незначительном интервале, поэтому к нему добавляют планетарный узел (коробку).
  • Планетарный редуктор состоит из центральной шестеренки (солнечной), сателлитов, коронной шестеренки и планетарного водила. Производит переключение передач за счет блокирования одних шестеренок и разблокирования других.
  • Тормозная лента, задний и передний фрикционные диски обеспечивают непосредственное включение передач.
  • Система управления состоит из шестереночного насоса, маслосборника, гидравлического блока и электронного блока управления (ЭБУ). Гидравлический блок состоит из каналов с соленоидами (клапанами) и плунжерами, осуществляющими функции контроля и управления. ЭБУ осуществляет управление за счет сведений от датчиков, собирающих разнообразные показатели.

Роботизированная КПП является более совершенным вариантом МКПП с высокопродуктивными системами управления.

В вариаторе трансформация передаточного числа выполняется механизмом, имеющим в составе ведущий и ведомый шкивы, через которые проходит клиновидный ремень.

Как пользоваться автоматической коробкой передач

По утверждениям автослесарей в СТО, основные неисправности автоматических трансмиссий появляются вследствие нарушения правил эксплуатирования и несвоевременного техобслуживания коробки.

Режимы работы

В зависимости от вида автоматических коробок существуют различные режимы АКПП. Каждое положение рычага селектора или кнопки на нем предназначены для разных условий движения со своими особенностями.

Основные виды режимов АКПП и их влияние на работу автомобиля:

  • Р (паркинг) — блокировка ведущих колес, вала коробки, используется только при нахождении на стоянке и прогреве;
  • N (нейтраль) — вал не блокирован, автомобиль можно буксировать, равносильно нейтральной передачи у МКПП;
  • D (драйв) — движение в нормальных условиях с автоматическим подбором передач;
  • L (D2) — пониженная передача для движения в тяжелых условиях — бездорожье, крутые спуски и подъемы, скорость менее 40 км/ч;
  • D3 — понижение передачи при небольших спусках и подъемах;
  • R (реверс) — движение задним ходом, включается при полной остановке и нажатой педали тормоза;
  • О/D — включение четвертой передачи при движении на высокой скорости;
  • PWR — спортивный режим, для улучшения динамических качеств повышение передачи происходит на более высоких оборотах двигателя;
  • Normal — для плавного и экономичного движения;
  • Manu — ручной режим включения передач, рекомендуется для использования зимой.

Как заводить машину на автомате

Особенности работы автоматической КПП требуют грамотного запуска. Для защиты коробки от неправильных действий и последующих поломок были разработаны степени защиты.

В момент запуска автомобиля селектор должен находиться в положении «Р» (парковка) или «N» — нейтраль. Только в таких положениях система защиты даст пройти сигналу о пуске двигателя. В других положениях рычага повернуть ключ не получится или никаких изменений после оборота ключа не будет.

Для старта лучше воспользоваться парковочным режимом, так как у автотранспорта будут блокированы ведущие колеса и это не позволит ему скатиться. Нейтральный режим следует использовать только для экстренной буксировки.

Читайте также: АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле

Помимо выбора правильного режима, для запуска двигателя в большинстве автомобилей с АКПП необходимо выжать тормозную педаль, что тоже является защитой и спасает от случайного отката машины при положении селектора в режиме «нейтраль».

Большинство современных автомобилей оборудованы блокировкой рулевого колеса и замком от угона. Если при правильном выполнении всех предыдущих действий руль не крутится и ключ не проворачивается — включилась защита. Для разблокирования требуется вставить ключ в замок зажигания и попробовать аккуратно его повернуть, одновременно крутя руль в разные стороны. При синхронности этих действий блокировка снимется.

Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать

Грамотная езда на автомобиле с АКПП увеличат эксплуатационный ресурс коробки и сэкономит немало средств и нервов.

Для обеспечения долговременной работы АКПП необходимо правильно подбирать режимы в зависимости от условий эксплуатации.

Для правильной езды с АКПП следует:

  • трогаться после толчка, показывающего полное включение передачи;
  • в условиях буксования следует включить пониженную передачу и, работая педалью тормоза, контролировать медленное вращение колес;
  • используя разные режимы можно применять торможение двигателем или ограничить разгон;
  • возможно буксирование автотранспорта с заведенным двигателем на скорости не больше 50 км/ч в положении селектора «нейтраль» и на расстояние не более 50 км;
  • не рекомендуется буксировать другое транспортное средство, если приходится — буксируемый автомобиль должен быть не тяжелее буксирующего, режим выбрать надо D2 или L и скорость до 40 км/ч при плавном движении.

Чего не стоит делать при езде с АКПП:

  • запрещено включать режим «Р» — паркинг при движении автомобиля;
  • движение на нейтрали по спуску;
  • запуск с толчка;
  • при кратковременной остановке (на светофоре, в пробке) выбирать парковочный режим или нейтраль, это уменьшает ресурс АКПП;
  • при длительной остановке в городском режиме селектор нужно поставить в положение «паркинг»;
  • запрещено включение заднего хода с режима «драйв» или до полной остановки;
  • нельзя на склоне сначала ставить парковочный режим, при парковке машины на уклоне следует сначала поставить на ручной тормоз, а потом в положение селектора «паркинг», для начала движения с уклона сначала педаль тормоза, потом снятие машины с ручника, а только потом выбрать режим для движения.

Как эксплуатировать АКПП зимой

Суровые погодные условия зимой приносят много забот и проблем хозяевам автомобилей с АКПП.

Рекомендации для правильной эксплуатации автомобиля с АКПП зимой:

  • правильный прогрев коробки — несколько минут после запуска автотранспорт должен прогреваться, перед началом движения рекомендовано при выжатой тормозной педали поочередно включать все режимы для ускорения прогрева трансмиссионного масла;
  • первые 5-10 км после начала движения следует избегать резких разгонов и пробуксовывания колес;
  • чтобы выбраться со снега или льда необходимо включить пониженную передачу и используя поочередную работу педалью тормоза и газа аккуратно выехать;
  • раскачка не рекомендуется, так как этот метод пагубно отразится на гидротрансформаторе;
  • использование пониженных передач или полуавтоматического режима для торможения двигателем на более или менее сухом дорожном покрытии, а на скользких спусках пользоваться педалью тормоза;
  • на заледеневших подъемах следует избегать пробуксовки колес и резких нажатий на педаль акселератора;
  • кратковременный, но четкий и аккуратный, переход на режим «нейтраль» способствует стабилизации машины выравниванием вращения колес и выходу из заноса.

Плюсы и минусы автоматической КПП

На каждый вид трансмиссии найдется свой любитель. В связи все с большим распространением автоматических КПП следует обозначить их плюсы и минусы для грамотного подбора под нужды автовладельца.

Читайте также: Автомобильные номера как они расшифровываются и какие есть

Плюсами являются:

  • автоматическое переключение передач, при котором не нужно отвлекаться, что особенно актуально для начинающих водителей;
  • облегченный процесс трогания с места;
  • более щадящая эксплуатация ходовой части и двигателя благодаря работе гидротрансформатора;
  • улучшенная проходимость в большинстве условий.

К минусам можно отнести:

  • не подходит для любителей быстрых разгонов;
  • более низкая приемистость по сравнению с аналогичным автомобилем с МКПП;
  • невозможно завести с толчка;
  • буксирование нежелательно и возможно только при соблюдении определенных условий;
  • неправильная эксплуатация приводит к поломкам;
  • дорогой ремонт и обслуживание.

При правильном эксплуатировании машины с АКПП ресурс коробки достаточно высок и практически не уступает МКПП. Комфортность вождения, особенно в городских условиях, доставит немало приятных минут.

Механическая коробка передач: принцип работы для чайников

Автоликбез19 апреля 2017

Чтобы сдвинуть автомобиль с места и разогнать его, нужно мощность двигателя (крутящий момент) преобразовать и передать на ведущие колеса. Но как это реализовать, когда мотор уже работает на холостом ходу и его коленчатый вал вращается, а машина стоит на месте? Задачу способен решить простейший трансмиссионный агрегат из ныне существующих – механическая коробка передач (МКПП).

Рычаг МКПП Помимо нее, в современных авто используются автоматические и вариативные виды трансмиссии, но это более сложные и дорогие устройства.

Зачем нужна МКПП?

Первая причина ясна – надо как-то подключить вращающийся вал двигателя к приводам колес, чтобы тронуться с места. Есть и вторая: силовой агрегат развивает рабочую мощность (иначе – максимальный крутящий момент) при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала. Для большинства бензиновых двигателей этот порог составляет 3000 об/мин, для дизельных – 2000 об/мин.

Пока число оборотов коленчатого вала не достигнет нижнего порога, мотор не сможет развить нужную мощность и создать усилие, достаточное для движения.

Для чайников, то бишь, новичков, желающих разобраться в работе автомобильных узлов, предлагается такое пояснение:

  1. Во время работы на месте (холостой ход) количество оборотов коленвала составляет 800-900 об/мин. Чтобы начать движение, развиваемой мощности недостаточно и нужно поднять ее за счет нажатия на газ и повышения оборотов до 2-3 тыс. в минуту. В этот момент и нужно подключить привод колес, что выполняется с помощью коробки передач.
  2. Без МКПП разгон автомобиля выйдет плавным и невероятно долгим, а если попадется подъем, то машина не разгонится никогда. Причина та же – нехватка мощности. Для повышения динамики нужен преобразователь усилия, способный замедлить вращение, но увеличить крутящий момент.
  3. Для разворота и парковки машине нужен задний ход, его также обеспечивает механическая коробка передач.

R - задняя передача на МКППЕсли между колесным приводом и коленчатым валом поставить зубчатую передачу с шестеренками разного размера, то колеса станут вращаться медленнее. Но при этом на каждом колесе возрастет усилие (на жаргоне – тяга) и разгон автомобиля ускорится. А плавное подключение вращающихся элементов обеспечит другой узел МКПП – сцепление.

Работа сцепления

Понять принцип работы узла сцепления поможет такой пример: представьте вращающийся металлический стержень с диском на конце, символизирующий коленвал с маховиком. Если к плоскости диска подвести другой диск, то после соприкосновения он тоже станет крутиться. Так в общих чертах и действует автомобильное сцепление, только второй диск насажен на вал, идущий дальше, к шестеренчатой передаче.

Система действует за счет силы трения, поэтому соприкасающиеся поверхности имеют специальное антифрикционное покрытие. Диск сцепления в механической трансмиссии двигается рычагом в виде вилки. Механически рычаг не связан с педалью сцепления, он перемещается гидроцилиндром. Нажатие на педаль сжимает жидкость в этом цилиндре, поршень выдвигается и перемещает рычаг.

Устройство сцепленияАлгоритм работы сцепления при движении с места следующий:

  1. На холостом ходу коленвал и первичный вал МКПП крутятся, поскольку диски находятся в зацеплении.
  2. Нажатием на педаль водитель отодвигает диск и вал трансмиссии останавливается. Теперь его можно подключить к шестеренчатой передаче путем выбора первой скорости.
  3. Нажав на газ, водитель добивается повышения оборотов и медленно отпускает педаль сцепления. Диски снова входят в зацепление и машина трогается с места.

Разрывать механическую связь с помощью сцепления нужно и дальше, при переходе на другую скорость. Чтобы разобраться в данном процессе, нужно понять, как работает сама коробка скоростей.

Работа механической коробки

Агрегат состоит из таких основных элементов:

  • корпус с масляным картером;
  • три вала с шестеренками – первичный, вторичный и промежуточный;
  • устройства синхронизации;
  • рукоять переключения с вилочными приводами перемещения шестерен.

С помощью рукоятки водитель меняет пары шестерен, входящие в зацепление с приводами от двигателя и колес. Шестерни подобраны таким образом, чтобы обеспечить нужный крутящий момент на колесном приводе при разных режимах движения. На первых ступенях выходного вала задействованы шестеренки большего диаметра, чтобы главная передача вращалась медленнее, но с большим усилием. На III, IV и V скорости размер шестерен уменьшается и в итоге при движении на высокой скорости число оборотов привода и коленвала совпадает.

Схема работы МКППЗубья шестерней выполнены под углом с целью снижения шума трансмиссии. Чтобы при вхождении в зацепление на ходу зубья не переломались и не возникло удара, синхронизатор уравнивает скорости вращения соседних шестеренок. Это происходит в момент, когда водитель выжимает сцепление и переводит рукоять на другую позицию.

Механическая КПП является наиболее простой и надежной трансмиссией, устанавливаемой на автомобили с различной грузоподъемностью. Чем она отличается от автоматической и вариативной, – так это низкой стоимостью при высокой ремонтопригодности, а это влияет и на общую цену авто. Неудобство одно: водителю нужно постоянно манипулировать педалями акселератора и сцепления, чтобы своевременно переключаться на другую скорость при изменении режима движения.

Как работает АКПП | Устройство автоматической коробки передач

как работает акпп

Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.

 

Что такое АКПП?

Автоматическая коробка переключения передач — это важный конструктивный элемент трансмиссии транспортного средства, служащая для изменения крутящего момента, направления, а также скорости движения т.с. и для длительного разъединения двигателя от трансмиссии. Различают бесступенчатые (Вариатор), ступенчатые (Гидроавтомат) и комбинированные коробки передач (Роботизированные коробки типа «DSG»).

 

 

 

 

Не секрет, что трансмиссия оказывает основное влияние на динамику автомобиля. Производители постоянно испытывают и внедряют новейшие технологии в наши автомобили. Тем не менее большинство автомобилистов предпочитают эксплуатировать автомобили с механической коробкой передач, так как считают, что головной боли последняя приносит гораздо меньше. Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.

 

Что лучше МКПП или АКПП


Как правило, наш отечественный автолюбитель к автоматическим коробкам передач относится с определенными  предубеждениями. Видимо причиной тому наше хроническое нежелание перекладывать на чужие плечи свою проблему и  попытка самостоятельного ее устранения. К примеру, американцы, а ведь именно они придумали АКПП, этим не страдают. В Америке весьма не популярны механические коробки переключения передач и только 5% американских автолюбителей из ста пользуются механикой. Популярность АКПП и в Европе растет из года в год огромными темпами. Конечно же поклонники автомата есть и среди наших соотечественников, вот только правильно эксплуатировать их получается далеко не у всех. По утверждению автомехаников, именно несвоевременное тех. обслуживание и неправильная эксплуатация, зачастую служит первопричиной всех неисправностей автоматической коробки передач.


 

 

Как работает АКПП?

Для того, чтобы понять принцип работы автоматической коробки передач — мы условно распределим ее на три части: гидравлическая, электронная и механическая. Как можно догадаться, механическая часть отвечает непосредственно за переключение передач. Гидравлическая передает крутящий момент и создает воздействие на механическую. Электронная — это мозг, который отвечает за переключение режимов (селектор) и обратную связь с системами автомобиля.

 

Как известно сердцем машины является двигатель, в случае с коробкой передач это так же уместно. Трансмиссия должна преобразовывать мощность и крутящий момент двигателя таким образом, чтобы обеспечить для движения транспортного средства необходимые условия. Большую часть этой тяжелой работы выполняет гидротрансформатор (он же «бублик») и планетарные передачи.

 

Гидротрансформатор в зависимости от частоты вращения колес и нагрузки изменяет крутящий момент автоматически и выполняет функции сцепления (как в механической коробке). В свою очередь гидротрансформатор состоит из пары лопастных машин — центростремительной турбины и центробежного насоса, а также между ними расположен направляющий аппарат-реактор.

Турбина с насосом максимально сближены, а их колеса имеют форму, которая обеспечивает непрерывный круг циркуляции рабочих жидкостей. Именно благодаря этому у гидротрансформатора минимальны габаритные размеры и минимальны потери энергии при перетекании жидкостей от насоса к турбине. Коленвал двигателя связан с насосным колесом, а вал коробки передач с турбиной. В виду этого в гидротрансформаторе нет жесткой связи между ведомыми и ведущими элементами, потоки рабочих жидкостей осуществляют передачу энергии от двигателя к трансмиссии, которая с лопаток насоса отбрасывается на лопасти турбины.

 

Как работает АКПП видео:

 

Гидромуфта и гидротрансформатор

Гидротрансформатор акпп схема

 

 

Собственно говоря, гидромуфта работает по такой же схеме, не трансформируя его величину она передает крутящий момент. Реактор введен в конструкцию гидротрансформатора для того чтобы изменять момент. В принципе это такое же колесо с лопатками только жестко посаженное на корпус и до определенного времени не вращающееся. На пути по которому возвращается масло из турбины в насос расположен реактор. Особый профиль имеют лопатки реактора, сужаются постепенно межлопаточные каналы. Благодаря этому скорость рабочих жидкостей текущих по каналам направляющего аппарата, понемногу увеличивается, а выбрасываемая в сторону вращения насосного колеса из реактора жидкость подгоняет и подталкивает его. 


Из чего состоит АКПП?

из чего состоит акпп

 

1. Гидротрансформатор — сходен со сцеплением в мех.коробке, но управления непосредственно водителем не требует.
2. Планетарный ряд — сходен с блоком шестерен в мех.коробке и изменяет придаточное отношение в автомате при переключении передач.
3. Тормозная лента, задний фрикцион, передний фрикцион — они служат для непосредственного переключения передач.
4. Устройство управления — это целый узел состоящий из шестеренчатого насоса, клапанной коробки и маслосборника. Клапанная плита (гидроблок) — это система каналов с клапанами (соленоидами) и плунжерами, выполняющими функции контроля и управления, также преобразует нагрузку двигателя, степень нажатия на акселератор и скорость движения в гидравлические сигналы. На основании таких сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически меняются передаточные числа.  

 

Гидротрансформатор                                                                                 Планетарный ряд

Гидротрансфрматор акпп фотоЧто такое планетарный ряд

Тормозная лента                                                                                          Пакеты фрикционов

Что такое планетарный ряд


Гидротрансформатор (torque converter ) — предназначен для того чтобы передавать крутящий момент от двигателя к компонентам АКПП. Установлен он в кожухе расположенном между коробкой и двигателем выполняя функции сцепления. Наполненный рабочей жидкостью в процессе работы он несет высокие нагрузки вращаясь с довольно большой скоростью. Он, поглощая и сглаживая вибрации двигателя и передавая крутящий момент, приводит в действие  насос для масла, который находится в коробке передач.

 

Масляный насос в свою очередь трансмиссионной жидкостью наполняет гидротрансформатор создавая тем самым нужное давление в системе контроля и управления. Поэтому мнение о том, что машину с автоматом можно принудительно завести без стартера разогнав ее до большой скорости, является ошибочным. Энергию шестеренчатый насос получает только от двигателя, при неработающем двигателе давление в системе контроля и управления отсутствует вне зависимости от того в каком положении находится ручка рычага переключения скоростей. Поэтому вращение карданного вала принудительно не заставит коробку заработать, а двигатель — завестись. 

 

Планетарный ряд — в отличие от «механики», где сцепляющиеся между собой шестеренки и параллельные валы, в «автоматах» в основном используются передачи планетарные.
 

Составные части фрикциона — давлением масла в движение приводится поршень (piston). Поршень двигаясь под давлением масла, посредством конического диска ( dished plate) прижимает очень плотно ведомые к ведущим дискам пакета, от чего они вращаются единым целым и осуществляют передачу крутящего момента от барабана к втулке. Несколько планетарных механизмов, обеспечивающие необходимые передаточные отношения, расположены в корпусе коробки передач.

 

Передачу же крутящего момента от двигателя через механизмы планетарные непосредственно к колесам осуществляется при помощи фрикционных дисков, дифференциала и прочих сервисных устройств. Посредством трансмиссионной жидкости через систему контроля и управления происходит управление всеми перечисленными устройствами.

 

Тормозная лента — устройство посредством которого  осуществляется блокировка элементов планетарного ряда.

 

Гидроблок — сложнейший механизм в автоматической коробке. Как мы уже писали выше, это мозги трансмиссии. Наиболее дорогстоящая по ремонту деталь.

 

Устройство АКПП Видео


Виды АКПП | Сравнение с механикой | Достоинства и недостатки

Постоянное повышение качества эксплуатации современного транспортного средства неизбежно привело к заметному конструкционному усложнению. Благоприятным образом на двигателе, скоростных качествах и ходовой части  отразилось оборудование автомобиля коробкой-автоматом, что к тому же позволило частично облегчить нагрузку водителя в движении. Благодаря простоте в эксплуатации и надежности, использование данного изобретения обрело широкое применение.

 

В наше с вами время АКПП широко применяются как в легковых и полноприводных авто, так и на грузовиках. Водителю на автомобиле с механической коробкой переключения передач для того чтобы двигаться с нужной скоростью нужно довольно часто «дергать» рычаг переключения передач также он должен самостоятельно следить за скоростью и нагрузкой.Использование коробки-автомата отменяет эти необходимости.

 

На лицо явные преимущества автомата перед механикой, такие как:

 

  1. Комфортность управления автомобилем повышается ;
  2. Плавно производятся автоматические переключения скоростей ;
  3. Ходовая часть и двигатель защищает от перегрузок;
  4. Возможно как автоматическое, так и ручное переключение передач.

 

Применяемые на сегодня АКПП условно делятся на два типа. Различаются эти типы в основном системами контроля и управления за использованием трансмиссии.

 

  1. У первого типа АКПП управление и контроль выполняется определенным гидравлическим устройством.
  2. Эту же функцию в АКПП второго типа выполняет электронное устройство. Роботизированные коробки.

 

Приведем вполне конкретные примеры:

 

Предположим, машина, двигается по равнинному отрезку дороги, участок с крутым подъемом. Какое-то время мы не трогаем педаль акселератора и наблюдаем за реакцией гидротрансформатора при изменении условий движения. При увеличении нагрузки на ведущие колеса автомобиль теряет скорость. Как следствие частота вращения турбины падает. Это влияет на противодействие движению рабочих жидкостей внутри гидротрансформатора. От чего возрастает скорость циркуляции, это автоматически увеличивает крутящий момент на валу турбинного колеса до возникновения равновесия между ним и моментом сопротивления движению.

 

Точно так автомат работает при трогании с места. Только теперь самое время задействовать акселератор — после этого обороты коленвала увеличиваются и насосного колеса тоже, а машина и турбина были неподвижны, однако проскальзывание внутри гидротрансформатора не препятствовало холостой работе двигателя. В таком случае в максимальное количество раз трансформируется крутящий момент. Но по достижению необходимой скорости  преобразование крутящего момента становится не нужным. При помощи автоматически действующей блокировки гидротрансформатор превращается в звено, которое жестко связывает ведомый и ведущий валы. При такой блокировке внутренние потери исключаются,  значение передачи КПД увеличивается, при этом режиме движения расход топлива уменьшается и повышается эффективность торможения двигателем при замедлении.

Реактор освобождается и вращается с турбинным и насосным колесами для снижения всех тех же потерь.


С какой же целью КПП присоединяют к гидротрансформатору, когда тот самостоятельно в зависимости от нагрузок на ведущие колеса может величину крутящего момента изменять?

Гидротрансформатор способен изменять крутящий момент с коэффициентом 2-3.5 не более. А для эффективной работы трансмиссии таких диапазонов изменения придаточных чисел явно недостаточно. Также иногда встает необходимость включать заднюю передачу или нейтральную. Коробки-автомат имея зубчатые зацепления все же многим отличаются от механических коробок, к примеру, передачи они переключают без разрывов потока мощности при помощи многодисковых фрикционных муфт приводимых гидравликой и ленточных тормозов. В зависимости от скорости машины и интенсивности нажатия на педаль акселератора автоматически выбирается нужная передача, она то и интенсивность разгона и определяет.

 

как работает автоматическая коробкаОпределяет нужную передачу электронный и гидровлический блоки управления автоматической коробкой передач. Водитель же помимо нажатия на педаль газа может выбрать режимы спортивный или зимний (у таких режимов акпп индивидуальный алгоритм переключения передач), а также может выбрать режим который помогает передвигаться по участкам пути со сложным рельефом (в этом режиме автомат не сможет переключится выше определенной передачи).

как работает автоматическая коробка передач
В состав АКПП кроме планетарного механизма и гидротрансформатора также входит насос снабжающий гидроблок с гидротрансформатором рабочей жидкостью и смазывая коробку, а охлаждает рабочую жидкость, которая имеет свойство перегреваться, входящий в состав коробки-автомата радиатор охладления акпп.

 


Отличия в устройстве АКПП заднеприводных и переднеприводных автомобилей

Есть также несколько различий в устройстве и компоновке автоматических трансмиссий заднеприводных и переднеприводных автомобилей. У переднеприводных автомобилей АКПП более компактна и внутри корпуса имеет отделение главной передачи т. е. дифференциал. В остальном функции и принципы действия всех АКПП одинаковы. Для обеспечения движения и выполнения всех функций АКПП оснащена такими узлами, как: гидротрансформатор, узел управления и контроля, коробка передач и механизм выбора режима движения.

 

Заднеприводный автомобиль                                                           Переднеприводный автомобиль

 


принцип работы и схема автоматической коробки

Что такое АКПП?

Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

Устройство АКПП

Устройство АКПП

История появления

Первая разработка, которую можно отнести к классу АКПП появилась в 1908 на заводе Форд в Америке. Модель Т, была оснащена планетарной, пока еще механической коробкой передач. Данное устройство не было автоматическим, и требовало от водителей определенного набора навыков и действий для управления, но была значительно проще в использовании, чем распространенные в то время МКПП без синхронизации.
Вторым важным этапом в появлении современных АКП был перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод в 30-х годах 20 века фирмой Дженерал Моторс. Такие АКПП назывались полуавтоматическими.
Первая по-настоящему автоматическая планетарная КПП «Коталь» была установлена в Европе в 1930 году. В это время различные фирмы в Европе разрабатывали системы фрикционов и тормозных лент.

Чертеж КПП «Коталь»

Чертеж КПП «Коталь»

Первые АКПП были очень дорогими и ненадежными, пока в конце 30-х годов не начались эксперименты по внедрению гидравлических элементов в их конструкцию для замены сервоприводов и электромеханических элементов управления. Этим путем развития пошла фирма Крайслер, которая и разработала первый гидротрансформатор и гидромуфту.
Современные конструкции АКПП были изобретены в 40–50 года 20 века американскими конструкторами.
В 80-ые годы 20 века АКПП начали оснащаться компьютерным управлением, для топливной экономии, появились 4-х и 5-ти ступенчатые АКПП.

Устройство автоматической коробки передач и принципы работы

Основные элементы конструкции АКПП всегда одинаковые:
Гидротрансформатор, который выполняет роль cцепления. Через него и передается вращательное движение на колеса автомобиля. Его главная задача обеспечивать равномерное вращение без толчков. Гидротрансформатор состоит из больших колес с лопастями, погруженными в гидротрансформаторное масло. Передача момента осуществляется не за счет механического устройства, а с помощью масляных потоков и давления. В гидротрансформаторе располагается и реактор, ответственный за плавные и качественные изменения крутящего момента на колесах автомобиля.

Гидротрансформатор в разрезе

Гидротрансформатор в разрезе

Планетарная передача, которая содержит набор скоростей. В ней осуществляется блокировка одних шестерней и разблокировка других, определяя выбор передаточного числа.

Набор фрикционов и тормозных механизмов, ответственных за переход между шестеренками и выбор передачи. Эти механизмы блокируют и останавливают элементы планетарной передачи.
Устройства управления (гидроблок) – осуществляет управление устройством. Состоит из электронного блока, в котором и осуществляется управление коробкой с учетом всех факторов и датчиков, собирающих сведения (скорость, выбор режима).

Гидроблок АКПП

Гидроблок АКПП

Как работает автоматическая коробка передач?

При запуске двигателя в гидротрансформатор подается масло, давление начинает возрастать. Насосное колесо начинает двигаться, реактор и турбина неподвижны. При включении скорости и подачи бензина с помощью акселератора, насосное колесо начинает вращаться быстрее. Потоки масла начинают запускать вращение турбинного колеса. Эти потоки то отбрасывает на неподвижное реакторное колесо, то возвращает обратно к турбинному колесу, увеличивая его эффективность. Момент от вращения передаётся на колеса и автомобиль трогается с места. При достижении нужной скорости насосное и турбинное колесо двигаются одинокого быстро, при этом поток масла попадает на реактор уже с другой стороны (движение происходит только в одну сторону) и он начинается вращаться. Система переходит в режим гидромуфты. Если сопротивление на колесах растет (подъем в гору), реактор снова прекращает вращаться и обогащает крутящим моментом насосное колесо. Во время достижения необходимой скорости и момента, происходит смена передачи. Электронный блок управления подает команду, после чего тормозная лента и фрикционы тормозят пониженную передачу, а повышающее давление масла через клапан разгоняет повышенную, за счет этого и происходит переключение без потери мощности. При остановке двигателя или снижения скорости, давление в системе понижается и происходит обратное переключение. На выключенном двигателе гидротрансформатор находится не под давлением, поэтому запуск двигателя с «толкача» невозможен.

Преимущества и недостатки

По сравнению с механическими коробками передач, у автоматических есть весомые преимущества:

  • автомобилем с АКПП проще и комфортнее управлять, дополнительные навыки и рефлексы водителю не требуются, переключения скоростей более плавные, что особенно актуально для перемещений по городу;
  • двигатель и ведущие части автомобиля защищены от перегрузок и их ресурс повышается;
  • ресурс многих АКПП значительно превышает аналогичный ресурс МКПП. При своевременном техническом обслуживании, необходимость ремонта наступает реже.

Расходные части, такие как, например, диск сцепления или тросик, отсутствуют, вывести из строя АКПП значительно сложнее. Ресурс АКПП американского и японского производства, при современном обслуживании может достигать миллиона километров.
Существует мнение, что у автомобилей с АКПП несколько больший расход топлива. Автомобили до конца 20-го века имели зачастую неправильно выбранные моменты и ограниченное количество скоростей (2–3). На современных АКПП количество передач составляет не менее 4–5 (на грузовых до 19). Современная компьютерная автоматика справляется с выбором крутящего момента и скорости ничуть не хуже водителя. Кроме того, расход топлива на машинах с МКПП сильно зависит от манеры езды и профессиональных умений водителя. У современных АКПП есть множество режимов, они адаптированы под стиль вождения автовладельца.

Коробка-атомат в разрезе

Коробка-атомат в разрезе

Серьезным недостатком АКПП является невозможность точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – на обгоне, выезд из сугроба быстрым переключением задней и первой передачи (раскачка), запуск двигателя «с толкача». Однако, большинство городских жителей выберут комфортное перемещение по пробкам взамен возможностей «прошаренного» водителя.
Вторым заблуждением автолюбителей является то, что АКПП не предназначены для вождения автомобиля в условиях гонок и бездорожья. Гражданские АКПП действительно не предназначены для спортивного вождения и управления заносами — в них нет соответственного охлаждения для таких нагрузок, и моменты переключения выбраны для спокойного вождения в городских условиях. Однако, АКПП оснащенная дополнительным охлаждением и перенастроенная на быстрое переключение скоростей покажет лучшее результаты чем МКПП. Автомобили «Формулы-1» комплектуются АКПП и с очень быстрым движением справляются лучше, чем гоночные автомобили с МКПП. Долгие, управляемые заносы также возможны. Внедорожные автомобили уже продолжительное время оснащаются автоматами, которые на проходимость никак не влияют. Большинство водителей просто не понимают, как работает автоматическая коробка передач.

АКПП болида Формула-1

АКПП болида Формула-1

Характеристики и возможности

АКПП позволяет лучше управлять автомобилем, снижая требования к действию водителя – управление сцеплением и ручкой переключения, делает вождение менее утомительным. АКПП имеет нейтральное положение, положение парковки (вращение коробки блокируется дополнительно с помощью агрегатов), заднюю передачу и несколько скоростей для движения. Переключение осуществляется исходя из скорости и условий (например, при движении на подъеме, автоматически может включаться пониженная скорость). Время переключения исправной коробки передач для городских автомобилей составляет в районе 150 мс, что значительно быстрее реакции обычного водителя.
Основным органом управления АКПП является ручка переключения передач, она может располагаться в районе руля (старые американские и японские седаны либо современные минивэны) либо на традиционном месте расположения рычага АКПП. На старых моделях люкс класса коробка могла управляться с помощью кнопочной панели.
Во избежание случайных переключений или опасных ситуаций, в АКПП применяются различные виды защит. В автомобилях с АКПП нельзя запустить двигатель если селектор находится в положении скорости. Переключение режимов осуществляется с помощью кнопки для напольных компоновок рычага, или оттягивания рычажка при расположении на руле. С парковки автомобиль можно снять только при нажатом тормозе. В некоторых случаях прорезь выполняется в виде ступенек.

Селектор АКПП

Селектор АКПП

Общепринятые режимы АКПП:
P – парковка, АКПП механически заблокирована, при нахождении в горизонтальных поверхностях использование стояночного тормоза необязательно.
N – нейтраль. Можно осуществлять буксировку автомобиля.
L(D1, D2, S)– езда на пониженной передаче ( 1 передаче либо 2 передаче).
D – автоматический режим переключения с первой по последнюю скорость.
R – режим заднего хода. Кроме того, на АКПП может присутствовать кнопка overdrive, запрещающая переход на более высокую передачу при обгоне.
Нейтральная передача обычно располагается между D и R либо R находится в противоположном конце ручки селектора. Это требование было введено во избежание аварийных ситуаций на дороге и парковке.

Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Читать далее >>


Так же в АКПП могут присутствовать различные режимы и протоколы работы. Eco – экономный режим, для разных фирм реализован по-разному.
*Snow(Winter) – троганье с места со второй либо с третьей передачи для скользкого дорожного покрытия или перемещения в сугробе или грязи.
*Sport(Power) – передачи переключаются при более высоких оборотах двигателя.
*ShiftLock (кнопка или ключ) – разблокирование селектора при выключенном двигателе, применяется для транспортировки машины если вышел из строя двигатель или аккумулятор.
Некоторые АКПП имеют режим ручного переключения передач. Самым удачным и распространённым вариантом такой АКПП стал Типтроник, созданный компанией Порше. Отличительной чертой является орган управления, он выполнен в виде буквы Н и имеет символы «+» и «–« .

Типтроник Porsche Cayenne

Типтроник Porsche Cayenne

Кроме Типтроника к автоматам можно отнести вариатор и роботизированную КПП.

Особенности автомобиля с автоматом

Устройство автоматической коробки передач является более сложным, чем МКПП. Ремонт АКПП значительно сложнее — она состоит из куда большего количества запчастей. Обычно о неисправностях АКПП свидетельствуют пинки и паузы при переключении передач, задний ход или одна из скоростей, могут вообще пропасть. В иных случаях, автомобиль может перестать двигаться.

АКПП в процессе ремонта

АКПП в процессе ремонта

Диагностика АКПП обычно проводится в несколько этапов:
Визуальный контроль масла. Если масло черное или содержит в своем составе металлические осколки – это свидетельствует о внутреннем повреждении или износе АКПП. Необходима замена масла в АКПП, что может решить основную часть проблем.
Диагностика ошибок с помощью разъема диагностики. Могли выйти из строя электронные элементы управления коробкой (датчики, компьютер), после чего коробка нормально функционировать не может.
Тест-драйв работы АКПП, для этого изучают поведение коробки во время езды.
Замеры давления в каждом режиме работы АКПП.
Осмотр внутреннего состояния АКП.
Ремонт АКПП своими руками может подразумевать только с 1 по 3 пункт данного списка. Для остальных операций понадобиться теплый бокс, специальное оборудование и опытный специалист. Последняя операция потребует подъемника, крана и целого набора инструментов. Снятие, установка и замена АКПП один из самых сложных и трудоемких в ремонте автомобиля. Ремонт внутренностей АКПП может быть сопоставим по стоимости с установкой новой или контрактной коробки. Будет лучше, если диагностика АКПП и ремонт будут произведены специалистами.

Снятие АКПП для ремонта

Снятие АКПП для ремонта

Чтобы избежать таких неприятностей необходимо следить за уровнем и цветом масла в коробке и своевременно его менять (когда написано в регламенте). Для разных АКПП применяются различные масла, описанные в литературе по автомобилю. В машинах фирмы Хонда применяется свое особенное масло, если залить другое коробка может выйти из строя.

Эксплуатировать автомат необходимо максимально бережно, не допуская пробуксовок, постоянных резких торможений и ускорений.

В холодное время года автомату необходимо дать время насытиться загустевшим маслом. Для этого необходимо прогреть автомобиль, включить передачу и постоять на тормозах не менее минуты, после чего можно трогаться.
Для большинства людей соблюдение такого рода простых операций не доставит проблем. В их случае, АКПП прослужит им очень долго. Современные АКПП очень надежны по конструкции, стоят не особо дороже своим механических собратьев, дарят чувство комфорта за рулем и серьезно облегчают жизнь любого водителя.

Автор: Д. Спирин

Принцип работы механической коробки передач


Трансмиссия современного автомобиля порой имеет более сложную конструкцию, чем двигатель. Она делает работу мотора гибче и адаптирует крутящий момент к условиям движения. Несмотря на появление разных суперсовременных автоматических и роботизированных трансмиссий с электронным управлением, механическая коробка передач всегда была и будет генералиссимусом трансмиссии, и ключом к пониманию принципа работы любой сложной КПП.

Содержание:

  1. Зубчатая теория
  2. Основы конструкции трехвальной КПП
  3. Принцип работы КПП
  4. Двухвальная коробка передач

Зубчатая теория

Вначале стоит определить основные понятия и предназначение каждой шестеренки в простейшей коробке передач, тогда и любая сложная конструкция не будет казаться высшей математикой. Все понимают, что механическая коробка передач нужна в автомобиле для изменения передаточного отношения оборотов коленвала мотора к количеству оборотов ведущих колес в конечном итоге. Также КПП служит для изменения направления вращения выходного вала.

Теперь немного цифр, чтобы все стало по местам. Диапазон рабочей частоты оборотов двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 400 до 5-8 тысяч оборотов в минуту. Причем максимальный крутящий момент, который он способен отдать, достигается совсем не на каждой частоте, а в среднем, в пределах 3-4 тысяч оборотов. В других диапазонах двигатель не способен выдавать высокий крутящий момент.

Скорость же вращения ведущего колеса машины составляет примерно 1600-1900 об/мин, следовательно, для синхронизации работы двигателя с ведущими колесами необходим механизм, который будет максимально эффективно подстраивать скорость вращения колес к оборотам двигателя. На практике получается наоборот, тем не менее этим механизмом стала механическая коробка передач со ступенчатой передачей крутящего момента.

Основы конструкции трехвальной КПП

Любая традиционная коробка передач с механическим типом управления конструктивно состоит из таких элементов:

  1.  Картер коробки передач.
  2. Зубчатые колеса, шестерни, передающие крутящий момент.
  3.  Вал первичный, на него транслируется крутящий момент коленвала мотора.
  4. Вал вторичный, который связан с ведущими колесами.
  5.  Промежуточный вал.
  6. Синхронизаторы для облегчения вхождения в зацепление шестерен во время вращения.
  7.  Управляющее устройство, которое позволяет менять передаточное отношение КПП.
  8.  Подшипники, сальники, муфты.

КПП может иметь трехвальную конструкцию или двухвальную. Вращение коленвала передается на КПП при помощи сцепления, которое временно разъединяет двигатель и первичный вал КПП. Первичный и вторичный валы на двухвальной конструкции расположены соосно, но не соединены между собой. Вращение от первичного вала передается посредством промежуточного вала, он входит в зацепление с вторичным.

Принцип работы КПП

Первичный вал имеет одно зубчатое колесо, которое жестко закреплено на нем и передает момент на промежуточный вал. Вторичный же вал имеет целый блок разных шестерен, они могут как свободно вращаться, так и быть жестко зафиксированы на нем с помощью специального механизма. Нa современных автомобилях применяются только косозубые зубчатые соединения, поскольку они менее шумны, чем прямозубые.

Переключение и выбор нужной пары шестерен для передачи наиболее подходящего крутящего момента для конкретных условий движения, осуществляется при помощи вилок переключения, они приводятся в движение селекторным механизмом управления. Механизм переключения передач перемещается вдоль и в поперечном направлении при помощи рычага КПП. Он может быть расположен непосредственно на картере КПП, а может быть вынесен отдельно и фиксироваться на кузове машины или иногда на рулевой колонке.

В этих случаях применяют кулисную конструкцию привода механизма переключения. Весь принцип работы коробки передач основан только на зубчатом зацеплении косозубыми шестернями, а смазываются они трансмиссионным маслом, которое залито в картер коробки передач.

Двухвальная коробка передач

Принцип работы двухвальной КПП схож с трехвальной конструкцией, с одной только разницей. В конструкции нет промежуточного вала, а первичный и вторичный валы расположены параллельно. И еще одно принципиальное различие — вращение передается только одной парой зубчатых колес, в то время, как в трехвальной конструкции вращение передается при помощи третьей шестерни на промежуьочном валу. Еще одно конструктивное отличие заключается в том, что в двухвальной КПП не может быть прямой передачи. То есть передаточного отношения 1:1.

Задняя передача. которая вращает вторичный вал в сторону, противоположную вращению коленвала, осуществляется при помощи отдельной шестерни на собственном валу. Такая же схема задней передачи реализована в трехвальной КПП. Передачи в двухвальной КПП переключаются при помощи штока, а не вилки. Шток толкает нужную шестерню, она входит в зацепление с парной и фиксируется на валу специальным фиксатором. В двухвальных коробках, как правило, дифференциал скомпонован в одном корпусе с КПП.

В общих чертах, так работает механическая коробка передач двухвального и трехвального типа. Не хрустите шестернями, и удачи всем в дороге.

Читайте также Устройство автомобиля для начинающих — видео, Коробка  передач DSG — что это такое, Принцип работы двухмассового маховика

Читайте также:


Роботизированная коробка переключения передач — Википедия

Роботизированная коробка передач (в просторечии робот, здесь и далее — РКП) — коробка передач, в которой конструкция узла, ответственного за редукцию и дробление силового диапазона по передачам, в общем и целом выглядит как на механической КП, но при этом сама КП работает автоматически и не требует вмешательства водителя в процесс переключения. В отличие от традиционных гидроавтоматов, в РКП затруднена автоматизация процессов работы без вспомогательной электроники, поэтому РКП стали возможны только вместе с появлением компактных и надёжных микропроцессорных систем управления.

Одной из первых массовых моделей стала американская грузовая 10-скоростная РКП Eaton Autoshift для седельных тягачей, разработанная на основе 10-скоростной несинхронизированной МКП Fuller RTO-10, и выпускающаяся с 1997 года до сих пор (2020 год).[1] На современной транспортной технике РКП применяются наравне с гидромеханическими АКП как на грузовых, так и на легковых автомобилях, и могут быть выполнены на основе двух принципиально отличающихся механических схем: РКП с одним сцеплением и РКП с двумя сцеплениями[2].

В европейском техническом лексиконе вне зависимости от языка РКП обычно обозначаются аббревиатурой AMT — Automated Manual/Mechanical Transmission. Дполнительно к этому РКП с двумя сцеплениями могут обозначаться как DCT — Dual Clutch Transmission, хотя определение «автоматическая» здесь и опускается.

Как и на других видах автоматических трансмиссий, у водителя всего две педали, тормоз и газ. Поведение РКПП на минимальной скорости отличается от АКПП, и РКПП может как эмулировать гидроавтомат[3] (на малых скоростях гидротрансформатор превращается в понижающую передачу и перебарывает тормозное усилие, отсюда — управление педалью тормоза), так и работать совершенно по-другому (например, ехать от лёгкого нажатия газа)[2]. Известен случай: первые версии однодискового робота ВАЗ ехали от лёгкого нажатия газа, но в дальнейших модификациях добавили в прошивку частичную эмуляцию гидро-АКПП[4].

Селектор РКПП имеет режимы:

  • Reverse — задний ход.
  • Neutral — нейтральная передача (например, для буксировки).
  • Drive или Auto — движение вперёд.
  • ± или Manual — режим «типтроник» с полуавтоматическим переключением.

Режим стоянки Parking есть в коробке DSG производства Volkswagen и отсутствует в РКПП производства ВАЗ. Водитель ВАЗа оставляет машину в режиме N (на нейтральной передаче) или D/R (на первой/задней). Как и с АКПП, режим P дополняет, а не заменяет стояночный тормоз и не удержит автомобиль на склоне.

Механическая коробка передач требует тонкой работы педалью сцепления, и для решения этого вопроса конструкторская мысль пошла разными путями. Один из них — сделать совершенно другой механизм, в котором скорость переключается защемлением той или иной части многоступенчатой передачи, а толчки, возникающие при этом, гасятся жидкой средой — так работает традиционная гидромеханическая АКПП. Второй более прямолинейный — заставить автоматику выжимать сцепление. Первый действующий вариант такой коробки — Saxomat — выпущен в 1957 году. Эта коробка только выжимала сцепление, передачи приходилось переключать вручную[5].

Ещё до войны знаменитый Адольф Кегресс описал принципиальную схему коробки с двумя сцеплениями. Неизвестно, воплотил ли кто-то её в металле. В 1980-е годы идею подхватили гоночные инженеры Porsche, сделав первый действующий вариант РКПП с двумя сцеплениями на аналоговой элементной базе[6]. Коробка вышла тяжёлой и ненадёжной, для старта требовалось ножное сцепление, однако начало было положено, Porsche 956 выступал и показывал неплохие результаты, и система продолжала совершенствоваться в гоночных автомобилях[7]. Оказалось, впрочем, что конструкции с одним сцеплением, сделанные из современных материалов, тоже достаточно быстро переключают. Современная коробка гоночных болидов высоких серий, в том числе «Формулы-1» — полуавтомат с одним сцеплением (для простоты последовательный кулачковый, что вполне приемлемо в гонках).

В 2003 году Volkswagen AG выпустил первый двухдисковый «робот» для дорожных машин. И сегодня Volkswagen DSG — самый известный и распространённый из роботов с двумя сцеплениями, а мехатроник — прозвище исполнительного механизма любого робота (так он называется у Volkswagen). Если робот с двумя масляными сцеплениями Volkswagen DSG6 DQ250 мало отличался по статистике отказов от других коробок, то «младший брат» Volkswagen DSG7 DQ200 с двумя сухими сцеплениями оказался довольно неудачным[8]. Производитель сказал: это очень перспективная коробка и он не будет от неё отказываться, взамен он даёт гарантию на 5 лет или 150 тыс. км пробега. С 2014 года коробку признали достаточно надёжной и отказались от такой гарантии.

Одновременно с двухдисковыми появлялись и однодисковые роботы — ничего общего с гоночными конструкциями они не имели, это была проверенная механика, к которой приделали исполнительные механизмы. Маркетинговый и инженерный эксперимент не удался: первые «роботы» переключались как выпускники автошкол, с рывками и толчками[2]. К концу 2010-х жёсткие экологические нормы[6] вынудили европейских производителей массово принять РКПП.

Помимо двух традиционных схем — с одним и двумя сцеплениями — существуют и экзотические схемы. Запатентована коробка с тремя сцеплениями[6]. Редко встречается «автомат без гидротрансформатора»[9] — помесь «автомата» и «робота», гидравлическая планетарная коробка со сцеплением. Один из фрикционов («сцепление») используется для трогания, его делают прочнее, прописывают особые алгоритмы управления. Дальнейшее переключение — как на АКПП. Встречаются и вариаторы без гидротрансформатора[10]. Koenigsegg Jesko оснащён 9-скоростной трёхвальной коробкой без муфт переключения, но с 7-ю фрикционами[11].

Однодисковая РКПП представляет собой механическую коробку передач со сцеплением, к которой подсоединены два привода: один отвечает за сцепление, второй за вилки переключения. Приводы могут быть как электрическими, так и гидравлическими.

Если коробка гидравлическая (обычно применяется в дорогих автомобилях), есть также насос, поддерживающий давление в гидросистеме, и гидроплита (пути для масла и посадочные места для клапанов, сделанные в большой металлической плите). Интересно поступили в двухдисковой коробке DSG7 DQ200, устанавливаемой в маломощных авто Volkswagen: она электрогидравлическая, с маломощным электрическим насосом, не способным поддерживать давление, если начнётся расход жидкости. Давление поддерживает гидроаккумулятор — сосуд с газом под давлением 24 атм[12]. Если в автомате селектор — несколько клапанов на общем штоке, то селектор робота — чисто электрический выключатель, обработкой режимов занимается процессор.

Важное ноу-хау автопроизводителей — алгоритмы переключения: робот должен приспосабливаться к естественному износу диска сцепления[13], не мешать водителю неудачными переключениями, исполнять различные приёмы езды на ручном автомобиле. Например, бортовой компьютер может принимать информацию с датчиков АБС и не переключаться, если автомобиль поворачивает. В Lada Vesta реализованы такие народные приёмы вождения, как стоянка на передаче, зимнее трогание со 2-й передачи, запуск двигателя «с толкача», вытаскивание из грязи «враскачку»[14]. В Lamborghini Aventador стоит робот с одним сцеплением, но вилками управляют четыре независимых гидропривода, а соседние передачи (кроме последней пары, 6-7) стоят на разных вилках, что и даёт спорткару время переключения в солидные 50 мс[15]. Грузовая коробка Volvo I-Shift несинхронизированная, синхронность вращения валов достигается программно.

Практически все автомобили с роботами снабжаются автоматическими противооткатными системами (hill assist)[16][3]. Несрабатывание этой функции может вызвать неудобство, а то и аварию[10].

Для переключения робот берёт информацию из самых разных систем автомобиля, и при отказе этих датчиков возможны ошибки. Очень многие роботы перестают нормально работать при отказе стоп-сигнала[13].

Примерное устройство двухдисковой РКПП для переднеприводных автомобилей. Чёрная паразитная шестерня — корзина дифференциала. Не показаны задняя передача, вилки и муфты переключения. Разрезанная коробка Volkswagen DSG6 с двумя масляными многодисковыми сцеплениями. Видны концентрические диски сцеплений.

Двухдисковая РКПП представляет собой две параллельные МКПП с двумя сцеплениями, одна для чётных передач, другая — для нечётных. Когда автомобиль едет на 1-й передаче, на нечётной коробке включены 1-я передача и сцепление, на чётной — только 2-я передача.

Когда возникает потребность переключиться на 2-ю передачу, одно сцепление выключается, другое — включается. Когда компьютер видит, что водитель продолжает разгоняться, он подготавливает на нечётной коробке 3-ю передачу, и когда настанет пора переключиться, он снова разомкнёт одно сцепление и сомкнёт другое.

Потому коробка называется преселективной («с предварительным выбором») — пока автомобиль едет на 2-й передаче, коробка заранее готовит 3-ю, чтобы потом быстро переключиться на неё. Двухдисковые РКПП переключаются за 0,2 с и даже быстрее[6], не разрывая тягу, но только на ту передачу, которая подготовлена заранее[3]. Ошибки в предсказании (например, резкое ускорение из экономичного режима, а значит, срочный спуск на две-три передачи) приводят к задержке[3].

Главные достоинства двухдисковых роботов — плавное переключение и экономия топлива. Недостатки — та самая задержка при разгоне[3], зависит от производителя, цена на уровне автомата, не лучшее поведение на низких скоростях и плохо отработанный (на 2018) ремонт[17] — так, Volkswagen AG при большинстве проблем просто меняет блок сцеплений или мехатроник[8].

Примечание. Преселективными также назывались механические коробки, в которых указание следующей передачи происходит до включения: при сдвиге селектора взводятся пружины или переключаются пневмоклапаны, при нажатии педали сцепления они срабатывают и автоматически устанавливают передачу. Это никак не связано с РКПП.

На 2019 год двухдисковая РКПП применяется в самых разных классах автомобилей. На автомобилях недорогого и среднего класса она хвастается сравнимой с «автоматом» ценой и расходом как на МКПП. Так, заявленный расход 122-сильного турбированного Volkswagen Golf — 5,9 л/100 км на «роботе» и 6,3 на ручной[18].

На спортивных автомобилях двухдисковые «роботы» любят за быстрое переключение, а значит, динамичный разгон. Так, 1200-сильный Bugatti Veyron оснащён 7-скоростным «роботом» и разгоняется до 100 км/ч за 2,5 с[19]. 425-сильный BMW M3 с ручной коробкой разгоняется до 100 км/ч за 4,1 с, с «роботом» — за 3,9[20].

Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation первой оснастила грузовик двухдисковым роботом в 2011 году[21]. Впоследствии идею подхватили другие производители (John Deere — 2012, Volvo — 2014), но на 2019 такие грузовики остаются экзотикой: сложные конструкции не прибавляют грузовику рентабельности[16].

Робот неприменим во внедорожниках, строительной технике: на минимальной скорости с большой тягой гидротрансформатор работает лучше[22][10][16].

Автомат без гидротрансформатора встречается крайне редко, в основном в дорогих представительских машинах (Aurus Senat, спортивные комплектации Mercedes-Benz S-класса[23]). Хотя были предложения оснастить таким автоматом и ВАЗы[9]. Вариатор без гидротрансформатора встречается, например, в кроссовере Subaru Forester.

Однодисковая РКПП в легковых автомобилях на 2019 год из-за дешевизны и принципиальных недостатков (требует времени на переключение, и эти переключения происходят в неконтролируемые моменты) применяется только в недорогих автомобилях (например, Lada Vesta). В модельных рядах крупных марок (Volkswagen, Hyundai, KIA, Ford) на 2019 год нет однодисковых роботов — хотя ранее встречались (например, Citroën C3).

В грузовом транспорте однодисковые роботы продолжают применяться (Eaton Autoshift, Eaton Ultrashift, Volvo I-Shift, Renault Optidriver). У грузовика бывает более десятка передач со сложными схемами переключения (один рычаг выбирает ряд передач, второй — собственно передачу, зачастую один из рычагов является преселектором — переводит передачу, когда водитель выжмет сцепление[24]), и даже полуавтоматическое переключение удобнее, чем полностью ручное. К тому же многие такие роботы частично унифицированы с ручными коробками. Известный недостаток РКПП, унаследованный от ручных коробок — на минимальных скоростях приходится ездить с проскальзыванием сцепления, и водитель лучше робота видит дорожные условия — решается введением понижающих передач, дающих устойчивое движение на скоростях меньше 1 км/ч[25][26]. Считается[16], что из всей грузовой техники лучше всех выигрывает от робота магистральный тягач — а не мусоровоз или развозной грузовик.

Однодисковые полуавтоматы часто применяются в автогонках. Иногда наработки гоночных инженеров проникают в спорткары, превращаясь в полноценные роботы (Lamborghini Aventador).

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о