Трансмиссия. Механическая коробка переключения передач. МКПП. Принцип действия. Устройство. Достоинства, недостатки.

Устройство трансмиссии. Коробка передач. (10+)

Трансмиссия. Коробка передач. Дифференциал. Сцепление. Шрус. Раздатка. Независимый привод - МКПП

Оглавление :: Поиск

Трансмиссия - простыми словами - это все, что передает движение от двигателя к колесу (колесам) автомобиля.

Научное определение: Трансмиссия (силовая передача) - в машиностроении совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колёсами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка, а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. Трансмиссия входит в состав силового агрегата.

Теперь поедем со всеми остановками, изучая шаг за шагом каждый элемент.

Итак, вы уже знаете, что основным силовым агрегатом автомобиля является двигатель. Он сжигает топливо и дает нам только одну вещь - вращающийся вал, который может совершать определенную работу. Ах да, не только одну - еще он дает тепло, выхлопные газы и шум. Теперь давайте вместе решать одну простую задачку - конструктор.

Возьмем двигатель и 4 колеса. Теперь у нас появились условия задачи. У двигателя мы видим один вал, который вращается. А колеса 4! Вот ведь незадача. Как же нам соединить 4, ну или хотя бы 2 колеса с двигателем? Если мы присоединим одно колесо напрямую на вал двигателя, оно, безусловно, будет вращаться. Но машина будет ездить очень быстро и по кругу. Взять два двигателя и прицепить на каждый по колесу? Можно. Но как вы заставите их вращаться с абсолютно одинаковой частотой, чтобы машина ехала хотя бы прямо? Сложно, хотя и возможно.

Вал двигателя вращается достаточно быстро - от 600 до 8000 и даже выше оборотов в минуту. Если мы передадим напрямую вращение вала на колесо, то давайте посчитаем с какой скоростью мы поедем. Пусть радиус нашего тестового колеса будет 25 см или 0.25м. Тогда длина окружности получится порядка 1.57м. Т.е. за один оборот наше колесо 'проедет' 1.57м. А за 600 оборотов аж 943 метра. Это 0.93 км. Это за минуту. А теперь умножим на 60, чтобы узнать - какая же это скорость в привычных нам км/ч. Умножили? Интересно, правда? Получаем цифру, очень знакомую нам - почти 60 км/ч. Ну хорошо. Допустим, увеличивать скорость, повышая обороты, мы еще как-то можем. Однако, когда вы нажимаете на педаль газа, двигатель за секунду может увеличить число оборотов до 8000 в минуту. Это уже будет соответствовать скорости в 13,3 раза большей, чем рассчитанная нами для 600 оборотов в минуту. 800 км/ч неплохая скорость. Для самолета. Но понравится ли вам такая 'плавность' движения, скорость езды и космические перегрузки? А как тогда трогаться с места и двигаться со скоростью меньшей, чем 60 км/ч? Прямое соединение с двигателем отпадает.

Что же нам придумать? Очевидно, необходимо какое-то устройство, которое передаст вращение двигателя на колеса и одновременно понизит обороты до нужного нам значения. Причем, будет еще лучше, если мы сами сможем регулировать эти обороты, чтобы плавно начать движение, потом плавно набрать скорость и уже на высокой скорости поддерживать высокие обороты колеса. И будет совсем хорошо, если мы будем использовать двигатель, в основном, на небольших оборотах. Потому что, если мы все время будем поддерживать 6000 или 8000 оборотов в минуту, то это вызовет огромный расход топлива, очень сильный нагрев двигателя и существенное снижение его ресурса. Потому что поршень за то же время будет 'проходить' в 10 раз большее расстояние, преодолевая силы трения. Топливо в камере будет сгорать в 10 раз чаще. Не очень подходит для повседневной езды, правда?

Передачи. Коробка переключения передач

К счастью человечество уже давно придумало подобные устройства. Называются они - передачи.

Они бывают различных видов - зубчатые, ременные, червячные, фрикционные (трения), цепные.

Один из древнейших видов передач - зубчатые. Возможно, вы видели их на старых водяных или ветряных мельницах, где передается движение на жернова. Основной задачей передач является передача мощности с изменением частоты вращения.

Самое хорошее в этих механизмах - это то, что они сохраняют и передают мощность от источника к потребителю. Конечно же, небольшой процент мощности теряется в самом механизме передачи, в основном на трение, поэтому у каждого типа передачи есть свой коэффициент полезного действия (КПД). Он достаточно высок и составляет от 0.85 до 0.99 для разного типа передач. Это значит, что потребителю достается от 85 до 99% мощности источника.

Для каждой передачи существует т.н. передаточное отношение. Это отношение угловых скоростей приводного и выходного шкивов или частот их вращения. Для нашего примера: если передаточное отношение (u) больше единицы, то двигатель вращается быстрее колеса и у нас получается понижающая передача или редуктор. Если u<1, то двигатель вращается медленнее колеса и у нас передача повышающая или мультипликатор.

Если вы представите, что двигатель подключен к малой шестерне, то получается мультипликатор. А если к большой - редуктор. Если мощность у нас сохраняется (почти), то из этого следует прекрасный вывод - чем меньше мы получаем частоту вращения колеса при заданной частоте оборотов двигателя, тем большую мощность оно может передать. А нам как раз нужна большая мощность именно в начале движения. Попробуйте просто руками покатить колесо. Вы увидите, что для того, чтобы сдвинуть его с места вам понадобится гораздо большее усилие. А весь автомобиль? И чем сильнее колесо будет ускоряться, тем меньше усилий от вас потребуется для поддержания скорости колеса. Таким образом, мы пришли к интересному заключению: для начала движения нам неплохо иметь низкие обороты колеса и большую мощность, а для самой высокой скорости минимальную мощность, но высокие обороты. Очевидно, для этого нам потребуется несколько передач с разными передаточными отношениями. И понятно, что наиболее эффективны они будут для определенных диапазонов скоростей. Теперь возьмем и представим, что все эти несколько зубчатых передач некоторым хитрым (на самом деле этот так) образом запихнули в коробку и выделили вам орган управления - рычаг, которым вы можете выбирать ту или иную зубчатую передачу. Что мы получили? Термин напрашивается сам - коробку передач. Поскольку она основана на зубчатых передачах, вы рычагом производите сами механическое переключение зубчатых колес, этот тип коробки передач называется 'механическая КПП (коробка переключения передач)'. В ней находится смазка, чтобы уменьшить трение и увеличить КПД. Все шестерни в ней вращаются постоянно и синхронно, для того, чтобы на скорости вы могли передвинуть шестерни из одного зацепления в другое. За синхронность вращения всех шестерней отвечают синхронизаторы - специальные шестерни. Если бы их не было, вы бы не смогли переключать передачи, или коробка передач тут же вышла бы из строя. Потому что, движущуюся на большой скорости шестерню, вы бы пытались ввести в зацепление либо с неподвижной, либо с вращающейся с неподходящей скоростью, другой шестерней. Сложная конструкция, не правда ли? Но, во-первых, она решила практически все наши задачи. Во-вторых, она имеет самый высокий КПД и надежность, позволяет передавать большую мощность, имеет небольшие габариты, исключает проскальзывание. Недостатки: шумит, особенно на высоких скоростях, перегрузка приводит к механическим поломкам - нет защиты, вибрация из-за неточности изготовления и сборки, фиксированные передаточные отношения.

Каждый изготовитель в зависимости от возможностей своего силового агрегата подбирает к нему свою коробку передач с определенными передаточными отношениями и количеством этих передач. Чем больше ступеней (передач), тем более плавный переход с одной передачи на другую. Обычно стараются сделать так, чтобы 'классические' скорости 40, 60, 90, 120 и т.п. выпадали на определенную передачу с наиболее экономичным режимом работы двигателя, где у него присутствует еще большой запас по оборотам.

Но бывают автомобили с 'неудобными' передачами. Это значит, что для вас, как для водителя, передаточные отношения различных передач подобраны неудобно. Например, скорости 60 км/ч на третьей передаче будет соответствовать слишком высокое число оборотов, а на четвертой - слишком низкое. И удерживать скорость 60 км/ч становится не слишком удобно.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: Поиск

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. [1] сообщений.

Самоблокирующиеся дифференциалы. Типы, виды, конструкция. Типы и конструкции различных самоблокирующихся дифференциалов. Читать дальше...

Есть ли сцепление в вариаторе? Читать ответ...