Механическая коробка передач

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Четырёхступенчатая МКП TopLoader автомобиля фирмы Ford.
Механическая коробка передач изнутри.

Механи́ческая коро́бка перемены переда́ч (далее по тексту — МКПП) — агрегат трансмиссии, шестеренчатый многоступенчатый редуктор, предназначенный для изменения крутящего момента, в котором переключение передач осуществляется вручную. Следует заметить, что МКПП - укоренившееся, но неграмотное название Ручной коробки передач. Название происходит от неверного толкования сокращения "M" ("MT"), принятого в англоязычной автомобильной литературе, и означающего Manual (Manual Transmission), т.е. ручная.

Назначение[править | править вики-текст]

Коробка перемены передач предназначена для получения оптимального значения крутящего момента на выходном валу трансмиссии при любых его оборотах. Так, шпиндель металлообрабатывающего станка может вращаться со скоростями от 1/4 до 10000 об/мин в любую сторону при постоянной скорости вращения вала главного двигателя. Она же при необходимости обеспечивает реверс в трансмиссии и отключение выходного вала на длительное время.

Необходимость в наличии коробки передач на транспортной машине возникает из несоответствия выходной характеристики ДВС, представляющей столообразную кривую, на которой максимальные значения вращающего момента ДВС достигаются в сравнительно небольшом интервале оборотов, как правило, ближе к средним оборотам, а максимальная мощность на высоких оборотах (близких к максимальному значению), и тяговой характеристики машины, в идеальном случае гиперболической - то есть, при минимальной скорости машины (трогание с места) тяговое усилие должно быть максимальным, при высоких скоростях тяговое усилие необходимо только для поддержания выбранной скорости и преодоления действия сравнительно небольших противосил - трения качения колес, аэродинамического сопротивления и т. п.

Так, двигатель автомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочие обороты от 800 до 5600 об./мин., при этом пик вращающего момента приходится на 3000 об./мин.[1]

Таким образом, КПП обеспечивает использование оптимального режима работы двигателя при движении в различных условиях. В механической КПП это осуществляется за счёт ручного переключения ступеней (передач), имеющих различное передаточное число.

  • При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средних оборотах. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать сравнительно медленно.

С другой стороны, при равномерном движении на высокой скорости необходимо обеспечить нахождение оборотов ДВС в приемлемых рамках на бо́льшей частоте вращения колёс. Для этого служат высшие передачи, имеющие меньшие передаточные числа, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от передаточного числа ступени и моментной характеристики данного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет).

Скорость автомобиля = Число оборотов двигателя * Длину окружности колеса / Общее передаточное отношение , где:

  • Число оборотов двигателя -> обороты в минуту [об/мин] делим на 60 (секунд в минуте) = обороты в секунду [об/с] ;
  • Скорость автомобиля -> метры в секунду [м/с] * 3600 (секунд в часе) / 1000 (метров в километре) = [км/ч] ;
  • Общее передаточное отношение = Главное передаточное отношение * Передаточное отношение трансмиссии (конкретной передачи) ;
  • Длина окружности колеса = 2 *  ~\pi * r_k (радиус качения колеса [м]).

Скорость автомобиля при движении на передаче с заданным передаточным числом i определяется по формуле:

V_a = 3,6 ~\pi N r_k / (30 i_0 i) = 0,377 N r_k  / (i_0 i)[1], где:

  • V_a — скорость автомобиля [км/ч];
  • N — число оборотов двигателя [об/мин];
  • r_k = S/(2 ~\pi n_k) — радиус качения колеса [м];
  • S — путь, пройденный автомобилем [м];
  • n_k — число оборотов колеса на определённом отрезке пути [шт];
  • i_0 — передаточное число главной передачи;

Основы устройства[править | править вики-текст]

Принцип работы[править | править вики-текст]

Принцип работы механической КПП сводится к кинематическому соединению на различных ступенях входного и выходного валов различными комбинациями шестерен с разными передаточными числами.

Валы и шестерни[править | править вики-текст]

Любая коробка передач представляет собой набор расположенных в едином корпусе (называемом картером) параллельных валов с расположенными на них шестернями.

В трёхвальной КПП автомобиля классической компоновки имеются первичный, вторичный и промежуточный валы.

  • Первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком двигателя.
  • Вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом.
  • Промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного вала вторичному.

Первичный и вторичный валы расположены последовательно, вторичный опирается при этом на подшипник, установленный в хвостовике первичного. Жёсткой связи они не имеют и вращаются независимо друг от друга. Промежуточный вал расположен под первичным и вторичным. На валах находятся блоки шестерён. Чтобы уменьшить шумность работы, шестерни обычно делают косозубыми.

На первичном валу находится ведущая шестерня, приводящая промежуточный вал. На промежуточном валу расположен блок шестерён, шестерни которого жестко соединены с валом и часто изготавливаются как единое целое с ним. На вторичном валу расположены ведомые шестерни, которые могут находиться на шлицах вала и перемещаться по ним, либо вращаются на ступицах, в этом случае их продольное перемещение исключено, а передача включается путем подключения шестерни к валу скользящей муфтой, часто снабженной механизмом, выравнивающим угловые скорости вала и шестерни - синхронизатором. В несинхронизированных КПП спортивных автомобилей или спецтехники для этой же цели часто используются кулачковые муфты.

Переключение передач[править | править вики-текст]

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач (или шлицевые муфты). В отличие от шестерен, они закреплены на валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться продольно (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Такой же венец имеет задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут перемещать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм (замок) при этом не допускает одновременного включения двух передач. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего (в трехходовой КП), что исключает одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе, и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на главную передачу через карданный вал.

Синхронизаторы[править | править вики-текст]

Для безударного включения передач в КП используются синхронизаторы, уравнивающие окружную скорость шестерни и муфты включения и не дающие муфте заблокировать шестерню, пока их скорости не сравняются — что занимает время порядка миллисекунд, и без применения специальных приборов обнаружить блокировку при переключении передач невозможно (см. также раздел «Синхронизированные и несинхронизированные МКП»).

Пример[править | править вики-текст]

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R — шестерни соответствующих передач.

Цвета:

Ведущий вал — оранжевый; Ведомый вал — жёлтый; Промежуточный вал — серый; Вал заднего хода и соответствующий ползун — зелёный; Ползун включения III—IV передач — фиолетовый; Ползун включения I—II передач — голубой;

Manual transmission clutch Neutral.PNG

N — нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

Manual transmission clutch First gear.PNG

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

Manual transmission clutch Second gear.PNG

II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

Manual transmission clutch Third gear.PNG

III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи — на вторичный.

Manual transmission clutch Fourth gear.PNG

IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как постоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение — 1:1, и называется прямой передачей, так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

Manual transmission clutch Reverse gear.PNG

R — задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала и с шестерней ведомого вала (шестерня промежуточного вала с шестерней ведомого вала не образуют зацепления), образуется нечетное число зацепляющихся пар (три пары), благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

Двухвальные коробки перемены передач[править | править вики-текст]

Двухвальная четырёхступенчатая несинхронизированная коробка передач со скользящими шестернями. В отличие от современных конструкций, её шестерни не находятся в постоянном зацеплении: шестерни первичного вала (верхний) могут скользить вдоль него, вступая в зацепление с неподвижно закреплёнными на своём валу шестернями вторичного. 1911 год, Германия.

В настоящее время широкое распространение получили двухвальные КП. В них имеются параллельные ведущий и ведомый валы, крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерен первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном их работа аналогична работе трёхвальной КП. Как правило, на конце вторичного вала такой КП находится ведущая шестерня главной передачи.

Главное преимущество таких КП — возможность компоновочно объединить двигатель и трансмиссию в единый компактный силовой агрегат; они имеют несколько бо́льший КПД - благодаря меньшему количеству задействованных в передаче крутящего момента деталей. Главный недостаток — отсутствие прямой передачи. Такая КП пригодна только для сравнительно легкого транспортного средства, так как в ней конструктивно сложно получать большие значения передаточного числа.

Таковы коробки передач тяжелых мотоциклов (отечественных «Урал» и «Днепр»), всех автомобилей с заднемоторной компоновкой и переднеприводных. Часто такие КП имеют больше четырёх передач переднего хода.

Синхронизированные и несинхронизированные МКПП[править | править вики-текст]

Существуют синхронизированные и несинхронизированные механические коробки передач.

  • В несинхронизированной МКПП включение передач осуществляется полностью водителем вручную. Так как при переключении передачи скорость шестерён различна, муфта переключения не может просто перейти с одной из них на другую.
Поэтому водителю приходится ждать момента, когда окружные скорости шестерён сравняются. Для этого служит способ, называемый «двойным выжимом»: для переключения между низшей и высшей передачей сначала нажимают педаль сцепления, выключают передачу (коробка в «нейтрали»), отпускают сцепление, затем снова нажимают на его педаль и включают нужную передачу (см. видеоролик). При переключении с высшей передачи на низшую применяют «двойной выжим с перегазовкой» — тот же процесс, но когда коробка находится в нейтрали производят «перегазовку» — нажимают на педаль акселератора. Все эти меры нужны для грубого выравнивания окружных скоростей шестерён и облегчения переключения передач.
На некоторых спортивных автомобилях и мотоциклах с несинхронизированными МКП передачи обычно переключают без выжима сцепления, что требует от водителя большого опыта (необходимо на уровне автоматизма достаточно точно «подгадывать» необходимые в момент переключения обороты двигателя).
На легковых автомобилях полностью несинхронизированные МКПП применялись до 1940-х годов (ГАЗ-А, ГАЗ-М-1, ранние серии ГАЗ-М-20).
Однако, например, на тяжёлых грузовиках и тракторах, КПП которых имеют большое количество передач (до 18), установка синхронизаторов технически невозможна. Кроме того, несинхронизированные МКПП иногда используют на современных спортивных автомобилях и мотоциклах по двум причинам: во-первых, опытный водитель переключает не синхронизированные передачи быстрее (с меньшей задержкой), а во-вторых (что более важно), такие коробки более живучи при характерных для спорта высоких нагрузках.
  • В синхронизированной МКПП, включение всех передач (или некоторых) в определённом смысле частично автоматизировано. Специальные устройства — синхронизаторы — не дают включающей муфте перейти с одной шестерни на другую, пока их скорость не выравняется (что также выполняется синхронизатором).
У большинства современных легковых автомобилей синхронизированы все передачи переднего хода.
В прошлом синхронизированными были лишь высшие передачи. Например, в коробке передач «Волги» ГАЗ-21 и многих автомобилей того же периода синхронизированы только II и III передачи, а I и заднего хода — нет. В этом случае для бесшумного включения несинхронизированных передач (включая заднюю) применяется специальный приём — выжав сцепление, сначала рычаг переключения передач переводят в положение, соответствующее одной из синхронизированных передач, а затем, не отпуская педали сцепления, включают нужную несинхронизированную передачу. При этом происходит выранивание скоростей валов коробки передач, что даёт эффект, аналогичный наличию на этой передаче синхронизаторов. Применение этого приёма позволяет не только избежать неприятного скрежета при включении несинхронизированной передачи, но и значительно увеличить ресурс её шестерней.
У большинства отечественных автомобилей передача заднего хода не имеет синхронизатора.

Количество ступеней[править | править вики-текст]

Число ступеней считают по номеру передачи переднего хода с наименьшим передаточным отношением.

  • Двухступенчатые: на небольшом количестве ранних автомобилей коробки перемены передач имели две ступени переднего хода и одну — заднего; например, на Ford T;
  • Трёхступенчатые: в 1920-х распространились коробки передач с тремя ступенями переднего хода, которые были широко распространены в Европе — до конца 1960-х годов, а в Северной Америке — до второй половины 1970-х; как правило, в них были синхронизированы как минимум вторая и третья передачи;
  • Четырёхступенчатые: уже многие ранние автомобили имели четырёхступенчатые коробки без синхронизаторов; с появлением синхронизаторов, однако, большинство производителей массовых автомобилей ограничило количество ступеней тремя; тем не менее, в конце 1950-х годов на массовых моделях стали появляться коробки передач «со сближенными передаточными числами» и четырьмя ступенями, что обеспечивало более интенсивный и плавный разгон. В США они долго рассматривались как спортивная опция, а в Европе в конце 1950-х — начале 1960-х стали устанавливаться на большинство автомобилей;
  • Пятиступенчатые: в 1970-е годы появились, а в 1980-е получили массовое распространение МКПП с четырьмя основными передачами переднего хода и дополнительной пятой, которая представляла собой встроенную в саму коробку повышающую передачу (см. ниже);
  • Шестиступенчатые: в 1990-е годы появились шестиступенчатые коробки передач. Они могли представлять собой как МКПП с четырьмя базовыми ступенями и двумя — повышающими (для ещё большей экономии топлива), так и МКПП с пятью базовыми и одной повышающей ступенью (для ещё более динамичного разгона);
  • Семиступенчатые и далее: в 2000-е годы появляются механические коробки передач с пятью базовыми ступенями и двумя повышающими (например, Bugatti Veyron или BMW M5).

С распространением полуавтоматизированных систем переключения передач (как на том же Bugatti Veyron) с возможностью переключения передач только «вверх» или «вниз» при помощи электроники, по сути стало возможно иметь почти сколько угодно передач с сохранением возможности для водителя адекватно переключать их. Тем не менее, на современном этапе большинство массовых легковых автомобилей обходятся пятью, реже шестью.

Повышающие передачи[править | править вики-текст]

Овердрайв с механическим включением марки «Fairey». А/м Land Rover, 1979.

Повышающая передача, или овердрайв (англ. Overdrive) — имеет передаточное число меньше единицы. Повышающей она называется, так как при таком передаточном числе ведомый вал вращается быстрее ведущего.

До 1970-х годов овердрайв на легковых автомобилях обычно оформляли в виде отдельного от КП агрегата. Например, на Volvo 240 с четырёхступенчатой трансмиссией можно было заказать дополнительный овердрайв с различными вариантами передаточных чисел. Такой овердрайв мог включаться как водителем (на илл. слева), так и автоматически, по достижении определённой скорости при движении на прямой передаче.

Например, на автомобилях Ford 1950-х — 1960-х годов овердрайв автоматически включался при превышении при движении на прямой передаче скорости в 27 миль в час (около 45 км/ч), а отключался при её снижении ниже 21 мили в час (около 35 км/ч) или при резком нажатии на педаль акселератора (так называемый кик-даун, режим включения пониженной передачи для обгона)[2].

С конца 1970-х годов овердрайв стали встраивать в четырёхступенчатые МКПП как пятую передачу, что стало обычной практикой в 1980-е. В наши дни в КПП может быть более одной повышающей передачи.

Вопреки распространённому мнению, в большинстве случаев повышающая передача существенно не увеличивает максимальной скорости автомобиля. Максимальная скорость достигается уже на прямой передаче (с передаточным отношением 1:1), но на повышающей передаче при прочих равных уменьшаются обороты коленчатого вала, следовательно — расход топлива и износ двигателя.

Планетарные коробки передач[править | править вики-текст]

Вид на планетарную часть сложной 8-ступенчатой АКП автомобиля Lexus.
Велосипедная планетарная коробка передач Rohloff Speedhub 500/14.

Некоторые автомобили использовали планетарные механические коробки передач, например, Ford T. Зубчатые колеса в планетарном механизме совершают помимо вращательного движения вокруг своей оси, вращательное движение еще и вокруг так называемого «солнечного колеса».

Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт блокирования отдельных вращающихся элементов ленточными тормозами и пакетами фрикционов.

Так как при переключении передач в планетарной коробке зубчатые венцы не вводятся в зацепление, нет необходимости разобщать двигатель и трансмиссию. Кроме того, такая КПП получается гораздо компактнее обычной.

Однако управление автомобилем с такой КПП очень специфично, а сама она весьма дорога в производстве. Поэтому механические планетарные КПП не получили распространения на автомобилях, зато нередко применяются на велосипедах, а также на танках и иных гусеничных машинах.

Кроме того, практически все гидромеханические автоматические трансмиссии используют планетарную механическую часть, которая легко автоматизируется и может работать в паре с гидротрансформатором без сцепления.

Механизмы управления[править | править вики-текст]

В классической МКПП для выбора нужной передачи служит рычаг переключения передач. С его помощью в любой момент можно включить любую из имеющихся передач (кроме заднего хода, включение которого допустимо после разблокирования специального предохранителя).

Расположение рычага и система привода могут в значительной степени варьироваться в зависимости от компоновки автомобиля.

  • Рычаг расположен на крышке коробки передач (обычно сверху или сбоку), либо на специальном удлинителе. В этом случае все механизмы переключения расположены внутри корпуса коробки и рычаг непосредственно перемещает штоки переключения передач. Единственный плюс такой схемы — чёткое переключение передач. Недостатки — из-за особенностей компоновки рычаг, расположенный на корпусе коробки, обычно оказывается сильно вынесен вперёд, либо смещен назад (РАФ, КАМАЗ, ГАЗ-66), что делает переключение передач неудобным; так как рычаг расположен непосредственно на силовом агрегате, он получает от него все возможные вибрации. Применение такого привода резко ограничено компоновкой автомобиля, при которой КП расположена относительно недалеко от водителя.

На автомобиле ГАЗ-69 применялась трёхступенчатая двухходовая МКПП, имеющая привод от рычага, непосредственно расположенного на боковой крышке. Автомобиль «Волга» ГАЗ-24 и все последующие модели ГАЗ имеют трехходовые МКПП с рычагом, расположенным на специальном удлинителе сверху. Микроавтобусы «РАФ», имеющие в основе агрегаты «Волги», на волговской МКПП имеют крышку несколько иной конструкции с рычагом, расположенным спереди, что при полукапотной компоновке делает рычаг доступным для водителя. Классические автомобили ВАЗ имеют рычаг, размещённый на задней крышке КП сверху.

  • Рычаг расположен дистанционно (напольно, на рулевой колонке или на панели приборов) и связан с КП при помощи расположенных вне корпуса коробки тяг (называемых обычно «кулисой»), валика или тросиков (на последних конструкциях - особенно широко). Плюсы такого решения — удобное расположение рычага, отсутствие его вибраций и практически полная свобода в компоновке автомобиля. Однако, привод тягами менее долговечен и со временем допускает разбалтывание, что требует регулировки или замены кулисы. Кроме того, чёткость переключения передач с таким механизмом переключения хуже, чем при непосредственном расположении рычага на корпусе КП. Такой привод имеют все автомобили "Москвич", ГАЗ-21, -20, «УАЗ» вагонной компоновки (микроавтобусы, «головастики»), "Запорожец" и все без исключения автомобили с поперечно расположенным двигателем.
  • Также на некоторых моделях использовались (используются) пневматические или электромеханические системы привода. Распространены на тяжелых грузовиках, автобусах и тракторах, на которых непосредственное переключение вручную было бы слишком затруднено большим потребным для перемещения муфт усилием.

Кроме того, существуют механические коробки передач с так называемым «секвентальным», то есть последовательным (от лат. «sequence», секвенция — последовательность) переключением передач, у которых при помощи рычага-джойстика с двумя положениями — обычно, «+» и «—», или специальных «лепестков» на рулевой колонке передачи можно переключать только одну за другой. Как правило, управление сцеплением в таких системах автоматизировано. Они находят применение на мотоциклах и некоторых спортивных автомобилях.

Раскладки переключения[править | править вики-текст]

С напольным рычагом[править | править вики-текст]

Трёхступенчатая коробка передач «Toploader» автомобилей Ford североамериканского рынка 1964—1973 годов выпуска с дистанционным приводом от напольного рычага.

На абсолютном большинстве современных автомобилей коробка передач управляется рычагом, расположенным напольно. Под этим понимается расположение рычага непосредственно на полу автомобиля, на центральной консоли или в нижней части панели приборов.

Способ выбора конкретной передачи в различных МКПП с напольным рычагом может значительно отличаться. Общим является лишь то, что выбор нужной передачи осуществляется наклоном рычага переключения в продольной и поперечной плоскостях. Обычно качанием рычага в поперечной плоскости водитель выбирает вилку переключения передач, которую необходимо сдвинуть, а толкая его вперёд и назад — при помощи выбранной вилки сдвигает в соответствующем (обычно, противоположном направлению движения головки рычага) направлении синхронизатор или муфту переключения передач в корпусе коробки, этим включая ту или иную передачу.

Как правило, при включённой нейтральной передаче рычаг удерживается в нейтральном положении при помощи одной или нескольких пружин.

  • На большинстве автомобилей переключение передач осуществляется следующим образом (N — нейтральная передача, R — передача заднего хода):
Manual Layout4d.PNG

По-английски такой способ переключения называют «H-Pattern». Именно так переключаются передачи на большинстве отечественных заднеприводных автомобилей. На заднеприводных «Москвичах» (408ИЭ, большая часть 412 и все 412ИЭ, все 2138/2140), использовалась несколько видоизменённая система: чтобы включить передачу заднего хода, необходимо было наклонить рычаг вправо и передвинуть вперёд, а не назад:

Manual Moskvitch.png

На некоторых автомобилях существует блокировка включения заднего хода: передачу заднего хода нельзя включить, пока не приведён в действие этот механизм. Обычно для этого надо надавить на рычаг вниз (пример — заднеприводные автомобили ВАЗ), или нажать на специальный рычажок (кнопку, и т. д.). В иных случаях, никакой блокировки не предусмотрено и передачу заднего хода можно по ошибке включить на ходу, что при большой скорости движения теоретически может привести к серьёзным поломкам КПП (на практике водителю вряд ли хватит сил для полного включения задней передачи на большой скорости, однако усиленный износ шестерён КПП при такой попытке вполне реален).

  • В случае пятиступенчатой трансмиссии добавляется пятая передача, обычно, чтобы включить её необходимо наклонить рычаг вправо и затем перевести его вперёд:
Manual Layout.PNG

Эта раскладка используется на ВАЗах «классического» семейства с пятиступенчатой МКПП и «Москвиче-2141»

  • Многие европейские автомобили, (в том числе переднеприводные ВАЗы), используют другую разновидность этой системы переключения, в которой задняя передача включается движением «влево-вперёд»:
Manual Layout 2.PNG

Однако в этом случае достаточно велик риск случайного включения задней передачи вместо первой, особенно при изношенном приводе. Поэтому на многих современных автомобилях предусмотрена блокировка его включения (показана на примере МКП-6):

Manual Layout6.png

Отключение блокировки осуществляется утапливанием рычага «внутрь», либо перемещением подвижного элемента на рычаге коробки передач, например, подъёмом кольца на нем, либо утапливанием кнопки.


  • Некоторые спортивные автомобили (например, старые BMW третьей серии с МКПП марки Getrag), старые модели обычных автомобилей, а также, например, грузовики Урал, используют совершенно иной вариант системы переключения:
Manual Dogleg.png

У Урала, например, 4 и 5 передачи поменяны местами. Преимущество в данном случае состоит в том, что положения, соответствующие второй и третьей передаче, находятся на одной линии, что ускоряет переключение. У спортивных машин с мощными двигателями, основной разгон происходит именно на второй и третьей передачах, первая же служит только для трогания с места.

При применении данной раскладки на внедорожниках (УАЗ) облегчается раскачивание автомобиля в случае его застревания путем последовательного включения первой-задней-первой-задней передач (передачи находятся на одной линии, что позволяет их очень быстро переключать). То же касается грузовика, первая передача которого используется, в основном, в тяжёлых дорожных условиях.

Кроме того, многие из КПП с такой раскладкой переключения не имеют синхронизаторов либо имеют их только на высших передачах, в этом случае положительным моментом является и то, что при переключении с первой передачи на вторую автоматически возникает некоторая задержка, что упрощает переключение между несинхронизированной первой с синхронизированной второй передачами.

Из отечественных автомобилей, такую раскладку использовал ГАЗ-69, коробка передач которого была трёхступенчатой. При переделке на напольный рычаг коробки передач «Волги» ГАЗ-21 у неё также получается такая раскладка.

На грузовых автомобилях КамАЗ раскладка сходна, но позиции первой передачи и заднего хода противоположны показанному на рисунке.

  • Многие американские и некоторые европейские автомобили ранее использовали раскладку, в которой первая передача включалась простым движением рычага вперёд (вторая — назад, и т. д.). Такая же схема применялась на первых, четырёхступенчатых коробках передач переднеприводного семейства ВАЗ:
Manual American.png

Из распространённых на территории России моделей, такую раскладку имели скажем Ford Taunus, Volvo 240 и некоторые модели BMW, вроде BMW E30. Кроме того, она использовалась практически на всех североамериканских «Фордах» 1960-х — 1970-х годов с МКПП.

  • Некоторые современные автомобили, например, Bugatti Veyron, имеют автоматизированное управление коробкой передач. Это позволяет использовать для управления трансмиссией т.н. Paddle-shifter с возможностью выбирать передачи лепестками на рулевом колесе. При этом рычаг движется только вперёд-назад, как у некоторых АКПП, выбор передач осуществляет последовательным перебором.

С подрулевым рычагом[править | править вики-текст]

Салон «Волги» ГАЗ-21 с цельным передним диваном и переключателем передач на рулевой колонке.

В прошлом наиболее распространённым на легковых автомобилях с МКП было расположение рычага КПП на рулевой колонке. Эта мода появилась в США в конце 1930-х годов, широко распространилась в Европе в конце 1940-х. Иногда такой механизм встречается и в наши дни.

Привод от подрулевого рычага осуществляется сложными тягами (кулисами), сочленения которых подвержены износу, а на старых автомобилях — требуют периодической регулировки и смазки путём шприцевания.

Чёткость и скорость выбора передач при таком механизме часто страдают, но в целом, по мнению многих владельцев автомобилей с таким механизмом переключения, подрулевое расположение рычага более удобно, так как к нему не надо тянуться, он всегда под рукой. Тем не менее, из-за большой инерционности привода длинными тягами переключать передачи такой трансмиссии быстро сложно, поэтому для динамичных автомобилей такая трансмиссия малопригодна.

Зато хороший расчёт механизма переключения позволяет минимизировать усилие на рычаге: например, на «Волге» ГАЗ-21 с исправным, смазанным и отрегулированным механизмом переключения передачи можно переключать без отрыва кисти от руля. Однако, сильно разболтанный механизм допускает такие неисправности, как неполное включение и выключение передач, их самопроизвольное выключение («выбивание») и даже полное заклинивание тяг, устранимое только при открытом капоте.

  • Наиболее типичным для систем с подрулевым рычагом является раскладка, возникшая в США в 1930-е годы и распространившаяся повсеместно в 1940-е — 1950-е (движение рычага показано в плоскости, параллельной рулевому валу, рычаг расположен справа):
Manual Layout 3.PNG

или

Manual GAZ-21.png

Именно так (второй вариант) переключались передачи на «Победе» ГАЗ-М-20, «Волге» ГАЗ-21.

  • Существовал и вариант для четырёхступенчатой МКПП:
Manual Column pattern B.png
  • На «Москвичах» с четырёхступенчатой МКПП и подрулевым рычагом переключения, а также ряде европейских автомобилей, использовалась иная раскладка:
Manual Moskvitch.png

В отечественном автопроме отказ от подрулевого рычага переключения произошёл в конце 1960-х — начале 1970-х годов, в Европе — несколько раньше. В США это произошло в конце 1970-х.

Однако, в некоторых странах Европы и особенно Японии подрулевые рычаги использовались до самого недавнего времени. Так, в Гонконге все такси моделей Toyota Crown и Nissan Cedric имели четырёхступенчатую МКПП с подрулевым переключателем до перехода на АКПП в 1999 году. До начала 1990-х годов на микроавтобусах Toyota Hiace и Mitsubishi L400 также встречались переключатели передач на рулевой колонке, коробка передач была механической пятиступенчатой.

Эксплуатация ТС с МКПП (рекомендации)[править | править вики-текст]

В процессе эксплуатации автомобиля следует правильно пользоваться коробкой передач во избежание поломок и преждевременного износа.

  • Стараться двигаться преимущественно на прямой передаче, при техническом наличии её на автомобиле, так как при этом путь крутящего момента получается наиболее коротким, и в его передаче не задействованы лишние шестерни (момент передают только первичный и вторичный валы, которые на прямой передаче соединяются в одно целое; при этом шестерни промежуточного вала, естественно, продолжают вращаться, но крутящего момента не передают), что увеличивает КПД трансмиссии и уменьшает износ;
  • Переключение передач производить согласно приведённым в инструкции к автомобилю значениям максимальной и минимальной скорости на каждой передаче;
  • Включение задней передачи при движении автомобиля вперёд, даже на небольшой скорости, категорически недопустимо.
  • Не следует допускать длительной езды на скорости выше 20 км/ч с выжатым сцеплением, особенно на заднеприводных автомобилях, где это может привести к быстрому износу выжимного подшипника сцепления; нажимать педаль сцепления следует резко, а отпускать — плавно, но не допуская пробуксовки и не трогая акселератор, что значительно ускоряет износ;
  • Недопустимо на скользкой дороге двигаться с выключенным сцеплением или коробкой передач на нейтральной передаче;
  • Следует применять приём торможения двигателем — совместно с торможением автомобиля производится поочередное переключение передач с высшей ступени на низшую. При этом происходит более эффективная остановка автомобиля тормозом и двигателем.
  • Недопустимо переключать передачи в поворотах, так как это может привести к заносу; до начала поворота следует перейти на низшую передачу, а по мере его прохождения — слегка нажать на педаль акселератора.
  • Для облегчения работы синхронизаторов следует:
При переходе с низшей передачи на более высокую — переключение производить в два приёма, с некоторой паузой в нейтрали, т.н. "двойной выжим сцепления".
  • Двойной выжим сцепления производится следующим образом:после набора скорости на низшей передаче выжимается сцепление и включается нейтральная передача, после чего сцепление выжимается второй раз (отсюда название), и включается высшая передача.
При переходе с высшей передачи на более низкую, переключение производить с т.н. "перегазовкой" (см.ниже).
  • После использования наката при движении под уклон, в конце его необходимо делать «перегазовку» во избежание преждевременного износа синхронизаторов и муфт включения передач (на несинхронизированных КПП). Её смысл заключается в уравнивании угловых скоростей ведомого вала со скоростями промежуточного и ведущего. Надо довести газом обороты двигателя и, следовательно, первичного и ведомого валов до предполагаемых для комбинации текущей скорости и предполагаемой передачи и включить эту пониженную передачу, после чего опять нажатием на педаль газа приравнять частоту вращения первичного вала и маховика. К примеру, после съезда с горки накатом скорость автомобиля 60 км/ч; нужно прикинуть, какая передача лучше всего подойдет для этой скорости, например, 4-я передача, а затем — какие обороты разовьёт двигатель на 4-й передаче на скорости 60 км/ч (примерно 2000 об/мин), и «перегазовать» двигатель до этих оборотов (опытный водитель делает это «на глазок», на уровне автоматизма).Такой приём применяется и при переключении передач на несинхронизированной КПП.
  • Необходимо постоянно проверять уровень масла в картере МКПП и своевременно производить его замену, так как при длительной работе в КПП масло превращается в абразив за счёт повышения содержания частичек металла, неизбежно отделяющихся от шестерён в процессе их естественного износа, что, в свою очередь, значительно ускоряет износ;
  • На автомобилях иностранного производства соблюдайте указанную в инструкции марку смазочного масла. Некоторые МКПП зарубежных автомобилей требуют специальных материалов, например, гипоидного масла или ATF.

Преимущества и недостатки[править | править вики-текст]

Преимущества[править | править вики-текст]

  • Наименьшая по сравнению с иными типами КПП цена.
  • Намного меньшая в сравнении с гидромеханической трансмиссией масса.
  • Высокий КПД по сравнению с гидромеханической трансмиссией.
  • Обычно не требует отдельной системы охлаждения, как АКПП.
  • Несмотря на немалый прогресс в области конструирования АКПП, на сегодняшний день средний автомобиль с АКПП при прочих равных уступает автомобилю с МКПП по топливной экономичности и динамике разгона.
  • Относительная простота и отработанность конструкции.
  • Достаточно высокая надёжность (срок службы самой МКПП без ремонта сравним со сроком службы автомобиля в целом, только сцепление требует относительно частой замены).
  • Большинство моделей не требуют дефицитных или специфических расходных материалов, частого обслуживания.
  • У автомобилей с МКПП шире набор специальных техник вождения, опытный водитель может более эффективно использовать такой автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью.
  • Автомобиль с МКПП легко пускается «с толкача», может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
  • МКП, в отличие от гидромеханической АКПП, допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии.

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках.
  • Более сложное относительно АКПП управление автомобилем, необходимость наличия специфического навыка для достижения плавного переключения передач без рывков.
  • Как и у любой ступенчатой КПП, невозможность плавного изменения передаточного отношения при разумном количестве ступеней, в отличие от CVT.
  • Малый ресурс сцепления.


Поскольку МКПП требует от водителя намного большего опыта, чем АКПП, в некоторых странах существует практика либо делать два разных вида водительских «прав», либо принимать водительские экзамены только на МКПП, считающейся в этом случае «стандартом де факто» (Пакистан, Российская Федерация, Белоруссия, Украина). В США и Канаде, где уже в 70-х годах большинство автомобилей имело автоматические трансмиссии, напротив, «стандартом де факто» является АКПП, и многие водители вообще не имеют навыка езды с ручным переключением передач.

Распространение[править | править вики-текст]

Автомобили, оснащённые МКПП, долгое время преобладали в Европе, всё ещё весьма распространены на территории СНГ и доминируют в странах с низким доходом населения.

В США и других странах Северной Америки МКП практически полностью вытеснены гидромеханическими АКПП и вариаторами, которыми там оборудуются в настоящее время до 90 % легковых автомобилей. В Японии также весьма широко распространены автоматические трансмиссии и вариаторы.

Тем не менее, спортивные автомобили (автомобили со спортивным имиджем) часто оснащаются МКП. Грузовые автомобили и «жёсткие» внедорожники также, как правило, имеют механические коробки переключения передач.

Полуавтоматические КП[править | править вики-текст]

На протяжении истории автостроения создавалось немалое число конструкций трансмиссий, которые можно описать под общим термином «полуавтоматические». Общим у них является то, что водитель избавлен от части операций, которые он должен был бы выполнять при управлении автомобилем с обычной механической трансмиссией.

Здесь не будут упоминаться трансмиссии начального периода автомобилестроения (до двадцатых годов XX века), так как в те годы ещё не было устоявшегося, общепринятого устройства МКПП, которое можно взять за «отправную точку» (например, на Ford T не было сцепления, коробка передач была планетарной и управлялась двумя педалями и рычагом).

Гидроэлектромеханические трансмиссии с ручным переключением[править | править вики-текст]

Первый массово использовавшийся тип полуавтоматической трансмиссии был создан фирмой Chrysler в 1930-х годах и широко использовалась на её автомобилях вплоть до 1950-х годов.

Он нёс обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения — Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения — Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представлял собой комбинацию трёх агрегатов — гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включаещегося овердрайва. Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:

  • Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона).
  • Механическая коробка перемены передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона — нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи.
  • Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.

Переключение передач производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКПП — хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.

Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть, на второй передаче двухступенчатой МКПП и третьей передаче трансмиссии в целом — высокий крутящий момент шести- и восьмицилиндровых двигателей «Крайслеров» это вполне позволял.

На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона «Low», то есть, с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели трансмиссии) происходило переключение на вторую передачу за счёт происходящего автоматически включения овердрайва (сама МКПП оставалась при этом на первой передаче).

При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи) — она имела общее передаточное отношение 1:1.

Перебрать все имеющиеся четыре передачи при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой.

Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.

Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКПП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.

Эта трансмиссия ставилась с завода или была доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации «Крайслер» 1940-х — начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой трансмиссии PowerFlite, позднее трёхступеначтой TorqueFlite, полуавтоматические трансмиссии семейства Fluid-Drive были сняты с производства, так как мешали продажам полностью автоматических трансмиссий. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они был доступны на самой дешёвой марке корпорации — «Плимуте».

Фактически, такая трансмиссия стала переходным звеном от МКПП к гидромехамическим АКПП и служила для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.

Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая — объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.

Механические трансмиссии с автоматическим сцеплением[править | править вики-текст]

Конструктивно не отличаются от обычных МКПП, но привод сцепления осуществляется автоматически, обычно, пневмо- или гидроэлектрической системой. Переключение передач производилось водителем вручную, педаль сцепления обычно отсутствовала.

Улучшенные версии таких систем предлагаются и в настоящее время (см. ниже).

Новые разработки[править | править вики-текст]

Промежуточное звено между АКПП и МКПП — так называемая «роботизированная» МКПП. В простейшем случае роботизированная коробка представляет собой обыкновенную МКП, управляемую электронным блоком управления при помощи сервоприводов вместо традиционной ручки. Сцепление управляется той же автоматикой. Это придает МКПП свойства АКПП, однако переключения передач, как и в обычной МКП, занимает некоторое время. Это приводит к замедлению разгона и создаёт характерные для МКПП «рывки» при переключении передач.

Развитие технологий позволяет значительно ускорить переключение передач в КПП и свести рывки к минимуму. При этом роботизированная коробка перестает быть обычной МКПП, управляемой электроникой и приводами, а проектируется особым образом. Самые лучшие роботизированные МКПП от Ferrari позволяют переключать передачи с задержкой не более 60 мс, а МКПП DSG (Direct Shift Gearbox — МКПП с прямым переключением передач), устанавливаемая на автомобили концерна Volkswagen, может включать некоторые передачи за 8 мс. Эти коробки передач позволяют достичь высокой скорости разгона, но изначально из-за высокой цены и сложности они получили распространение только на спортивных автомобилях. В настоящее время Vokswagen Golf, оснащённый 7-ступенчатой коробкой передач DSG, расходует примерно на 20 % топлива меньше, чем оснащённый обычной механикой.

Значительно улучшились за последнее время системы смазки МКПП. Современные механические коробки передач зачастую имеют систему смазки под давлением, иногда — объединённую с системой смазки двигателя. Это позволяет значительно повысить ресурс МКПП по сравнению с традиционной системой смазки за счёт находящегося в картере масла, обеспечить хорошее охлаждение (что стало насущной проблемой в связи с увеличением скоростей движения) за счёт постоянного круговорота смазывающего масла. Многие современные МКПП используют для смазки ATF, то есть масло для АКПП.

Источники[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Коллектив авторов НИИАТ. под ред. Лапшина, В. И. Краткий Автомобильный Справочник НИИАТ. — 10-е изд. — М.: Транспорт, 1983. — С. 10, 28-29. — 220 с.
  2. Инструкция к автомобилям Ford 1953 модельного года (рус. перевод)

Литература[править | править вики-текст]

Шестопалов, К. С. Легковой автомобиль: Учеб. пособие для подготовки водителей ТС категории "В". — 2-е, испр. и доп. — М.: Издательство ДОСААФ, 1980. — 240 с.

Кленников, В. М., Ильин, Н. М., Буралев, Ю. В. Автомобиль категории «В»: Учебник для ПТУ. — 3-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1984. — 320 с.

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]