Устройство коробки переключения передач

Для чего нужна главная передача и что это такое

Как известно, сегодня на автомобили устанавливаются следующие типы КПП:

• механическая коробка (выбор передачи осуществляется вручную);
• автоматическая коробка (обеспечивает автоматический выбор передачи, соответствующей текущим условиям движения);
• вариаторная бесступенчатая коробка (обеспечивает плавное изменение передаточного числа.);
• роботизированная коробка (механическая коробка передач, функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы).

Для повышения крутящего момента и снижения скорости вращения служит главная передача автомобиля, имеющая определенное передаточное число. Передаточное число главной передачи зависит от типа, назначения автомобиля и оборотистости двигателя. Обычно передаточные числа главных передач легковых автомобилей находятся в диапазоне 3,5-5,5, грузовых 6,5-9.

Наиболее частые признаки поломки трансмиссии

Наиболее сложный в ремонте элемент трансмиссии — коробка переключения передач. Владельца автомобиля должны насторожить:

• трудности при переключении передач, хруст, скрипы, другие посторонние звуки при переведении рычага в другое положение;
• невозможно включить передачу;
• в салоне появляется резкий запах моторного масла;
• шелест, стуки, когда рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.

Утечка масла из КПП — серьезная причина сразу же обратиться к специалистам. Недостаток смазки способен полностью вывести механизм из строя.

Повреждение тросика, «слабая» педаль сцепления способны привести к «залипанию» муфты сцепления. При нажатии на педаль диски не смогут разъединиться, и переключить скорость не получится. При этом раздается неприятный скрежещущий звук.

Главная передача автомобиля

Одинарная главная передача

Редуктор состоит из одной пары зацепления

Цилиндрическая главная передача

Одинарная главная передача с цилиндрическими зубчатыми колёсами

Коническая главная передача

Одинарная главная передача с

Гипоидная главная передача

Одинарная главная передача с гипоидными зубчатыми колёсами

Червячная главная передача

Одинарная главная передача с червячными зубчатыми колёсами

Двойная главная передача

Редуктор состоит из двух пар зацепления

Центральная двойная главная передача

Двойная главная передача, у которой обе пары зубчатых колёс расположены в общем картере

Разнесённая двойная главная передача

Двойная главная передача, у которой одна пара зубчатых колёс находится находится по центру ведущего моста, а также имеется пара идентичных редукторов, каждый из которых находится у своего ведущего колеса.

Двойная главная передача грузовых автомобилей может состоять из одной пары зацепления в сборе с дифференциалом по центру моста и колёсных планетарных редукторов.

Двухскоростная главная передача

Двухскоростная главная передача позволяет увеличить максимальное передаточное число трансмиссии и число передач, оставляя другие узлы неизменными.

Дифференциал автомобиля всегда собран с ведомой шестернёй главной передачей в единый сборочный узел. По умолчанию сам дифференциал редукцию не осуществляет. При этом существуют дифференциалы, способные одновременно осуществлять редукцию и, таким образом, выполняющие роль главной передачи. Подобные дифференциалы могут применяться на самосвалах с целью уменьшения габаритов основного редуктора главной передачи.

В редких случаях автомобилей небольшой массы (например, типа карт), главная передача выполнена на основе цепной понижающей передачи. Исторически, на начальном этапе автомобилестроения подобными главными передачами могли оснащаться любые автомобили, в том числе грузовые.

Назначение, конструктивные особенности

Основная задача этого элемента сводится к изменению крутящего момента перед подачей его на привод колес. То же делает и коробка передач, но у неё существует возможность изменения передаточных чисел за счет ввода в зацепление тех или иных шестерен. Несмотря на наличие в конструкции автомобиля КПП, на выходе из нее крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала – высокая. Если передать вращение напрямую на ведущие колеса, то возникшая нагрузка «задавит» двигатель. В общем, авто просто не сможет сдвинуться с места.

Главная передача автомобиля обеспечивает повышение крутящего момента и снижение скорости вращения. Но в отличие от КПП передаточное число у нее фиксированное.

Расположение главной передачи на примере обычной МКПП

Представляет собой эта передача на легковом авто обычный шестеренчатый одноступенчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из двух шестерен разного диаметра. Ведущая шестерня небольшая по размерам и связана она с выходным валом КПП, то есть вращение подается на нее. Ведомая же шестерня значительно больше по размерам и получаемое вращение она подает на приводные валы колес.

Передаточное число является соотношением количества зубьев шестерен редуктора. Для легковых авто этот параметр находится в диапазоне 3,5-4,5, а для грузовиков он достигает 5-7.

Чем больше передаточное число (больше количество зубьев ведомой шестерни относительно ведущей), тем выше крутящий момент, подаваемый на колеса. При этом тяговое усилие будет больше, но максимальная скорость ниже.

Передаточное число главное передачи подбирается исходя из эксплуатационных показателей силовой установки, а также других узлов трансмиссии.

Устройство главной передачи напрямую зависит от конструктивных особенностей самого автомобиля. Этот редуктор может быть, как отдельным узлом, установленным в своем картере (заднеприводные модели), так и входить в конструкцию КПП (авто с передним приводом).

Главная передача в заднеприводном автомобиле

Что касается некоторых полноприводных авто, то у них может использоваться разная компоновка. Если в таком автомобиле расположение силовой установки – поперечное, то главная передача передней оси входит в конструкцию КПП, а задней располагается в отдельном картере. У автомобиля с продольной компоновкой главные передачи на обоих осях отделены от КПП и раздаточной коробки.

В моделях с отделенной главной передачей, этот редуктор выполняет еще одну задачу – изменяет угол направления вращения на 90 град. То есть выходной вал КПП и приводные валы колес имеют перпендикулярное расположение.

Расположение главной передачи передней оси Audi

В переднеприводных моделях, где главная передача входит в конструкцию КПП, указанные валы имеют параллельное расположение, поскольку менять угол направления не нужно.

В ряде грузовых авто применяются двухступенчатые редукторы. Примечательно, что их конструкция может быть разной, но наибольшее распространение получила так называемая разнесенная компоновка, в которой используется один центральный редуктор и два колесных (бортовых). Такая конструкция позволяет существенно повысить крутящий момент, а соответственно и тяговое усилие на колесах.

Особенность работы редуктора сводится к тому, что он равномерно разделяет вращение на оба приводных вала. При прямолинейном движении такое условие является нормальным. Но при прохождении поворотов колеса одной оси проходят разное расстояние, поэтому необходимо изменение скорости вращения каждого из них. Это входит в задачу дифференциала, используемого в конструкции трансмиссии (он устанавливается на ведомой шестерне). В результате главная передача подает вращение на приводные валы не напрямую, а через дифференциал.

Классификация: виды главной пары и их особенности

Схема и технологическая компоновка элементов главной передачи напрямую зависят от технических характеристик силового агрегата, а также расположения трансмиссии и привода. ГП можно классифицировать по особенностям конструкции – различают следующие виды:

• Цилиндрическая – используется для автомобилей на базе переднего привода с поперечным расположением мотора. Примечательно, что подобная конструкция имеет ограничение передаточного числа до 4.2 – последующее увеличение ведет к повышению габаритов устройства и возрастанию уровня воспроизводимого шума.

• Коническая – в основном используется для авто на заднем приводе с параллельным расположением мотора и трансмиссии по ходу движения, где крутящий момент требуется передать на ведущую ось под прямым углом. Для легкового автотранспорта передаточное соотношение конической ГП составляет 3.5-4.5, для грузового – 5-7.

• Гипоидная – наиболее популярный вид главной передач для автомобилей с задним приводом. Из преимуществ конструкции выделяется низкий уровень шума и вибрации, а также меньшая нагрузка на зубья шестерней в момент зацепления.

• Червячная – устаревший вид ГП, который можно встретить на старых автомобилях и кастом-проектах. В современном автопроме червячная главная пара не используется ввиду трудоемкого процесса изготовления и высокой себестоимости производства.

Отдельно ГП классифицируется также по числу пар шестерней, находящихся в зацеплении. Практически на всех моделях легкового автотранспорта установлена однопарная ГП, имеющая только один комплект ведущей и ведомой шестерни, для грузовых автомобилей используется спаренная главная пара. Последняя дополнительно различается на центральную и разнесенную: спаренная центральная передает момент двигателя только на ведущий мост, спаренная разнесенная – к ступицам ведущих колес. Главная передача двойного типа используется на подготовленных для оффроада внедорожниках или многотонных грузовиках, которым требуется опция повышения передаточного числа.

Основные требования. Современные тенденции

Главным передачам выдвигается немало требований, основными из которых являются:

• Надежность;
• Минимальная потребность в обслуживании;
• Высокие показатели КПД;
• Плавность и бесшумность;
• Минимально возможные габаритные размеры.

Естественно, идеального варианта не существует, поэтому конструкторам при выборе типа главной передачи приходится искать компромиссы.

Отказаться от использования главной передачи в конструкции трансмиссии пока не получается, поэтому все наработки направлены на повышение эксплуатационных показателей.

Примечательно, что изменение рабочих параметров редуктора является одним из основных видов тюнинга трансмиссии. За счет установки шестерен с измененным передаточным числом можно существенно повлиять на динамику авто, максимальную скорость, расход топлива, нагрузку на КПП и силовой агрегат.

Напоследок стоит упомянуть особенности конструкции роботизированных КПП с двойным сцеплением, что сказывается и на устройстве главной передачи. В таких КПП парные и непарные передачи разделены, поэтому на выходе имеется два вторичных вала. И каждый из них передает вращение на свою ведущую шестерню главной передачи. То есть, в таких редукторах ведущих шестерен – две, а ведомая только одна.

Схема коробки передач DSG

Эта конструктивная особенность позволяет сделать передаточное число на редукторе изменяемым. Для этого всего лишь используются ведущие шестеренки с разным количеством зубьев. К примеру, при задействовании ряда непарных передач для повышения тягового усилия используется шестерня, обеспечивающая большее передаточное число, а шестерня парного ряда имеет меньшее значение этого параметра.

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• .

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают . Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих . Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство  и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная КПП по принципу действия схожа с механической, но с небольшим усовершенствованием в виде актуаторов для переключения передач. Схожесть с АКПП проявляется только в том, что сцепление расположено в корпусе коробки (на МКПП находится на маховике).

В роботизированной КПП один ведущий вал имеет внутреннюю полость, за счет которой крепится второй вал. Оба вала имеют отдельное сцепление и определенный набор взаимодействующих, при необходимости. Управление сцеплением и синхронизаторами происходит за счет работы сервоприводов. Сервоприводы или актуаторы бывают нескольких типов: электрические или гидравлические.

Управление всем механизмом работы и взаимодействием с другими системами автомобиля берет на себя микропроцессорный блок управления (МБУ). К нему подключаются датчики двигателя, а сам МБУ подсоединен к бортовому компьютеру.