Как работают механические коробки передач

Современные автомобильные трансмиссии бывают стандартными, механическими, бесступенчатыми и даже автоматизированными. 00ОДИН/СТОК

Если вы водите машину с ручным переключением передач, у вас может возникнуть несколько вопросов в голове.

Как выглядит забавный узор H то, что я двигаю этой ручкой переключения передач, имеет какое-либо отношение к шестерням внутри коробки передач? Что движется внутри трансмиссии, когда я перемещаю рычаг переключения передач?

Когда я ошибаюсь и слышу этот ужасный скрежет звук, что на самом деле мелет? Что произойдет, если я случайно включу задний ход? пока я еду по шоссе? Вся передача взорвется?

В этой статье мы ответим на все эти и другие вопросы, исследуя внутреннюю часть механической коробки передач.

Автомобили нуждаются в трансмиссии из-за физики бензинового двигателя. Во-первых, любой движок имеет красную черту. - максимальное значение оборотов, выше которого двигатель не может не взорваться. Во-вторых, если вы читали «Как работает мощность», то знаете, что двигатели имеют узкий диапазон оборотов, при котором мощность и крутящий момент достигают своего максимума. Например, двигатель может развивать максимальную мощность при 5500 об/мин. Трансмиссия позволяет изменять передаточное число между двигателем и ведущими колесами по мере того, как автомобиль ускоряется и замедляется. Вы переключаете передачи, чтобы двигатель мог оставаться ниже красной линии и находиться рядом с диапазоном оборотов, на котором он работает лучше всего.

В идеале трансмиссия должна быть настолько гибкой в ​​своих передаточных числах, чтобы двигатель всегда мог работать на своем единственном, наиболее эффективном значении оборотов в минуту. В этом и заключается идея бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT). Мы поговорим об этом позже.

Содержание

1. Передачи с плавной регулировкой
2. Очень простая передача
3. Переключение на первую передачу
4. Настоящая передача
5. А как насчет автоматизированного руководства?
6. Куда делись руководства?

>Бесступенчатая трансмиссия

Как это работает

Бесступенчатая трансмиссия (CVT) имеет почти бесконечный диапазон передаточных чисел. В прошлом вариаторы не могли конкурировать с четырехступенчатыми и пятиступенчатыми коробками передач по стоимости, размерам и надежности, поэтому в серийных автомобилях их не видели. В наши дни благодаря улучшениям конструкции вариаторы стали более распространенными.

Трансмиссия связана с двигателем через сцепление. Таким образом, входной вал трансмиссии вращается с той же частотой вращения, что и двигатель, что улучшает как выходную мощность, так и экономию топлива. Бесступенчатые трансмиссии стали обычным явлением в гибридных автомобилях, потому что они значительно более эффективны, чем механические и традиционные автоматические трансмиссии, и их популярность резко возросла, поскольку автопроизводители боролись за максимально возможные рейтинги экономии топлива. По состоянию на конец 2016 года каждый четвертый автомобиль, проданный в США, был оснащен вариатором.

У вариатора есть свои недостатки; в первую очередь, он может быть вялым в управлении, поскольку он разработан для эффективности, а не для удовольствия. Однако, поскольку многие водители предпочитают отказываться от механической коробки передач, что приводит к тому, что предлагается меньшее количество механических коробок передач, вариатор продолжает увеличивать свое присутствие. Бесступенчатая трансмиссия также лучше всего работает в небольших автомобилях с небольшими двигателями, поэтому большинство грузовиков и больших внедорожников по-прежнему используют традиционную автоматику.

Вы можете прочитать «Как работают вариаторы», чтобы получить еще больше информации о том, как работают бесступенчатые трансмиссии. Теперь давайте рассмотрим простую передачу.

>Очень простая передача

Как это работает

Чтобы понять основную идею стандартной коробки передач, на схеме слева показана очень простая двухступенчатая коробка передач на нейтральной передаче. Давайте посмотрим на каждую из частей этой схемы, чтобы понять, как они сочетаются друг с другом:

• Зеленая шахта поступает от двигателя через сцепление. Зеленый вал и зеленая шестерня соединены как единое целое. (Сцепление — это устройство, которое позволяет соединять и разъединять двигатель и коробку передач.) Когда вы нажимаете на педаль сцепления, двигатель и коробка передач разъединяются, поэтому двигатель может работать, даже если автомобиль стоит на месте. Когда вы отпускаете педаль сцепления, двигатель и зеленый вал напрямую соединяются друг с другом. Зеленый вал и шестерня вращаются с той же скоростью, что и двигатель.
• Красная шахта а шестерни называются промежуточным валом . Они также соединены как единое целое, поэтому все шестерни промежуточного вала и сам промежуточный вал вращаются как одно целое. Зеленый вал и красный вал напрямую соединены своими зацепленными шестернями, так что если зеленый вал вращается, то вращается и красный вал. Таким образом, промежуточный вал получает мощность непосредственно от двигателя при каждом включении сцепления.
• желтая шахта представляет собой шлицевой вал, который напрямую соединяется с карданным валом через дифференциал с ведущими колесами автомобиля. Если колеса вращаются, желтый вал вращается.
• синие шестеренки катаются на подшипниках, поэтому они крутятся на желтом валу . Если двигатель выключен, но автомобиль движется накатом, желтый вал может вращаться внутри синих шестерен, а синие шестерни и промежуточный вал неподвижны.
• Назначение ошейника заключается в том, чтобы соединить одну из двух синих шестеренок к желтому карданному валу . Хомут соединен через шлицы непосредственно с желтым валом и вращается вместе с желтым валом. Однако воротник может скользить влево или вправо по желтому валу, чтобы зацепить любую из синих шестерен. Зубья на кольце, называемые собачьими зубьями, входят в отверстия по бокам синих шестерен, чтобы зацепить их.

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, когда вы переключитесь на первую передачу.

>Переключение на первую передачу

Следуйте пошаговому процессу переключения передач. Как это работает

На картинке слева показано, как при переключении на первую передачу фиолетовый ошейник входит в зацепление с синей шестерней справа. Как видно из рисунка, зеленый вал от двигателя вращает промежуточный вал, который поворачивает синюю шестерню вправо. Эта шестерня передает свою энергию через кольцо на приводной вал желтого цвета. Между тем, синяя шестерня слева вращается, но свободно вращается на подшипнике, поэтому не влияет на желтый вал.

Когда кольцо находится между двумя шестернями (как показано на рисунке на предыдущей странице), коробка передач находится в нейтральном положении. Обе синие шестерни свободно вращаются на желтом валу с разной скоростью, которая зависит от их передаточного отношения к промежуточному валу.

Из этого обсуждения вы можете ответить на несколько вопросов:

• Если вы ошиблись при переключении передач и услышали ужасный скрежет, значит, вы нет слышен звук неправильного зацепления зубьев шестерни. Как вы можете видеть на этих диаграммах, все зубья шестерни всегда находятся в полном зацеплении. Скрежет — это звук собачьих зубов безуспешно пытаясь зацепить отверстия сбоку синей шестерни.
• Показанная здесь трансмиссия не имеет «синхронизаторов» (обсуждается далее в статье), поэтому, если бы вы использовали эту трансмиссию, вам пришлось бы выжимать двойное сцепление. Это. Двойное сцепление было обычным явлением в старых автомобилях и до сих пор распространено в некоторых современных гоночных автомобилях. При двойном сцеплении вы сначала нажимаете педаль сцепления один раз, чтобы отсоединить двигатель от трансмиссии. Это снимает давление с зубов собаки, поэтому вы можете перевести ошейник в нейтральное положение. Затем вы отпускаете педаль сцепления и увеличиваете обороты двигателя до «правильной скорости». Правильная скорость – это значение оборотов, при котором двигатель должен работать на следующей передаче. Идея состоит в том, чтобы заставить синюю шестерню следующей шестерни и кольцо вращаться с одинаковой скоростью, чтобы собачьи зубья могли зацепиться. Затем вы снова нажимаете на педаль сцепления и фиксируете муфту в новой передаче. При каждом переключении передач вы должны нажать и отпустить сцепление дважды, отсюда и название «двойное сцепление».
• Вы также можете увидеть, как небольшое линейное движение ручки переключения передач позволяет переключать передачи. Ручка переключения передач перемещает шток, соединенный с вилкой. Вилка перемещает кольцо на желтом валу, чтобы включить одну из двух передач.

В следующем разделе мы рассмотрим реальную передачу.

>Настоящая передача

Большинство трансмиссий сегодня имеет не менее пяти скоростей. Как это работает

Четырехступенчатые механические коробки передач в значительной степени устарели, их место занимают пяти- и шестиступенчатые коробки передач в качестве более распространенных вариантов. Некоторые высокопроизводительные автомобили могут предлагать даже больше передач. Однако все они работают более или менее одинаково, независимо от количества передач. Внутренне это выглядит примерно так:

Есть три вилки, управляемые тремя тягами, зацепляемыми рычагом переключения передач. Глядя на тяги переключения передач сверху они выглядят так при движении задним ходом, первой и второй передачей:

Как это работает

Имейте в виду, что рычаг переключения передач имеет точку поворота. в центре. Когда вы нажимаете ручку вперед, чтобы включить первую передачу, вы фактически тянете шток и вилку для первой передачи назад.

Вы можете видеть это, перемещая переключатель влево и вправо. вы используете разные вилки (и, следовательно, разные ошейники). Перемещение регулятора вперед и назад перемещает ошейник, чтобы включить одну из шестерен.

Как это работает

Задняя передача управляется небольшой промежуточной шестерней (фиолетовый). Синяя задняя шестерня на этой диаграмме всегда вращается в направлении, противоположном всем другим синим шестерням. Следовательно, было бы невозможно включить передачу заднего хода, когда автомобиль движется вперед; собачьи зубы никогда не зацепятся. Однако они будут создавать много шума.

Синхронизаторы

В механических коробках передач современных легковых автомобилей используются синхронизаторы или синхронизаторы. чтобы исключить необходимость двойного сцепления. Синхронизатор предназначен для обеспечения фрикционного контакта муфты и шестерни до того, как соприкоснутся собачьи зубья. Это позволяет муфте и шестерне синхронизировать свои скорости до того, как зубья должны войти в зацепление, например:

Как это работает

Конус на синей шестерне входит в конусообразную область хомута, а трение между конусом и хомутом синхронизирует хомут и шестерню. Затем внешняя часть втулки скользит так, что собачьи зубья могут войти в зацепление с шестерней.

Каждый производитель реализует трансмиссии и синхронизаторы по-разному, но это общая идея.

>А как насчет автоматизированного руководства?

Семиступенчатая коробка передач Audi S tronic позволяет водителям использовать режимы D (Drive) или S (Sport). Водители могут использовать рычаг селектора или подрулевые лепестки для переключения передач. Ауди

Автоматизированная механическая коробка передач, возможно, более известна и точнее описывается как автоматическая коробка передач с двойным сцеплением, и это становится все более популярным вариантом. Хотя автоматическая коробка передач с двойным сцеплением стала популярной на автомобилях высокого класса, таких как Porsche и Audi, она становится все более доступной и для более популярных моделей.

Автоматическая коробка передач с двойным сцеплением работает через два сцепления, которые контролируются компьютерной сетью автомобиля и не требуют участия водителя. Как мы уже говорили, когда сцепление в механической коробке передач включено, оно отключает двигатель от трансмиссии, чтобы включить переключение передач. Автомат с двойным сцеплением управляет двумя разными передачами одновременно, что завершает переключение, минуя ступень отключения питания. Это позволяет трансмиссии с двойным сцеплением выполнять переключения намного быстрее, поскольку нет «паузы», пока двигатель и трансмиссия пытаются синхронизироваться.

Автомобиль быстрее, так как нет перерывов в мощности, езда более плавная, поскольку практически невозможно точно определить момент переключения передач, а экономия топлива лучше, потому что нет потери мощности из-за неэффективных переключений. Более подробно о коробках передач с двойным сцеплением можно прочитать здесь.

Стоит отметить, что некоторые автомобили с автоматической коробкой передач с двойным сцеплением предлагают ручной режим переключения передач, обычно с помощью подрулевых лепестков, но это не то же самое. Некоторые энтузиасты производительности могут оплакивать потерю опыта «греби сам», поскольку ручное переключение передач — это приятный навык, который нужно практиковать и совершенствовать, но если скорость является конечной целью, трудно спорить с результатами автоматической механической коробки передач. .

>Куда делись руководства?

Популярность механических коробок передач, также известных как 5-ступенчатые, в США снизилась, и в 2016 году на их долю приходилось всего 5 процентов проданных автомобилей. Владдип/Thinkstock

По данным U.S. News &World Report, на конец 2016 года только 5% новых автомобилей продавались с механической коробкой передач. Это меньше, чем пиковый показатель 1987 года, составлявший около 25 %.

Даже если вы относитесь к тем покупателям редких автомобилей, которые предпочитают водить машину с механической коробкой передач, вам будет трудно найти ее в следующий раз, когда вы пойдете в автосалон. Некоторые производители хранят руководство в качестве предлога, чтобы брать больше за автомат или вариатор, но оборотной стороной этого является то, что трудно получить хорошо оборудованный автомобиль с механической коробкой передач. Если вам нужны такие опции, как модернизация двигателя или полный привод, эти функции часто доступны только в моделях или комплектациях, которые не предлагают механическую коробку передач. Спортивные автомобили, которые раньше были верным способом получить механическую коробку передач, также переходят на более быструю и эффективную автоматическую коробку передач.

Автопроизводители говорят, что автоматические трансмиссии просто лучше во всех отношениях, особенно варианты с вариатором и двойным сцеплением, которые мы рассмотрели на предыдущих страницах. Фактический интерес к владению автомобилем с механической коробкой передач также снижается, особенно с учетом того, что американские водители проводят больше времени, сидя в плотном потоке машин, где постоянное выжимание педали сцепления может стать утомительным. Как сообщает U.S. News, «по мере того, как водители сталкиваются с большим количеством этой превосходной современной автоматической коробки передач, все меньше желающих научиться водить с механической коробкой передач».

Первоначально опубликовано:1 апреля 2000 г.

Часто задаваемые вопросы о механической коробке передач

Что означает 5-ступенчатая механическая коробка передач?

Механические коробки передач также известны как 5-ступенчатые.

До сих пор производят автомобили с механической коробкой передач?

да. Но по состоянию на конец 2016 года, по данным U.S. News &World Report, только пять процентов новых автомобилей продавались с механической коробкой передач. Это ниже пикового значения примерно в 25 процентов в 1987 году.

Лучше ли механическая коробка передач?

Автопроизводители говорят, что автоматические коробки передач просто лучше во всех отношениях, особенно варианты с вариатором и двойным сцеплением. Реальный интерес к владению автомобилем с механической коробкой передач снижается, особенно в связи с тем, что американские водители проводят больше времени, сидя в плотном потоке машин, где постоянное выжимание педали сцепления может стать утомительным.

Что лучше водить:автомат или механика?

С автоматической коробкой передач машина быстрее, так как нет перебоев в мощности. Поездка стала более плавной, так как почти невозможно точно определить момент переключения передач, а экономия топлива лучше, потому что мощность не теряется из-за неэффективных переключений.

Производятся ли по-прежнему механические коробки передач?

Даже если вы относитесь к тем покупателям редких автомобилей, которые предпочитают водить машину с механической коробкой передач, вам будет трудно найти ее в следующий раз, когда вы пойдете в автосалон. Если вам нужны такие опции, как модернизация двигателя или полный привод, эти функции часто доступны только в моделях или комплектациях, которые не предлагают механическую коробку передач.

>Дополнительная информация

Статьи по теме

• Как работает сцепление
• Как работают Gears
• Как работает автоматическая коробка передач
• Как работают гидротрансформаторы
• Как работают вариаторы

Больше отличных ссылок

• 20 лучших автомобилей с механической коробкой передач
• Каково реальное влияние трансмиссии с двойным сцеплением на время прохождения круга?
• Почему бесступенчатая трансмиссия является идеальной трансмиссией
• Почему исчезают механические коробки передач?
• Почему в моделях Audi Performance нет механической коробки передач