Что означает ступенчатая коробка передач

Механическая коробка передач (Механика, МКПП)

Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.

История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.

Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.

Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.

Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.

· Простая и надежная конструкция

· Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья

· Движение в экономичном режиме

· Неудобство управления в сложном городском режиме

Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)

Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.

Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.

Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.

Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.

Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.

Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.

· Комфорт и удобство управления

· Способность менять передачи при полной мощности двигателя

· Плавность хода во время переключения передач

· Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи

· Стоимость и периодичность обслуживания

· Больший расход топлива

· Меньшая динамика автомобиля

Роботизированные коробки передач (Роботы)

Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.

В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.

Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.

Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.

В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:

· С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.

· Плавность переключения и хода

· Экономичный расход топлива

· Возможность выбора режима работы трансмиссии

· Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям

Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)

Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.

К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.

Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя. Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.

Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.

· Переключение передач происходит незаметно, без рывков

· Экономичный расход топлива

· Несовместимость с мощными моторами

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Большое количество датчиков влияющих на работу CVT

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке

Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.

Источник

Классификация ступенчатых коробок передач и требования к ним.

Продолжаем познавательную страничку.

Ступенчатые коробки передач классифицируют по следующим признакам:
1) по подвижности валов и осей различают коробки передач с неподвижными валами и планетарные (с подвижными осями части шестерен—сателлитов).
2) по числу валов коробки передач с неподвижными валами делят на двух-, трех- и многовальные
3) по числу ступеней для движения вперед коробки передач могут быть двух-, трех-, четырех-, пяти- и многоступенчатыми (двухступенчатые коробки применяют совместно с бесступенчатым трансформатором)
4) по способу управления различают неавтоматические, полуавтоматические и автоматические коробки передач.

Переключение передач в планетарной коробке производят без разрыва потока мощности, которой способствует генератор, что облегчает управление коробкой передач и позволяет увеличить число ступеней, а также улучшить динамичность автомобиля. Однако планетарные коробки сложнее и дороже, а их габаритные размеры и масса обычно несколько больше, чем у коробок передач с неподвижными валами, получивших наибольшее распространение. Планетарные коробки передач используют в качестве механической части бесступенчатых коробок передач, а так же как ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.

В настоящее время наибольшее распространение получили четырех- и пятиступенчатые коробки передач. Многоступенчатые коробки передач с числом ступеней 6—15 устанавливают на грузовые автомобили большой грузоподъемности и высокой проходимости.

Неавтоматической коробкой передач управляют непосредственно или с помощью усилителя (гидравлического, пневматического, вакуумного, электромагнитного или комбинированного).

Требования к ступенчатым коробкам передач.

К основным требованиям, которые предъявляют к ступенчатым коробкам передач, следует отнести:
1) обеспечение наилучших тяговых и топливно-экономических свойств автомобиля
2) высокий КПД
3) легкость управления
4) безударное переключение передач
5) бесшумность работы
6) невозможность включения одновременно двух передач или передачи заднего хода при движении вперед
7) надежное удержание передач во включенном и нейтральном положениях
8) простоту конструкции и небольшую стоимость
9) малые габаритные размеры и массу
10) удобство обслуживания и ремонта
11) надежность конструкции

Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать число ступеней в коробке передач и их передаточные числа. При увеличении числа ступеней можно обеспечить режимы работы двигателя, близкие к наивыгоднейшим с точки зрения динамичности и топливной экономичности автомобиля. Однако в этом случае усложняется конструкция, возрастают габаритные размеры и масса коробки передач, а также затрудняется управление автомобилем. Вместе с тем увеличение числа ступеней обычно вызывает увеличение времени, в течение которого происходит разрыв потока мощности, что может ухудшить динамичность автомобиля.

Легкость управления коробкой передач зависит от ее конструктивной схемы, способа переключения передач и типа привода переключения. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен (кареток), зубчатых муфт, муфт синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Наиболее просты и компактны коробки передач с переключающими каретками. Однако каретки не могут обеспечить безударного переключения передач, поэтому приходится применять специальные способы переключения, притормаживая или ускоряя ведомые части сцепления двигателем; Долговечность коробки передач при этом оказывается совершенно недостаточной. Зубчатые муфты несколько повышают ее долговечность, так как удары при переключении воспринимает большее число зубьев муфт и включаемых шестерен. Вместе с тем и в этом случае удары полностью не исключены, а конструкция коробки передач получается более сложной.

Для безударного переключения передач устанавливают синхронизаторы, которые однако усложняют конструкцию, а также увеличивают габаритные размеры и массу коробки передач. Поэтому наибольшее распространение получили коробки передач, в которых высшие передачи : переключают синхронизаторами, а низшие — зубчатыми муфтами и каретками.

В планетарных коробках передачи переключают, используя фрикционные или электромагнитные устройства, иногда применяемые и в коробках передач с неподвижными валами.

Шум при работе коробки передач, зависящий в основном от типа установленных в ней шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми или шевронными (последние используют очень редко).

Источник

Коробка передач

Коробка передач является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля и предназначена для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.

В зависимости от принципа действия различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные коробки передач. Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля.

Механическая коробка передач (сокращенное наименование – МКПП, обиходное название — механика) представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятиступенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач.

Основными преимуществами механической коробки передач являются простота конструкции, надежность, возможность ручного управления во всех режимах движения. Благодаря этим качествам МКПП является самым распространенным типом коробки передач. Вместе с тем, все больше потребителей в последние годы выбирают коробки с автоматическим управлением.

Роботизированная коробка передач (другое наименование – автоматизированная коробка передач, обиходное название — робот) представляет собой механическую коробку передач, в которой автоматизированы функции выключения сцепления и переключения передач. Современные роботы имеют двойное сцепление, которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.

Применение роботизированной коробки передач с двойным сцеплением обеспечивает снижение расхода топлива, высокую разгонную динамику. Благодаря данным качествам, популярность роботов стремительно растет. В настоящее время преселективные коробки передач устанавливаются как на бюджетные автомобили (Volkswagen, Ford), так и автомобили премиум класса (Bentley, Porsche). Известными конструкциями роботизированных коробок передач являются коробки передач DSG (Direct Shift Gearbox), SMG (Sequential M Gearbox), Изитроник.

К бесступенчатым коробкам передач относится вариатор (обиходное название вариаторная коробка передач). В отличие от ступенчатых коробок, передаточное число в вариаторах изменяется плавно. Это достигается за счет гидравлического или механического преобразования крутящего момента.

Благодаря своей конструкции вариатор обеспечивает оптимальные динамические характеристики автомобиля. С другой стороны вариаторная коробка передач имеет ограничения по величине передающего крутящего момента. Отдельные конструкции имеют нарекания в плане надежности и ресурса. Вариаторы используют, в сновном японские автомобильные компании (Nissan, Honda, Subaru), из европейских — Audi. Известными конструкциями вариаторов являются Мультитроник, Экстроид.

Комбинированный принцип действия используется в автоматической коробке переключения передач (сокращенное наименование – АКПП, обиходное название – коробка-автомат). Классическая автоматическая коробка передач включает гидротрансформатор (заменяющий сцепление и обеспечивающий безступенчатое регулирование крутящего момента) и механическую коробку передач (обычно планетарный редуктор). Современные автоматы имеют семь (7G-Tronic) и даже восемь ступеней передач.

Коробка-автомат обеспечивает плавное переключение передач и высокую надежность работы. При этом АКПП имеет повышенный расход топлива и низкую разгонную динамику. В ряде конструкций автоматической коробки передач предусмотрена имитация ручного переключения передач Типтроник, Стептроник.

В настоящее время термином «автоматическая коробка передач» обозначаются не только классическая гидротрансформаторная коробка, а также роботизированная коробка передач и вариатор. Все они имеют электронное управление.

Разновидностью автоматической коробки передач является т.н. адаптивная коробка передач, учитывающая стиль вождения конкретного человека.

Источник

Типы автоматических коробок передач

Помните, как в одной известной песне поется: «Крепче за баранку держись, шофер!» В то время, когда писались слова к этой песне, водителям приходилось время от времени держаться за руль всего лишь одной рукой, орудуя рычагом механической коробки передач. Сегодня же благодаря «автомату» можно подарить «баранке» все свое внимание, не отвлекаясь на игры с «механикой». Рассмотрим же основные типы автоматических трансмиссий.

Вряд ли кто-то будет спорить с тем, что АКПП резко снизила нагрузки водителей, избавив их от необходимости топтать педаль сцепления и подарив возможность даже в салоне автомобиля чувствовать себя так же комфортно, как дома перед телевизором. И если вы решили отдать предпочтение автомобилю с коробкой-автомат, тогда вас ждет довольно непростой выбор типа трансмиссии. Да, обычно конечный потребитель не обращает внимания на устройство КПП, для него главное – это две педали, селектор и стремительно убегающая под автомобиль дорога. Однако не торопитесь, потому как есть типы трансмиссий, которые являются более выигрышным вариантом.

Гидравлический «автомат»: классика в чистом виде

Этот тип АКПП является классическим примером автоматической трансмиссии, особенность которой заключается в том, что между колесами и двигателем напрочь отсутствует какая-либо связь. Вы спросите – а как же передается крутящий момент? Отвечаем – через рабочую жидкость посредством двух турбин. Однако мы эволюционируем, а вместе с нами эволюционирует все, что мы изобретаем, потому сегодня такие коробки управляются специальными электронными устройствами. Это позволяет оснащать гидромеханические коробки передач спортивным и зимним режимом, программами экономичной езды, а также возможностью ручного переключения передач.

Если сравнивать «гидавлику» с МКПП, то первой нужно больше топлива, а также больше времени на разгон. Что ж, за комфорт нужно платить. Но именно «гидравлика» первой бросила вызов устаревшей механике и во многих странах одержала триумфальную победу. Но не в Европе. В Старом Свете коробка-автомат долго не могла прижиться. Возможно, это европейцы такие требовательные, или привычки практически неискоренимы, но инженерам пришлось попотеть, чтобы доработать АКПП для Европы. Но зато после этого «автомат» научился подстраиваться под стиль вождения, что и дало нам в результате экономичный, спортивный и зимний режимы работы.

Многие водители и рады были бы пользоваться АКПП, но при этом ни в какую не хотели отказываться от возможности самостоятельно переключать передачи. И решение нашлось – новые «автоматы» начали оснащать и ручным режимом. У каждого производителя для такого типа коробок существует собственное название, но первым было Autostick. На сегодняшний день самым распространенным названием является придумка компании Audi – Tiptronic. Конструкторы BMW назвали такую коробку Steptronic, а в Volvo решили, что вполне подойдет и Geartronic.

Несмотря на то, что при включении ручного режима водитель сам переключает передачи, в полной мере ручным его все же назвать нельзя. Скорее это полуавтоматика, ведь компьютер трансмиссии продолжает работать в это время и все равно контролирует работу автомобиля.

Роботизированная механика: предвестники Скайнета

МТА (Manual Transmission Automatically Shifted), а в простонародье просто «робот», по своей конструкции претендует на то, чтобы носить гордое имя «механики», но при этом по управлению – это чистой воды АКПП. При этом расход топлива здесь уже значительно меньше, чем на «механике». Но не все так сладко. Есть и своя горчинка: «робот» лоялен лишь в отношении спокойного режима езды. Как только вы решите поддать в топку угля и вдавите педаль газа в пол, сразу же болезненно ощутите, как переключаются передачи. Ощущения похожи на то, будто при каждом переключении передачи вас кто-то толкает в задний бампер. Но это с лихвой компенсируется небольшим весом коробки и ее сравнительно невысокой стоимостью.

«Робот» с двумя сцеплениями: одним сцеплением сыт не будешь

Как мы говорили выше, «робот» нуждался в серьезной доработке, потому как его недостатки существенно влияли на комфорт езды. И конструкторы решили оснастить его сразу двумя сцеплениями.

В массовое производство такая трансмиссия была запущена в 2003 году компанией Volkswagen, которая устанавливала ее на автомобили Golf R32. Такому «роботу» было дано название DSG (Direct Shift Gearbox). Два диска сцепления управляли разными передачами – четными и нечетными. Это значительно смягчило работу коробки, однако и у этого механизма имеется свой недостаток, который нельзя назвать незначительным – это высокая цена. Впрочем, если «робот» с двумя сцеплениями завоюет сердца пользователей, то это перестанет быть проблемой.

Вариатор: отказ от ступеней

Вариаторная трансмиссия (Continuously Variable Transmission) отличается тем, что умеет плавно изменять крутящий момент. Это бесступенчатая АКПП, в которой у передач отсутствует фиксированное передаточное число.

Если сравнивать CVT с классической «гидравликой», то в случае последней мы можем слышать, а также следить по тахометру за работой коробки. А вот вариатор работает очень размеренно, сохраняет баланс скорости и постоянно подхватывает момент смены передачи. Эта коробка не понравится водителям, которые любят «слушать» свой автомобиль, потому как вариатор постоянно работает в одной тональности, словно троллейбус. Однако не стоит сразу отказываться от вариатора в связи с акустической монотонностью: инженеры придумали выход из этой ситуации и снабдили коробку режимом, который позволяет вручную выбирать «виртуальные передачи». Данный режим имитирует смену передач и позволяет водителю чувствовать их переключение, как при езде на обычном «автомате».

Что день грядущий нам готовит?

Что говорят эксперты о том, кому будут принадлежать лавры первенства в будущем? Больше всего очков независимые «судьи» ставят «роботу» с двумя сцеплениями, который считается самой удачной разработкой на данный момент.

Вряд ли будет сдавать свои позиции и вариатор, но здесь все упирается в желание производителей автомобилей совершенствовать данный вид АКПП, в котором недостатков сейчас больше, чем преимуществ.

Классический «автомат» все еще отхватывает свой внушительный кусок пирога, но его время постепенно уходит. Однако еще рано говорить ему терминаторовское «Аста ла виста».

Источник