Как устроена коробка передач: Как работает коробка передач в автомобиле?

Содержание

Как устроена коробка передач: многообразие гениальных форм

Сейчас мы рассмотрим как устроена коробка передач и каких типов они бывают.

Мы знаем, что двигатель автомобиля делает основною работу по перемещению нашей машины в пространстве. Но кроме него есть не менее важные узлы и агрегаты, к этому движению причастные. Например коробка передач.

Оглавление

1 Как устроена коробка передач, многообразие конструкторских решений
- 1.1 Механическая коробка передач
- 1.2 Автоматическая коробка передач
- 1.3 Вариаторная коробка передач
- 1.4 Роботизированная коробка передач

В массовом производстве в настоящее время находятся следующие типы коробок:

Механическая;
Автоматическая;
Роботизированная;
Вариаторная

Надпомню, трансмиссия — это система агрегатов, которая передает крутящий момент от двигателя к колесам, туда обычно входят коробка передач, раздатка (на полноприводных), карданные валы, дифференциал. Если есть непонятные слова, то смотрите другие статьи, описывающие тот или иной механизм.

Механическая коробка передач

Это самая простая и надежная система. Механическая коробка передач начала устанавливаться на автомобили более века назад. В них реализован принцип ручной смены передач с выключением сцепления.

Конструкция системы это объединение двух валов на которых закреплено много-много шестерней разного диаметра где один вал связан с двигателем и крутит свою шестерню, которая связана парой с другой на выходном валу и передает усилие далее на дифференциал и соответственно колеса.

Это кончено упрощенное изложение, но дает представление что не все так страшно в автомобиле. Ах, да еще забыл, что при переключении происходит отключение двигателя от системы с помощью сцепления так как что бы вошла в зацепление новая пара шестеренок, то есть соответственно передача, шестерни должны приостановиться.

Механическая коробка передач на современных автомобилях бывает 5 и 6 ступенчатая, чем больше передач при равных условиях, тем экономичнее машина. Но такие системы отживаю свое, на смену им приходят более удобные – автоматические коробки. Хотя надо признать, механическая коробка никогда не уйдет с автомобильной сцены пока существуют автомобили с двигателем внутреннего сгорания.

Автоматическая коробка передач

Удобно и легко переключать передачи на автомате, но как устроена коробка передач такого типа? Такая коробка передач более дружелюбна для пользователя, а особенно для девушек, коробка передач, которая сама выбирает нужный режим работы.

Хотя, о чем я, такую коробку передач с удовольствием выбирают и матерые профессионалы-мужчины, в больших городах, в пробках, такая коробка просто необходима.

И так про строение этого автомата. Автоматическая трансмиссия состоит из гидротрансформатора и планетарного механизма. Гидротрансформатор является связующим звеном между двигателем и планетарным механизмом который и переключает передачи.

Если вкратце, то гидротрансформатор — это набор из нескольких видов лопастей между которыми переливается масло.

Насосный набор лопастей находится на одном валу с двигателем и передает давление масла на турбину, которая обращает давление в движение валов коробки передач. А между насосным и турбинными лопастями помещен статор — это лопасти, которые при повышении оборотов двигателя притормаживаются и делают работу гидротрансформатора более эффективной.

Но все равно коэффициент полезного действия гидротрансформатора намного меньше нежели в механической коробке передач. Что влечет за собой повышенный расход топлива на автомате в сравнении с механикой.

Зато двигатель находится в более щадящем режиме так как управление коробкой осуществляется с оглядкой на нагрузку двигателя. Само же управление работой коробки сведено к переключению между режимами вперед и назад, ну и некоторым набором специальных режимов:

вперед — режим D, когда коробка сама переключает передачи от первой до последней;
назад — режим R, просто движение задним ходом;
пониженный режим L, когда переключение происходят вверх до определенной ступени, обычно до второй или третьей;
зимний режим W , дает возможность трогаться с места со второй передачи что уменьшает пробуксовку ведущих колес;
режим P (паркинг), блокирует ведущие колеса что бы автомобиль не скатывался на уклоне;
ну и режим N, «нейтраль» — при котором двигатель работает, но машина не едет и колеса не заблокированы.

Это все хорошо, Вы скажете, а как же коробка сама переключает передачи? Ну тут все просто, ранее мы вспоминали планетарный механизм, он то как раз и делает всю работу.

Здесь так же присутствуют шестеренки, но размещаются они как планеты внутри большой шестерни. В зависимости от того какую передачу нужно сейчас включить механизм с помощью масла управляемый электроникой через специальные каналы подтормаживает одни шестеренки и отпускает другие.

На данный момент самое большое количество ступеней, которое встречаться в автоматической коробке передач это 9, но и они не дают такой экономии как механические коробки передач с электронным управлением.

Вариаторная коробка передач

Как устроена коробка передач с вариатором? Принцип работы вариатора можно представить следующим образом. Все видели как устроено переключение передач на велосипеде. Там переключение передач осуществляется путем перескакивания цепи на звездочки разных диаметров, тем самым меняя момент сила на колесо.

Такой же принцип и применен на коробке с вариатором, но только вместо звездочек там применяются раздвижные конусообразные шкивы, которые сдвигаются и раздвигаются на одной оси, то выдавливая специальную наборную цепь, то впуская на меньший диаметр соприкосновения со шкивами. Вместо цепи применяется и клиноременная передача.

Управление коробкой передач вариатор происходит при помощи электроники, которая получает информацию от множества датчиков, которые в свою очередь считывают обороты коленчатого вала, скорость вращения ведущих валов, ABS, и даже давление в шинах.

Управляющий компьютер анализирует всю информацию и дает команду как сдвинуть или раздвинуть шкивы, тем самым определяя оптимальное передаточное число.

Коробка с такой конструкцией по значению КПД и уровню экономии топлива приближена к механической коробке передач. А иногда даже и превышает показатели конкурента. А плавно меняющиеся угловые скорости между шкивами обеспечивают плавность, которая не в одной из перечисленных видов коробок не возможна.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная коробка с двумя сцеплениями – верх совершенства. Как устроена коробка передач с такой перспективной системой?

Электроуправляемая механическая коробка передач с двумя сцеплениями являет собой обычную коробку передач только со значительными доработками. В её строении имеются два сцепления и два набора валов с шестернями четных и нечетных передач. То есть одновременно включены в коробке две передачи, но одно сцепление разомкнуто чтобы работала одна передача.

Если же есть необходимость включить следующую передачу размыкается первое сцепление, а второе, с уже давно включённой нужной передачей смыкается. Из-за этого скорость переключений просто поразительная и не ощущается в машине.

Такая коробка хоть и отличается от классической автоматической трансмиссии, но режим роботы селектора передач чисто автоматический.

Нужно отметить, что экономичность роботизированных коробок на высоте, и такая же как у механической коробки. Это и понятно, так как нет потерь на работу классического гидротрансформатора с его сниженным КПД.

В заключении хочется отметить что все выше перечисленные виды трансмиссии имеют место быть в современном автомобилестроении, так как у каждого типа авто свои задачи и особенности.

Если Вам было интересно подписывайтесь на обновление блога и рекомендуйте статью друзьям в соц.сетях, будет еще много интересного.

До встречи!

Переключение скоростей на механической коробке передач как правильно

На современном автомобильном рынке всё большее распространение получают экземпляры с автоматической либо роботизированной коробкой передач. По своим техническим характеристикам они уже давно не уступают своим механическим аналогам, вдобавок привлекая потенциального владельца отсутствием необходимости самостоятельно управлять процессом переключения скоростей, раз за разом совершая множество телодвижений.Тем не менее, на вторичном рынке в среднем ценовом сегменте соотношение продаваемых автомобилей всё ещё будет, скорее, в пользу тех, которые обладают именно МКПП.

трехвальной механической коробки передач

Содержание

1 ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С МКПП
2 ПРИНЦИП РАБОТЫ МКПП
3 УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЕМ С МКПП ПРИ СТАРТЕ
4 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП
5 ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП
6 РЕКОМЕНДАЦИИ И ВЫВОДЫ

ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С МКПП

Водители старой закалки считают, что надёжнее механики быть ничего не может, а всевозможные роботы и автоматы – это скорее расходные материалы для авто, нежели их полноценные части, поскольку они излишне дороги в обслуживании и гораздо больше подвержены всевозможным дефектам. В чём-то такие автовладельцы действительно правы: сама по себе механическая коробка передач устроена проще, чем АКПП и робот, потому проблем с ней возникает меньше. Если взять два автомобиля определённой марки, в одинаковом кузове и одних и тех же годов выпуска, один на механике, а второй на автомате – первый экземпляр будет стоить несколько дешевле. Да и если сравнивать цены на ремонтные работы – механическая коробка порадует владельца, не слишком опустошая кошелёк. А вот водителям автомобилей на автоматических КПП приходится порой вкладывать немалые суммы в их приведение в рабочее состояние.

Рисунок — схема механической коробки передач.

Механика вызывает недовольство, в основном, у начинающих водителей. Ввиду отсутствия какого-либо опыта в управлении автомобилем, у них сразу возникают вопросы: « Как переключать передачи на механике?», «Как вообще тронуться с места?» или «Как выехать задом?», — и масса других. Но уже спустя несколько практических занятий недовольство и недоумение проходят, и появляется практический навык – ведь на самом деле ничего сверхсложного в самостоятельном переключении передач с помощью МКПП нет.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МКПП

Для начала следует разобраться, каков принцип работы механической коробки передач. Назначение коробки заключается в генерировании передаточного отношения вращательной скорости от двигателя внутреннего сгорания к колёсам автомобиля. Передаточные числа – это своего рода «ступени» коробки, и они переключаются вручную тем, кто управляет автомобилем с помощью селектора. Поскольку процесс полностью механизирован и требует непосредственного участия водителя, коробка передач и получила название «механическая».

МКПП, в отличие от автоматики, не подвержена сбоям. Хоть современные технологии и позволяют сделать автоматические трансмиссии невероятно «разумными», их работа все равно не сможет в полной мере заменить ручное управление.

Механическая КПП работает вкупе со сцеплением – механизмом, который передаёт крутящий момент на колёса и позволяет переключать передачи максимально плавно, без отключения оборотов ДВС. Без сцепления огромный крутящий момент, который необходим для нормального движения автомобиля, попросту разорвёт коробку. Управление сцеплением осуществляется с помощью выведенной в область для ног водителя педали, наряду с акселератором и педалью торможения. Главное для водителя — запомнить, что переключать скорости на механической коробке передач всегда нужно только тогда, когда педаль сцепления выжата полностью.

УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЕМ С МКПП ПРИ СТАРТЕ

На начальных порах обучения в автошколах многие обучающиеся с энтузиазмом садятся за руль, включают зажигание, снимают машину с ручника, включают первую передачу и… Мотор глохнет, и автомобиль встаёт колом. Чем обусловлена такая ошибка? Да, действительно, алгоритм действий при намерении тронуться на машине с места таков: в автомобиле с уже включенным зажиганием ручкой МКПП необходимо переключиться с нейтрального положения на первую передачу, предварительно полностью нажав педаль сцепления – таким образом активируется подача топлива, и авто имеет возможность сдвинуться с места. Затем сцепление опускается, и педалью газа автомобилю придаётся ускорение.

Управление «механикой»

Но проблема в том, что именно для старта двигателю необходимо преодолеть наибольшее количество усилий, и если сцепление отпустить слишком быстро, коробка не может переработать крутящий момент, а мотор, соответственно, не может дальше функционировать, отчего и происходит его остановка. Чтобы правильно тронуться с места на авто с механической коробкой передач, нужно соблюдать точный баланс между педалями сцепления и газа. Нажав на сцепление с включенной первой передачей, необходимо следом медленно и плавно нажать на газ. По ходу движения машины нужно понемногу давать ей ускорение, одновременно сильнее нажимая педаль акселератора, и не спеша, аккуратно снимать ногу со сцепления вплоть до полного отпускания.Когда автомобиль трогается с места, рекомендовано пользоваться для максимальной эффективности исключительно первой передачей. Именно с её помощью на колёса даётся максимальный крутящий момент, которого будет достаточно, чтобы сдвинуть с места огромную массу автомобиля, и возможность прекращения работы двигателя при корректной работе с педалями сводится к минимуму. Включается передача с помощью плавного движения селектором, как уже упоминалось, при полностью выжатом сцеплении. Начинать отпускать сцепление нужно только тогда, когда ручка МКПП плотно встала на место передачи, которая используется в текущем режиме. Если при попытке тронуться с места селектор начинает трясти настолько, что вибрации отдают в руку водителю, а от самой коробки исходит неприятный скрежет – передача не была включена полностью, и стоит немедленно остановить автомобиль, полностью выжав тормоз, затем нажав на сцепление и переведя ручку коробки передач в нейтральное положение. После остановки попытку можно повторить вновь.

МКПП ПРИ СТАРТЕ

ВАЖНО: для езды по заснеженной либо скользкой поверхности не помешает освоить навык старта сразу со второй передачи. Трогаясь с места таким образом, автомобиль избегает букса на колёсах, а соответственно — риска заноса или застревания в снегу. Порядок действий при этом точно такой же, как и при старте на первой передаче, за исключением того, что опускать сцепление и добавлять газ нужно значительно медленнее. Если сцепление отпустить слишком резко – переключение передачи произойдёт некорректно. Если повторять эту ошибку периодически – можно попросту спалить сцепление.

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП

Переключать передачи вовремя неопытному водителю поможет тахометр, интегрированный в приборную панель автомобиля. Это устройство показывает, на каких оборотах работает двигатель в текущем режиме. Нормальным для езды на одной передаче считается интервал 2500-3000 оборотов в минуту, когда стрелка поднимается выше указанного значения – нужно включать следующую передачу. Если постоянно ехать на высокой скорости, используя малую передачу, это может привести к повреждению и последующей необходимости замены сцепления.

Правила переключения с любой передачи на вышестоящую одинаковы:

первым делом необходимо отпустить педаль газа и полностью выжать сцепление;
затем нужно поставить селектор переключения в положение, соответствующее требуемой передаче, педаль сцепления при этом по-прежнему нужно удерживать;
далее осуществляется плавный нажим на педаль газа и соразмерно скорости, с которой одна нога давит на акселератор, другая нога, которая удерживает сцепление, постепенно отпускает его.

Механическая коробка передач ценится многими водителями

В большинстве автомобилей на МКПП после третьей передачи переключения происходят более незаметно, и сцепление уже можно отпускать немного быстрее. Однако это не значит, что можно просто резко убрать с него ногу – это всё так же приведёт к неисправностям в будущем.

На автомобилях спортивной линейки переключения могут происходить на повышенных оборотах, т.к. они с завода снабжаются специальным керамическим либо иным усиленным сцеплением.

Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

ВАЖНО: Механическая коробка передач ценится многими водителями за то, что даёт возможность в нужный момент переходить на пониженную передачу. Что это даёт:
— возможность регулировать скорость автомобиля на опасных участках дороги: резкий спуск или поворот, возвышенность и т. д.;
— позволяет осуществлять безопасный обгон других транспортных средств;
— при неисправности тормозной системы с помощью МКПП можно остановить автомобиль с помощью торможения двигателем. Такое торможение осуществляется постепенным поочерёдным

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП

переключением на пониженную передачу вплоть до нейтральной. Если тормоза хотя бы в какой-то степени при этом пригодны к работе, нужно помогать педалью тормоза, чтобы не допустить критического повышения оборотов и перегрева ДВС.

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП

Как было упомянуто, самым оптимальным моментом для переключения передач на МКПП является достижение стрелкой тахометра значений 2500-3000 оборотов в минуту. Водители с небольшим стажем зачастую ошибочно считают, что, включив следующую передачу на более низких оборотах, они таким образом сэкономят топливо и уменьшат его расход. Такое мнение в корне неверно – для старта с низких оборотов топлива нужно как раз наоборот, куда больше. Плюс, на переключениях при низких оборотах частично теряется сцепление с дорогой, и управление может стать небезопасным, особенно, если оно осуществляется на неровной, скользкой или заснеженной дороге.

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА НА АВТОМОБИЛЕ С МКПП

Для экономии топлива предусмотрены самые высокие передачи в механических коробках. В большинстве современных моделей это пятая либо шестая передачи. Однако экономия происходит только при планомерном переключении, преждевременный переход на повышенную передачу расход топлива не снизит, а лишь сбросит обороты. Сэкономить таким образом на топливе в автомобиле с МКПП можно при постоянном беспрепятственном движении, к примеру, по трассе. Если же ездить в черте города при большой плотности транспортного потока – вряд ли придётся воспользоваться передачей свыше четвёртой, а иногда и третьей.

Как работает коробка передач (трансмиссия)?

Преобразование скорости и крутящего момента происходит в коробках передач за счет расположения шестерен или шкивов разных размеров.

1 Преобразование скорости
- 1.1 Коэффициент трансмиссии
- 1.2 Руководитель
- 1,3 РАЗВЛЕНИЕ И ЦЕЧЕСКИЙ ДИР ДВИД
2 Стадии передачи
3 ПРИМЕНЕНИИ РАБОТЫ РАБОТА
4 ПРИВЕТСТВЕННЫЙ СТРАНС
- 4.1.
- 4.2 Ременная передача

Преобразование скорости

Как объясняется в статье Что такое трансмиссия (коробка передач) и для чего она используется?, трансмиссии используются, помимо прочего, для установки скорости на желаемое значение. Такое преобразование скорости становится очевидным при взгляде на анимированную зубчатую передачу ниже. В этом случае скорость снижается от передачи к передаче.

Анимация: работа зубчатой передачи

Снижение скорости может быть связано с разным количеством зубьев между соответствующими парами шестерен. Например, первые ведущая шестерня (зеленая) на приводном валу имеет всего 15 зубьев. В результате эти 15 зубьев совершают один полный оборот при повороте зубчатого колеса. Они толкают следующую ведомую шестерню (оранжевого цвета) на 15 зубьев дальше.

Однако эта ведомая шестерня имеет больше зубьев из-за большего диаметра. В результате он больше не движется на полный оборот. В данном случае ведомая шестерня имеет всего 30 зубьев. Таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая шестерня проталкивается только на пол-оборота. В конечном итоге это означает уменьшение скорости вдвое.

Обратите внимание, что отдельные зубья больших шестерен имеют те же размеры, что и зубья меньших шестерен, поскольку соответствующие зубья должны совпадать друг с другом. Такая блокировка шестерен также называется зацеплением .

Передаточное отношение

Изменение скорости от ведущего колеса к ведомому описывается так называемым передаточным числом i. Он определяется следующим образом:

\begin{align}
\label{def_uebersetzungsverhaeltnis}
&\boxed{i = \frac{n_1}{n_2}} \\[5px]
\end{align}

В этом уравнении n ₁ обозначает скорость вращения ведущего колеса, а n ₂ — скорость вращения ведомого колеса. Если направление вращения реверсируется с редуктором, это обычно обозначается отрицательным знаком. Однако по соображениям простоты это соглашение не будет применяться в дальнейшем.

В случае, описанном выше, передаточное число между двумя шестернями равно i = 2, что означает, что ведущее колесо вращается в два раза быстрее, чем ведомое колесо, или ведомое колесо движется в два раза медленнее, чем ведущее колесо. Часто передаточные числа также даются в виде 2:1 («два к одному»).

Передаточное отношение определяется как отношение скоростей вращения ведущего колеса к ведомому колесу. Он наглядно показывает, как часто ведущее колесо должно повернуться за один оборот ведомого колеса!

Зубчатая передача

Для двух парных шестерен передаточное отношение определяется (обратным) отношением числа зубьев z или соответствующим диаметром делительной окружности d:

\begin{align}
\label{zaehne_uebersetzungsverhaeltnis }
&\boxed{i = \frac{z_2}{z_1} = \frac{d_2}{d_1}} \\[5px]
\end{align}

Рисунок: Диаметр рабочей окружности зубчатых колес

Рабочий шаг диаметр окружности — это диаметр воображаемых цилиндров делительной окружности , которые катятся друг на друга без скольжения (несколько неточно, просто упоминается как диаметр окружности делительной окружности ). Следовательно, окружные скорости на рабочем делительном круге обоих зубчатых колес идентичны. Диаметр делительной окружности зубчатого колеса в конечном итоге эквивалентен диаметру шкива ременной передачи.

Диаметр делительной окружности – это диаметр воображаемых цилиндров, которые катятся друг на друга без проскальзывания!

Анимация: цилиндры шага

Ременная передача и цепная передача

В случае фрикционной или ременной передачи (или цепной передачи) передаточное отношение может быть определено (обратным) отношением соответствующих диаметров колес d:

\begin{align}
\label{rad_uebersetzungsverhaeltnis}
&\boxed{i = \frac{d_2}{d_1}} \\[5px]
\end{align}

Рисунок: Диаметр колеса для тягового механизма

Если, например, ведомое колесо в два раза больше ведущего колеса, это также относится к соответствующим окружностям колеса. В то время как ведущее колесо вращается один раз, колесо двойного размера вращается только на пол-оборота (либо путем качения друг на друга в случае фрикционных колес, либо с помощью цепей или ремней в случае ременных передач или цепных передач). Таким образом, скорость уменьшается вдвое, и передаточное отношение i = 2 снова присутствует.

Ступени редуктора

В принципе, каждой колесной паре в трансмиссии может быть назначено определенное передаточное отношение, при котором изменяется скорость. Приведенные выше анимации зубчатой и ременной передач показывают, что передача обычно состоит не из одной пары колес, а из нескольких, каждое из которых установлено на своем валу.

Каждая пара колес, находящихся в зацеплении друг с другом, представляет собой так называемую ступень редуктора и характеризуется определенным передаточным отношением. Как правило, коробка передач имеет несколько ступеней передачи, каждая из которых имеет разные передаточные числа.

Рисунок: Ступени редуктора

Ступень редуктора — это колесная пара в коробке передач, при которой изменяется скорость или крутящий момент!

Таким образом, когда мы говорим о передаточном отношении всего редуктора, мы имеем в виду общее передаточное число , то есть передаточное число между входным и выходным валами всего редуктора! Общее передаточное число i _t можно рассчитать путем умножения отдельных передаточных чисел ступеней редуктора:

\begin{align}
&\boxed{i_{t} = i_1 \cdot i_2 \cdot i_3 \cdot \dots} \\[5px]
\end{align}

Общее передаточное число редуктора является результатом умножения отдельных передаточных чисел соответствующих ступеней редуктора!

Более подробную информацию о функции и устройстве ступеней редуктора можно найти в статье Что такое ступени редуктора?.

Формы передаточных чисел

Коробки передач не всегда должны быть рассчитаны на снижение скорости, как в случае с анимациями выше. Во многих технических приложениях также желательно увеличение скорости. Так бывает, например, при движении по автомагистралям. Чтобы двигаться вперед как можно быстрее, колеса должны вращаться как можно быстрее. Следовательно, необходимо увеличить скорость вала двигателя с помощью коробки передач. Тогда большое зубчатое колесо должно приводить в движение меньшее колесо.

В таких случаях передаточное отношение меньше единицы и также говорят о передаточном числе . При передаточном отношении больше единицы ведомое колесо вращается медленнее, чем ведущее, и говорят несколько неточно об отношении мощности . Заметьте, что мощность в физическом смысле не трансформируется, а остается постоянной. Только крутящий момент увеличился при соотношении мощности. Поскольку скорость снижается в соответствии с увеличением крутящего момента, трансмиссию часто называют 9-й. 0033 редуктор или редуктор .

Передаточное отношение, которое приводит к увеличению скорости, называется передаточным отношением. Передаточное отношение, которое приводит к увеличению крутящего момента, называется передаточным числом.

Например, при трогании автомобиля с места на первой передаче имеет место передаточное число с максимальным передаточным числом около i _max = 3,6. Соответственно, скорость снижается в 3,6 раза по сравнению со скоростью двигателя. С другой стороны, на высшей передаче переключаемый мотор-редуктор имеет передаточное отношение с минимальным передаточным отношением ок. я _мин = 0,8. Следовательно, скорость увеличивается в 1,25 раза (=1/0,8).

Коробки передач, которые могут изменять передаточное число, также называются переключаемыми трансмиссиями или механическими трансмиссиями или, для краткости, переключателями передач. Важной характеристикой переключаемых трансмиссий является увеличение передаточного отношения от минимального до максимального. Чем больше это увеличение, тем большие диапазоны скоростей могут быть смещены. Это увеличение также упоминается как разброс передачи S и рассчитывается следующим образом:

\begin{align}
&\boxed{S = \frac{i_{max}}{i_{min}}} = \frac{3.6}{0.8}= 4.5 \\[5px]
\end{align}

Для описываемого редуктора разброс S = 4.5, что означает возможность увеличения передаточного числа в 4.5 раза, начиная с минимального значения.

Отношение максимального к минимальному передаточному числу переключаемой коробки передач называется разбросом трансмиссии!

Преобразование крутящего момента

В предыдущем разделе было описано преобразование скоростей двух передач. Из-за сохранения энергии изменение крутящего момента всегда связано с этим изменением скорости (см. также статью Что такое редуктор и для чего он нужен?)! Это обсуждается более подробно в следующих разделах.

Зубчатая передача

Изменение крутящего момента в паре шестерен становится очевидным, если внимательно посмотреть на возникающие силы. Далее предполагается, что ведущее зубчатое колесо имеет крутящий момент M ₁ . Смежное зубчатое колесо приводится в движение этим крутящим моментом.

Рисунок: Преобразование крутящего момента в тяговой шестерне

В зависимости от диаметра d ₁ ведущей шестерни с крутящим моментом M ₁ связана определенная сила F. Под действием этой силы боковые поверхности зубьев делительной окружности ведущей шестерни теперь прижимаются к боковым сторонам зубьев ведомой шестерни (также воздействуя на делительную окружность).

Действующая сила F может быть определена из определения крутящего момента («крутящий момент = приложенная сила x плечо рычага»). Таким образом, при заданном крутящем моменте M ₁ , соответствующую силу F на боковых поверхностях зуба можно определить, используя соответствующий диаметр делительной окружности d ₁ :

\begin{align}
&M_1 = F \cdot r_1 = F \cdot \frac{d_1}{ 2} \\[5px]
\label{m_t}
&\underline{F = 2 \cdot \frac{M_1}{d_1}} \\[5px]
\end{align}

Примечание: Для упрощения дела предполагалось, что сила действует по касательной к делительной окружности, так что сила и плечо рычага (= половина диаметра делительной окружности) перпендикулярны друг другу. Более подробную информацию о фактическом направлении силы эвольвентных передач можно найти в соответствующей статье.

Рассчитанная сила F ведущей шестерни из уравнения (\ref{m_t}) также действует на ведомую шестерню. Однако, поскольку ведомая шестерня имеет другой диаметр делительной окружности, сила теперь действует на измененное плечо рычага (d ₂/2). Следовательно, это также связано с изменением крутящего момента:

\begin{align}
&M_2 = F \cdot r_2 = F \cdot \frac{d_2}{2} ~~~\text{с уравнением (2)} ~~~F = 2 \cdot \frac{M_1}{d_1} ~~~\text{:} \\[5px]
&M_2 = \underbrace{2 \cdot \frac{M_1}{d_1}}_{= F} \cdot \frac{d_2}{2} \\[5px]
\label{m_1}
&\underline{M_2 = M_1 \cdot \frac{d_2}{d_1}} \\[5px]
\end{align}

Это показано уравнением (\ref{m_1}) что крутящий момент M ₂ на ведомой шестерне пропорционален отношению соответствующих диаметров делительной окружности d ₂ /d ₁ . Чем больше ведомая шестерня по отношению к ведущей, тем больше будет увеличение крутящего момента.

Для зубчатых колес диаметр делительной окружности прямо пропорционален количеству зубьев. Поскольку при двойном диаметре (делительной окружности) окружность зубчатого колеса в два раза больше, и, таким образом, также имеется место для удвоенного количества зубьев.

Если ведомая шестерня имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня, соответствующий двойной рычаг в конечном итоге удваивает крутящий момент. В этом отношении увеличение крутящего момента также может быть выражено соотношением количества зубьев:

\begin{align}
\label{m_2}
&\underline{M_2 = M_1 \cdot \frac{z_2}{z_1 }} \\[5px]
\end{align}

Отношение диаметров делительной окружности в уравнении (\ref{m_1}) или отношение количества зубьев в уравнении (\ref{m_2}) соответствует передаче отношение i в уравнении (\ref{zaehne_uebersetzungsverhaeltnis}). Это означает, что изменение крутящего момента также может быть выражено напрямую через передаточное отношение:

\begin{align}
\label{1}
&\boxed{M_2 = M_1 \cdot i }~~~\text{with}~~~\underline{i = \frac{z_2}{z_1}= \frac{d_2}{d_1}=\frac{n_1}{n_2}} \\[5px]
\end{align}

Обратите внимание, что передаточное отношение определяется как отношение скоростей вращения ведущей шестерни к ведомой шестерни. Таким образом, для скорости n ₂ ведомой шестерни при определенном передаточном числе i применяется следующая зависимость от исходной скорости n ₁:

\begin{align}
\label{2}
&\boxed{n_2 = \frac{n_1}{i} } \\[5px]
\end{align}

По мере увеличения крутящего момента в соответствии с уравнением (\ref{1}) при при определенном передаточном отношении скорость уменьшается в одинаковой степени согласно уравнению (\ref{2}) и наоборот. В конечном итоге это прямое следствие закона сохранения энергии. В разделе «Энергетический подход» это соотношение явно выводится с использованием закона сохранения энергии.

При увеличении скорости редуктором крутящий момент уменьшается в той же степени, и наоборот!

Обратите внимание, что приведенные выше уравнения применимы только к идеальному случаю нерассеивающей коробки передач. Как правило, трение вызывает снижение мощности и, следовательно, снижение теоретически рассчитанного крутящего момента для ведомого вала. Эти потери мощности учитываются КПД редуктора \(\eta_g\):

\begin{align}
&\boxed{M_2 = M_1 \cdot i \cdot \eta_g } \\[5px]
\ end{align}

Для расчета скорости, однако, КПД шестерни не играет роли, так как преобразование скорости зависит от количества зубьев (зубья не могут проникать друг в друга и, таким образом, обеспечивают более низкую скорость, чем задано) по соотношению количества зубьев).

Ременная передача

Также с тяговым механизмом изменение крутящего момента происходит так же, как и в зубчатых передачах. В зависимости от диаметра d ₁ ведущее колесо с крутящим моментом M ₁ натягивает ремень или цепь с определенной силой F по уравнению (\ref{m_t}).

Рисунок: Преобразование крутящего момента в тяговой передаче (вход)

Та же сила F действует и на ведомое колесо через ремень или цепь. Поскольку диаметр d ₂ ведомого колеса отличается от ведущего колеса, возникает изменение крутящего момента M ₂. Измененный крутящий момент M ₂ на ведомом колесе снова получается из уравнения (\ref{m_1}). Точные силы, действующие на ременные передачи, более подробно описаны в отдельных статьях.

Рисунок: Преобразование крутящего момента в тяговой передаче (выход)

Объяснение различных типов коробки передач

Поиск

Вас смущают различные типы коробок передач? Что такое DCT, CVT или DSG? Мы вас прикрыли.

27 октября 2020

Было время, когда подавляющее большинство автомобилей в Великобритании продавалось с механической коробкой передач. Однако по мере того, как с годами совершенствовались автоматические коробки передач, росла и их популярность.

Сегодня мы видим, что даже основные модели полностью отказываются от механических коробок передач. Они по-прежнему очень популярны в более дешевых автомобилях, поскольку механическая коробка передач стоит намного меньше, чем автоматическая, но в ближайшие несколько лет традиционная ручная коробка передач может исчезнуть.

По мере развития технологий мы видели множество различных трансмиссий, многие из которых получили собственные запутанные аббревиатуры. Чтобы сделать жизнь еще более бесполезной, отделы маркетинга автомобильных компаний всегда склонны добавлять к вещам свой собственный брендинг, поэтому покупатели автомобилей могут легко запутаться в этом любым способом.

Здесь мы собрали список наиболее распространенных типов коробок передач и объяснение того, как они работают.

Механическая коробка передач

Начнем с классической ручкой переключения передач, которая существует уже много десятилетий. Это включает в себя использование рычага переключения передач, чтобы выбрать, на какой передаче вы хотите быть. Вы используете педаль сцепления, чтобы отключить коробку передач левой ногой, и (при условии, что автомобиль с правосторонним управлением используется в Великобритании), вы переключаете передачи, используя рычаг левой рукой. Затем вы снова включаете сцепление, чтобы снова подключить привод от двигателя автомобиля к его колесам.

Одним из ключевых преимуществ механической коробки передач является то, что она дает водителю полный контроль над тем, на какой передаче он хочет переключаться. Это означает, что вы можете понизить передачу, чтобы быстро уйти, или остаться на более высокой передаче для экономии топлива. Очевидно, что для включения/выключения сцепления и переключения передач во время вождения также требуется определенный уровень навыков, что делает кривую обучения более крутой, чем автоматическая коробка передач с частыми остановками.

В современных автомобилях с механической коробкой передач обычно предлагается пять или шесть передач на выбор. Несколько автомобилей, таких как Porsche 911 и Aston Martin Vantage, за последние пару лет начали предлагать семиступенчатые механические коробки передач.

Механическая коробка передач полностью механическая, поэтому ваши руки и ноги непосредственно двигают шестерни и пластины. В сочетании с навыками, необходимыми для плавного переключения передач, многие увлеченные водители по-прежнему предпочитают вождение с механической коробкой передач, а не с автоматической.

Автоматическая коробка передач

В то время как почти механическая коробка передач на дорожных автомобилях основана на тех же основных принципах, автоматическая коробка передач — это совершенно другое. Различные типы трансмиссий, как правило, подходят для разных областей применения, в то время как некоторые из них не очень хорошо сочетаются с другими механическими аспектами вашего автомобиля.

Независимо от механической работы, происходящей под поверхностью, любая автоматическая коробка передач покажется водителю довольно знакомой — «Парковка», «Задний ход», «Нейтраль» и «Драйв», возможно, с дополнительными функциями, такими как «Спорт» или режим ручного переключения передач.

В прошлые десятилетия рычаг переключения передач физически перемещал шестерни внутри трансмиссии, поэтому они должны были быть длинными и тонкими рычагами для хорошего рычага, и они выглядели почти одинаково на любой машине.

В наши дни «рычаг переключения передач» на автоматической коробке передач — это просто электронный переключатель, который отправляет команду программному обеспечению, которое управляет коробкой передач. В результате мы начали видеть, как дизайнеры предпочитают использовать кнопки, лепестки или циферблаты вместо рычагов старого образца для управления коробкой передач.

Все перечисленные ниже различные типы трансмиссий являются вариантами автоматической коробки передач.

Различные типы автоматических трансмиссий

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор — это «классическая» автоматическая

трансмиссия, существующая с 1950-х годов и до сих пор широко используемая во многих новых автомобилях.

Вместо того, чтобы использовать сцепление для отключения двигателя от коробки передач при переключении передач, оно проталкивает жидкость вокруг герметичного корпуса, называемого крыльчаткой. Эта секция передает энергию от двигателя в жидкость, которая затем передается на выходной вал. Количество передач с годами неуклонно увеличивалось, и большинство современных автомобилей предлагают от шести до десяти скоростей.

Преимуществами данного типа трансмиссии являются плавный разгон с малых скоростей, а также высокий крутящий момент на малых оборотах двигателя. Однако ощущения от вождения обычно притупляются по сравнению с механической коробкой передач, что приводит к распространенному прозвищу «отстойник».

По сравнению с механической версией того же автомобиля автомат традиционно медленнее и потребляет значительно больше топлива. Однако достижения последних двух десятилетий привели к тому, что современные автоматические коробки передач часто оказываются более экономичными, чем эквивалентная механическая коробка передач в большинстве условий вождения. Надежность в целом довольно хорошая, как и следовало ожидать после 70 лет непрерывной разработки. Трансмиссии с гидротрансформатором также довольно хорошо справляются с тяжелыми условиями эксплуатации, поэтому они часто лучше, чем другие типы автоматических передач, для полноприводных автомобилей и для буксировки.

В конце 1980-х годов некоторые производители начали добавлять в трансмиссии такого типа опцию ручного переключения передач, чтобы водители могли вручную переключать передачи вверх и вниз. Хотя это сразу же стало популярной функцией, на самом деле передача работает лучше всего, если оставить ее наедине с собой. Однако отделы маркетинга не удержались от того, чтобы придумать новые названия для описания этих автоматических подрулевых лепестков, например:

BMW Steptronic
Mercedes-Benz Tipshift
Mercedes-Benz G-Tronic
Porsche/Audi Tiptronic
Volvo Geartronic

Коробка передач с одним сцеплением используя аналогичную установку. Его пионером стала Ferrari, которая также стала первой гоночной командой, использовавшей этот тип коробки передач в Формуле-1.

Их иногда называют полуавтоматическими или автоматизированными механическими коробками передач, поскольку они по своей конструкции аналогичны механическим коробкам передач. Они используют традиционное сцепление для отключения двигателя между переключениями, но автомобиль делает это вместо водителя. Вместо салона рычаг переключения передач выглядит как традиционный автоматический переключатель. Водитель щелкает веслом/нажимает на рычаг переключения передач, а автомобиль делает все остальное.

Эта автоматизированная ручная установка имеет тенденцию весить намного меньше, чем традиционная автоматическая установка с гидротрансформатором, с гораздо более прямым ощущением и меньшей «слякотью».

Хотя теория великолепна, большинство производителей изо всех сил пытались заставить их работать должным образом. У BMW был самый известный пример (который они назвали SMG), но он был известен вялыми, рывками переключения передач. Этот тип трансмиссии, как правило, работает лучше, когда водитель обращается с ней как с ручным управлением и использует подрулевые лепестки для переключения вверх и вниз — предпочтительно, отпуская педаль акселератора при переключении, как в обычном ручном режиме.

Коробки передач с одним сцеплением были ненадежными в течение первых десяти лет или около того их существования, отчасти потому, что они, как правило, использовались в высокопроизводительных автомобилях, которые управлялись немного сложнее, чем Honda Jazz вашей бабушки. Новые модели, как правило, намного надежнее.

Этот тип коробки передач в настоящее время в значительной степени вытеснен коробками передач с двойным сцеплением. Он также известен под следующими торговыми названиями:

Alfa Romeo Selespeed 9.0008
Aston Martin Touchtronic
Audi R-Tronic
BMW SMG
Ferrari F1-Shift
Fiat Dualogic
Lamborghini E-Gear
Smart Softip / Softouch

Dual-Cranssions (DCT Softip / Softouch

Dual-Clitchions (DCT Softip / Softouch. Тип коробки передач быстро становится наиболее распространенным типом автоматической коробки передач для бензиновых и дизельных автомобилей. Большинство брендов Volkswagen Group — VW, SEAT и Skoda — называют его DSG (коробка передач с прямым переключением), хотя Audi еще больше запутывает ситуацию, называя его S-tronic, а Porsche предпочитает название PDK, но это одно и то же.

Как следует из названия, в этих коробках передач задействовано два сцепления. В самой базовой форме будет две отдельные системы сцепления — одна для нечетных передач, а другая для четных.

Таким образом, коробка передач может предварительно выбрать следующую передачу до переключения, что означает, что переключение происходит значительно быстрее, чем в коробках передач других типов. В автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками это было разработано до такой степени, что переключение передач почти незаметно.

Этот тип трансмиссии обеспечивает такое же прямое ощущение, как и версия с одним сцеплением, но обычно она намного более плавная и эффективная в управлении. Она также обычно может предложить лучшую экономию топлива и производительность, чем механическая коробка передач. На низкой скорости все еще могут быть некоторые рывки, и он может быть немного неуклюжим при переключении между первой и задней передачами.

Ранние версии этих коробок передач (середина-конец 2000-х годов) были менее надежными, чем более поздние версии последнего десятилетия, и их ремонт может быть очень дорогим, если они сломаются.

Audi S-Tronic
BMW/Mini Steptronic (да, то же имя, что они использовали на старых автоматических коробках передач)
Ferrari F1-Shift (да, то же имя, которое они использовали…)
Porsche PDK
Volkswagen DSG

Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

Это одно из тех невероятных теоретических технологических достижений, над которым на самом деле еще нужно поработать, но если производители найдут способ сделать их более приятными в управлении, они превзойдут все другие коробки передач типы.

В вариаторе вообще нет передач. Вместо этого он использует форму конуса с полосой вокруг этой и другой оси. Ленту можно перемещать вверх и вниз по конусу, чтобы изменять ее длину и, следовательно, передаточное число. Теоретически он предлагает бесступенчатое соотношение между верхним и нижним пределом, что означает, что он может быть идеально оптимизирован для топливной экономичности или производительности в любой момент времени.

Это особенно полезно для гибридных автомобилей, которые могут использовать вариатор для балансировки рабочей нагрузки между бензиновым двигателем и электродвигателем.

Недостатком является то, что опыт вождения кажется странным и часто неприятным. При ускорении кажется, что машина тянет резинку. Между тем, сопровождающий шум имеет ужасный гул, потому что обороты идут прямо к пиковой точке мощности и остаются там, пока автомобиль набирает скорость, а не поднимается и падает, когда вы переключаете несколько передач.

Этот тип трансмиссии более ограничен в том, как он работает с современными полноприводными системами, чем может варьировать величину привода, передаваемого между передними и задними колесами, поэтому многие полноприводные автомобили будут использовать гидротрансформатор или трансмиссию с двойным сцеплением. вместо.

Последние вариаторы от Honda и Toyota чувствуют себя намного лучше, так что есть надежда на коробку передач… гибридный автомобиль, который движется в электрическом режиме), то у вас вообще нет коробки передач.

Разное