Механическая коробка передач: как работает и устройство

Обзоры 3.02.25

Механические коробки передач за счет своей простоты и надежности долгое время доминировали на автомобильном рынке. В настоящее время «механика» чаще встречается на базовых комплектациях бюджетных моделей либо на коммерческом транспорте – устанавливается МКПП и на ряд премиальных авто (Porshe 911, BMW M2, Aston Martin Vantage).

Самые свежие новости в нашем Телеграме!

Подпишитесь, чтобы всегда быть в курсе событий

Общие сведения

Механическая коробка передач соединяется с двигателем через фрикционную муфту (сцепление), имеющую привод от педали. Валы коробки установлены на подшипниках в картере из чугуна или легкого сплава. На верхней части коробки имеется механизм для переключения – рычаг управления МКПП может стоять напрямую на механизме либо соединяться тросами или тягами. Смазка осуществляется разбрызгиванием, насосы для подачи масла используются редко. На машинах с приводом на передние колеса коробка объединена с главной парой и дифференциалом.

Вплоть до 80-х гг. прошлого века широко использовались 4-ступенчатые коробки с прямой высшей передачей. Впоследствии в конструкцию ввели повышающую ступень, на современных машинах нередко используются 6-ступенчатые МКПП. Причина увеличения числа скоростей – стремление оптимально использовать потенциал двигателя и снизить расход топлива. На внедорожных автомобилях МКПП дополняется раздаточным редуктором с 2 передачами, на грузовиках часто встречается 2-ступенчатый делитель.

Конструкция

Любая механическая коробка состоит как минимум из трех валов:

первичного;
промежуточного;
вторичного.

Первичный вал служит для получения потока мощности через сцепление от двигателя. Передаточные числа определяются числом зубьев шестерен, которые подбираются с учетом характеристик двигателя и модели автомобиля. Дополнительно может варьироваться передаточное число главной пары. Далее конструкция коробки рассмотрена на примере 6-ступенчатого агрегата Volkswagen 08D, встречающегося на внедорожниках Touareg I поколения. Первичный вал вращается на двух подшипниках – в лобовой части картера и на месте подвижного соединения со вторичным валом. Первичный вал выполнен в виде единой детали с ведущей шестерней.

Вторичный вал рассматриваемой МКПП вращается на двух подшипниках качения и выполнен как единое целое с шестернями для 3 и 4 скоростей. На валу установлены шестерни 1-2 и 6 скоростей и реверса, вращающиеся на подшипниках. Эти зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении с ответными шестернями промежуточного вала. При включении 1-2 или 6 передачи соединение шестерен со вторичным валом осуществляется муфтами синхронизаторов, скорость заднего хода также имеет синхронизатор.

Промежуточный вал коробки 08D вращается на двух подшипниках. Вал выполнен как монолитная конструкция с шестернями 1-2 передач, зубчатые колеса 3-4 скорости вращаются на подшипниках. На валу предусмотрена секция со шлицами, на которой расположены шестерни реверса и 6 скорости.

Синхронизатор

Для обеспечения мягкого и быстрого переключения в МКПП используются синхронизаторы. В 08D применены муфты трех типов – 3-конусные первых двух передач, 2-конусные для 3-4 скорости и реверса и 1-конусные для оставшихся ступеней. Конструктивно 3-конусный синхронизатор состоит из внешнего, промежуточного и внутреннего колец, а также конуса трения на шестерне. Внешнее и внутреннее кольца имею выступы для стыковки со ступицей, а промежуточное кольцо вращается вместе с шестерней.

При нейтральном положении детали синхронизатора разомкнуты и поток мощности не передается. При смещении рычага вика начинает смещать муфту синхронизатора к шестерне 1 или 2 скорости. Сухари прижимаются к кольцам, что приводит к появлению контакта между ними и конусом трения. Начинается процесс выравнивания угловых скоростей, внешнее кольцо синхронизатора поворачивается на один зуб, благодаря наличию блокирующего венца муфта останавливается и не движется в сторону шестерни.

При выравнивании частот вращения вторичного вала и зубчатого колеса 1 или 2 передачи сила трения равна нулю. Муфта синхронизатора поворачивает внешнее кольцо в первичное положение, блокировка отключается, муфта синхронизатора под воздействием давления сухарей соединяется с шестерней. В результате образуется жесткое соединение вторичного вала и шестерни – момент передается на ведущие колеса.

Механизм переключения

На большинстве автомобилей силовой агрегат расположен продольно, рычаг связан с коробкой тросами. Водитель выбирает передачи смещением рычага, которые преобразуются в продольное движение тросов, а качалки на картере МКПП позволяют получить вращательное движение, необходимое для выбора скоростей непосредственно в коробке. В МКПП находится механизм выбора с вилками и предохранителями, не позволяющими включить сразу две передачи.

Вал рычага переключения соединен со штоком, на котором расположены поводки. При переключении шток поворачивается на разный угол в зависимости от выбранной передачи, поводки соответственно входят в зацепление с вилками нужной скорости. Вилка начинает смещать муфту синхронизатора, происходит выравнивание угловых скоростей и плавное включение нужной передачи.

Электрика

В конструкции любой МКПП предусматривается концевой переключатель для управления фонарями заднего хода. При включении реверса вилка воздействует на переключатель, после перевода рычага в нейтральное положение фонари гаснут. При оснащении автомобиля системой «старт-стоп» в коробке может устанавливаться датчик нейтрального положения. Датчик работает по принципу Холла и определяет расстояние до штока переключения.

Стоит ли покупать китайские автомобили, подробнее о HAVAL

Другие датчики в механической коробке отсутствуют, подсказчик выбора передачи получает данные от блока управления двигателем, который сопоставляет значения частоты вращения коленчатого вала и скорости, указывая на оптимальную передачу. В ряде коробок устанавливается механический или электронный датчик скорости, на современных моделях автомобилей расчет скорости идет по усредненным показаниям от датчиков вращения в колесных ступицах.

Обслуживание

МКПП требует периодической замены масла, хотя некоторые производители не предусматривают заливку свежего масла на протяжении всего срока службы коробки. Тип масла указывается в инструкции по эксплуатации, для контроля уровня в картере имеется закрытое пробкой отверстие. Замена масла производиться через 60-120 тыс. км в зависимости от модели коробки. В ряде случаев при проведении ТО проводится регулировка приводов переключения – как правило, требуется изменение длины тросов на небольшую величину.

Возможные конструктивные отличия

В ряде коробок для получения передачи заднего хода имеется промежуточная шестерня, которая вращается на отдельном валу. Дополнительное зубчатое колесо позволяет изменить направление вращения вторичного вала и ведущих колес. Коробки передач старого образца могут оснащаться синхронизаторами только на высших передачах либо не иметь синхронизаторов вообще. В этом случае выравнивание угловых скоростей осуществляет водитель путем двойной перегазовки при переключении.

Отдельно следует упомянуть МКПП с автоматическим управлением сцеплением и выбором передач – простейший робот, который встречается на бюджетных моделях автомобилей. Момент переключения определяет электроника, приводы исполнительных механизмов гидравлические или электромагнитные.

Заключение

Механическая коробка является достаточно надежным узлом, практически не требующим обслуживания. В ряде случаев МКПП выдерживают без ремонта свыше 500 тыс. км, при этом придется несколько раз менять сцепление и заливать в картер свежее масло. Основной проблемой «механики» является трудоемкость переключения, особенно ощутимая при эксплуатации автомобиля в плотном городском потоке.