Что означает вверх и вниз, передаточное число. В чем разница?

Понижающая передача – один из признаков настоящего внедорожника. Но большинство владельцев использует ее крайне редко, или не использует вовсе. А зачем? Движки сейчас мощные, тапку в пол, и поехали!

Но конструкторы не зря до сих пор оставляют пониженный ряд трансмиссии для машин, которым по предназначению приходится часто видеть под колесами не только ровный асфальт. Современные автомобили позволяют передавать высокий крутящий момент на колеса только на относительно высоких оборотах двигателя. И даже на первой передаче это приводит к тому, что колеса вращаются слишком быстро и скорее закапываются, чем пытаются выбраться из грязи. К тому же повышенная передача достаточно сильно нагружает двигатель и КПП, что может привести к их поломке. Приведу несколько примеров, когда понижайка может значительно облегчить жизнь и вам, и вашему автоомбилю.

Рыхлый песок, снег, и густая грязьПо таким покрытиям нужно двигаться без лишних резких движений, но одновременно с этим, они сильно сопротивляются движению, что заставляет водителя сильнее давить на газ. Дальше результата два: либо электроника, заметив пробуксовку, начнет душить двигатель, либо колеса потеряют сцепление с дорогой и начнут буксовать, закапывая машину с каждым оборотом. Откопаться будет очень непросто. Понижайка в таких случаях позволит двигаться с передачей большого крутящего момента на колеса без высоких оборотов этих самых колёс, таким образом, не давая машине зарыться вглубь и встать окончательно.

Мокрый луг, наст, болотистая почваВсе эти виды поверхности объединяет то, что двигаться по ним уверенно можно только не разорвав верхний связывающий слой: траву или корку льда. Малейшая ошибка при работе газом приводит к мгновенному проваливанию колёс сквозь относительно прочный верхний слой к жидкой грязи или сыпучему снегу, обладающим практически нулевым сцеплением. Включив понижайку (и спустив шины для снижения давления на грунт) вы сможете уверенно двигаться по подобным покрытиям до пределов их несущей способности. Но лучше, конечно, подобные места объезжать стороной, иначе поход за трактором может оказаться единственной целью дня.

Камни и крутые подъёмы. Буксировка груза на бездорожье.Общее у всех этих видов движения – высокая нагрузка на все узлы трансмиссии. И как минимум, после раздаточной коробки, есть все шансы их снизить в 2-3 раза, включив пониженный ряд, продлив тем самым ресурс двигателя и КПП.

К тому же, проскальзывание колёс на подъеме может привести к неуправляемому скатыванию автомобиля вниз с возможным опрокидыванием. Понижайка в таком случае может спасти не только двигатель и КПП, но и вас с машиной в целом.

В качестве вывода: пониженный ряд трансмиссии способен существенно увеличить проходимость авто и сэкономить его ресурс, но в то же время необходимо понимать, что оттуда, куда вы забрались на понижайке, блокировках, и на спущенных шинах, достать вас сможет только трактор или лебедка. Не стоит соваться в тяжелое бездорожье без острой необходимости. Большинство виденных мной ситуаций, финалом которых была серьёзно поврежденная машина, происходили исключительно на покатушках «ради удовольствия» или в угаре «смотри, как я могу!».

Для чего нужна коробка передач с пониженной передачейПредставим ситуацию, когда при затяжном подъеме на третьей передаче двигателю не хватает мощности, чтобы преодолеть препятствие, а при переходе на вторую количество оборотов велико. Тогда и вступают в силу пониженные передачи. Автомобиль начинает двигаться на высоких оборотах, но с небольшой скоростью. При этом мощность двигателя увеличивается, и преодоление дорожных препятствий облегчается.

Когда движку не хватает мощности для преодоления препятствия – в помощь пониженная скорость АКПП

Коробка передач с пониженной передачей увеличивает на колесах крутящий момент. Передаточное число вторичного вала увеличивается, что в свою очередь увеличивает число оборотов моста. Это свойство коробки особенно полезно при преодолении небольших водных преград, движении в условиях гололеда или мокрой дороги, особенно на спусках и подъемах. А также при движении по «сильному» бездорожью, когда в обычном режиме не хватает мощности.

Как включается режим пониженной передачи

В автоматических КПП раздаточная коробка как отдельный агрегат может не присутствовать, ее функции выполняют отдельные узлы и детали в самой АКПП. Включается режим по-разному, в зависимости от инженерных изысканий производителя.

Когда рычаг селектора расположен напротив «D3», это означает, что коробка не будет переключаться выше третьей передачи. То есть, включен режим пониженной передачи. Наиболее эффективный вариант езды с частым и продолжительным торможением. И по аналогии: D2 (или режим S) – активны лишь первая и вторая передачи, экстренный вариант движения в сложных условиях, D1(или 1) – включается лишь первая скорость.

Некоторые типы автоматических коробок имеют обозначение режима пониженной передачи термином «Low», режим L. На отечественных авто – режим «ПП». Все это обозначает тихий ход, пониженную передачу. То есть ту манеру движения, которая необходима в сложных дорожных условиях.

На современных внедорожниках режимы пониженной скорости и выбор интенсивности движения, вплоть до местности, по которой Вы передвигаетесь отвечают селекторы и кнопки управления.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Какой автомобильный агрегат приходит на ум сразу после двигателя? Что внушает ужас и трепет ученикам автошкол, но вызывает довольную улыбку на лицах водителей со стажем? С каким механизмом многие из нас работают по несколько часов в день, порой даже не подозревая о принципе его внутреннего устройства? Да, ответ лежит на поверхности: это механическая коробка передач. Рассказав об основных проблемах, возникающих с автоматическими коробками передач, разобравшись с мифами и слухами о бесступенчатых трансмиссиях, мы решили: хватит незаслуженно обделять вниманием самую главную, простую и, несмотря ни на что, популярную вариацию механизма, превращающего мотор из котла для сжигания топлива в сердце автомобиля.

Наглядное пособие

Специально для этого материала компания «PacPac» предоставила нам конструктор «FischerTechnik», схематично показывающий принцип работы механической коробки передач, и мы даже смогли его собрать. Обратим особое внимание на то, что он передает лишь самые базовые свойства, совершенно не учитывая ряд явлений, происходящих в реальной автомобильной КПП: в нем нет ни муфт, ни вилок, ни синхронизаторов, а выбор передачи реализуется посредством перемещения собственно первичного вала. Если бы это была реальная металлическая «механика», она прожила бы совсем недолго, разлетевшись уже после нескольких десятков переключений. Тем не менее, взглянув на эту маленькую бесстрашную «коробочку передачек», лихо подтыкающую их без синхронизации в неподвижный вторичный вал, можно увидеть и понять основное предназначение агрегата: давать возможность менять передаточное отношение при помощи шестерней различного размера. А это уже что-то.

Конструктор FischerTehnik, демонстрирующий принцип работы МКПП

Изобретая велосипед

Начиная повествование о коробке передач, стоит вкратце разобраться – а зачем вообще она нужна? Ведь всем известно, что главное в машине – двигатель, так неужели нельзя напрямую передать выполняемую им работу на колеса, не выдумывая сложных схем с кучей шестерней, третьей педалью в салоне и рычагом, который надо постоянно ворочать? К сожалению, нет.

Для ответа на этот очевидный вопрос лучше всего посмотреть на велосипед, точнее, его эволюцию. Простейший вариант представляет собой две звездочки, связанные цепной передачей. Вращая одну – ведущую – звездочку при помощи педалей, наездник приводит в движение вторую – ведомую, связанную непосредственно с колесом, таким образом вращая его. Велосипед движется вперед, все счастливы и довольны. По крайней мере, были до определенного момента – до тех пор, пока велосипед служил для перемещения по относительно ровным и горизонтальным поверхностям. Внезапно выяснив, что порой на пути встречаются подъемы, рыхлые грунты и прочие неудобства, люди задумались об усовершенствовании конструкции. Результатом стало как раз то, что можно назвать прообразом механической коробки передач – наборы звездочек спереди и сзади, позволяющие изменять передаточное отношение.

Передаточное отношение – частное, получаемое при делении скорости ведущей звезды на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой звездочке к их числу на ведущей. Проще говоря, чем меньше ведущая звезда и больше ведомая, тем легче будет ее вращать и тем медленнее она будет двигаться. Снова вспоминаем старые велосипеды: спереди педалями приходилось вращать большую звезду, в то время как звездочка на задней втулке была маленькой. В результате, пытаясь в детстве тронуться на каком-нибудь «Урале», приходилось всем весом налегать на педали, чтобы провернуть заднее колесо. Ну а сейчас магазины изобилуют россыпью двухколесников, даже самые бюджетные из которых имеют по несколько звезд сзади и спереди. Благодаря этому можно, например, изменить набор: ведущая звездочка будет маленькой, а ведомая – большой. Тогда педали будут вращаться очень легко, но особо разогнаться не получится. Зато в горку можно будет ехать, а не тащить.

От велосипеда к автомобилю

К чему относился весь этот подробный велоликбез? Как раз к тому, зачем нужна коробка передач вообще: ведь характеристики источника энергии, будь то велосипедист или двигатель внутреннего сгорания, постоянны. Первый развивает определенную мышечную силу, ограниченную физическими возможностями, а для второго возможности выражаются количеством развиваемых оборотов. Дело в том, что в их рабочем диапазоне просто нельзя подобрать такое передаточное отношение, которое позволит и уверенно тронуться с места, и разогнаться до 150 и более километров в час. Ситуация усугубляется тем, что если у велосипедиста максимальный «крутящий момент» доступен практически «с холостых оборотов», то с ДВС ситуация иная: для его достижения обороты должны быть довольно высокими. Да и максимальная мощность, тоже немаловажная для движения, появляется в верхнем их диапазоне.

Какой из этого следует вывод? Придется прибегать к тому же приему, что и на велосипеде: изменять передаточное отношение. Между чем и чем? Сейчас разберемся.

А теперь – к самой коробке передач

Принципиально от велосипедной трансмиссии автомобильная коробка передач отличается типом привода: если в первой используется цепь, то вторая имеет в своей основе шестеренный механизм. В целом же суть у них одна: и там, и там шестерни (звезды) имеют неодинаковые размеры, обеспечивая разное передаточное отношение. Кстати, изначально, в ранних КПП они были простыми прямозубыми, а позже стали косозубыми, так как в этом случае обеспечивается более тихая их работа.

https://youtube.com/watch?v=QPY-IhG7bm4

Итак, в трехвальном исполнении в КПП есть первичный, вторичный и промежуточный валы. Первые два при этом расположены на одной оси, являясь будто продолжением друг друга, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними. Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с маховиком двигателя, то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня, передающая этот момент дальше, на промежуточный вал. Он, как мы помним, находится ниже ведущего и представляет собой уже длинный стержень с шестернями на нем. Их количество совпадает с количеством передач, плюс одна для соединения с первичным валом.

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, зачастую они вытачиваются из единой металлической заготовки. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала (их здесь, кстати, уже ровно столько же, сколько передач). Этот третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются на подшипниках. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними (хотя существует и другой вариант, когда шестерни могут двигаться вдоль вала). Одним концом вторичный вал, как мы помним, обращен к первичному, а второй служит уже непосредственно для передачи крутящего момента на колеса – например, через кардан и редуктор заднего моста.

Итак, мы получили конструкцию, где первичный вал при сомкнутом сцеплении вращает промежуточный, а тот – одновременно все шестерни на вторичном валу. Однако сам вторичный вал по-прежнему неподвижен. Что нужно сделать? Включить передачу.

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней вторичного вала с ним самим, чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты, которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Они выполняют роль «замков», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель. Привод КПП может быть разным: рычажным (с использованием металлического вала), тросовым и даже гидравлическим (такой используют на грузовиках).

Теперь картинка более-менее сложилась: передвинув муфту к одной из шестерней вторичного вала и замкнув их, мы добиваемся вращения вала и, соответственно, передачи крутящего момента на колеса. Но тут есть еще несколько «фишек», о которых нужно упомянуть.

Синхронизаторы

Переходим к следующему пункту. Представим себе, что, постепенно разгоняясь, мы достигли такой скорости движения автомобиля, при которой двигатель в состоянии обеспечить то, о чем мы говорили в самом начале, – непосредственное вращение колес без помощи дополнительных шестерней. Какое решение этой задачи будет наиболее простым? Вспоминая, что первичный и вторичный вал в трехвальной КПП располагаются на одной оси, мы приходим к простому выводу: нужно соединить их напрямую. Таким образом мы добиваемся желаемого результата: скорость вращения маховика двигателя совпадает со скоростью вращения вторичного вала, непосредственно передающего крутящий момент на колеса. Идеально! При этом передаточное отношение, очевидно, составляет 1:1, поэтому такая передача называется прямой.

Прямая передача является весьма удобной и выгодной: во-первых, минимизируются потери энергии на вращение промежуточных зубчатых колес, а во-вторых, сами колеса гораздо меньше изнашиваются, так как на них не передается никакого усилия. Однако мы помним, что шестерни промежуточного и вторичного валов всегда находятся в зацеплении, и оно никуда не пропадает, так что они продолжают вращаться, но уже «вхолостую», не передавая крутящий момент.

А что если пойти еще дальше и сделать передаточное число меньше единицы? Нет проблем: это практикуется уже давно. На деле это означает, что ведомая шестерня будет меньше ведущей, а, следовательно, двигатель при той же скорости, что и на прямой передаче, будет работать на меньших оборотах. Преимущества? Снижаются потребление топлива, шум и износ двигателя. Однако крутящий момент в таких условиях будет далеко не самым высоким, и для передвижения нужно поддерживать большую скорость. Повышающая передача (ее еще называют овердрайв) служит в основном для поддержания этой скорости при постоянном движении, а при обгоне вам, скорее всего, придется переключиться на пониженную.

Задний ход

Ну вот, с тем, как ехать вперед, мы разобрались, а как же реализовать задний ход? Ведь вращение маховика не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении. На самом деле, здесь все еще проще.

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Вопрос решен! Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так. Соответственно, ведущая и ведомая шестерни по-прежнему располагаются на своих местах, а вторичный вал при этом вращается в обратную сторону – противоположную первичному.

Двухвальные коробки передач

Как мы и обещали, от трехвальной КПП перейдем к двухвальной. На самом деле различий в их устройстве и работе – минимум. Главное заключается в том, что промежуточный вал отсутствует, а его роль в полном объеме берет на себя первичный. На нем располагаются неподвижные шестерни, и он же напрямую передает крутящий момент на вторичный вал.

Также из несоосного расположения вторичного вала относительно первичного проистекает второе отличие двухвальной КПП: отсутствие прямой передачи в силу банальной физической невозможности жестко соединить напрямую эти два вала. Это, конечно, не мешает подобрать передаточное отношение повышенных передач таким образом, чтобы оно стремилось к значению 1:1, но привод в любом случае будет осуществляться через шестерни со всеми сопутствующими этому потерями.

Из явных плюсов двухвальной коробки можно отметить ее компактность по сравнению с трехвальной, но из-за отсутствия промежуточного ряда шестерней сокращается вариативность подбора передаточных отношений. Таким образом, ее можно использовать там, где меньший вес и размеры играют большую роль, чем высокий крутящий момент и широкий диапазон передаточных чисел.

Вместо заключения

Разумеется, в этом материале мы оставили за бортом некоторые технические тонкости и нюансы. Точное устройство синхронизаторов с сухарями, пружинами, шариками и стопорными кольцами, особенности эксплуатации несинхронизированных КПП, различия и преимущества существующих типов привода муфт включения передач – все это было сознательно оставлено в стороне, чтобы не перегружать детальной информацией тех, кто только пытается разобраться в принципах работы «механики». Как раз для такой аудитории этот текст и написан – вряд ли человек, знакомый с внутренним устройством коробки передач, почерпнет из него что-то новое. А вот для новичков, желающих узнать, что же там, на другом конце салонного рычага МКПП, статья может быть полезна. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать свой автомобиль: почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости, почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика с «секвенталкой» при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях, почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач. И если кто-то задумается или сделает для себя новые выводы – значит, все это было написано не зря. А это, как известно, самое важное.

Механическая коробка передач (МКП) — механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала — от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах — от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.
Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением — ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).
Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения — выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.
Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.
Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов — трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).
В трехвальной коробке установлены три вала — первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный — с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно — передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга.
На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного — так происходит включение передачи.
На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.
Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.
На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.
Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.
При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.
Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы — фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала — переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.
В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример — автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример — автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).
Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты — поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен — трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.
Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.
Движение на прямой передаче — наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.
Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) — это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя.
Повышающая передача — 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей — включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя — соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.

«Подключите все, что есть, и тогда выберетесь из любого сугроба!» – такую рекомендацию частенько слышишь от владельцев вседорожников. А вот насколько это поможет, расскажет Сергей Мишин. Фото автора.

Вискомуфты, «халдексы» и прочая механическая и электронная автоматика, самостоятельно подключающая полный привод и блокирующая дифференциалы, уже не редкость в трансмиссиях полноприводных автомобилей. Тем не менее на многих вседорожниках осталось ручное управление блокировками межосевых (на некоторых – и межколесных) дифференциалов. А уж переход между рядами раздаточной коробки – «ручной» непременно.

У любой «Нивы», будь она хоть «Шевроле», в арсенале есть две дополнительные возможности трансмиссии. Водитель сам волен решать, блокировать межосевой дифференциал или нет, и может выбрать один из двух рядов раздаточной коробки. Однако, чем больше вариантов выбора, тем больше шансов ошибиться.

ВМЕСТЕ ИЛИ ВРОЗЬ?

Вот, например, весьма распространенная рекомендация – межосевую блокировку всегда включать на обледенелых и заснеженных дорогах. Многие полагают, что благодаря ей улучшается поведение автомобиля на скользкой дороге. Проверим, замерив разгон автомобиля на льду и снегу, прохождение ледяного круга и скорость успешного выполнения переставки на укатанном снегу. Торможение юзом исключили, поскольку состояние межосевого дифференциала на тормозной путь не влияет. Попутно оценили удобство управления автомобилем и проходимость в глубоких сугробах.

Экзамен держала «Шевроле-Нива» на шинах-липучках Nokian HKPL R размерностью 205/70R15. Выписка из зачетной книжки – в приведенных таблицах.

Блокировка межосевого дифференциала на гололеде вредна. Исключение – разве что скользкий подъем.

Ничто не вызывает сомнений, кроме, пожалуй, разгона на льду. Наука говорит, что блокировка должна слегка улучшить разгон, однако в жизни получилось по-другому. Казус в том, что удерживать два колеса на грани пробуксовки гораздо проще, чем четыре – одновременно они резче срываются в буксование. А даже небольшое проскальзывание на льду приводит к потере эффективности разгона.

Результаты подтверждены оценками, полученными на круге и переставке, – очевидно, что маневрировать лучше при разблокированном дифференциале. А вот на прямой жесткая связь мостов слегка стабилизирует поведение автомобиля. Реальная помощь от блокировки – на подъемах, когда изменяется развесовка и разгруженный передок склонен к пробуксовке.

Итак, блокировка межосевого дифференциала на ровных скользких дорогах, за исключением движения на подъем, не дает никаких преимуществ, а в поворотах даже вредит, усложняя управляемость.

Буксуют четыре колеса – ни блокировка, ни пониженная не помогут. Придется искать буксир или откапываться.

При движении по прямой все колеса проходят пути равной длины и вращаются с одной скоростью. Соответственно блокировка здесь никак себя не проявляет. Другое дело – движение в повороте, где все колеса идут собственными траекториями, проходят разные пути и должны вращаться с различными угловыми скоростями. Чем круче поворот, тем существеннее разница. И здесь жесткая связь только вредит. Уравнивание угловых скоростей колес приводит к их проскальзыванию или пробуксовке и, как следствие, к потере траекторной устойчивости.

Интереса ради можете убедиться в этом на наглядном примере: на асфальтовой площадке выверните колеса «Нивы» до упора, включите «нейтраль» в коробке и раздатке и попробуйте протолкать машину руками до описания полного круга. Одному, возможно, будет тяжеловато, но вдвоем – запросто. А теперь заблокируйте межосевой дифференциал. Даже объединив усилия нескольких человек, не сможете сделать и четверти круга.

Теперь поговорим о проходимости, во многом зависящей от величины реализуемого крутящего момента. Он ограничен весом, приходящимся на ведущие колеса, и сцеплением их с дорогой. (Двигатель на первой пониженной передаче, как правило, способен создать куда больший момент!)

Проблемы здесь могут возникнуть в двух случаях. Первый – у колес разное сцепление с дорогой. Второй – значительное перераспределение веса (например, при движении на подъем) или потеря контакта с дорогой из-за значительных неровностей.

При подобном раскладе дифференциалы оказывают медвежью услугу – реализуемый момент определится самым «бесполезным» колесом, вплоть до нулевого момента на том, что повисло в воздухе. Тогда, чтобы автомобиль смог двигаться, межосевой «диффер» нужно заблокировать.

Вывод: блокировка необходима только на неоднородном покрытии, скользком подъеме или таких неровностях, какие способны привести к диагональному вывешиванию автомобиля.

Здесь все гораздо проще. Пониженная передача нужна, лишь если автомобилю не хватает тяги – в рыхлом песке, густой грязи, на крутом подъеме либо с тяжелым прицепом на крюке.

Если момент ограничен сцеплением колес с грунтом, излишняя тяга вредна. Пробуксовка лишь усугубит положение. Трогаться в таких условиях можно, лишь ограничивая подачу газа, то есть величину крутящего момента. Пониженная передача в таких условиях зачастую может осложнить ситуацию.

Когда силы сопротивления больше сцепления, движение попросту невозможно. Тогда придется расчистить колею или убрать снег из-под машины.

Так что если ваш полноприводник буксует в снегу четырьмя колесами, берите лопату или ищите трактор. Буксует двумя – включение блокировки еще поможет. Переход на пониженную передачу оправдан, если не хватает тяги, то есть мотор не способен провернуть колеса.

В этой статье

История

Ремённая передача – одна из древнейших и простых механических передач, в которой используются приводные ремни и специальные колеса — шкивы. По некоторым источникам, ременная передача впервые документально описана китайским философом, поэтом и политиком Ян Сюном (53 год до н. э. – 18 год н. э.) периода империи Хань в тексте «Словарь местных выражений». Описанное устройство использовали ткачи в своей работе с шелком.

Кстати, слово «ремённая» записывается через букву «ё», на которую и нужно ставить ударение. Но в печати, например, в нашем следующем заголовке, точки над «ё» могут опускать. Это не является ошибкой, но не забудьте ставить ударение правильно.

На средневековых картинах можно увидеть механизм — самопрялку, в которой принцип ремённой передачи используется для ускорения получения пряжи. Большое развитие ремённая передача вместе с другими механизмами получила во времена английской промышленной революции (1780-1830 гг.), которая началась с изобретения в 1769 году паровой машины. Небольшие кустарные ремесленные производства начали вытесняться фабричным трудом с большим количеством машин.

Рис. 1. Слева. Фрагмент из «Декреталий Григория IX». Примерно 1340 год. Справа. Мартен ван Хемскерк. Портрет женщины с прялкой. 1529 год

Рис. 2. Типография в 1870 году

На приведенной ниже картинке показаны примеры использования ремённой передачи в современных технических устройствах – от двигателя внутреннего сгорания автомобиля до 3D-принтера.

Рис. 3. Примеры использования ремённых передач. А – ремень ГРМ на электрогенераторе двигателя автомобиля. Б – механизм кассетного магнитофона. В – зубчатый ремень 3D -принтера. Г – ремень вместо цепи на велосипеде. Д – ремённая передача на роторной косилке мотоблока

Устройство ременной передачи

Ведущее и ведомое колесо – это шкивы. Их соединяет приводной ремень. Ведущий шкив — тот, который крутит мотор или другая внешняя сила, а ведомый – следующий за ним. Часто для предотвращения соскакивания ремня на ободе шкива делают канавку или бортики.

Чтобы ремень не проскальзывал, его нужно хорошо натянуть. Кто ездил на велосипеде хорошо знает проблему, что плохо натянутая цепь так и норовит слететь со звездочки, а если перетянешь – трудно ехать и она легко порвется. Для натяжения ремня или устранения его колебаний могут использоваться натяжные и прижимные ролики.

Диаметр ведущего шкива мы обозначим английской буквой d1, а ведомого — буквой d2. Нам это понадобится при расчетах.

Рис. 4. Общая схема устройства ремённой передачи

Ремень является самым дешевым устройством в данном механизме. Но за счет него ремённая передача обеспечивает плавность хода и снижение шума. Такая передача способна амортизировать рывки и снижать нагрузку на мотор. Так, если на циркулярном станке резко заклинит диск при распиливании дубовой доски, электромотор остановится не сразу, а с задержкой за счет упругости ремня и его проскальзывания.

Рассмотрим следующую схему.

Рис. 5. Общая схема устройства ремённой передачи

Ведущая ветвь ремня — та, которая набегает на ведущий шкив. Она при работе передачи испытывает растяжение.

Ведомая ветвь ремня — та, которая сходит с ведущего ремня и набегает на ведомый. Она при работе сжимается и расслабляется.

Сжатие и растяжение двух ветвей компенсируется. Иначе ремень рвется. При переходе с одной ветви на другую ремень упруго сжимается или растягивается. В этих зонах на шкиве происходит упругое скольжение ремня. Из-за изменения величины упругого скольжения передаточное отношение ремённой передачи непостоянное и может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от нагрузки. При очень большой нагрузке ремень может упруго скользить по всей поверхности шкива.

Также важно знать про угол обхвата ремнём шкива. Чем больше угол обхвата, тем больше площадь контакта, тем больше полезная сила трения. При большой разнице в диаметрах шкивов этот угол может быть очень маленьким. Ремень при этом может проскальзывать. Чтобы увеличить угол обхвата без увеличения межосевого расстояния можно использовать прижимной ролик (смотри картинку ниже). В таком случае устанавливают ролик на ведомую ветвь, которая расслаблена, иначе ведущая ветвь растянется еще сильнее и износ ремня значительно вырастет.

Рис. 6. Увеличение угла обхвата с помощью прижимного ролика.

Открытая, перекрестная и полуперекрестная передача

Рис. 7. Открытая, перекрестная и полуперекрестная передача

• В открытой ременной передаче шкивы расположены в одной плоскости параллельно друг-другу. Такая передача не меняет направления вращения ведомого шкива.
• В перекрестной ременной передаче приводной ремень закручен восьмеркой. Большой минус такого способа изменения направления вращения – большой износ ремня из-за дополнительного трения. Этот способ можно использовать при создании моделей из образовательного конструктора, но он редко используется в промышленных устройствах.
• В полуперекрестной ременной передаче ось вращения одного из шкивов повернута на некоторый угол относительно другой оси (например, на 90 градусов).

Повышающая и понижающая передача

Рассмотрим нижнюю картинку. Зеленый шкив с помощью ручки крутит персонаж с силой F. Это ведущий шкив. Синий шкив крутится за счет ремня. Это ведомый шкив. К нему на вал подвешен груз с максимально возможной массой, которую может поднять механизм.

Рис. 8. Виды ремённых передач

• В первом случае диаметр ведущего и ведомого шкивов одинаковый. Скорость и сила на выходе не поменяется.
• Во втором случае диаметр ведущего шкива меньше ведомого. Скорость на выходе упадет. Такая передача называется понижающей. Сила при этом увеличится и механизм сможет поднять груз большей массы, чем первый.
• В третьем случае диаметр ведущего шкива больше ведомого. Скорость на выходе увеличится. Такая передача называется повышающей. Сила при этом уменьшится и механизм сможет поднять груз меньшей массы, чем первый и второй.

Почему так происходит? Любой сложный механизм можно представить через простые механизмы. В данном случае ручка, за которую тянет персонаж и радиус к точке на окружности, которую толкает приводной ремень, образуют рычаг. Посмотрите на следующий рисунок.

Рис. 9. Схема понижающей и повышающей ремённой передачи

Короче плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – больше сила, но меньше пройденный путь.

Длиннее плечо рычага к нагрузке (радиус шкива) – меньше сила, но больше пройденный путь.

Эти схемы с понижающей и повышающей ремённой передачей наглядно демонстрируют работу золотого правила механики — за выигрыш в силе приходится платить таким же проигрышем в расстоянии (схема 1) или за выигрыш в расстоянии приходится платить таким же проигрышем в силе (схема 2).

Как посчитать передаточное отношение для ремённой передачи

При создании ремённой передачи нужно понимать, во сколько мы выиграем или проиграем в скорости и силе, чтобы собрать устройство с нужными характеристиками.

Передаточное отношение обозначается буквой i. Оно показывает, во сколько раз снизилась скорость вращения на выходе. Согласно золотому правилу механики, во столько же раз увеличится сила (крутящий момент).

Формулу для расчета передаточного отношения можно вывести из правила рычага. Передаточное отношение для ремённой передачи рассчитывается так:

Таким же образом передаточное отношение можно посчитать через соотношения радиусов.

Узнать размеры шкивов можно с помощью линейки. Самый точный метод измерения диаметра – с помощью штангенциркуля.

Рис. 10. Два способа измерения диаметров шкивов

Передаточное отношение удобно записывать со знаком деления в виде i = 1 : 1. Эта запись показывает, что 1 оборот на входе даст 1 оборот на выходе. Передаточное отношение i = 5 : 1 показывает, что 5 оборотов на входе дает 1 оборот на выходе, то есть скорость упала в 5 раз (передача понижающая).

Если дробь можно сократить, её сокращают. Например, i = 5 : 25 = 1 : 5 (передача повышающая).

Передаточное число

Передаточное отношение можно записать в виде числа, поделив числитель на знаменатель. Например, i = 5 : 1 = 5, или i = 1 : 4 = 0,25. В данном случае говорят о передаточном числе.

Рассмотрим разные варианты передаточных чисел:

Передаточное отношение многоступенчатой ремённой передачи

Если передача многоступенчатая (двух-, трехступенчатая и т.д.), то общее передаточное отношение будет вычисляться как произведение отдельных передаточных отношений.

Эта формула справедлива для следующего рисунка:

Рис. 11. Многоступенчатая ремённая передача

Передаточное отношение для шкивов, жестко закрепленных на общей оси, не считается — скорость их вращения будет всегда одинаковой!

Виды приводных ремней

Видов ремней достаточно много, так как используются они в разных условиях. Где-то нужно передать очень большую мощность так, чтобы ремень не порвался и не растянулся. Где-то ремень не должен проскальзывать. Где-то ремень должен крутиться очень-очень быстро и мало изнашиваться со временем. А где-то нужно передать вращение на большое расстояние и под углом.

Очень распространенная классификация ремней – по поперечному сечению или форме. Основные виды: 1 — плоские ремни, 2 – клиновые ремни, 3 – ремни круглого сечения (пассики), 4 – многоручьевые ремни (или поликлиновые), 5 – зубчатые ремни.

Рис. 12. Виды приводных ремней

В крупной промышленной технике самые распространенные ремни – клиновые и поликлиновые. Они достаточно толстые по сечению и имеют увеличенную за счет боковой поверхности площадь сцепления со шкивами.

В небольших электронных устройствах чаще используются плоские ремни и пассики (ремни с круглым сечением).

Рис. 13. Четыре прядильные машины приводятся в движение от плоских приводных ремней с линейного вала. Лейпциг , Германия, около 1925 года

Плоские ремни широко использовались в 19-м и начале 20 века на фабриках для передачи движения на несколько машин с одного линейного вала (англ. line shaft). Они широко применялись и применяются в лесопильных станках, молотилках, электрогенераторах.

В станках с ЧПУ (3D-принтерах, плоттерах, лазерных станках) используются зубчатые ремни, так-так они сохраняют постоянное передаточное отношение и не проскальзывают.

Преимущества и недостатки ремённых передач

Как и у любого устройства, у ремённой передачи есть свои плюсы и минусы по сравнению с другими механизмами. Выделим важные из них.

• простота конструкции;
• малая стоимость:
• малая шумность;
• плавность работы;
• сглаживание ударных перегрузок за счет упругости ремня;
• возможность менять направление вращения под разным углом;
• возможность передавать вращение на большое расстояние.

• большие габариты конструкции;
• плохая работа на больших скоростях (появление вибраций);
• большая нагрузка на оси (валы, подшипники);
• непостоянное передаточное отношение при разной нагрузке (из-за упругого скольжения);
• малый срок службы ремня по сравнению с зубчатыми колесами;
• биение приводного ремня при его слабом натяжении;
• необходимость в дополнительных элементах при большой длине ремня или малом угле обхвата;
• увеличение износа приводного ремня или осей при неправильном натяжении.

Определения

1. Что ты можешь сказать о ремённых передачах по этим двум изображениям? В чем их отличие и из каких элементов они состоят?

Задачи

1. Мальчик Ваня измерил штангенциркулем ведущий и ведомый шкив. Диаметр первого составил 12 миллиметров, второго – 32 миллиметра. Какое передаточное отношение у этой ремённой передачи?

2. Угловая скорость вращения вала мотора – 420 оборотов в секунду. Какая угловая скорость будет у ведомого шкива, если передаточное отношение i = 12 : 1?

3. Собери одноступенчатую понижающую ремённую передачу из деталей Lego. В качестве шкивов можно использовать диск узкого или большого колеса и желтые втулки. На ведущую ось установи ручку, на ось ведомого шкива установи стрелку, чтобы считать обороты.

Измерь с помощью линейки или штангенциркуля диаметры шкивов.

Заполни таблицу. Проверь опытным путем полученное значение с помощью стрелки.

4. Собери двухступенчатую понижающую ремённую передачу с ручкой и стрелкой (пример — в 3 задаче). Посчитай передаточное отношение через диаметры. Проверь полученное значение опытным путем.