Типы автоматических коробок передач

Типтроник

Схема АКПП Типтроник

Не так давно, коробка передач внедрила в себя новый принцип работы, такой как типтроник. Это отдельное устройство не является частью механизма, но в совокупности дает положительный результат для скоростей. Данное дополнительное устройство поддерживает автоматический тип КПП, в те моменты, когда нужна остановка двигателем, вынужденное понижение передачи и так далее. Стоит отметить, что данное системное управление, с какой коробкой оно бы не шло, создает дополнительную безопасность при движении на оживленной трассе.

Стоит отметить, что данный механизм дает реакцию, считав придаточное число КПП. Все знают, как расшифровывается данная аббревиатура, но многие не понимают, что именно дает сигнал о торможении. Коробка переключения передач вырабатывает определенное число оборотов, которые сообщают водителю о том, что нужно сменить положение рычага. В данном случае, водитель отвечает только за положение, придаточное число коробки передач автоматически дает сигнал двигателю о необходимости остановки.

КПП: функции и основные типы

Коробка передач автомобиля предназначена для преобразования и распределения крутящего момента двигателя для последующего доведения его до ведущих колес, а также для изменения объема тяговых усилий при различных условиях движения транспортного средства. Кроме того, она призвана обеспечить разобщенную работу ведущих колес и двигателя (например, при прогреве двигателя или его работе на нейтральной передаче).

1. механические;
2. роботизированные;
3. автоматические;
4. вариатор.

Механическая КПП («механика», МКПП) имеет самый простой принцип работы. Она представляет собой цилиндрический редуктор, для которого предусматривается ручной способ переключения передач.

Роботизированная коробка передач («робот») – это обычная «механика», в которой функции включения и выключения сцепления, переключения скоростей полностью автоматизированы. Управление данными процессами осуществляется специальными сервоприводами, которые контролируется электроникой.

Автоматическая КПП («коробка-автомат», АКПП) включает в себя гидротрансформатор, который заменяет сцепление и обеспечивает функцию регулирования крутящего момента, и механическую коробку передач (чаще всего, планетарный редуктор).

Вариатор – это бесступенчатая коробка передач, в которой используется гидравлический или механический принцип работы при преобразовании крутящего момента. Для вариатора, вообще, не существует понятия «передача»; он выдает их бесчисленное множество.

1. максимальной простотой конструкции;
2. надежностью деталей и узлов к механическому воздействию и перегрузкам;
3. относительной дешевизной обслуживания и ремонта (даже капитального).

Благодаря данным качествам, механическая КПП – это самый распространенный тип коробки передач. Поэтому, не зря, современные автоматические АКПП снабжают функцией ручного переключения передач (например, типтроник).

Удобный «автомат»

Водители современных авто, особенно новички, предпочитают выбирать модели, укомплектованные автоматической коробкой. Простота эксплуатации и отсутствие необходимости работы со сцеплением подкупают многих. Но так ли велик вес этих достоинств по сравнению с недостатками АКПП?

Все виды коробок передач, по сути, нацелены на одно: принять, преобразовать, передать и изменить направление крутящего момента. АКПП не исключение, и разновидностей их бывает несколько. Для примера возьмем классику: трехступенчатую КП, снабженную гидравлическими приводами и гидротрансформатором.

Итак, основные элементы АКПП:

• гидротрансформатор, «симбиоз» сцепления и гидромуфты. Именно этот механизм отвечает за преобразование и передачу момента силы, а рабочим элементом при этом выступает жидкость (трансмиссионное масло);
• планетарный редуктор – главный узел АКПП. Основой его выступает планетарная передача и три основных звена: солнце, водило и эпицикл. В качестве ведущего может быть выбрано любое из звеньев, в зависимости от задумки конструктора.
• гидравлическая система управления. Цель работы данного механизма – управление планетарным редуктором.

По своему строению АКПП подразделяются на адаптивные и регулируемые. В первом случае коробка передач «запоминает» манеру вождения водителя и переключает скорости в соответствующем режиме. Регулируемый тип автоматов зависит от действий водителя. Такие коробки могут функционировать в нескольких заданных режимах, которые можно переключать вручную.

Достоинства АКПП

Среди главных достоинств АКПП обычно указывают простоту и удобство вождения, а также отсутствие рычага сцепления. Но есть и еще несколько положительных моментов:

• автоматические коробки просты и неприхотливы;
• АКПП обеспечивают более высокий уровень безопасности;
• отсутствует риск перегрузки мотора;
• работа автомата плавная, без рывков;
• снижается риск ДТП, особенно по скользкой дороге, поскольку автоматические КП оснащаются разными удобными функциями, обеспечивающими лучшие условия передвижения.

Недостатки АКПП

Из недостатков автоматики можно выделить:

• дорогое техобслуживание и ремонт;
• запрет на торможение в режиме «драйв» и пробуксовку;
• более медленный разгон по сравнению с МКПП;
• увеличенный расход горючего;
• больший вес коробки.

О целесообразности использования АКПП на большегрузных автомобилях можно спорить. Есть модели (те же Volvo), которые неплохо справляются со своими задачами при условии бережливости водителя, хороших дорог и отсутствия перегруза. Отечественные же реалии требуют от транспорта большей выносливости узлов. Для этих целей оптимально использование КПП ЯМЗ 236 и аналогичных моделей механических коробок.

Устройство механической коробки передач

Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки. Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.

Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Недостатки

Производители считают, что РКПП в скором времени заменят другие виды коробок. Но это произойдет еще через пару тройку десятков лет, поскольку роботы до сих пор имеют существенные недостатки.

АКПП робот принцип работы не такой плавный, как у автоматики. Во время движения машина «дергается», создавая водителю дискомфорт. Переключения передач также слегка затянуты.

Ресурс актуаторов и сцепления довольно низкий. Стоимость актуаторов высокая, а ремонтопригодность — сомнительная. В случае поломки придется менять актуатор на новый, а не чинить сломанный. При этом не каждая СТО возьмет на себя ответственность проводить ремонтные работы.

Что касается стоимости, то машины с коробкой-роботом на гидравлике стоят столько же, сколько авто с автоматической КП. Цены также приближены к обслуживанию.

Вариаторы

Описание трансмиссии вариативного типа отличается во многом от того, что представляет собой автоматическая коробка. В их конструкции вообще нет передач. Уже многие варианты вариаторов предлагали инженеры всех автопроизводителей. Самой лучшей, которая как-то приживается, оказался клиноременный вариатор. Здесь имеется в виду двойной шкив, он соединяется с мотором и трансмиссией. Есть особый клиновый ремень, он может сразу срабатывать на переключение передаточного числа. Оно определяется в каждый момент времени, так как обороты мотора постоянно меняются. Это идеальная коробка, ведь теперь машина едет всегда с самой выгодной скоростью на самой лучшей отдаче двигателя.

Но не все так хорошо на практике, как рисует это схема двигателя. Ведь инженерам потребовался узел, который бы все это контролировал. А это, значит, нужен гидротрансформатор, еще его называют гидромуфта. Такая конструкция сильно снижает КПД. Поэтому предпочтение отдают механической коробке передач или автоматам. Хотя, возможно, инженерам удастся сделать рывок или прорыв в будущее вариаторов.

Что такое коробка передач, роль, значение, принцип работы

После сцепления, основным узлом транспортного средства является коробка передач. В большинстве автомобилей она наделена зубчатыми шестеренками, а число передач варьируется около 4–6, без учета заднего хода. Процесс переключения передач происходит за счет сцепления шестерен между собой в определенном порядке, возможно при помощи синхронизаторов или блокировкой шестеренок вала. Синхронизаторы служат для выравнивания скорости вращения и фиксации валом работы одной из ведомых.

Преимущественная функция КПП – достижения оптимального показателя крутящего момента между двигателем и колесами. Основными ее составляющими являются:

1. Картер. Включает в свою конструкцию все основные детали и узлы КПП. Установлен на картере сцепления, который контактирует с двигателем транспортного средства. Полость картера на 50% заполнена трансмиссионным, или в редких случаях моторным, маслом. Поскольку все шестерни подвергаются сильным нагрузкам и трениям, большое количество смазывающего материала помогает снять нагрузку с деталей и предотвратить их быстрый износ.
2. Синхронизаторы AVTOKPP.KZ. Предназначены для плавного соединения шестерней, безударного переключения передач за счет уравнивания угловых скоростей движения шестеренок.
3. Механизм переключения. Имеет рычаг в салоне автомобиля, который непосредственно служит управлением начала работы всей системы. Имеет замковый и блокировочный механизмы. Первый не позволяет включаться двум передачам одновременно, а второй, в свою очередь, препятствует произвольному выключению передачи.
4. Валы. Первичный или ведущий, вторичный или ведомый и промежуточный. Выполняют вращение в подшипниках картера; имеют различное количество зубчатых шестерен. В зависимости от типа КПП может быть разное количество валов, которые предполагают разные конструкции для передачи крутящего момента.

Роботизированное устройство

Перемены в назначении коробки дошли до того, что теперь управлять мощностью двигателя стал робот, хотя сама структура работы осталась той же, а вот управляет устройством теперь электроника или «робот».

Основные положительные характеристики в том, что водителю можно не обременять себя дополнительными усилиями при переключении передач. Название говорит само за себя. «Робот» или электроника сама контролирует весь процесс. Это особенно будет приятно для начинающих водителей, речь больше идет о представительницах слабого пола, хотя и мужчинам тоже не легко дается управление автомобиля на МКПП. Трансмиссия переднеприводного автомобиля с «роботом» будет интересна каждому.

Сходство с механической КПП и «роботом» есть, оно находится на одном уровне с механикой и КПД выдает абсолютно схожий, правда, плавности ему не занимать. Такое положение вещей означает, что основные характеристики в положительном ключе на этом кончаются. Такая вот бюджетная автоматика.

Правда, трансмиссия автомобиля «Феррари» основана на «роботе», основные характеристики которого действительно хорошие, речь идет о гоночном автомобиле. Для гонок как раз такая схема трансмиссии подходит как нельзя лучше.

Что же делает роботостроение привлекательным, какова схема трансмиссии? Ответ – количество сцеплений. У «роботов» их наблюдается два. Трансмиссия автомобиля такого уровня была проверена на Фольксвагене, позже она была внедрена в Вольво, Форд и Митсубиси. Таким образом, можно было судить, сколько сцеплений, какова скорость работы, поэтому «роботы» были многофункциональны и, как отмечают инженеры, за ними будущее.

Недостатки автоматической трансмиссии

При всех своих достоинствах АКПП, как и любой другой агрегат, также имеет также свои недостатки.

Основные минусы АКПП:

• дорогостоящее техническое обслуживание (АКПП довольно сложный агрегат, требующий квалифицированного обслуживания и соблюдения правил эксплуатации);
• повышенный расход топлива (расход топлива на автомате по сравнению с механикой в среднем на 10 процентов выше);
• более медленный разгон по сравнению с автомобилями, оборудованными МКПП при равных объемных и мощностных характеристиках ДВС (гидротрансформатор АКПП «забирает» часть мощности ДВС);
• трудности при буксировке (буксировка при выключенном двигателе может нанести вред коробке, поскольку вызывает масляное голодание всех механизмов АКПП);
• отсутствие возможности завести автомобиль «с толкача» (если двигатель не запущен, то передача крутящего момента на ведущие колеса отсутствует).

Как видно, на владельцев машин с коробкой автомат накладываются определенные ограничения, чтобы сохранить ресурс и увеличить срок службы агрегата

По этой причине важно знать основные правила эксплуатации АКПП

Главным минусом коробки автомат являются повышенные требования к условиям эксплуатации и качеству технического обслуживания. Неправильная эксплуатация коробки может привести к быстрому износу и полному выходу агрегата из строя.

Основные рекомендации по эксплуатации АКПП:

• перед поездкой АКПП нужно прогревать, дальнейшее движение на автомате должно быть плавным (агрессивный и рваный стиль езды влияет на зазоры в муфтах фрикционных дисков, планетарных шестернях и в самом дифференциале).
• нельзя принудительно переключать рычаг АКПП на скорости с повышенной передачи на пониженную передачу (возможен выход из строя АКПП);
• противопоказана буксировка других автомобилей или прицепов с таким же или большим весом (выход из строя АКПП и тормозных лент);
• нельзя допускать перегрева коробки автомат (при длительной пробуксовке АКПП работает в режиме экстремально высоких температур, как следствие, происходит перегрев коробки и сгорание фрикционов);
• на автомате крайне нежелательно дрифтовать (автоматическая коробка не способна выдержать столь долгую пробуксовку);
• не следует допускать масляного голодания механизмов АКПП (нужен постоянный контроль уровня и качества трансмиссионной жидкости ATF).

Начинать движение на автомобиле, оснащенном АКПП, необходимо плавно, без резкого нажатия на педаль газа. Режим должен быть выбран при помощи селектора заранее.

Во избежание ускоренного износа АКПП при недолгих простоях автомобиля около 5 минут (например, на светофоре), не нужно устанавливать селектор переключения режимов в положение «N». Достаточно удерживать автомобиль при помощи тормоза, оставляя коробку в режиме «D»

Если автомобиль с АКПП забуксовал, необходимо перестать газовать, после чего перейти в режим пониженных передач. В случае, когда это не позволяет преодолеть препятствие, тогда лучше отказаться от попыток выехать своим ходом и обратиться за помощью.

Также нельзя переводить селектор АКПП в режим «R» (движение задним ходом) до полной остановки автомобиля, до окончательного прекращения движения автомобиля включать режим «P», газовать в режиме «N» и сразу включать режим «D».

Как КПП работает

Как же меняется крутящий момент? Лучше это понять можно, если рассмотреть пример. Для начала посчитаем количество зубьев на шестернях. На первой их двадцать, а на второй сорок. Получается, что, когда первая прокрутилась два раза, у второй это случилось только однажды. Получается, что это вторая передача.

Третья шестерня тоже содержит двадцать зубов, у четвертой опять сорок. Получается простая арифметика. Если запускается мотор, то у первой шестерни будет 2000 оборотов в минуту, а у второй только 1000, третья также имеет ту же скорость. Это связано с тем, что шестеренки нанизаны на одной линии. Получается, что четвертая имеет скорость в полтысячи оборотов в минуту. Значит, что передаточное число составляет две единицы, для первой и второй пары. Общее число равно четырем, ведь на это количество раз уменьшается скорость вращения последней шестерни, если сравнить ее с первой шестерней.

Выходит, что, если вторая и четвертая шестеренки не работают, тогда устройство вообще не передает момент, то есть у нас нет передачи движения, получается, включена нейтральная передача. Если же эта деталь направлена в противоположную сторону, то машина движется назад, в результате чего, валы остаются на одном уровне.

Зачем нужно пользоваться дополнительным валом и сколько их бывает в агрегатах? Так можно добиться новой системы разнопарного количества шестеренок. Только так возможно создать разные скорости движения.

Так как шестерен много в каждом легковом авто с МКПП, то и выбор передач может быть большой. Это уже касается вариативной коробки. Как бы то ни было, но передаточное число можно устанавливать любое. Обычно это не целые числа, а дробные. Что же касается того момента, когда передаточное число равно единице, то такая передача является прямой. В этом случае речь идет о четвертой скорости.

Виды автоматических коробок передач

Современные автомобили, оснащенные коробкой автомат, набирают все большую популярность среди автолюбителей. Это обусловлено многочисленными преимуществами автоматических коробок передач, в сравнении с традиционной механикой. Водители оценили комфортность управления транспортным средством с установленной АКПП и при покупке нового авто многие покупатели отдают предпочтение именно таким механизмам.

Во время движения машины здесь не придется отвлекаться от дороги, чтобы переключить скорость. Новички быстро обучаются технике вождения, т. к. не нужно запоминать, в какое положение установить рычаг скоростей для изменения режима. Здесь все просто: чтобы машина начала движение, достаточно перевести селектор в точку «D» и отключить тормоз.

Рабочим элементом автомата является планетарная передача, которая состоит из набора шестерен:

1. Главная передача.
2. Входной редуктор.
3. Обратный редуктор.

При помощи зубчатых зацеплений главной передачи производится передача момента вращения от выходного вала двигателя к ходовой части автомобиля.

Кроме шестерен в состав АКПП входят:

• синхронизирующие муфты сцепления;
• рычаг переключения передач – селектор;
• гидроблок;
• смазочная система.

Скорости коробки автомат переключаются, благодаря сложным управляющим воздействиям бортового компьютера. Электромеханические клапаны – соленоиды перераспределяют направление потоков в гидроблоке. Трансмиссионная жидкость под давлением направляется к муфте-синхронизатору, в работу включается зубчатое соединение выбранной передачи.

Благодаря автоматической коробке передач, силовой агрегат транспортного средства выбирает наиболее эффективный диапазон мощности. На основании информации, поступающей с многочисленных датчиков, компьютер управляет включением передач, в зависимости от условий дорожного движения и пожеланий водителя.

В автомобилях, оснащенных АКПП, нет механизма сцепления и привычной педали в салоне. Передача мощности от двигателя к автоматической трансмиссии осуществляется при помощи специального агрегата – гидротрансформатора. В сравнении с механическим сцеплением, гидротрансформатор АКПП позволяет выравнивать скорость вращения выходного вала двигателя с коробкой передач более плавно без ощутимых рывков. При его работе статические и динамические нагрузки на рабочие элементы трансмиссии существенно снижены.

Внешне гидротрансформатор АКПП напоминает форму тора, за что в просторечии ему дали название «бублик».

В состав гидротрансформатора входят:

1. Турбинное колесо с лопастями.
2. Блокировочная муфта и муфты свободного хода.
3. Насос.
4. Реакторное колесо.

Все составные части устройства расположены в едином корпусе, они работают в масляной среде. Насос напрямую соединен с коленчатым валом мотора. Трансмиссионное масло разгоняется лопастями колеса и вовлекает в движение турбину, сопряженную с зубчатыми зацеплениями шестерен коробки передач.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.