Типы передач – фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные – Ассоциация EAM

Общие понятия и определения

Передачей, в общем случае, называется устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой.

В зависимости от вида передаваемой энергии передачи делятся на механические, электрические, гидравлические, пневматические и т.п.
Курс «Детали машин» изучает механические передачи, предназначенные для передачи механической энергии.

Механической передачей называют устройство (механизм, агрегат), предназначенное для передачи энергии механического движения, как правило, с преобразованием его кинематических и силовых параметров, а иногда и самого вида движения (вращательного в поступательное или сложное и т. п.).
Наибольшее распространение в технике получили передачи вращательного движения, которым в курсе деталей машин уделено основное внимание (далее под термином передача подразумевается, если это не оговорено особо, именно передача вращательного движения).

В общем случае в любой машине можно выделить три составные части: двигатель, передачу и исполнительный элемент.
Механическая энергия, приводящая в движение машину или отдельный ее механизм, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя, которая передается к исполнительному элементу посредством механической передачи или передаточного устройства. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем – передач): зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных и т. п.

***

Функции механических передач

Передавая механическую энергию от двигателя к исполнительному элементу (элементам), передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента.
Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, — редукторами.
Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами.
В технике и машиностроении наибольшее применение получили понижающие передачи , поэтому в курсе Детали машин им уделяется преимущественное внимание. Впрочем, принципиальная разница в расчетах редуцирующих передач и ускорителей невелика.

Изменение направления потока мощности.
Примером может служить зубчатая передача (редуктор) заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя у большинства автомобилей составляет с осью вращения колес прямой угол. Для изменения направления потока мощности в данном случае применяют коническую зубчатую передачу.

Регулирование частоты вращения ведомого вала.
С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.
Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени.
Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.

Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т. д.).

Реверсирование движения — изменение направления вращения выходного вала машины в ту или иную сторону в зависимости от функциональной необходимости.

Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины.
Так, любой сельскохозяйственный комбайн вмещает несколько механизмов, выполняющих самостоятельные технологические операции по уборке урожая, при этом каждый из этих механизмов приводит в движение собственный исполнительный элемент (ходовую часть, жатку, молотилку, очистку и т. п.). Поскольку комбайн, как правило, оснащен одной силовой установкой (двигателем), при помощи передач его энергия распределяется между каждым из обособленных механизмов.

***

Классификация механических передач

В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на две основные группы:

• передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные);
• передачи трением (фрикционные, ременные).

Каждая из указанных групп передач подразделяется на две подгруппы:

• передачи с непосредственным контактом передающих звеньев;
• передачи с гибкой связью (цепь, ремень) между передающими звеньями.

Кроме этих основных классификационных признаков передачи подразделяют по некоторым другим конструктивным характеристикам: расположению валов, характеру изменения вращающего момента и угловой скорости, по количеству ступеней и т. д.

Классификация механических передач по различным признакам представлена ниже.

1. По способу передачи движения от входного вала к выходному:
       1.1. Передачи зацеплением:
            1.1.1. с непосредственным контактом тел вращения — зубчатые, червячные, винтовые;
            1.1.2. с гибкой связью — цепные, зубчато-ременные.
       1.2. Фрикционные передачи:
            1.2.1. с непосредственным контактом тел вращения – фрикционные;
            1.2.2. с гибкой связью — ременные.

2. По взаимному расположению валов в пространстве:
      2.1. с параллельными осями валов — зубчатые с цилиндрическими колесами, фрикционные с цилиндрическими роликами, цепные;
      2.2. с пересекающимися осями валов — зубчатые и фрикционные конические, фрикционные лобовые;
      2.3. с перекрещивающимися осями — зубчатые — винтовые и гипоидные, червячные, лобовые фрикционные со смещением ролика.

3. По характеру изменения угловой скорости выходного вала по отношению к входному: редуцирующие (понижающие) и мультиплицирующие (повышающие).

4. По характеру изменения передаточного отношения (числа): передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением и передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением.

5. По подвижности осей и валов: передачи с неподвижными осями валов — рядовые (коробки скоростей, редукторы), передачи с подвижными осями валов (планетарные передачи, вариаторы с поворотными роликами).

6. По количеству ступеней преобразования движения: одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.

7. По конструктивному оформлению: закрытые и открытые (безкорпусные).

Наибольшее распространение в технике получили следующие виды механических передач:

• Зубчатые (цилиндрические, конические, гипоидные, волновые, планетарные и т. п.);
• Ременные (плоскоременные, клиноременные, круглоременные и т. п.);
• Червячные;
• Фрикционные (постоянной передачи, реверсы и вариаторы);
• Винтовые передачи.

Зубчато-ременные передачи можно выделить в отдельную группу передач с промежуточной гибкой связью, поскольку они способны передавать мощность и посредством трения, и посредством зацепления.

***

Основные характеристики механических передач

Главными характеристиками передачи, необходимыми для ее расчета и проектирования, являются передаваемые мощности (по величине и направлению) и скорости вращения валов – входных (ведущих), промежуточных, выходных (ведомых).
В технических расчетах вместо угловых скоростей обычно используются частоты вращения валов — n_вх и n_вых, измеряемые в оборотах за минуту. Соотношение между угловой скоростью ω (рад/сек) и частотой вращения n (об/мин):

ω ≈ πn/30

Еще важный параметр механической передачи – коэффициент полезного действия (КПД), характеризующий потери мощности при передаче от двигателя к исполнительному элементу.

***

Фрикционные передачи

k-a-t.ru

Виды передач и их основные характеристики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет

им. М. Козыбаева

Факультет Энергетики и Машиностроения

Кафедра Машиностроения

РЕФЕРАТ

Тема: «Виды передач и их основные характеристики»

Качулин Сергей Николаевич

Специальность 5В071200 –

Машиностроение

Петропавловск, 2010

Содержание

Виды движений, их основные характеристики и передаточные механизмы

Фрикционная передача

Зубчатая передача

Ременная передача

Кривошипно-шатунные механизмы

Кулисные механизмы

Храповые механизмы

Кулачковые механизмы

Шарнирно-рычажные механизмы

Цепная передача

Червячная передача

Литература

Виды движений, их основные характеристики и передаточные механизмы

Вращательное движение

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение, — ведомым.

Всякое вращательное движение измеряется в числах оборотов в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Многие, наверное, замечали, что маленькая звездочка у цепной велосипедной передачи крутится быстрее, чем большая, а большая шестерня, с барабаном для каната у лебедки, делает оборотов меньше, чем ее ведущая меньшая пара.

Известны простые правила: 1) число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса; 2) число оборотов ведомого колеса во столько раз больше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр меньше диаметра ведущего колеса.

В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д-t, диаметр ведомого через Д2, число оборотов ведущего колеса через Пх, число оборотов ведомого колеса через щ, то все эти величины выражаются простым соотношением. В практике работы технических кружков часто приходится употреблять выражения: «передаточное число» и «передаточное отношение».

Что же означают эти названия?

Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего колеса (вала) к числу оборотов ведомого, а передаточным отношением — отношение между числами оборотов колес независимо от того, какое из них ведущее. Рассмотрим некоторые виды вращательного движения, которые нашли широкое применение в моделях юных техников.

Фрикционная передача

Рисунок 1 – Виды фрикционных передач I — цилиндрическая с прямым ободом; II — цилиндрическая с клинчатым ободом; III — коническая; IV — лобовая; V — с передвижным цилиндрическим колесом

При фрикционной передаче (Рисунок 1) вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое. Фрикционные передачи широко применяются в машинах. Недостаток фрикционной передачи: большая сила, давящая на колеса, вызывающая дополнительное трение в машине, а, следовательно, требующая и дополнительную силу для вращения. Кроме того, колеса при вращении, как бы они ни были прижаты друг к другу, дают проскальзывание. Поэтому там, где требуется точное соотношение чисел оборотов колес, фрикционная передача себя не оправдывает.

Зубчатая передача

Рисунок 2 – Цилиндрические шестерни

В зубчатых передачах (Рисунок 2) вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубцов. Зубчатые колеса работают намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой. Диаметр начальной окружности является основным расчетным диаметром зубчатых колес. Расстояние, взятое по начальной окружности между осями соседних зубцов, между осями впадин или от начала одного зубца до начала другого, называется шагом зацепления. Разумеется, что шаги у зацепляющихся шестерен должны быть равны. Передаточное число в зубчатых колесах может выражаться и через число зубцов, тесть j = |2-> где г2—число зубцов ведомого колеса, Zx — число зубцов ведущего колеса. Есть в шестернях еще одна очень важная величина, которую именуют модулем. Модулем называют отношение шага к величине Пи (3,14) или отношение диаметра начальной окружности к числу зубцов на колесе. Модуль, шаг и другие величины шестерен измеряются в миллиметрах. Колеса с одинаковым модулем, с любым количеством зубцов дают нормальное зацепление. Модули зубчатых колес берутся не произвольно. Величины их стандартизированы. Передаточное число шестеренчатой передачи берется обычно в определенных пределах. Оно колеблется до 1: 10. При увеличении передаточного числа одна из шестерен делается очень большой, механизм получается громоздким. Но иногда бывает нужно получить очень большое передаточное число, которое одной парой шестерен создать трудно. В этом случае ставится несколько пар, и передаточное число распределяется между ними. Механизм, служащий для повышения или понижения скорости вращения, называется редуктором (Рисунок 2.1). Редукторы с большим передаточным числом обычно служат для снижения числа оборотов. Если такой редуктор использовать для увеличения числа оборотов, то получаются большие сопротивления и редуктор очень трудно вращать. Для изменения направления вращения ведомой шестерни ставят третью, паразитную шестерню. Какой бы величины промежуточная (паразитная) шестерня ни была, сколько бы зубцов она ни имела, передаточное число между ведущей и ведомой шестерней не меняется. Иногда в передачах малую шестерню требуется сделать особенно уменьшенной, например, в часах, в приборах. В этих случаях шестерню с валом делают из одного куска. Такую цельную шестерню принято называть трибком (трибок). За последнее время очень часто в машинах применяют цилиндрические шестерни (Рисунок 2), у которых зубец идет не по оси вращения, а под некоторым углом. Такие шестерни работают на больших скоростях очень плавно, и зубцы их выносят большую нагрузку. Колеса с косыми зубцами носят название косозубых цилиндрических колес. Еще более плавный ход при большой прочности зубцов дают так называемые шевронные колеса. Зубцы у этих колес скошены в обе стороны, расположены «в елочку». Преимущество шевронных колес состоит в том, что их можно применять с малым числом зубцов. Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни — коническими. Если в цилиндрических зубчатых передачах мы могли сцепить колеса любых размеров (только с одинаковым модулем), то в конических шестернях этого сделать нельзя, так как в этом случае может не совпасть конусность шестерен.

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом. Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой. Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов. Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применяются в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая — десять, и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов. К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест. Механизм мальтийского креста применяется в автоматах, текстильных машинах и в киноаппаратах, где он служит для периодической подачи ленты.

Рисунок 2.1 – Редуктор заднего моста автомобиля ВАЗ 21213

1 – ведущая шестерня; 2 – ведомая шестерня; 3 – сателлит; 4 – шестерня полуоси; 5 – ось сателлитов; 6 – коробка дифференциала; 7 – болты крепления крышки подшипника коробки дифференциала; 8 – крышка подшипника коробки дифференциала; 9 – стопорная пластина; 10 – регулировочная гайка подшипника; 11 – картер редуктора

Ременная передача

Ременная передача (Рисунок 3), как и шестеренчатая, весьма часто встречается в машинах. Она применяется там, где валы удалены друг от друга на большое расстояние и шестеренчатую передачу, применить нельзя. Ремень, натянутый на шкивы, охватывает какую-то их часть. Эта облегающая часть (дуга) носит название угла обхвата. Чем больше будет угол обхвата, тем лучше образуется сцепление, лучше и надежнее будет вращение шкивов. При малом угле обхвата может получиться так, что ремень на малом шкиве станет проскальзывать, вращение будет передаваться плохо или совсем не будет.

mirznanii.com

Главная передача подробно — Энциклопедия журнала «За рулем»

Главная передача — механизм, часть трансмиссии автомобиля, передающий крутящий момент от коробки передач к ведущим колесам автомобиля. Главная передача может быть выполненной в виде отдельного агрегата — ведущего моста (заднеприводные автомобили классической компоновки), либо объединенной с двигателем, сцеплением и коробкой передач в единый силовой блок (заднемоторные и переднеприводные автомобили).
По способу передачи крутящего момента главные передачи подразделяются на зубчатые (шестеренчатые) и цепные. Цепные главные передачи в настоящее время используются только на мотоциклах и велосипедах.
Цепная главная передача состоит из двух звездочек — ведущей, насаженной на выходной вал коробки передач, и ведомой, объединенной со ступицей ведущего (заднего) колеса мотоцикла. Несколько сложней по устройству главная передача велосипеда с планетарной коробкой передач. Ведомая звездочка, приводимая в движение цепью, приводит во вращение шестерни планетарной коробки, встроенной в ступицу колеса и через нее — ведущее заднее колесо.
Иногда в мотоциклах классической компоновки в главной передаче вместо цепи используется зубчатый армированный ремень (например, в главной передаче мотоциклов «Харлей-Дэвидсон»). В этом случае обычно говорят о ременной передаче, как об отдельном типе главной передачи.
Ременная главная передача широко используется в легких мотоциклах и в скутерах (мотороллерах) с бесступенчатым вариатором. В этом случае вариатор служит в качестве главной передачи, поскольку ведомый шкив ременного вариатора объединен со ступицей ведущего колеса мотоцикла.

Классификация зубчатых главных передач

По количеству пар зацепления главные передачи подразделяются на одинарные и двойные. Одинарные главные передачи устанавливаются на легковые автомобили и грузовики, содержат одну пару конических шестерен постоянного зацепления. Двойные главные передачи устанавливают на грузовики, автобусы и тяжелые транспортные машины специального назначения. В двойной главной передачи в постоянно зацеплении находятся две пары шестерен — конических и цилиндрических. Двойная передача способна передать больший крутящий момент, чем одинарная.
На трехосных грузовых автомобилях и многоосной транспортной технике применяются проходные главные передачи, в которых крутящий момент передается не только на среднюю ведущую ось, но и на последующую, также ведущую. В абсолютном большинстве легковых автомобилей и двухосных грузовых автомобилей, автобусов, в другой транспортной технике с одной ведущей осью применяются непроходные главные передачи.
Получившие наибольшее распространение одинарные главные передачи по типу зацепления подразделяются на:

• 1. Червячные, в которых крутящий момент передается червяком на червячное колесо. Червячные передачи, в свою очередь, подразделяются на передачи с нижним и верхним расположением червяка. Червячные главные передачи иногда применяются в многоосных транспортных средствах с проходной главной передачей (или с несколькими проходными главными передачами) и в автомобильных вспомогательных лебедках.
  

В червячных передачах ведомое шестеренчатое колесо имеет однотипное устройство (всегда большого диаметра, который зависит от заложенного в конструкцию редуктора передаточного отношения, всегда выполняется с косыми зубьями). А червяк может иметь различную конструкцию.
По форме червяки разделяются на цилиндрические и глобоидные. По направлении линии витка — на левые и правые. По числу канавок резьбы — на однозаходные и многозаходные. По форме резьбовой канавки — на червяки с архимедовым профилем, с конволютным профилем и эвольвентным профилем.

• 2. Цилиндрические главные передачи, в которых крутящий момент передается парой цилиндрических шестерен — косозубых, прямозубых или шевронных. Цилиндрические главные передачи устанавливаются в переднеприводные автомобили с поперечно расположенным двигателем.
  
• 3. Гипоидные (или спироидные) главные передачи, в которых крутящий момент передается парой шестерен с косыми или криволинейными зубьями. Пара шестерен гипоидной передачи либо соосна (встречается реже), либо оси шестерен смещены относительно друг друга — с нижним или верхним смещением. За счет сложной формы зубьев площадь зацепления увеличена, и шестеренчатая пара способна передавать больший крутящий момент, чем шестерни главной передачи других типов. Гипоидные передачи устанавливаются в легковые и грузовые автомобили классической (заднеприводной с передним расположением двигателя) и заднемоторной компоновок.

Двойные главные передачи по типу зацепления подразделяются на:

• 1. Центральные одно и двухступенчатые. В двухступенчатых главных передачах предусмотрено переключение пар шестерен для изменения крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса. Такие главные передачи используются на гусеничной и тяжелой транспортной технике специального назначения.
  
• 2. Разнесенные главные передачи с колесными или бортовыми редукторами. Такие главные передачи устанавливают на легковые машины (джипы) и грузовые автомобили для увеличения дорожного просвета, на колесные транспортеры военного назначения.

Помимо этого двойные главные передачи подразделяются по типу зацепления пар шестерен на:

• 1. Коническо-цилиндрические.
  
• 2. Цилиндрическо-конические.
  
• 3. Коническо-планетарные.
  

В автомобилях зубчатые главные передачи выполнены в виде единого агрегата с дифференциалом — механизмом разделения крутящего момента между двумя колесами ведущей оси. В тяжелых мотоциклах с карданной передачей и приводом на заднее колесо дифференциал не применяется. В мотоциклах с боковой коляской и полным приводом (на заднее колесо мотоцикла и на колесо коляски) дифференциал выполнен в виде отдельного механизма. На подобные мотоциклы устанавливают две независимые главные передачи, связанные между собой дифференциалом.

Принцип работы гипоидной главной передачи

Крутящий момент передается от двигателя через сцепление, коробку передач и карданный вал на ось ведущей шестерни гипоидной главной передачи. Ось ведущей шестерни установлена соосно ведущему валу двигателя и ведомому валу КП. При вращении ведущая шестерня, имеющая меньший диаметр, чем ведомая шестерня, передает крутящий момент зубьям ведомой шестерни, приводя ее во вращение. Поскольку контакт поверхности зубьев увеличен за счет их особой формы — косой или криволинейной — передаваемый крутящий момент может достигать очень высоких значений. Однако, сложная форма зубьев приводит к тому, что на их поверхность воздействуют не только ударные нагрузки, но и силы трения (из-за проскальзывания зубьев относительно друг друга). Поэтому в гипоидных главных передачах используют специальное масло, обладающее высокими смазочными свойствами и обеспечивающее длительный срок службы шестеренчатой пары.

Принцип действия червячной главной передачи
В силу конструктивных особенностей, большого передаточного отношения (от 8 в рулевых механизмах, до 1000 в особо мощных лебедках) и низкого КПД червячная пара в автомобильных главных передачах (за редким исключением) не применяется. Наибольшее распространение она получила в лебедках.
Крутящий момент передается на червячное колесо через коробку отбора мощности, подключаемую к раздаточной коробке, установленной (как правило, встречаются и другие кинематические схемы) за коробкой передач автомобиля. Оси червяка и ведомой шестерни (ведомого колеса) располагаются под прямым углом (но встречается и иное расположение осей червячной пары). Червячное колесо входит в зацепление с ведомым косозубым (для обеспечения плотного контакта и увеличения поверхности зацепления) шестеренчатым колесом. Крутящий момент передается от винтовой канавки червяка на зубья ведомой шестерни. Частота вращения червяка намного выше, чем частота вращения ведомого колеса. За счет этого пропорционально увеличивается крутящий момент — чем больше передаточное отношение, тем большее усилие способна развить лебедка.
Червячная передача обладает рядом преимуществ перед главными передачами других типов. Она отличается высокой износостойкостью и не требует применения высококачественных смазочных материалов. Она способна передавать сверхвысокий крутящий момент. Отличается малошумностью и плавностью хода (из-за отсутствия ударных нагрузок на канавку червяка и поверхность зубьев ведомой шестерни). Наконец, червячная передача обладает свойством самоторможения — при прекращении передачи крутящего момента на червяк, вращение ведомого колеса автоматически прекращается.
К недостаткам червячной передачи относят склонность к нагреву из-за сил трения, к заеданию механизма при незначительном износе, повышенные требования к точности сборки червячной пары.
Червячная главная передача относится к редукторам необратимого действия. Если усилие передается от ведомого шестеренчатого колеса к ведущему червяку, то есть в обратном порядке, червяк вращаться не будет. Следовательно, червячная главная передача исключает движение автомобиля по инерции, накатом. Отсюда ее применение на тихоходной транспортной технике и машинах специального назначения. На лебедках для обеспечения свободного вращения барабана червячную пару снабжают муфтой свободного (обратного) хода, которая разобщает барабан и ведомое зубчатое колесо при его вращении в обратном направлении — разматывании троса лебедки.

wiki.zr.ru

Какие бывают типы коробок передач и чем они отличаются?

На сегодняшний день существует целый ряд разновидностей коробок передач — и речь не только об автоматических коробках — даже такие простые по конструкции «ручки» сегодня имеют различные подвиды и надстройки. Но прежде, чем мы перейдём реку знания об этом вброд, давайте чётко поймём, что такое коробка передач и для чего она нужна!

Как работает КПП?

Коробка передач в автомобиле (или на любом другом механическим транспортном средстве) — это рычажная (с точки зрения физики) пошаговая система, которая буквально передаёт энергию от двигателя колёсам — то есть та сила, которую вырабатывает двигатель, чтобы привести в движение колёса, сначала проходит через специальную систему, называемую коробкой переключения передач (или распространённой аббревиатурой — КПП). Образно и часто физически коробка передач находится между двигателем и ведущими колёсами — это своего рода посредник в процессе, который заставляет автомобиль двигаться, и это простая в случае механической КПП или вариатора (об этом ниже) и сложная практически во всех остальных случаях часть машины… Как правило.

Для объяснения логики работы КПП давайте вспомним физику школьной программы — рычажную систему. Помните, преподаватель, скорее всего, приводил в пример строительство знаменитых египетских Пирамид, когда строители должны были поднимать на огромную высоту тяжёлые камни. Или Вы вспомните систему рычагов из знаменитой фразы её первооткрывателя — Архимеда: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!». Суть её заключалась в том, что, к примеру, если Вы возьмёте длинную палку (это и будет рычаг), поставите её посередине на точку опоры, с одной стороны подвесите груз, а за другой возьмётесь руками, чтобы опустить его и тем самым поднять другой конец с грузом, то чем дальше от Вас будет находиться точка опоры, тем легче Вам будет поднять груз (меньше усилий прилагать для приведения в движение рычага), но тем большее расстояние пройдёт Ваша рука вместе с концом палки, за которую она держится. И наоборот — чем ближе Вы переместите точку опоры, тем больше силы Вам придётся приложить, чтобы передвинуть Ваш конец палки, но тем больше Вы переместите груз (и на бóльшую высоту, между прочим).

На самом деле рычажная система применяется вокруг нас практически везде — даже внутри нас — наши челюсти, ряд изгибов тела — всё это работает на системе рычагов. В быту в качестве примеров можно привести плоскогубцы, тачка для перевозки сыпучих материалов, классические открывалки бутылок — даже ножницы. Ну и, конечно же, коробка передач в нашем автомобиле.

Но возможно, принцип работы рычажной системы в коробке передач автомобиля проще всего будет понять на примере велосипеда, сравнивая две разновидности из них: классический советский односкоростной велосипед и современный горный хардтэйл с возможностью переключения скоростей. В односкоростном велосипеде у Вас всегда будет одинаковое соотношение частоты оборотов педалей и частоты оборотов ведущего (заднего) колеса, а это значит, что у Вас, к примеру, попросту не хватит сил, чтобы забраться в достаточно крутую горку, потому что Вы не сможете давить с такой силой на педали. С другой стороны, на высокой скорости, возможно, Вы бы смогли разогнать этот «чугунный» велосипед ещё быстрее, но Вы не сможете так быстро двигать ногами, хотя силы Вам вполне бы хватало.

А вот велосипед с возможностью переключения скоростей решает вышеописанные задачи: в нём используется та же система рычагов, но только не привычная нам, описанная выше — роль рычагов здесь играют звёздочки: ведущие и ведомые, которых на скоростном велосипеде целый набор — как правило, несколько (2-3) ведущих разных размеров, и ведомых (от 6 до 10) — также разных размеров. И вот, перебирая различные ведущие и ведомые звёздочки, перекидывая цепь, мы меняем передачи и, соответственно, требуемую для раскрутки колеса силу и скорость его вращения.

Так, если мы выберем самую маленькую ведущую звёздочку и самую большую ведомую, то мы получим самую низкую передачу и самое маленькое передаточное число (об этом ниже), когда нам потребуется много раз провернуть педали, чтобы колёса сделали хотя бы один оборот — проще говоря, активно крутя педали, мы будем ехать всё равно очень медленно, но зато сможем забраться таким образом в самую крутую горку. А вот если мы сделаем наоборот — выберем самую высокую передачу, то цепь будет накинута на самую большую ведущую звезду (где находятся педали) и самую маленькую ведомую и, таким образом, нам потребуется сделать всего 1 оборот педалей, чтобы колёса провернулись несколько раз и наш велосипед поехал, соответственно, очень быстро.

Собственно, коробки передач в автомобиле работают таким же образом, только не существует в автомобиле коробки, которая работала бы прямо вот так в точности как в велосипеде — имея набор звёздочек и цепь, соединяющую их. А ещё у авто, как правило, гораздо меньшее число возможных передач — обычно от 4 до 8 — чем старее коробка, тем меньше там, как правило, передач, а чем он новее, тем их больше; кроме того, чем быстрее должен ехать авто, тем там больше передач — речь здесь о легковых автомобилях. А вот в грузовых может быть и 10 и даже больше передач. А бывают и вовсе коробки без чёткого набора передач — точнее, их число у автомобиля бесконечно — речь идёт о вариаторе.

Итак, какие бывают типы коробок передач и чем они отличаются друг от друга? Давайте начнём с основных и (пока) самых распространённых вариантов коробок в современном автомобиле.

Механическая коробка передач

Также известная как «ручка» или «механика», как было отмечено выше. Этот тип требует от водителя больше всего телодвижений во время ускорения или замедления автомобиля, Вам нужно постоянно давить на педаль сцепления, а затем переключать передачи вручную с помощью рычага переключения в центральной части салона автомобиля под панелью. Большинство современных автомобилей с механической коробкой передач имеют пять-шесть скоростей, не считая задней передачи. Это самый старый и самый простой тип коробок — в первые годы зарождения автомобилей, все машины оснащались механической коробкой передач.

В целом, устройство МКПП достаточно простое, эффективное и позволяет водителю иметь прямой контроль над автомобилем, за что механику любит отдельная категория водителей, которая любит всегда контролировать динамику машины. С другой стороны, механическая коробка всегда требует работы одной руки, особенно, в условиях города. Она также требует некоторого мастерства и немного практики, чтобы умело владеть механической коробкой передач и особенно правильно плавно отпускать педаль сцепления.

Вместо звёздочек роль рычагов в МКПП выполняют шестерни разных размеров, а вместо цепи эти шестерни напрямую зубьями на краях соприкасаются друг с другом. Рычагом переключения коробки мы попросту перекидываем шестерни друг на друга, меняя размеры работающих вместе ведущей и ведомой шестерни. На рисунке ниже Вы можете увидеть примерную схему работы 7-ступенчатой механической коробки передач.

При этом, во время переключения нам необходимы две очень важные вещи, которые являются непременными спутниками любой современной МКПП: сцепления, потому что во время переключения работающий двигатель должен быть отсоединён от коробки, и синхронизатора, потому что двигающиеся на высокой скорости шестерни не всегда возможно соединить так, чтобы пазы их зубьев совпали.

Автоматическая коробка передач

Разработанной ещё в далёком 1920 году и сильно модернизированной с тех пор, автоматической КПП снабжается большинство автомобилей, продаваемых на сегодняшний день. И легко понять, почему: на самом деле это из-за высочайшего удобства по сравнению с механической КПП. Просто переместите рычаг в положение «Драйв», и Вы едете вперёд, поставьте рычаг в режим «Rear», и Вы поедете назад. Но работа автоматических коробок передач крайне сложна — намного сложнее принципа работы МКПП и может стоить Вам значительно дороже в случае ремонта, дополнительные несколько десятков килограмм лишнего веса и немного увеличенный показатель расхода топлива из-за наличия в автомате гидротрансформатора. Более подробно о работе АКПП предлагаем почитать в специальной статье об этом.

Типичная автоматическая коробка передач

В прошлом большинство автоматических коробок передач имело три передачи (плюс задний ход), и, если в Вашем авто было четыре передачи, то у Вас был реальный спортивный автомобиль или роскошный седан. Сегодня и 4-хступенчатые автоматы — редкость, на современных машинах автоматические коробки передач имеют до восьми передач а по расходу топлива и динамике не уступают их более простым собратьям.

Все автоматы должны иметь специальные микрочипы (называемые в народе «мозги», которые являются частью бортового компьютера авто и будут контролировать порядок переключения на определённых оборотах и даже в зависимости от стиля вождения оседлавшего автомобиль человека.

Вот два основных типа коробок передач, которые сегодня встречаются в подавляющем большинстве автомобилей. Теперь давайте рассмотрим менее распространённые виды КПП — некоторые из них набирают популярность, другие — напротив, теряют её.

Роботизированная коробка передач (робот, типтроник)

Так как компьютеры с каждым днём всё глубже проникают в каждую систему в автомобиле, автоматической коробке передач были даны новые способности. Как мы уже упоминали ранее, современные автоматы теперь имеют до восьми передач, и время и условия, когда включать ту или иную передачу, выбирается компьютером, а человека в общем-то никто и не спрашивает, что для многих водителей является огромным минусом, особенно, в условиях спортивного и/или зимнего вождения. В то же время во время спокойного расслабленного вождения по городу автомат наиболее предпочтителен. Для объединения лучшего из этих обоих миров, автопроизводители предоставили водителям возможность использовать в своём авто гибридный вариант КПП, который даёт возможность контролировать переключение передач вручную, используя для этого либо специальный селектор с двумя нефиксируемыми позициями рычага переключения: плюс и минус, каждая из которых отвечает за переключение передачи на одну выше или на одну ниже соответственно; либо с помощью «лепестков» на руле: справа и слева, каждая из которых отвечает за ту же функцию. Лепестки (или «вёсла») являются наиболее распространёнными в спортивных автомобилях, но и в обычных появляются всё чаще.

«Лепестки» ручного переключения передач и кнопочная система режимов коробки передач автомобиля Lotus Evora

Следует иметь в виду, что водители всегда были в состоянии контролировать автоматическую КПП в некоторой степени с помощью так называемых «пониженных» передач, но это в действительности не было полным контролем над переключением по двум причинам:

• Чаще всего пониженные передачи означали, что Вы можете ограничить переключение лишь первой или второй (реже — третьей) передачей — т.е. автомобиль просто не будет переключаться на передачу выше выбранной. Но, к примеру, не переключаться ниже пятой передачи заставить «чистый» автомат Вы не сможете.
• Даже если Вы поставите рычаг АКПП в режим «L» — не переключаться выше первой передачи, автомат всё же переключится, если обороты машины поднимутся слишком высоко (например, если автомобиль съезжает с крутой горки — для чего, собственно, и нужны пониженные передачи в автомате), чтобы не повредить коробку.

Классический автомат с пониженными передачами (слева) и робот с возможностью ручного переключения передач (справа)

Теперь в типтронике компьютер контролирует в значительной степени механическую коробку, избавляя водителя от необходимости постоянно выжимать сцепление, но в то же время водитель этот всегда сможет переключиться на полностью автоматический режим переключения.

Вариатор (CVT)

Если Вы когда-либо ездили на небольшом современном скутере, то Вы знакомы с вариатором или бесступенчатой ​​коробкой передач. Это очень простое устройство, но оно хорошо работает практически при любых условиях (разве что несовместимо с достаточно мощными двигателями). По существу, вариатор состоит из двух шкивов, соединенных ремнём (прямо как на велосипеде из описания в начале статьи, но вместо шестерёнок — шкивы). Но это специальные шкивы, так как они могут изменить свой размер и, таким образом, изменить передаточное число в коробке автомобиля. В вариаторе нет определённого количества «шестерёнок», потому что он может выбирать точное соотношение размеров обоих шкивов между его самой низкой и самой высокой передаточными числами. Таким образом, можно легко «ползать» на автостоянке или динамично ехать по шоссе. Более подробно о работе вариатора Вы можете прочитать в специальной статье на сайте HowCarWorks.ru.

Анимация работы вариатора

Вождение автомобиля с вариатором очень похоже на вождения с автоматической КПП, кроме того, что Вы не почувствуете никаких переключений передач. Вместо этого двигатель просто набирает обороты плавно вверх и вниз. Вы надавливаете на педаль акселератора, и двигатель автомобиля набирает обороты до определённой величины, а затем просто остаётся работать на этих оборотах, в то время как машина едет всё быстрее и быстрее, так как два шкива в коробке передач изменяют свои размеры. Может занять некоторое время, чтобы привыкнуть к вариатору из-за несколько странного звука и принципа работы CVT. Некоторые автопроизводители даже предлагают вариаторы с подрулевыми переключателями, которые имитируют автоматическую или механическую коробку передач.

CVT с каждым годом набирает всё бóльшую популярность, появляясь на всё большем числе новых автомобилей. Преимуществом такой коробки является простота, а также высокая эффективность работы, если Вы предпочитаете спокойную размеренную езду. Но если Вы любите ездить быстро или хотите высокопроизводительную машину, то это вариант, к сожалению, Вам не подойдёт, так как очень быстро износится.

Казалось бы, что CVT будет идеальным и светлым будущим для большинства водителей, но тем не менее, заняло очень много времени, чтобы этой технологии созреть — особенно прочность ремня этой трансмиссии — есть большая разница между тем, какая нагрузка приходится на этот ремень в скутере, а какая в большом пассажирском автомобиле.

Кроме того, есть очень большой минус вариатора на сегодняшний день, который практически сводит на «нет» все его преимущества — он ломается… Ломается практически у всех — есть мнение, что такая коробка в среднем отъезжает пробег примерно в 100 тысяч километров, а потом её нужно менять, а стоит она нередко треть стоимости всего автомобиля.

Коробка передач с двойным сцеплением (DCT)

Широко известная аббревиатурой DCT (благодаря компании Porsche) и некоторыми другими, и используемая в достаточно дорогих спортивных и гоночных автомобилях, коробка передача с двойным сцеплением является в сущности своего рода хай-тек коллажем из автоматической, механической коробок передач и компьютера.

Как следует из названия, система использует две муфты переключения передач. Коробка может быть использована в полностью автоматическом режиме, с помощью компьютера определяя время и условия переключения передач, или в качестве механики, с возможностью ручного переключения передач водителем с помощью всё тех же лепестков на руле или кнопок переключения передач. Кроме того, управление компьютером моментами переключения, как правило, также может быть скорректировано водителем так, чтобы переключать трансмиссию согласно Вашему личному стилю вождения.

Так выглядит коробка передач с двойным сцеплением

Передачи в DCT могут переключаться со скоростью молнии — как правило, за долю секунды — и делать это очень гладко, благодаря автоматизированному контролю, что делает его отличным вариантом для гоночных и высокопроизводительных машин. В то время как DCT обычно встречается в очень дорогих спортивных автомобилях, он может быть достаточно компактен — да настолько, что Honda также устанавливает его в качестве опции на несколько своих мотоциклов.

Односкоростная коробка передач

Электрические транспортные средства, в отличие от своих шумных собратьев, имеют несколько иные требования к коробке передач и, как таковые, они имеют свои собственные типы передач или используют модифицированные версии традиционных коробок.

Односкоростная коробка передач устанавливалась на заре автомобильной и мотоциклетной эпох и по сути своей представляла собой прямое подключение двигателя к колёсам либо непосредственно, либо почти  непосредственно (шестерни требовались просто для того чтобы число оборотов колёс было меньше числа оборотов двигателя). Сегодня, по прошествии почти полутора веков, односкоростная передача вернулась в автомобильную промышленность в отрасль электроавтомобилей. И дело здесь в самой природе электродвигателя — он, в отличие от бензиновых и дизельных, может работать практически в любом диапазоне оборотов, в том числе и на одном обороте в секунду, к примеру. Если Вы имели возможность оседлать Tesla Model S Вы, вероятно, поняли, что автомобиль может ускоряться молниеносно практически на любой скорости, и ему практически не нужно более одной передачи.

Тем не менее, ряд производителей электромобилей снабжают свои творения коробками передач.

Полуавтоматическая коробка передач

Полуавтоматическая коробка передач — это очень продвинутая система, которая использует старое-доброе сцепление для выполнения непосредственно переключения передач вместо гидротрансформатора в классическом автомате. В отличие от механической коробкой передач сцепление контролируется компьютером. Это не только делает переключение передач намного быстрее, чем в механической коробке передач, но также упрощает процесс вождения и фиксирует автомобиль, предотвращая его скат, когда автомобиль находится на стоянке. Также как и типтроник, полуавтоматическая коробка передач может быть переключена в полностью ручной режим переключения передач по желанию водителя. Два типа наиболее распространённых полуавтоматических трансмиссий — это уже описанная выше коробка передач с двойным сцеплением и электрогидравлическая коробка передач (секвентальная коробка передач).

Коробка передач IVT

IVT по сути является специфическим типом CVT (вариатора), но отличается от последнего тем, что включает в себя не только бесконечное число соотношений передач, но и «бесконечно» максимальные передаточные числа. IVT относится к такому виду вариаторов, которые способны включать в себя «нулевой коэффициент» передаточных числе, где входной вал может вращаться вовсе без какого-либо вращения выходного вала (когда автомобиль стоит на месте, а его двигатель работает), оставаясь при этом замкнутым в передаче. Конечно, передаточное отношение в этом случае не является «бесконечным», но вместо этого оно «не определено».

howcarworks.ru

Главная передача. Назначение и основные типы

Главная передача служит для преобразования вращающего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса. Для получения достаточного тягового усилия на ведущих колесах вращающий момент двигателя даже на высшей передаче необходимо увеличивать. Как правило, ось коленчатого вала двигателя расположена под углом 90° к осям ведущих колес.

Передаточное число главных передач изучаемых ТС обычно находится в пределах 6—10. Главную передачу устанавливают как можно ближе к ведущим колесам, чтобы уменьшить нагрузки на агрегаты трансмиссии, расположенные между двигателем и главной передачей.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили зубчатые главные передачи, которые в зависимости от числа дар шестерен, находящихся в зацеплении, подразделяются на одинарные (рис. а, б), имеющие одну пару шестерен, и двойные (рис. в, г), состоящие из двух пар шестерен.

Рис. Главные передачи:
а — одинарная коническая; б — одинарная гипоидная; в — двойная совмещенная; г — двойная разнесенная; 1 — ведущая коническая шестерня; 2 — ведомая коническая шестерня; 3 — ведущая цилиндрическая шестерня; 4 — ведомая цилиндрическая шестерня; с — смещение

Конические шестерни одинарных главных передач могут быть с прямыми или со спиральными зубьями. Применяются также одинарные главные передачи с гипоидным зацеплением, когда оси ведущей 1 и ведомой 2 шестерен не пересекаются в отличие от простой конической передачи. Смещение оси ведущей шестерни гипоидной передачи вверх позволяет увеличить дорожный просвет (клиренс) и проходимость машины, а смещение оси вниз позволяет снизить центр тяжести машины и повысить ее устойчивость.

У конических шестерен со спиральными зубьями прочность зубьев более высокая по сравнению с шестернями с прямыми зубьями. Кроме того, увеличение числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, делает работу шестерен более плавной и бесшумной, повышает их долговечность.

В главной передаче с гипоидным зацеплением зубья имеют специальный профиль, поэтому при одинаковых диаметрах ведомых шестерен и одном и том же передаточном числе диаметр ведущей шестерни гипоидной передачи больше, чем у простой конической, а это повышает прочность и долговечность гипоидной передачи, улучшает плавность зацепления ее шестерен и уменьшает шум при работе. Однако гипоидная передача более чувствительна к нарушению правильности зацепления и требует более точной регулировки. Кроме того, в гипоидной передаче при зацеплении происходит скольжение зубьев, сопровождающееся нагреванием. Следствием этого является разжижение и выдавливание смазки, приводящее к повышенному износу зубьев, для устранения которого необходимо использовать специальную смазку.

Двойные главные передачи обычно состоят из пары конических 2 и пары цилиндрических 3, 4 шестерен. На полноприводных колесных машинах применяются центральные главные передачи, когда обе пары шестерен располагаются в одном картере вместе с дифференциалом, и разнесенные главные передачи, когда коническая пара расположена в одном картере с дифференциалом, а цилиндрическая пара (колесная передача) — внутри ведущего колеса. Использование разнесенной главной передачи позволяет снизить нагрузки на детали дифференциала и полуоси, а также уменьшить размеры средней части ведущего моста, что способствует увеличению дорожного просвета и повышению проходимости машины.

У быстроходных гусеничных машин коническая пара главной передачи обычно располагается перед коробкой передач в одном с ней картере, а цилиндрическая пара (бортовая передача) — около ведущего колеса гусеничного движителя. На некоторых транспортных машинах применяются бортовые (колесные) передачи с двумя парами цилиндрических шестерен или планетарные передачи.

ustroistvo-avtomobilya.ru