Механическая КПП. Классика жанра
Но в любом случае, всем тем, у кого есть водительское удостоверение, с МКПП приходилось сталкиваться хотя бы в автошколе. МКПП – наиболее проверенная временем конструкция, с устройством и принципом работы которой мы и познакомимся.
Для чего вообще нужна коробка передач? Казалось бы, можно всегда ездить в одном режиме, регулируя тягу подачей топлива. Движемся на спуск – убираем ногу с педали газа, притормаживаем. Когда впереди подъем – издалека начинаем разгоняться. Но в этом случае обороты приходится держать в «красной зоне», в результате получаем огромный расход топлива и маленький ресурс двигателя – самой дорогостоящей части автомобиля. Чтобы динамика была оптимальной, ресурс – максимальным, а расход топлива – минимальным, и применяют коробки переключения передач. Без КПП также будет затруднено трогание с места, а с ее помощью можно менять не только силу тяги на ведущих колесах, но и направление движения (сейчас вряд ли кто усомнится в необходимости наличия заднего хода у автомобиля), а также разъединять двигатель и трансмиссию на длительное время.
Чтобы получить представление о принципе работы механической коробки передач рассмотрим простейший механизм – две шестерни, закрепленные на валах, при этом на валу малой шестерни – ведущей – закреплена рукоятка. Вторая шестерня в данном случае называется ведомой, и крутящий момент на ней будет во столько раз больше, во сколько раз число ее зубьев больше, чем на ведущей детали. Возьмем передаточное число – отношение чисел зубьев ведомой и ведущей шестерен – равно двум. При этом скорость вращения большей шестерни будет вдвое меньше, чем скорость той шестерни, на которую будем подавать усилие. Прокрутим ручку, соединенную с ведущей шестерней, с усилием в 5 кгс, при этом поднимется груз массой в 10 кг, закрепленный на валу ведомой детали. Таким образом, при передаче вращения с меньшей шестерни на большую, увеличивается вращающее усилие и уменьшается частота вращения. Если в рассмотренном механизме между ведущей и ведомой шестернями поместить еще одну, получим вращение ведомой шестерни в обратную сторону. Именно при помощи такой промежуточной шестерни мы получаем возможность двигаться задним ходом.
Теперь рассмотрим настоящую механическую коробку переключения передач. Многим кажется, что выбор передачи – это перемещение нужной ведомой шестерни к единственной ведущей, но это не так. Такая конструкция оказалась бы слишком сложной, поэтому существует несколько пар шестерен, в современных автомобилях их обычно пять. Ведущие шестерни совершенно разные – при небольшом числе зубьев вал, на котором закреплены ведомые шестерни, будет вращаться с маленькой частотой. Значит, пара шестерен, позволяющих получить «первую» передачу, выглядит следующим образом: ведущая шестерня совсем небольшая, а ведомая наоборот отличается большими размерами. В случае с прямой передачей (например, «четвертой», «пятой», а то и «шестой») диаметры шестерен примерно равны. Передаточное число от низшей (первой) передачи к высшей постепенно снижается. Во многих современных автомобилях применяют КПП, имеющие 5 скоростей: передаточное отношение «четвертой» равняется единице, и ее называют прямой передачей, а «пятая» является повышающей, число зубьев ведомой шестерни незначительно меньше числа зубьев ведущей. Повышающая передача дает водителю возможность двигаться с постоянной скоростью, но на пониженных оборотах двигателя, при этом получается заметная экономия топлива.
В современных коробках переключения передач используются три вала с насаженными шестернями. Первичный вал получает вращение от маховика двигателя и обычно он имеет всего одну шестерню, которая находится в постоянном зацеплении с одной из шестерен промежуточного вала. Шестерни промежуточного вала зацеплены с шестернями вала ведомого. Теперь становится понятным известный совет, касающийся запуска и прогрева двигателя: во время этих процедур следует выжать сцепление (об этом механизме чуть ниже), чтобы мотору не пришлось раскручивать детали КПП. Даже на нейтральной передаче все шестерни (включая те, которые отвечают за задний ход) вращаются, но автомобиль не движется. Почему? Это происходит потому, что шестерни ведомого вала вращаются сами по себе, не передавая крутящий момент на сам вал. Когда водитель включает передачу, нужная муфта с зубчатыми ступицами (такие муфты присутствуют при каждой паре шестерен) входит в зацепление с венцом ведомой шестерни и передает вращение валу.
Помните, какой хруст раздается из-под кабин советских грузовиков, когда водители включают передачи? Это происходит потому, что в конструкциях КПП многих «олдтаймеров» отсутствуют синхронизаторы. Задача этих механизмов следующая: синхронизатор находится в подключающей вал к шестерне муфте и при включении передачи помогает совместить зубья муфты и венца ведомой шестерни. Если бы синхронизатора не было, водителю пришлось бы два раза выжимать сцепление, а во многих случаях и жать на педаль газа между этими действиями, ускоряя вращение ведомой шестерни. Наконец, разберемся, за счет чего передачи переключаются. Механизм переключения передач в автомобиле с «механикой» размещен на крышке корпуса КПП и состоит из рычага и ползунов с закрепленными на них вилками. Именно вилки в нужные моменты времени входят в пазы зубчатых муфт, или перемещают промежуточную шестерню заднего хода.
В автомобилях, оснащенных механической коробкой переключения передач имеется механизм, которого нет на машинах, оснащенных «автоматом» или «вариатором» – сцепление. Название механизма вводит в заблуждение: казалось бы, сцепление должно соединять что-то с чем-то, но получается наоборот. Для работы механической коробки передач необходимо разъединять маховик двигателя и первичный вал КПП. Вал коробки передач и маховик выполнены соосно, но для их разъединения между деталями находится ведомый диск сцепления. Когда педаль сцепления не выжата (иначе говорят, сцепление включено), диск соединяется с маховиком и в результате трения передает крутящий момент коробке передач. Если сцепление выключается, диск отводится от маховика, и у водителя появляется возможность переключить передачу. Когда педаль сцепления выжата не полностью, часть тяги все-таки переходит в КПП и установить нужную передачу невозможно – наверное, многие сталкивались с подобной ситуацией. Ведомый диск прижат к маховику нажимным диском под воздействием максимально жестких пружин, расположенных в кожухе (так называемой корзине) сцепления, который в свою очередь и соединен с передней стенкой корпуса КПП.
Привод выключения сцепления может быть как гидравлическим, так и механическим. Обычно механический привод используется в переднеприводных автомобилях, тогда как гидравликой чаще снабжены заднеприводные модели. На машинах с гидравлическим приводом на механизм выключения сцепления действует давление тормозной жидкости, которое создает главный цилиндр сцепления (ГЦС), и которое передается на рабочий цилиндр (РЦС). Гидравлика позволяет изменять контакт между маховиком и первичным валом КПП более плавно, чем механика, но она сложнее в обслуживании и ремонте.
Классическая механика считается менее капризной, чем гораздо более популярный в Приморье «автомат». Однако и при эксплуатации МКПП не следует забывать о простых правилах, позволяющих продлить «жизнь» агрегатов автомобилей: не трогаться резко, не «бросать» сцепление, вовремя переключать передачи, а самое главное, постоянно следить за состоянием всех деталей, своевременно проводить профилактические мероприятия и ремонт трансмиссии.