Механическая коробка переключения передач (МКПП)
Любая силовая установка состоит из источника энергии и трансмиссии, служащей для передачи энергии. В автомобилестроении трансмиссией называют либо все детали, служащие для передачи крутящего момента от мотора к колесам (то есть коробку передач, приводы, дифференциал и тп), либо одну только коробку передач.
Почему МКПП называют "ручной коробкой передач"?
Пользуясь механической коробкой, водитель, нажимая педаль, размыкает механизм сцепления и переставляет рычаг в положение, соответствующее нужной передаче, то есть делает все "вручную", без вспомогательных механизмов.
Какие бывают механические коробки?
Обычная механическая коробка передач позволяет водителю переключаться с первой передачи сразу на третью или с пятой на вторую. Особый случай представляют из себя так называемые секвентальные коробки передач, которые используются в автоспорте. Секвентальная коробка позволяет переключать передачи только последовательно – с первой на вторую, затем на третью, и так далее.
Достоинство МКПП в том, что она позволяет водителю выбирать передачу в произвольном порядке. За это их любят спортсмены, использующие все возможности автомобиля
В базовое оснащение современных автомобилей может входить механическая коробка передач с пятью или шестью передними передачами и одной задней. Четырехступенчатые коробки в настоящий момент практически не используются, так как не позволяют использовать все возможности современных двигателей. На «специализированных» автомобилях (например, на спорткарах) может быть восемь и более передних передач. Увеличение их числа обосновано необходимостью передавать крутящий момент в тех пределах, которые являются эффективными для данного автомобиля. Например, если двигатель выдает максимальный крутящий момент на низких оборотах (что характерно для многоцилиндровых двигателей, таких как V6, V8), «раскручивать» его до высоких оборотов бессмысленно – выдаваемая мощность будет только падать с повышением оборотов. Для того, чтобы избежать этого эффекта, увеличивают количество передач. В этом случае даже при достижении максимальной скорости на самой высокой передаче двигатель продолжает работать в своем эффективном диапазоне.
Популярная в послевоенные годы механическая трехступенчатая коробка передач с переключением на руле заслужила у американцев прозвище "Three on the Tree"
Кстати, этот алгоритм верен и при диаметрально противоположных условиях. Например, чтобы преодолеть лежачего полицейского, необходимо снизить скорость и начинать разгон на той пониженной передаче, которая соответствует текущей скорости.
История создания механической коробки передач
Механическая коробка передач – первое в истории приспособление для передачи крутящего момента, появившееся в тот момент, когда максимальная скорость автомобиля начала превышать возможности прямой, то есть единственной передачи. Принято считать, что первый прототип МКПП был изобретен Луи Панаром и Эмилем Левассором в конце девятнадцатого века. В их механической трансмиссии, как и в современной, применялся набор зубчатых колес с разным передаточным числом для передних передач и одна шестерня для задней.
В автомобилях Subaru Impreza WRX, Subaru Impreza WRX STI короткоходный рычаг переключения МКПП входит в набор штатных деталей. Для современных Porsche 911 рычаг доступен в качестве опции
Как и сейчас, шестерни передних передач, были укреплены на вторичном валу, который двигался вдоль своей оси, что позволяло разным по размеру зубчатым колесам входить в зацепление с неподвижной шестерней на первичном валу.
Несинхронизированные и синхронизированные МКПП
В коробках передач раннего периода, чтобы для переключения передач не было нужды останавливать автомобиль, все шестерни находились в постоянном вращении. Это решение на той стадии технического прогресса было единственным и, конечно же, у него были свои недостатки. Только постоянное вращение шестерен позволяло переключать передачи, иначе ввести их в зацепление друг с другом на ходу было бы невозможно. Естественно, манипулирование такой «несинхронизированной» коробкой передач требовало от водителя немалого мастерства – нужно было переключать передачи строго вовремя - в момент, когда автомобиль достигал определенной скорости. Однако даже при этом условии работа коробки в момент переключения сопровождалась душераздирающим скрежетом, который производили зубья шестерен, не сразу попадающие в зацепление.
Изначально спорт-купе Tesla Roadster планировалось оснащать "псевдо" ручной коробкой передач, но из-за сложности в производстве производитель отказался от этой идеи
В современных автомобилях, благодаря применению специальных приспособлений, именуемых синхронизаторами, эта проблема сведена практически к минимуму. Суть их действия в том, что шестерни по прежнему постоянно вращаются, но в нужный момент их вращение прекращается и они фиксируются на валу. Затем шестерни, повинуясь рычагу, входят в зацепление и снова начинают вращаться, уже вместе. Современная синхронизированная коробка была впервые применена на Porsche 356 1952 года. В коробке были установлены конические синхронизаторы. Это изобретение обеспечило механическим коробкам аналогичной конструкции, которыми вскоре начали оснащать все автомобили, название «Тип Порше». Оно же открыло путь к увеличению количества передач, и к 80-м годам пятиступенчатые коробки, построенные на той же, но усовершенствованной конструкции, стали нормой. В дальнейшем количество передач продолжило расти, и на Porsche 911 2012 года, к примеру, их семь.
Принцип работы МКПП
Если не углубляться в подробности, принцип работы МКПП заключается в соединении вращающихся входного и выходного валов. Для того, чтобы менять скорость вращения выходного вала, используются шестерни с разными передаточными числами.
Все детали коробки передач находятся в едином корпусе (картере), где они непрерывно смазываются трансмиссионным маслом. Между шестернями вторичного (ведомого) вала установлены муфты включения передач.
Шестерни свободно вращаются на валу, а муфты жестко закреплены на валу и вращаются только вместе с ним, зато могут двигаться вдоль его оси в ограниченном пространстве. Для сцепления с муфтами включения передач все шестерни, расположенные на вторичном валу, снабжены зубчатыми венцами. На муфтах имеются ответные зубчатые венцы.
Устройство под названием Overdrive первоначально использовалось с МКПП для экономии топлива на длинных перегонах с постоянной высокой скоростью. В дальнейшем механизм вошел в конструкцию АКПП
Синхронизаторы, которые также находятся на вторичном валу, не дают муфте заблокировать свободно вращающуюся шестерню, пока скорость ее не сравняется со скоростью шестерни ведущего вала. Когда это произошло, шестерня блокируется и начинается передача крутящего момента через нее.
Расположение рычага коробки передач
Расположение рычага может быть разным. Обычно в заднеприводных автомобилях нижний конец рычага вставлен непосредственно в крышку коробки передач – сверху или сбоку, в зависимости от конструкции.
Если возможности вставить рычаг нет (а это почти всегда так в переднеприводных автомобилях), используются удлинители. Все механизмы переключения находятся внутри коробки, и конструкция удлинителей зависит всецело от того, где расположен рычаг.
Как правило, рычаг либо находится на полу между сиденьями (и в этом случае он, чаще всего, применяется без удлинителей), либо на руле. В истории автомобилестроения встречались и другие решения, но все они были экзотикой и в дальнейшем не прижились.
Интересные факты об МКПП
По одной из версий, идеей установить на автомобиль механизм, позволяющий переключать передачи, мир обязан женщине. Дело в том, что Берта Бенц, взявшая без спроса автомобиль мужа 5 августа 1888 года, отправилась с детьми из Мангейма в Пфорцгейм, где жила ее матушка. Им предстояло преодолеть расстояние в 106 км. По пути несколько раз попадались подъемы, которые автомобиль Бенца без переключения передач преодолеть не мог - он попросту глох. Влезть в гору Берте Бенц удалось только при помощи людей, толкавших повозку сзади. Вернувшись, Берта описала мужу проблему и предложила снабдить автомобиль устройством, облегчающим работу двигателя на подъемах.
