Какая коробка передач лучше: мкпп, акпп, вариатор или роботизированная

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Функции КПП:

1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты

Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость

Двухвальная механическая коробка передач: устройство и принцип работы

Разобравшись с тем, из чего состоит коробка передач с тремя валами, перейдем к двухвальным коробкам. Данный тип КПП имеет в своем устройстве два вала: первичный и вторичный. Первичный вал является ведущим, вторичный ведомым. На валах закреплены шестерни и синхронизаторы. Также в картере коробки находится главная передача и дифференциал.

Ведущий вал отвечает за соединение со сцеплением, также на валу находится блок шестерен в жестком зацеплении с валом. Ведомый вал расположен параллельно ведущему, при этом шестерни ведомого вала в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала, а также свободно вращаются на самом валу.

Также на ведомом валу жестко закрепляется ведущая шестерня главной передачи, а между самими шестернями ведомого вала расположены муфты синхронизаторов. Добавим, чтобы уменьшить размеры КПП, а также увеличить количество передач, в современных коробках нередко вместо одного ведомого вала может быть установлено 2 или даже 3 вала.

На каждом таком валу жестко закреплена шестерня главной передачи, при этом такая шестерня имеет жесткое зацепление с ведомой шестерней. Получается, конструкция фактически реализует 3 главных передачи.

Сама главная передача, а также дифференциал в устройстве КПП осуществляют передачу крутящего момента от вторичного вала на ведущие колеса. При этом дифференциал также может обеспечить такое вращение колес, когда ведущие колеса вращаются с разными угловыми скоростями.

Что касается механизма переключения передач, на двухвальных КПП он вынесен отдельно, то есть за пределы корпуса. Коробка связана с механизмом переключения тросами или специальными тягами. Чаще встречается соединение при помощи тросов.

Сам механизм переключения 2-х вальной коробки имеет рычаг, который соединяется тросами с рычагом выбора и рычагом включения передачи. Указанные рычаги соединяются с центральным штоком переключения передач, который также имеет вилки.

Если говорить о принципе работы двухвальной механической коробки передач, он похож на принцип трехвальной КПП. Отличия состоят в том, как работает механизм переключения передач. В двух словах, рычаг может осуществлять как продольные, так и поперечные движения относительно оси автомобиля. Во время поперечного движения происходит выбор передачи, так как усилие идет на трос выбора передач, который оказывает воздействие на рычаг выбора передач.

Далее рычаг движется продольно, а усилие идет уже на трос переключения передач. Соответствующий рычаг горизонтально перемещает шток с вилками, вилка на штоке смещает синхронизатор, что и приводит к блокировке шестерни ведомого вала.

Напоследок отметим, что также механические коробки разных типов имеют дополнительные блокировочные устройства, которые препятствуют включению одновременно двух передач или же непредвиденному выключению передачи.

Переключение передач

Применительно к заднеприводным автомобилям установка ручки для переключения передач производится на корпусе МКПП. В нем находится механизм переключения. Ручка позволяет им управлять.

Такое решение с точки зрения конструкции является наиболее простым. При этом обеспечивается четкость переключения передач. Сама конструкция отличается долговечностью эксплуатации. Ее минусом считается невозможность установки на переднеприводных автомобилях и тех транспортных средствах, у которых мотор находится сзади.

В случае с переднеприводными машинам установка рычага может иметь напольное исполнение (между водительским креслом и пассажирским). Рулевая колонка и панель приборов также используются для его размещения.

Приводы, обеспечивающие включение и выключение передач, могут быть различными, но сам механизм переключения примерно одинаковый на большинстве МКПП. Это подвижные штоки и закрепленные на них вилки. Также имеются приспособления, способные уберечь от недовключения передач, произвольного выхода из зацепления и задействования двух ступеней в одно время.

Классификация видов КПП

Опытные автомобилисты привыкли классифицировать коробки переключения передач по нескольким признакам. К ним можно отнести:

• Вариант передачи оттока мощности (механические КПП, планетарные, с соосными валами, вариатор, гидромеханические);
• Количество валов (двухвальные, трехвальные, многовальные с различным числом зацеплений);
• По способу управления (автоматические, роботизированная, ручное включение).

Самая распространенная классификация разделяет КПП по принципу действия:

1. Механические КПП. Прославились высоким КПД при минимальном весе. Считается, что механическая коробка обеспечивает лучший динамичный разгон транспортного средства при относительно экономичном расходе топлива.
2. Автоматические. Отличаются простотой в эксплуатации. Тем не менее отмечается, что во многих случаях увеличивают расход топлива автомобиля и неспешно переключают передачи.
3. Роботизированные КПП. Являются симбиозом механики и автомата. Если простым языком, то роботизированная коробка очень схожа с механической КПП, но с электронным управлением работы сцепления. Отзывы говорят, что подобный вариант значительно уступает автоматической коробке.
4. Вариаторы или бесступенчатые КПП. Относительно новый тип коробки передач, отличается непосредственным отсутствием передач. Передаточное число в вариаторе меняется плавно, без динамичных ступеней. На сегодняшний день вариаторы только приобретают широкое распространение, поскольку особенности конструкции бесступенчатых КПП не совершенны. Во многих случаях ремень передачи не способен выдержать мощность двигателей современных автомобилей, что быстро выводит систему из строя.

Плюсы и минусы механической коробки передач

Плюсы механики:

• Разрешается буксировка машины разными способами на любое расстояние. Буксировать авто можно, даже если его мотор запустить невозможно;
• Допустима попытка запуска силовой установки методом толкача при сильном разряде аккумуляторной батареи или некоторых поломках. Но, если двигатель после нескольких попыток не заработал, перестать пытаться завести авто до устранения неисправности;
• Относительно небольшой вес и габариты, в отличие от других трансмиссий;
• Надёжность;
• Значительный ресурс;
• Отличная динамика автомобиля;
• Возможность ездить в удобной манере;
• Максимальное использование всех возможностей мотора. При этом нужно следовать рекомендациям автопроизводителя и избегать излишних нагрузок на силовой агрегат или неправильного выбора передач;
• Быстрый разгон машины;
• Экономичность. При правильном использовании МКПП можно добиться заметного снижения расхода топлива;
• Отличные возможности для автоспорта или экстремального вождения. Они зависят от мощности двигателя и модели авто;
• Большие, по сравнению с другими типами трансмиссий, возможности на бездорожье или глубоком снегу;
• Простое и понятное устройство. Диагностировать и устранить неисправности узла можно самим при наличии опыта;
• Доступная стоимость обслуживания, ремонта и запасных частей. На цену влияет модель и бренд транспортного средства. Но обычно она ниже, чем для других трансмиссий. На большинство МКПП запчасти продаются во многих магазинах или быстро доставляются на заказ;
• Возможность самостоятельного ремонта или обращения в неофициальные мастерские. Многие виды автоматов, роботов или вариаторов можно восстановить только в дилерских центрах или крупных профильных СТО. Стоимость работ там завышена;
• Невысокая цена подержанной или даже новой коробки. Поэтому при значительных дефектах многие водители не ремонтируют, а меняют её. Для авто с АКПП, вариатором или роботом такая замена  бывает дорогостоящей.

Минусы:

• Определённые сложности управления. Особенно часто испытывают трудности начинающие автолюбители или женщины-водители;
• Сцепление требует бережного обращения. Его можно повредить при неумелом использовании или частом застревании в грязи или снегу;
• Возможность повреждения деталей узла при неправильном включении задней передачи;
• Необходимость следить за оборотами мотора и вовремя включать нужную скорость. АКПП это делает автоматически. Если своевременно не переключаться, мотор будет быстро изнашиваться. Его ремонт может потребоваться даже на небольшом пробеге;
• При неправильном переключении теряется мощность силовой установки. Иногда авто может заглохнуть в неподходящий момент;
• Быстрая утомляемость водителя, особенно при недостаточном опыте или езде по городским пробкам. На автомобилях с механикой ему приходится постоянно контролировать действия, выжимать сцепление и переключать скорости.

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.

Режимы работы

Управление водителем коробкой передач сводится к выбору режима селектором:

1. Нейтраль обозначается «N». В этом режиме двигатель работает, но крутящий момент на колеса не передается. Включать перед началом движения, после остановки, при длительной стоянке.
2. Движение вперед обозначается «А/М», «Е/М» или «D». Включив этот режим, отпускают педаль тормоза и нажимают педаль газа. Машина движется вперед, автоматически переключая скорости в зависимости от ускорения или торможения.
3. Ручное управление обозначается «М». Автомобиль движется вперед, водитель самостоятельно переключает скорости, нажимая подрулевые лепестки или селектор в положения «+» или «-». При этом переключение происходит только на одну ступень.
4. Движение задним ходом обозначается «R». Выбрав этот режим, можно ехать назад.
5. На некоторых РКПП возможно наличие режимов «зимний» и «спортивный».

Понятие роботизированной коробки передач.

Есть также и свои особенности при езде, к которым водитель должен привыкнуть, иначе будет попадать в неприятные ситуации.

Это следующее:

1. Езда в автоматическом режиме подразумевает дороги с хорошим твердым покрытием. Заехав летом в грязь, а зимой в рыхлый глубокий снег, рискуете забуксовать. Алгоритм станет выдавать ошибочные команды, и передачи будут включаться некорректно. Такие ситуации повышают износ деталей и механизмов, что увеличивает риск поломок.
2. Педаль газа нужно нажимать плавно, ни в коем случае нельзя ее давить в пол. Нужно следить за оборотами двигателя, фиксируя моменты переключения скоростей, и избегать перегазовки.
3. Если на авто отсутствует функция помощи при трогании в подъем, нужно поступать так же, как при пользовании ручной КПП, — использовать стояночный тормоз для предотвращения отката назад.
4. При длительных остановках (больше 60 секунд) на запрещающий сигнал светофора или в пробке нужно переключать селектор в положение «нейтраль».
5. Для длительной остановки на парковке сначала переводят селектор в «нейтраль», затем включают стояночный тормоз, после чего отпускают педаль тормоза и глушат двигатель.
6. Каждый производитель указывает, с какой частотой по пробегу нужно проводить перекалибровку ЭБУ (ее еще называют инициализацией или обучением). Это нужно делать из-за износа диска сцепления. Следует проводить процедуру каждые 10000-15000 км.
7. Зимой, при низких температурах воздуха, прогрев коробки занимает ровно столько времени, сколько его потребуется на прогрев двигателя.

Коробка-робот и ее основные характеристики

Современный автопром нередко оборудует трансмиссию более «продвинутым» вариантом механической КПП – роботизированной коробкой. Этот механизм представляет собой симбиоз проверенной механики и электронных составляющих.

В общем виде РКПП оборудуется помимо уже знакомой коробки специальной системой, которая управляет сцеплением и «скоростями». Роль водителя здесь состоит в формировании задачи, а управление переключением берет на себя «умный» блок. Кому-то может показаться, что разницы между «роботом» и «автоматом» нет, но это не так. Данные виды коробок передач отличаются по принципу построения, а главное – в современных РКПП присутствуют целых два сцепления. Такой подход помогает обеспечить передачу крутящего момента по назначению и при этом не разрывать поток мощности.

В качестве главных компонентов и узлов коробки-робота выступают:

• сам узел переключения скоростей, почти такой же, как МКПП. В конструкции также присутствуют два вала, только расположенных не поочередно, а один внутри другого. На внешнем, вторичном валу располагаются шестерни привода четных передач, от 2-й до 6-й, а на внутреннем (первичном) – шестерни пары передач 1, 3, 5 и задней;
• актуаторы или исполнительные устройства – электрические или гидравлические элементы системы автоматического управления. В задачи этих сервоприводов входит передвижение синхронизаторов КП, включение сцеплений и их выключение;
• блок управления, ядром которого выступает микропроцессор. Этот узел, как правило, совмещают с бортовым компьютером. К нему же могут подключаться различные датчики от ДВС, системы ABS и прочее. А чтобы блок управления «знал», как ему обработать ту или иную информацию, применяют постоянное запоминающее устройство, «прошитое» в соответствии с назначением.

Достоинства РКПП сходны с традиционной механикой

• экономия топлива;
• отсутствие особых рисков при буксировке;
• возможность езды накатом.

А в качестве бонуса – больше не нужно думать о сцеплении, что значительно упрощает задачи водителя.

Недостатки тоже имеются

• увеличенное время реакции при переключении скоростей;
• невозможность перепрограммирования агрегата;
• необходимость переключения на ручное управление при передвижении по городским улицам или неровной местности (во избежание износа сцепления);
• ощутимые рывки при изменении режима;
• высокая вероятность перегрева при подъеме на горку – с последующим размыканием сцепления.

В целом, роботизированная КПП – неплохая попытка обеспечить комфорт управления автомобилем наряду с надежностью и экономичностью. Но данный вид трансмиссии нуждается в существенной доработке, поскольку не всегда можно предсказать, как поведет себя машина в тех или иных условиях. Для грузовых автомобилей сегодня все же надежней проверенная временем и отечественными дорогами «механика». КПП КамАЗ 43118 с делителем зарекомендовала себя при работе тягачей в составе автопоезда, а применение делителя не только облегчило управление, но и улучшило тягово-экономические качества транспортного средства.

Преимущества

Разобравшись, как работает роботизированная коробка передач, водители понимают, что это действительно инновационное решение. Например, компания VAG внедряет такие КП на автомобили марок Шкода, Ауди, Порше и т.д. Роботизированной системой также оснащают некоторые модели Форд и Хонды.

По сравнению с другими коробками, роботы имеют следующие плюсы:

 Долговечность — обуславливается наличием уже проверенной конструкцией МКПП.

 Небольшой расход масла — обеспечивается благодаря малыми габаритами трансмиссии.

 Улучшенная динамика — возникает по той же причине, что и небольшой расход рабочей жидкости.

 Показатели сцепления показывают лучшую эффективность.

 Цена робота ниже, чем у автоматических коробок.

Автомобиль, оснащенный РКПП, по стоимости будет ниже, чем тот, что оснащен автоматом. Кроме этого, во всех вариациях роботизированного агрегата присутствует функция самостоятельного переключения передач.

Робот

Рассмотрев механическую и автоматическую коробки передач, можно перейти и к более сложным разновидностям КПП, которые возникли в истории создания автомобилей сравнительно недавно.

Так, одним из наиболее современных типов трансмиссий является робот. По своей сути, данный тип является гибридом механики и автомата и сочетает в себе все их преимущества. Так, принцип работы взят от механической трансмиссии. То есть здесь в роли ведущего и ведомого звеньев предстают металлические шестерни на валах, которые поочередно сменяются и изменяют передаточное число.

Также здесь есть и сцепление, но его управление на авто происходит автоматически, равно как и само переключение скоростей. Такие операции производит искусственный интеллект, построенный на системе чипов и плат. К сожалению, наряду с удобством, стоимость ремонта такого оборудования значительно возрастает, а надежность агрегатов теряется.

Ступени в коробке

Исходя из числа ступеней, можно выделить несколько разновидностей МКПП:

• двухступенчатые: первые машины, запущенные в серийное производство, иногда снабжались КПП с 2 передними скоростями и 1-2 задними, как это было у Ford T;
• трёхступенчатые: в конце 50-х – начале 60-х годов прошлого века большая часть машин оснащалась тремя ступенями, а на советских дорогах даже выставлялись знаки, требовавшие от автомобилиста, подъезжающего к пересечению с железной дорогой, переходить с 3 на 2, а затем и на 1 передачу;
• четырёхступенчатые: в США они долгий период считались спортивным элементом, а в Европе с начала шестидесятых ими стали оснащать большую часть машин;
• пятиступенчатые: МКПП с 4 основными передними скоростями и дополнительной 5, повышающей, появились в 60-е годы прошлого века, а в 80-е получили широкое распространение;
• шестиступенчатые: в девяностые появились МКПП с шестью скоростями, среди них могли оказаться одна-две повышающие;
• семи- и более ступенчатые: такие МКПП вошли в обиход уже в нашем веке.

Полуавтоматизированные трансмиссии с электронным переключением скоростей просто по направлениям вверх-вниз, как на Bugatti Veyron, предлагают для использования практически неограниченное количество ступеней, предоставляя автомобилисту возможность комфортного управления ими. И всё же, популярные современные легковые машины в основном довольствуются 5-6.

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.