Из чего состоит механическая КПП
В этом разделе рассматриваются основные детали механической коробки передач. Основные принципы ее работы уже описывались в разделе о конструкции трансмиссии; здесь же они рассматриваются подробнее.
Рычаг переключения передач
Рычаг переключения передач может находиться либо на рулевой колонке, либо перед передними сиденьями либо между ними. В старых машинах были рычаги с тремя передними передачами на рулевой колонке (в очень старых машинах перед водителем находились 60-сантиметровые рычаги). Затем появились спортивные автомобили с четырьмя передними передачами, в которых рычаг находился на полу (отсюда пошло название "четыре на полу"). В настоящее время, почти у всех автомобилей с пятиступенчатой механической коробкой передач рычаги находятся на полу. А некоторые спортивные автомобили оснащены шестиступенчатыми механическими коробками передач.
Сцепление
Сцеплением вы пользуетесь. когда трогаетесь с места, останавливаетесь и переключаете передачи. Каждый раз, когда вы нажимаете левой ногой педаль сцепления, диск сцепления отводится от маховика. В результате коленчатый вал вращается независимо от ведущего вала коробки передач. Если попытаться переключить передачу, не выжимая сцепления, шестерни коробки передач, вращающиеся с разными скоростями, будут, ломая зубы, ударяться одна о другую.
Сцепление состоит из нескольких основных узлов, перечисленных ниже (на рис. 9.1 показано, где они находятся). В разделе "Уход за сцеплением" главы 17 "Что делать, если забарахлила трансмиссия" есть инструкции по уходу за большинством этих узлов.
Педаль сцепления находится на полу слева от педали тормоза. Она соединена с вилкой выключения сцепления. Иногда для этого используется трос, но в современных машинах чаще всего установлен гидравлический привод.
Диск сцепления, как вы помните из раздела о трансмиссии, перемещается вперед и назад, соединяя двигатель с коробкой передач и отключая от него.
Нажимной диск сцепления прижимает диск сцепления к маховику, когда педаль сцепления отпущена. Когда вы нажимаете педаль, нажимной диск отходит от диска сцепления.
Выжимной подшипник соединен с педалью через отжимной рычаг, который перемещает нажимной диск вперед и назад.
Когда двигатель начинает работать на новой скорости (или, вообще, пытается сдвинуть автомобиль с места), вы отпускаете педаль сцепления, чтобы соединить диск сцепления с маховиком. Благодаря фрикционным накладкам диски схватываются и начинают снова вращаться с равными скоростями.
Шестерни
Коробка передач содержит шестерни, с помощью которых она реагирует на движения рычага переключения и сцепления. Собственно говоря, шестерни — это металлические колеса с зубцами по краям, которые позволяют им зацепляться (рис. 9.4). Изначально в механических коробках шестерни вводились и выводились из зацепления рычагом переключения передач. В современных автомобилях шестерни находятся в постоянном зацеплении, а перемещаются только синхронизаторы, вызывая изменения крутящего момента.
Рис. 9.4. Шестерни трехступенчатой коробки передач в разрезе
Количество шестерен в КПП зависит от количества передних передач. Дополнительная шестерня меняет направление крутящего момента, чтобы машина могла ехать назад. Эта шестерня заднего хода работает вместе с шестернями низшей передней передачи. Поскольку прежде чем сдать назад, нужно остановиться, и потому, что на больших скоростях задним ходом ездят только каскадеры, низшая передача обеспечивает крутящий момент, достаточный для преодоления инерции и движения машины "в обратном" направлении. Поэтому обычно ваша машина двигается назад довольно медленно, но с большой силой.
Как работает механическая КПП
Вообще говоря, чем быстрее работает двигатель, тем больший крутящий момент он создает, поскольку при этом сжигается больше топлива. Если нужна дополнительная мощность для подъема в гору или для преодоления сил инерции при трогании с места, двигатель должен работать быстрее, чем при равномерном движении по ровной дороге. Вот тут то и используются низшие передачи, передающие больший крутящий момент на колеса и уменьшающие скорость их вращения.
На рис. 9.5 показана большая шестерня в зацеплении с маленькой шестерней. Предположим. у большой шестерни 30 зубьев, а у маленькой — 10. Тогда за один оборот большой шестерни, маленькая сделает три. Другими словами, за каждый полный оборот маленькой шестерни большая проходит только треть пути. Это соответствует передаточному числу 3:1. Шестерни в коробке передач работают по этому принципу. Как видите на рис. 9.1 и 9.4, шестерня зацепляется с другими шестернями разных размеров. Именно поэтому ведущий вал коробки передач вращается между двигателем и коробкой передач с той же скоростью, что и двигатель, но ведомый вал, выходящий из коробки передач и передающий крутящий момент через карданный вал и главную передачу задним колесам, вращается с другой скоростью, в зависимости от задействованных шестерен в коробке передач.
Рис. 9.5. Передаточное число 3:1: шестерня с 10 зубьями сделала полный оборот, а шестерня с 30 зубьями прошла только треть пути
Теперь детально рассмотрим, что происходит при включении какой-либо передачи.
На низших передачах шестерни коробки передач заставляют карданный вал (и соответственно колеса) делать меньше оборотов, чем двигатель. Фактически на каждые четыре оборота двигателя приходится один оборот карданного вала. В это небольшое количество оборотов вкладывается весь крутящий момент .двигателя. Колеса вращаются медленнее, но в каждый оборот вкладывается больше силы, и вы можете тронуться с места, забраться на горку или тянуть прицеп. Поскольку при этом двигатель работает быстрее, но большая шестерня (из-за разного размера шестеренок) вращается медленнее, но с большей силой.
На второй передаче двигатель крутится чуть медленнее, чем на низшей передаче, и вырабатывает меньший крутящий момент. Однако при этом колеса вращаются быстрее и, соответственно, автомобиль двигается с большей скоростью. На второй передаче на каждые два оборота двигателя обычно приходится один оборот карданного вала, т.е. на колеса передается вдвое меньший крутящий момент, чем на низшей передаче.
На высшей передаче передаточное число КПП падает до 1:1. а это значит, что коленчатый вал двигателя и карданный вал крутятся с одинаковой скоростью. Хотя колеса при этом могут вращаться очень быстро, двигатель не развивал крутящего момента, достаточного для достижения этой скорости. Инерцию вы преодолели еще до того, как включили эту передачу, и кроме как с сопротивлением ветра и дорожного покрытия бороться больше не с чем, поэтому для поддержания большой скорости вам уже не нужен большой крутящий момент.
На пятой передаче передаточное число составляет около 0,75:1, т.е. двигатель делает меньше оборотов, чем карданный вал. С таким передаточным числом хорошо ехать по шоссе с большой скоростью и экономить топливо. Однако чтобы кого-нибудь обогнать, нужно переключиться на передачу пониже, потому что такое передаточное число дает небольшой крутящий момент.