Механическая коробка передач

Особенности двигателей внутреннего сгорания таковы, что необходимую рабочую мощность они способны развивать лишь в небольшом диапазоне оборотов. Поэтому, для того чтобы изменять крутящий момент, не ограничиваясь лишь одними возможностями двигателя, необходим специальный механизм.

Идея создания такого устройства принадлежит инженеру-конструктору Карлу Бенцу, получившему в 1886 году патент на автомобиль. Спустя два года, Берта, жена Карла Бенца, вместе со своими сыновьями втайне от мужа отправилась на первом в мире автомобиле в авантюрное 80-километровое путешествие к своей матери. Этот отрезок пути ей доставил множество хлопот, связанных с несовершенством новой конструкции. Но, помимо быстро изнашивающихся кожаных тормозных механизмов и постоянных покупок топлива, которым на то время являлось средство от выведения пятен – лигроин, из-за нехватки мощности 0,8-сильного двигателя Берте и ее пассажирам приходилось толкать автомобиль под горку самостоятельно. После такой поездки своей супруги Карл Бенц и решил установить на автомобиль дополнительную передачу.

Разумеется, первое устройство конструктивно было очень примитивным по нынешним меркам. Состояло оно из двух шкивов разного диаметра, расположенных на ведущей оси, которые соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения, ремень при помощи рычагов переставлялся с одного шкива на другой. Таким образом, простой механизм позволял изменять крутящий момент на ведущих колесах. В случае, когда шкив, расположенный на валу мотора, вращал шкив колесной оси большего диаметра, крутящий момент усиливался. Такое соединение использовалось для того, чтобы тронуться с места. В случае, когда диаметр шкива на валу двигателя был больше, чем на оси, угловая скорость колес возрастала, а усилие двигателя при этом становилось меньше. Позже ремень заменили более выносливой цепью, а шкивы звездочками. Такой механизм успешно продолжает существовать и по сей день, встретить его можно на велосипедах.

Сегодня простое устройство превратилось в сложный многокомпонентный узел. На современных автомобилях число передач может доходить до 16. В основном такие встречаются на тяжелых грузовиках или автобусах, где в целях экономии топлива добиваются увеличения крутящего момента не за счет мощности двигателя, а количества передач. Кроме того, передачи может переключать водитель самостоятельно (механическая коробка передач), либо этот процесс происходит без его вмешательства (автоматическая коробка передач).
Начнем с простой механической или, как ее еще называют, ручной коробки передач. К сегодняшнему дню принцип ее работы остался тем же, который лежал в основе первых узлов, изменяющих передаточные числа между двигателем и колесами. Только вместо цепи и звездочек используется два вала – первичный и вторичный, на которых установлены шестерни разного диаметра. Первый имеет жесткое зацепление с двигателем, а второй, в зависимости от того какая из пар шестерен находится в зацеплении, меняет свою угловую скорость и колесную, которым он передает крутящий момент.

Кроме дополнительных передач на автомобилях появилось и сцепление, которое необходимо для передачи крутящего момента от коленчатого вала к первичному валу коробки передач, и "отключения" трансмиссии от двигателя для переключения передачи. Управление сцеплением и передачами выполняются водителем: в автоматической коробке передач роль соединительного элемента выполняет гидротрансформатор.

Еще одним типом механической трансмиссии является роботизированная коробка. Ее часто путают с автоматической, однако, по своей сути, она является все той же "механикой", с той разницей, что переключаются передачи и выжимается сцепление не водителем, а электромоторами, команды которым отдает компьютер. Водителю лишь необходимо нажимать на педаль газа или тормоза.

Несмотря на простоту управления, при движении с таким типом коробки передач все же необходимо учитывать некоторые особенности механической трансмиссии. Например, чтобы избежать рывков при переключении передач, необходимо, как и на "механике", сбрасывать газ. Разгоняться лучше плавно, давя на педаль акселератора наполовину. Кроме того, на ресурсе роботизированных коробок передач сильно отражаются дорожные пробки. Если не переключать во время остановок на нейтральную передачу, то быстро изнашивается сцепление, так как оно находится в постоянной пробуксовке, подобно той, с которой трогаются автомобили с места, укомплектованные обычной механической коробкой передач. Выходом из положения является использование ручного режима.

И все же для многих даже такой способ покажется более простым, чем постоянные манипуляции с выжимом педали сцепления и "дергания" рукоятки переключения передач. К тому же "роботы" дешевле автоматических коробок передач и обладают почти такими же показателями динамичности, как и механические. И мало того, укомплектованные ими автомобили употребляют меньше топлива.

Именно поэтому производители продолжают усовершенствовать такой тип трансмиссии. Одна из последних разработок – роботизированная коробка передач с двумя сцеплениями DSG (Direct-Shift Gearbox). Одно сцепление работает в паре с нечетными передачами, другое – с четными.

Принцип работы заключается в следующем. В момент, когда используется одна передача, вторая уже находится на "взводе". В результате процесс перехода на следующую передачу происходит почти синхронно с отключением текущей. То есть такая конструкция позволяет переключать передачи очень быстро (процесс занимает всего 8 миллисекунд), без рывков и потери передачи крутящего момента. Также водитель может управлять процессом переключения передач самостоятельно, при помощи подрулевых лепестков либо селектора выбора режимов коробки передач. По своим динамическим характеристикам такой тип коробки передач не уступает "механике", а даже наоборот, выигрывает. Но есть и ограничения. Такие коробки передач отнимают мощность у двигателей, за счет постоянно работающих мощных гидроприводов. Поэтому использовать их целесообразно лишь в паре с мощными двигателями.

Недавно миру была показана 7-ступенчатая коробка передач с двойным сцеплением. Главное отличие ее от предыдущей заключается в использовании не гидроприводов, а "сухого сцепления", КПД которых выше, чем у фрикционов, находящихся в масляной ванне. Однако выдержать такая коробка передач может только крутящий момент слабых двигателей.

И все же, несмотря на то что механическая коробка передач эволюционировала до сложного устройства, управляемого электроникой, простая ручная коробка передач еще будет долго существовать, так как она обладает такими плюсами, как низкая стоимость, простота и надежность.