Кто придумал механическую коробку передач
Перейти к содержимому

Кто придумал механическую коробку передач

  • автор:

Как Асатур Сарафян стал изобретателем первой автоматической коробки передач

Как Асатур Сарафян стал изобретателем первой автоматической коробки передач

Асатур Сарафян, более известный миру как изобретатель Оскар Бэнкер, считается одним из плодовитых изобретателей Соединенных Штатов. Он родился в 1895 году. Семья Сарафянов спаслась от массовых убийств армян Османской империи в 1894–1896 годах при Гамиде и переселилась в Чикаго. Там Асатур Сарафян и сменил имя на Оскар Бэнкер, устроился на работу в мастерской.

ban.jpg

Работая в механическом цехе, Бэнкер изобрел пильную машину. После своего первого изобретения он посвятил жизнь изобретательской деятельности.

Список его изобретений, имеющих революционную значимость, включает в себя такие изобретения, как:

· первая автоматическая коробка переключения передач, используемая по сей день для машин и автобусов (запатентовал в 1935 году),

· цветной принтер (его самое ценное изобретение, по мнению американского правительства),

· универсальный пистолет для проведения прививок («needleless»),

· шриц-пистолет для смазки деталей,

· измеритель машинного масла.

Бэнкер весьма успешно боролся с автомобильными компаниями, чтобы они принимали свои стандарты безопасности, не нарушая прав потребителей, поэтому стал известен также как «потребительский адвокат». Авторство своего изобретения — автоматической коробки передач — Бэнкер отстаивал почти 8 лет, борясь с компаниями-производителями автомобилей. В результате его предложение было принято компанией «General Motors», которая до этого ставила в автомобили полуавтоматическую трансмиссию с множеством недостатков.

f8dac1f9dae16fe7573720f134349c36.jpg

Оскар-Асатур изобрел систему первичного контроля первого поколения вертолетов (вертолет Сикорского). Благодаря конструкции Сарафяна, американские вертолеты спасли жизнь более чем 20 000 военнослужащим во время боевых действий в Тихом океане в годы Второй мировой войны. Асатур Сарафян скончался в Кливленде, штат Огайо, в январе 1979 года в возрасте 83 лет.

В 1983 году Боб Халл опубликовал мемуары Оскара Бэнкера под названием «Мечты и войны американского изобретателя: романс иммигрантов». В своих мемуарах Асатур Сарафян пишет: «Америка — величайшая из существующих стран мира, где есть все возможности для достижения своих целей, если человеку удастся преодолеть все сложности, высмеять неудачи и идти вперед, только вперед! Вот что важно. И больше ничего».

3. Robert Hull. Dreams and wars of an American inventor: (an immigrant’s romance). Bob Hull Books & Features. 1982. p. 6. Retrieved 15 March 2013.

Коробка передач. Сравнение трансмиссий, плюсы и минусы

Коробка переключения передач является неотъемлемой частью любого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Назначение коробки передач — это передача и преобразование крутящего момента с двигателя на колеса, а так же осуществление отбора мощности на привода других агрегатов и дополнительного оборудования. Этот процесс позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а так же движение задним ходом. Более того коробка помогает разъединять коленчатый вал двигателя от ведущих колес, что обеспечивает холостой ход автомобиля или его полную остановку.

Нужно отметить, что коробки передач получили распространение не только в транспортных средствах. Широко применяют коробки переключения в промышленных механизмах, станках на производстве.

С момента появления автомобилей на дорогах производители совершенствовали не только двигатели, но и коробки переключения передач. Развитие данного направления привело к появлению современных автомобилей с разными видами трансмиссий.

Виды трансмиссий

Более чем столетняя история развития автомобилестроения принесла в современный мир не только экологичные и мощные двигатели, но и усовершенствованные коробки переключения передач. На сегодняшний день на автомобили устанавливаются четыре основных типа коробок переключения передач:

1. Механическая коробка переключения передач

2. Автоматическая коробка переключения передач

3. Роботизированная коробка переключения передач

4. Вариативная (бесступенчатая) коробка переключения передач

Разберем подробнее каждый тип коробки.

Механическая коробка передач (Механика, МКПП)

Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.

История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.

Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.

Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.

Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.

· Простая и надежная конструкция

· Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья

· Движение в экономичном режиме

· Недорогое обслуживание

Минусы МКПП:

· Неудобство управления в сложном городском режиме

Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)

Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.

Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.

Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента — это планетарный редуктор и гидравлическая система управления.

Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.

Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.

Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.

Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.

· Комфорт и удобство управления

· Способность менять передачи при полной мощности двигателя

· Плавность хода во время переключения передач

· Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи

Минусы АКПП:

· Стоимость и периодичность обслуживания

· Больший расход топлива

· Низкий КПД

· Меньшая динамика автомобиля

Роботизированные коробки передач (Роботы)

Роботизированная коробка передач — это логическое продолжение развития механической коробки. Робот это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической кпп и удобство автомата.

Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.

В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.

Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.

Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.

В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:

· С мокрым сцеплением — используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.

· С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.

Плюсы Робота:

· Плавность переключения и хода

· Высокий КПД

· Экономичный расход топлива

· Высокая динамика

· Возможность выбора режима работы трансмиссии

Минусы Робота:

· Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям

Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)

Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.

К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.

Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя. Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.

Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.

Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT — это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму. Принцип работы заключается в следующем — сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.

Плюсы Вариатора:

· Переключение передач происходит незаметно, без рывков

· Экономичный расход топлива

· Высокая динамика

Минусы Вариатора:

· Несовместимость с мощными моторами

· Стоимость обслуживания и ремонта

· Большое количество датчиков влияющих на работу CVT

· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке

Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.

Топ-5 заблуждений о механической коробке передач

Парк автомобилей с механической КПП в России весьма солидный по своим размерам, в нем много не только возрастных машин, но и относительно современных авто, оснащенных «механикой». У машин с механическими коробками передач много приверженцев, людей, которые считают, что автомобиль на «ручке» лучше управляется, он более отзывчив на действия водителя. А среди механиков бытует мнение, что механические коробки передач менее проблемные, чем те же АКПП, и более ремонтопригодные. Так ли это?

Юрий Зубко/РГ

Автомобилисты с небольшим стажем вождения часто выбирают себе автомобиль с автоматической коробкой передач. Они знают, что для езды в городских условиях такой вариант — наиболее удобный. Тогда как любители «механики» — это зачастую люди, которые эксплуатируют или специализированные автомобили, или часто ездят в особых условиях.

С прошлых лет еще живет убеждение в том, что по стоимости обслуживания механические коробки — одни из самых доступных. Это было справедливо, например, для прежних «ВАЗов», у которых еще лет 20 тому назад обслуживание коробки ограничивалось заменой раз в 150 тыс. километров диска сцепления и выжимного подшипника.

Но не забываем, что на таких машинах массово использовались самые обычные механические коробки. На современных автомобилях, не только премиального уровня, но и более бюджетного С-сегмента, где во главу угла становится комфорт передвижения, используемые МКПП — это чаще всего «коробки» с 2-массовым маховиком. В зависимости от условий эксплуатации автомобиля такая коробка передач «ходит» от 120 до 150 тыс. км. После этого приходится или ремонтировать КПП или проводить ее замену. Надо понимать, что ремонт маховика — весьма затратное дело, да и покупка нового оригинального компонента также может обернуться ощутимыми затратами.

Бытует ошибочное мнение, что масло в МКПП менять не надо, и что оно работает одинаково хорошо на всем сроке службы «коробки». Но масло все же нужно менять, хотя и делать это можно намного реже, чем в случае с автоматической коробкой передач.

Лучше проводить замену масла в МКПП на пробеге 70-80 тыс. км. Часто автопроизводители, чтобы снизить затраты, используют для первой заливки в механические КПП не самое качественное и надежное масло. Так что в интересах автовладельца — поменять его на более качественный продукт. Скорее всего, переход на более прогрессивное, синтетическое масло улучшит работу коробки и сделает плавным переключение передач. Регулярно меняя масло в МКПП, можно продлить срок ее службы, так как вместе с маслом из узла будут уходить и продукты износа компонентов «коробки». Кроме того, хорошее масло будет лучше смазывать элементы трансмиссии и снизит риски, которые возникают из-за перегрева узла.

Ошибочно считать автомобили с МКПП наиболее экономичными по расходу топлива. В этом случае возможность снизить расход отчасти зависит от привычек автомобилиста и от его манеры езды. Однако все равно этого недостаточно, чтобы заметно повлиять на потребление горючего. И современные механические коробки передач, впрочем, так же, как и автоматические КПП и вариаторы, назвать экономичными едва ли можно. В этом смысле «механика» сильно уступает все той же роботизированной КПП с двумя сцеплениями.

А что с надежностью МКПП? Этот стереотип прочно укрепился среди автомобилистов. Однако и это по большей части миф, который происходит от старых, самых простых механических КПП. На деле же, если сама по себе коробка обычно служит долго, то ее основные компоненты — диск сцепления, корзина сцепления, выжимной подшипник, маховик — подвержены износу и требуют замены раз в 120-150 тыс. км.

Некоторые специалисты авторемонтной сферы убеждены, что именно механическая коробка передач является самой перспективной с точки зрения развития новых технологий. Однако это не совсем так. За годы развития технологий механической трансмиссии производители автокомпонентов, кажется, «выжали» максимум из этого узла. Они делали его отдельные элементы наиболее оптимальными и по конструкции, и по сроку службы, чтобы современные автомобили на «механике» работали наиболее комфортно, безопасно, и по возможности экономично и экологично. С точки зрения работы всего узла его дальнейшая эволюция на уровне лучшего функционирования отдельных компонентов уже сильно сомнительна. Вряд ли можно увеличить быстроту переключения передач и еще больше снизить вибрации в коробке.

С точки зрения эволюции автомобильной трансмиссии больше шансов выйти на новую ступень развития у роботизированной 2-дисковой коробки. Эта коробка уже отличается плавностью в переключении передач, так что инженерам остается придумать решение для того, чтобы увеличить ее надежность.

Исторический обзор развития конструкции коробок перемены передач легковых автомобилей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТРАНСМИССИЯ / TRANSMISSION / КОРОБКА ПЕРЕДАЧ / GEARBOX / МЕХАНИЧЕСКАЯ КПП / MANUAL GEARBOX / АВТОМАТИЧЕСКАЯ КПП / БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ / INFINITELY VARIABLE GEARBOX / ВАРИАТОР / VARIATOR (VARIABLE-SPEED GEAR) / РОБОТИЗИРОВАННАЯ КПП / ROBOTIZED TRANSMISSION

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кучкаров Владимир Владимирович, Демидов Дмитрий Валентинович

Приведен исторический обзор развития конструкции коробок передач легковых автомобилей. Исследованы причины изменения конструкции коробок перемены передач для определения области их применения в конструкции легковых автомобилей. Историческое исследование причин изменения конструкции коробок перемены передач легковых автомобилей проведено на основе системного подхода (технические, экономические и социальные аспекты).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Кучкаров Владимир Владимирович, Демидов Дмитрий Валентинович

Особенности эксплуатационной надежности автоматических трансмиссий автомобилей
Анализ конструкций коробок передач колесных машин для эксплуатации в тяжелых условиях
Определение параметров коробок передач современных легковых автомобилей
Развитие конструкций и перспективы автоматических трансмиссий

Анализ возможности инструментальной оценки потребительских свойств автомобилей с автоматической коробкой переда

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Historical review of design development of motor car gearboxes

The paper reports the review in the development of motor car gearbox design. The main task consists in the detection of the reasons for changes in gearbox design for the definition of the field for gearbox substantiated application in motor car design. In the main part the advantages and shortcomings of manual, automated, infinitely variable and automatic gearboxes are under consideration. There are shown and analyzed functional diagrams of gearbox designs considered. In the conclusion it is pointed out that the most promising design of a gearbox is a robot gearbox with two clutches allowing the assurance of the absence of power flow break; the smoothness of gear shifts and smoothness of motion; comfort of control; high fuel efficiency; high traction-dynamic characteristics.

Текст научной работы на тему «Исторический обзор развития конструкции коробок перемены передач легковых автомобилей»

УДК 621.85; 629.113 DOI: 10.12737/24903

В.В. Кучкаров, Д.В. Демидов

ИСТОРИЧЕСКИМ ОБЗОР РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ КОРОБОК ПЕРЕМЕНЫ

ПЕРЕДАЧ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Приведен исторический обзор развития конструкции коробок передач легковых автомобилей. Исследованы причины изменения конструкции коробок перемены передач для определения области их применения в конструкции легковых автомобилей. Историческое исследование причин изменения конструкции коробок перемены передач легковых

автомобилей проведено на основе системного подхода (технические, экономические и социальные аспекты).

Ключевые слова: трансмиссия, коробка передач, механическая КПП, автоматическая КПП, бесступенчатая трансмиссия, вариатор, роботизированная КПП.

V.V. Kuchkarov, D.V. Demidov

HISTORICAL REVIEW OF DESIGN DEVELOPMENT OF MOTOR CAR GEARBOXES

The paper reports the review in the development of motor car gearbox design. The main task consists in the detection of the reasons for changes in gearbox design for the definition of the field for gearbox substantiated application in motor car design.

In the main part the advantages and shortcomings of manual, automated, infinitely variable and automatic gearboxes are under consideration. There are shown and analyzed functional diagrams of gearbox designs considered.

Автомобильная промышленность -ведущая отрасль машиностроения, и она оказывает огромное влияние на технические, экономические и социальные аспекты развития общества. Масштабы автомобилестроения с каждым годом расширяются, поэтому появляются новые модели автомобилей. Однако производители автомобилей предлагают модели с различными конструкциями коробок перемены передач, позволяя потенциальному покупателю самому определиться с выбором. Данное исследование позволяет определить область применения различных коробок перемены передач в легковых автомобилях.

Трансмиссия автомобиля — совокупность узлов и механизмов, осуществляющих связь двигателя с движителем. Зачас-

Механическая трансмиссия с механической коробкой перемены передач

(далее МКПП) — первый тип трансмиссии, появившийся на автомобиле. На паровой

In the conclusion it is pointed out that the most promising design of a gearbox is a robot gearbox with two clutches allowing the assurance of the absence of power flow break; the smoothness of gear shifts and smoothness of motion; comfort of control; high fuel efficiency; high traction-dynamic characteristics.

Key words: transmission, gearbox, manual gearbox, infinitely variable gearbox, variator (variablespeed gear), robotized transmission.

тую тип трансмиссии определяется коробкой перемены передач (далее КПП). Коробка передач необходима для поддержания оптимального тягового усилия на ведущих колёсах путём изменения крутящего момента в широком диапазоне скоростей посредством изменения передаточного отношения. Существует несколько классификаций КПП: по числу ступеней, валов, степеней свободы, потоков, по которым передаётся мощность; по расположению входного и выходного валов и т.д.

В настоящее время выделяют четыре основных типа трансмиссий, использующихся на серийных легковых автомобилях: механическую, автоматическую, бесступенчатую и роботизированную.

повозке Кюньо в 1769 г. была применена первая механическая трансмиссия. На автомобилях же сначала использовались ременные передачи (по аналогии со станками

того времени), которые затем заменили зубчатыми передачами.

Если рассматривать коробки перемены передач, то принято считать, что первый прототип МКПП был применен в 1894 г. во Франции Луи-Рене Панаром и Эмилем Левассором на автомобиле «Панар-Левассор». Указанный прототип КПП был максимально приближен к современным МКПП, поскольку изменение передаточного числа обеспечивалось за счёт нескольких пар шестерен различных диаметров.

В легковых автомобилях применяются МКПП двух видов: двухвальные и трёх-вальные.

Трёхвальные МКПП появились впервые на автомобиле Луи Рено, который в 1899 г. запатентовал свою конструкцию как «Mécanisme de transmission et de changement de vitesse pour voitures automobiles» — механизм передачи и изменения скорости для самоходных экипажей (рис. 1, вверху).

Рычаг переключения переЭач

Рис. 1. Примеры конструкции механической коробки перемены передач: вверху — схема коробки перемены передач Луи Рено [1]; внизу — применение синхронизаторов в коробке перемены передач [2]

Трёхвальные МКПП используются на заднеприводных автомобилях с продольным расположением двигателя. Каждое передаточное отношение обеспечивается двумя парами шестерён, за исключением прямой передачи. Применение прямой передачи позволило обеспечить наибольшее значение коэффициента полезного действия для передач коробки.

Двухвальные МКПП получили широкое распространение в 1970-х гг., хотя первые прототипы появились еще в 1910-х гг. Такие КПП используются в переднеприводных автомобилях с передним поперечным расположением двигателя и задне-приводных с задним расположением двигателя. Поперечное расположение коробки передач позволило применять главную передачу с цилиндрическими шестернями (а не с гипоидными или коническими при продольном расположении двигателя), а также размещать главную передачу и коробку передач в одном корпусе. Среди преимуществ двухвальной КПП над трёх-вальной стоит отметить больший КПД на всех передачах, кроме высшей, так как в зацеплении участвует одна пара шестерён, а не две.

Вплоть до 1920-х гг. на автомобилях применялись коробки передач без синхронизаторов, что требовало от водителей определённых навыков управления педалью акселератора для выравнивания скоростей валов, иначе зубья шестерен не попадали в зацепление. Другой проблемой был скрежет шестерен. С появлением синхронизатора, или фрикционной муфты, обеспечивающей выравнивание скоростей вращения шестерен, процесс переключения передач облегчился (рис. 1, внизу). Современные МКПП имеют синхронизаторы на всех передачах переднего хода.

Основные достоинства МКПП: простота конструкции; невысокая стоимость; малая масса, особенно двухвальных МКПП; высокий коэффициент полезного действия; высокая надёжность; возможность буксировки автомобиля.

МКПП имеет следующие недостатки: необходимость правильного выбора оптимальной передачи для поддержания тягового усилия на нужном уровне; разрыв

мощности в момент переключения передач; утомляемость водителя при переключении передач.

Из-за недостатков, присущих МКПП, возникла необходимость появления таких коробок передач, которые были бы лишены этих недостатков (отвлечение водителя на переключение передач, разрыв мощности и пр.). Создание гидромуфт привело к появлению автоматических коробок передач с гидротрансформатором.

Автоматическая коробка передач (далее АКПП) — гидромеханическая передача, или коробка передач с гидротрансформатором, изобретенным немецким профессором Фетингером в 1905 г.

Гидромеханическая передача состоит из следующих узлов: гидротрансформатор (аналог сцепления в автомобиле с МКПП); механическая коробка передач — набор фрикционных муфт (фрикционов) и шестерён с планетарным рядом; система управления (рис. 2).

При движении в населенных пунктах имеет место увеличение потребности в переключении передач, вызывая утомляемость водителя, поэтому АКПП стали оснащать городские автобусы. Впервые на легковых автомобилях такая коробка передач появилась на автомобилях марки «Кадиллак» в 1930-х гг. В Европе массовое распространение автоматических КПП началось лишь в 1970-х гг.

Гидротрансформатор состоит из тороидальной камеры, включающей три колеса с лопастями: насосное, жёстко соединённое с коленвалом двигателя; турбинное, соединённое с коробкой передач, и реактор. Крутящий момент передаётся жидкостью, которой наполнен гидротрансформатор. Такая конструкция (наличие реактора) позволяет увеличивать крутящий момент, передаваемый от двигателя к трансмиссии, за счёт изменения направления потока жидкости. Также наличие гидротрансформатора в АКПП позволяет уменьшить колебания и увеличить плавность хода автомобиля.

Гидромеханическая передача имеет следующие преимущества: автоматизация переключения передач; отсутствие разрыва мощности.

Среди недостатков стоит отметить следующие: потеря мощности и повышение расхода топлива автомобиля; слож-

ность конструкции; высокая стоимость агрегата.

Рис. 2. Устройство автоматической коробки передач «70-Тготс» [3; 4]: 1 — ведущий вал; 2 — фрикцион блокировки гидротрансформатора с гасителем крутильных колебаний; 3 — масляный насос с контролем давления; 4 — фрикционы и планетарные передачи; 5 — выходной вал; 6 — стояночный тормоз; 7 — селектор; 8 — электронный блок управления; клапаны и датчики, встроенные в поддон; 9 — электронный блок переключения передач; 10 — высокоскоростные соленоиды; 11 — гидротрансформатор

Из-за сложности конструкции и повышенного расхода топлива, а также как аналог АКПП на автомобилях появился новый тип коробки передач — вариатор (бесступенчатая трансмиссия), обозначаемый как CVT — continuous variable transmission (постоянно изменяемая трансмиссия).

Стоит отметить, что в вариаторе как таковых передач вообще нет, так как вариаторы позволяют получить любое передаточное число в определённом диапазоне. История применения вариаторов в легковых автомобилях насчитывает более 100 лет с момента получения патента на первый вариатор в 1897 г., хотя впервые на серийном автомобиле вариатор был вне-

дрён в 1950 г. на автомобиле «DAF». Далее вариаторами стали оснащаться, как правило, малолитражные модели легковых автомобилей.

В трансмиссии, оснащённой вариатором, изменение передаточного числа обеспечивается не зубчатыми шестернями, а двумя коническими шкивами и ремнём между ними (рис. 3 а, б).

Когда расстояние между двумя половинками шкивов изменяется, изменяется и рабочий диаметр шкива — так изменяется передаточное отношение. Сначала в конструкции вариатора использовался резиновый ремень, затем для повышения надежности стали использовать стальную цепь (рис. 3 в).

Рис. 3. Примеры применения вариатора в коробках перемены передач: а, б — принцип работы клиноременного вариатора «Transmatic» [5] (верхний вал -первичный, нижний — вторичный; положение на рисунке слева показывает обеспечение максимального передаточного отношения, положение на рисунке справа -обеспечение минимального передаточного отношения); в — применение цепи в вариаторе «Audi Multitronic» [6]

Трансмиссии с вариаторами не имеют нейтральной передачи, поэтому возникает необходимость в размыкании двигателя автомобиля с коробкой передач. В связи с этим в трансмиссиях с вариаторами используются различные виды сцепления.

Достоинства автомобилей, оснащённых вариаторами: высокая топливная эко-

номичность по сравнению с гидромеханической трансмиссией; плавность работы.

Недостатки: психологический фактор (вариатор поддерживает двигатель на оборотах, обеспечивающих максимальный крутящий момент; недостаток был присущ автомобилям, выпущенным до 2000 г.);

высокая стоимость узла, ремонта в случае неисправности.

Для обеспечения соответствия экологическим нормам и уменьшения среднего расхода топлива возникли новые требования: необходима такая коробка передач, которая обеспечит тот же расход топлива, что и в автомобиле с механической коробкой передач, но при этом управление выбором передач будет автоматическим.

Так появились автоматизированные механические трансмиссии (далее -АМТ). Это механические КПП, оборудованные сцеплением, но управление в таких трансмиссиях осуществляется электроникой с помощью сервоприводов (актуато-ров). Поэтому АМТ состоит из сцепления, коробки передач, актуаторов сцепления, актуаторов передач и блока управления. Данное направление развития трансмиссии стало возможным лишь с развитием электроники.

Автоматизированная механическая трансмиссия позволяет достичь той же топливной экономичности, что присуща автомобилям, оснащённым механической передачей, но при этом исключается усталость водителя, связанная с необходимостью переключения передач. Роботизированные коробки передач в настоящее время бывают двух видов: с одним сцеплением (роботизированная КПП) и с двумя сцеплениями (преселективная).

Роботизированная коробка передач (далее РКПП) представляет собой совокупность механической коробки передач и классической гидромеханической передачи. Хотя с гидромеханической передачей ее роднит лишь количество педалей, в остальном же РКПП — это МКПП, в которой переключение передач и разъединение двигателя и коробки осуществляется электроникой.

Кинематика роботизированной коробки почти полностью повторяет кинематику механической коробки, на базе которой она была спроектирована. Автоматизированное управление выбором передач позволяет уменьшить человеческий фактор в управлении автомобилем при сохранении тягово-динамических характеристик.

Среди достоинств роботизированных коробок можно отметить низкую стоимость узла по сравнению с AW111 или вариатором (стоимость РКПП на 10-20% выше стоимости аналогичной МКПП). Но, несмотря на достоинства, автомобили, оснащённые роботизированными коробками с одним сцеплением, имеют один недостаток — длительное время переключения (примерно 1,5 с), что отрицательно сказывается на времени разгона.

Поэтому при интенсивном разгоне водитель и пассажиры ощущают длительный разрыв мощности, что вызывает дискомфорт. Для устранения этого недостатка и сокращения времени переключения была предложена конструкция роботизированных коробок передач, исключающая разрыв потока мощности. Такая конструкция получила название автоматизированной коробки передач с двойным сцеплением.

Aвтоматизированные коробки передач с двойным сцеплением иначе называют преселективными коробками передач. Данные коробки на серийных автомобилях появились в 2003 г. («Audi TT 3.2 Quattro» и «Volkswagen Golf V») [5], хотя еще в 1930-х годах Aдольф Кегресс предлагал поставить преселективную коробку на пе-реднеприводный «Citroen Traction Avant». Характеризируются данные коробки передач тем, что переключение передач при разгоне происходит без разрыва потока мощности.

Отметим конструктивные особенности автомобилей, оснащённых преселек-тивной коробкой переменных передач: маховик особой формы; два сцепления с разными диаметрами; два первичных вала (один — полый, другой — сплошной) (рис. 4). Сплошной вал обеспечивает передачу крутящего момента на шестерни нечётных передач, а полый — на шестерни чётных передач.

Когда используется 1-я передача, крутящий момент передаётся с помощью 1-го сцепления на первый первичный вал, но в этот момент уже включена 2-я передача на втором первичном валу.

Рис. 4. Конструкция преселективной коробки перемены передач «Audi S-tronic DL501» [6]

В момент переключения передач происходит следующее: первое сцепление размыкается и одновременно с этим смыкается второе сцепление. Таким образом, переключение фактически не ощущается и составляет 0,08 — 0,1 с.

В настоящее время такая конструкция коробки передач по праву считается наиболее перспективной и объединяет все достоинства вышеуказанных коробок передач: отсутствие разрыва потока мощно-

Исследование причин изменения конструкции коробок перемены передач позволяет определить область применения коробок перемены передач различной конструкции в легковых автомобилях. При этом полученная область применения различных коробок перемены передач позволяет обоснованно применять их в конструкции легковых автомобилей, влияя на особенности спроса автомобилей на рынке их продаж.

Представленное многообразие конструкций коробок передач обусловливает необходимость рационального применения каждого их вида к конкретному автомобилю. В 21-м веке большое распространение

сти; плавность переключений и плавность хода; комфорт управления; высокая топливная экономичность; высокие тягово-динамические характеристики. Алгоритм программирования РКПП подстраивается под манеру вождения водителя, что является немаловажным преимуществом роботизированной коробки.

Среди недостатков стоит отметить возросшую стоимость по сравнению с РКПП с одним сцеплением или МКПП.

получают различные виды коробок передач, для управления которыми не требуется участие человека. Однако не стоит забывать, что, несмотря на все преимущества автоматических трансмиссий, механическая трансмиссия продолжает использоваться вот уже более 200 лет.

В настоящее время, как показывает сравнительный анализ различных видов коробок передач, самой перспективной является коробка передач с двумя сцеплениями, так как она объединяет преимущества всех коробок передач. Более того, если сравнить преселективную коробку передач с первыми механическими коробками передач, то можно сделать вывод, что

коробка передач с двумя сцеплениями -это две механические коробки передач, объединённые в один корпус и выполнен-

ные с применением современных технологий (электронного автоматизированного управления).

1. Petite histoire d’une première vie de Renault: 1898-1944. — URL: http://c.papy.free.fr/original/Renault%201898%20-%201944%20(Claude).pdf/ (дата обращения: 20.06.2016).

2. The Autocar Handbook. — 13th ed. — London: Iliffe & Sons Limited, Dorset House, Stamford Street, 1935. — 228 p.

3. 7G-Tronic (722.9) in the Workshop. Tips and Tricks. — Stuttgart: DaimlerChrysler AG, 2009. -40 p.

http://wiki.zr.ru/images/9/98/Трансмиссия_41.jpg/ (дата обращения: 20.06.2016).

5. Дэниэлс, Д. Современные автомобильные технологии/ Д. Дэниэлс. — М.: АСТ: Астрель, 2003. — 223 с.

6. Бесступенчатая автоматическая коробка передач Multitronic 01J. Устройство и принцип действия // Программа самообучения Audi №228. — М.: Фольксваген Груп Рус, 2001. — 99 с.

7. Шестиступенчатая коробка передач со сдвоенным сцеплением 02E (S-tronic) // Программа самообучения Audi №386. — М.: Фольксваген Груп Рус, 2010. — 87 с.

8. Агрегаты Audi Q5// Программа самообучения Audi №429. — М.: Фольксваген Груп Рус, 2007. -47 с.

1. Petite histoire d’une première vie de Renault: 1898-1944. — URL: http://c.papy.free.fr/original/Renault%201898%20-%201944%20(Claude).pdf/ (access date: 20.06.2016).

2. The Autocar Handbook. — 13th ed. — London: Iliffe & Sons Limited, Dorset House, Stamford Street, 1935. — 228 p.

3. 7G-Tronic (722.9) in the Workshop. Tips and Tricks. — Stuttgart: DaimlerChrysler AG, 2009. -40 p.

http://wiki.zr.ru/images/9/98/Трансмиссия_41.jpg/ (дата обращения: 20.06.2016).

5. Daniels, D. Modern Automobile Techniques/ D. Daniels. — M.: ACT: Astrel, 2003. — pp. 223.

6. Infinitely variable gearbox Multitronic 01J. Structure and Operation Principle // Program for Self-study Audi №228. — M.: Volkswagen Group Rus., 2001. — pp. 99.

7. Six-speed gearbox with double-clutch 02E (S-tronic) // Program for Self-study Audi №386. — M.: Volkswagen Group Rus., 2010. — pp. 87.

8. Units Audi Q5// Program for Self-study Audi №429. — M.: Volkswagen Group Rus., 2007. — pp. 47.

Статья поступила в редколлегию 1.08.2016.

Рецензент: д.т.н., профессор Уральского государственного аграрного университета

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Сведения об авторах:

Кучкаров Владимир Владимирович, магистрант Уральского государственного лесотехнического университета, тел.: 9826369175, е-тай: пгй 17194@gmail.com.

Демидов Дмитрий Валентинович, к.т.н., доцент кафедры «Автомобильный транспорт» Уральского государственного лесотехнического университета, тел.: 89222090457, е-таИ: demi-dov1974@yandex.ru.

Kuchkarov Vladimir Vladimirovich, Master degree competitor of Urals State Forestry Engineering University, Phone: 9826369175, e-mail: nrg 17194@gmail.com.

Demidov Dmitry Valentinovich, Can. Eng., Assistant Prof. of the Dep. «Road Transport», Urals State Forestry Engineering University, Phone: 89222090457, e-mail: demidov1974@yandex.ru.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *