версия для печати  

Для начала вспомним, зачем вообще нужна КПП, и что это такое. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания может работать только в узком диапазоне оборотов. Например, в одной машине диапазон примерно от 600 до 5000 оборотов в минуту, в другой — от 700 до 8000, но в любом случае у колес границы диапазона совершенно иные. Более того, очень хочется иногда поддерживать при переменной скорости вращения колес примерно одни и те же обороты — чтобы в спинку кресла при разгоне вдавливало за счет снятия максимального момента. Тут нам как раз поможет КПП, которая является ничем иным как редуктором с переменным передаточным числом.

Напомним, редуктор — это механизм, который уменьшает (или увеличивает) скорость вращения некоторого вала, попутно увеличивая (уменьшая) крутящий момент. По сути механическая коробка передач — это два вала или три вала, на которые насажены шестерни различного диаметра. Группы шестерней как раз и называются передачами.

Пример

Ниже схематично рассмотрена работа трёхвальной четырёхступенчатой МКПП заднеприводного легкового автомобиля с синхронизированными передачами переднего хода. 1, 2, 3, 4, R — шестерни соответствующих передач.

Цвета:
Ведущий вал — оранжевый;
Ведомый вал — жёлтый;
Промежуточный вал — серый;
Вал заднего хода и соответствующий ползун — зелёный;
Ползун включения III—IV передач — фиолетовый;
Ползун включения I—II передач — голубой.

Шестерни ведущего и ведомого валов всегда соприкасаются, но когда ни одна передача не включена, шестерни одного из валов свободно вращаются относительно него. Сам вал при этом, как следствие, не вращается. В момент включения передачи вращение соответствующей шестерни относительно вала блокируется, и ведомый вал начинает вращаться. Наглядно это показано на схемах:

N — нейтральная передача: ни один синхронизатор не зацеплен ни с одной шестернёй, первичный и промежуточные валы вращаются, вторичный в покое.

I передача: синхронизатор первой-второй передач (ярко-голубой на илл.) блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

II передача: тот же синхронизатор перемещается и блокирует шестерню второй передачи;

III передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор третьей-четвёртой (фиолетовый на илл.) блокирует шестерню третьей передачи на ведомом валу, вращение передаётся с первичного вала на промежуточный, а с него через шестерню третьей передачи — на вторичный.

IV передача: синхронизатор первой-второй передач в нейтральном положении; синхронизатор четвёртой передачи блокирует венец первичного вала, благодаря чему первичный и вторичный валы вращаются как единое целое. Промежуточный вал не задействован (но продолжает обращаться, так как простоянно зацеплен с первичным).

Такая передача, при которой вращение передаётся непосредственно с первичного вала на вторичный в обход шестерён промежуточного вала, всегда имеет одно передаточное отношение — 1:1, и называется прямой передачей, так как крутящий момент передается напрямую от первичного вала на вторичный. Этот режим работы КПП является выгодным, так как уменьшаются потери и износ.

R — задний ход: синхронизаторы в нейтральном положении; шестерня заднего хода, вращающаяся на своём собственном валу, входит в зацепление с соответствующими шестернями промежуточного и вторичного валов, благодаря чему вторичный вал крутится в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала. 

Теперь о сцеплении. Многие думают, что это часть КПП. На самом деле сцепление расположено перед коробкой. Служит оно, как несложно догадаться, для того, чтобы отключать двигатель от трансмиссии. Грубо говоря, когда вы нажимаете педаль сцепления ведущий вал двигателя отсоединяется от ведущего вала КПП. Нужно это для того, чтобы после пары переключений не скрошить ваши передачи в порошок.

Естественно, объяснение очень схематично и в реальных коробках присутствует множество нюансов и специфических решений.