Входной вал получает вращение через сцепление. Муфта синхронизатора соединяет выбранную шестерню с валом: пара шестерён задаёт передаточное число. На нейтрали связь с выходным валом разомкнута.
Как коробка меняет силу на скорость
Двигатель тянет хорошо только в узком диапазоне оборотов, а машине нужна скорость от нуля до 200 км/ч. Коробка подбирает, во сколько раз замедлить вращение колёс относительно мотора.
Пары зубчатых колёс. Маленькая шестерня крутит большую: обороты падают во столько раз, во сколько больше зубьев, а момент во столько же раз растёт. 39 : 11 = 3,55 — это первая передача.
Все шестерни всегда в зацеплении. Ведомые шестерни свободно крутятся на вторичном валу. Передачу включает не шестерня, а муфта синхронизатора: она сцепляет одну шестерню с валом через зубчатый венец.
Синхронизатор выравнивает обороты. Перед включением шестерня и вал крутятся с разной скоростью. Латунное кольцо трением о конус выравнивает их за доли секунды, и пока разница есть, кольцо не пускает муфту дальше.
Главная пара и колёса. Вторичный вал крутит дифференциал ещё через пару 17/69 (4,06). Скорость = обороты ÷ (передача × 4,06) × длина окружности колеса: 3000 об/мин на 5-й — это около 103 км/ч.
Детали в модели «Механическая коробка передач»
Шестерни передач. Пять пар косозубых шестерен постоянно в зацеплении. Ведущие сидят на первичном валу намертво, ведомые свободно крутятся на вторичном. Передаточное число — отношение зубьев: 39 : 11 = 3,55 на первой.
Первичный вал. Вал Ø26 мм получает вращение от диска сцепления по шлицам. На нём выточены или напрессованы ведущие шестерни всех пяти передач и шестерня заднего хода.
Вторичный вал. Вал Ø32 мм с тремя синхронизаторами. На его переднем конце нарезана ведущая шестерня главной пары (17 зубьев), она крутит кольцевую шестерню дифференциала.
Синхронизаторы. Ступица на шлицах вала, скользящая муфта, латунные блокирующие кольца и зубчатые венцы шестерен. Кольцо трением о конус за 0,2–0,4 с выравнивает обороты шестерни и вала, и только потом муфта входит в зубья.
Вилки, штоки и фиксаторы. Три штока с вилками двигают муфты на 14 мм в каждую сторону. Палец выбора заходит в паз нужного штока, подпружиненные шарики фиксируют шток в трёх положениях.
Рычаг и тросы привода. Рычаг в салоне двумя тросами поворачивает и сдвигает вал выбора передач на коробке: поперечное движение выбирает шток (плоскость), продольное — двигает его.
Передача заднего хода. Паразитная шестерня 20 зубьев стоит между шестернями 12 и 42 зубьев и меняет направление вращения. Здесь задний ход тоже синхронизирован, его включает муфта 5-й передачи.
Подшипники валов. Каждый вал стоит на двух подшипниках в стенках картера: шариковые на первичном, конические роликовые на вторичном и в дифференциале. Ведомые шестерни крутятся на игольчатых подшипниках.
Главная пара и дифференциал. Шестерня 17 зубьев на вторичном валу крутит кольцевую 69 зубьев на корпусе дифференциала: обороты снижаются ещё в 4,06 раза. Кольцевая шестерня черпает масло и разбрызгивает его по коробке.
Картер и трансмиссионное масло. Алюминиевый картер из двух половин и крышки. Внутри около 2 л масла 75W-80; его уровень — по нижнюю кромку заливной пробки, примерно на оси дифференциала.
Сцепление (на входе). Ведомый диск сидит на шлицах первичного вала. Пока педаль нажата, первичный вал отсоединён от двигателя и синхронизатору нужно разогнать или затормозить только его.
Показ по шагам
Валы и пары шестерен. Первичный вал вверху крутит двигатель. Пять пар шестерен всегда в зацеплении, но ведомые шестерни на вторичном валу пока вращаются свободно.
Включаем первую. Педаль нажата, вилка толкает муфту 1–2 влево. Кольцо садится на конус и трением выравнивает обороты, потом муфта входит в зубья шестерни.
Тяга на первой. Шестерня 11 зубьев крутит шестерню 39 зубьев: вал медленнее в 3,55 раза, момент на колёсах больше примерно в 13,7 раза с главной парой.
Вторая: обороты падают. Перешли на вторую — скорость та же, а обороты двигателя упали почти вдвое (3,55 → 1,96). Смотрите график: точка перескочила на более пологую линию.
Задний ход. Машина остановилась. Между шестернями 12 и 42 зубьев стоит паразитная. Она не меняет число 3,5, но меняет направление вращения вторичного вала.
Назад. Включаем R: муфта 5-й передачи уходит вправо, вторичный вал крутится в другую сторону.
Что ломается и как это проявляется
Изношен синхронизатор 2-й. Признаки: при быстром переключении с первой на вторую слышен хруст или скрежет, рычаг на мгновение упирается. Если переключать медленно, с паузой в нейтрали, передача входит тихо. На холодную хуже. Что проверить: проверить зазор между блокирующим кольцом и венцом шестерни (новое 1,1–1,7 мм, предел около 0,5 мм), состояние масла и полный выжим сцепления. Кольцо меняют, часто вместе с муфтой.
Выбивает передачу. Признаки: на третьей при сбросе или добавлении газа рычаг сам возвращается в нейтраль, обороты подскакивают, тяга пропадает. Водители держат рычаг рукой. Что проверить: опоры двигателя и коробки (качание агрегата тоже выбивает передачу), зубья муфты и венца, пружину и шарик фиксатора, люфт вилки в пазу муфты (не больше 0,5 мм).
Изношен подшипник первичного вала. Признаки: на холостом ходу на нейтрали из коробки слышен гул или шуршание. Нажимаешь педаль сцепления — шум исчезает. С ростом оборотов шум усиливается. Что проверить: сравнить шум на нейтрали с отпущенной и нажатой педалью. Отличить от выжимного подшипника: тот шумит, наоборот, при нажатой педали. Проверить уровень масла.
Мало масла. Признаки: коробка воет под нагрузкой, звук растёт со скоростью. Переключение становится туже, на холодную хрустит. Под машиной масляные пятна. Что проверить: уровень по заливной пробке на ровной площадке, сальники приводов и первичного вала, сапун. Залить масло нужной вязкости; при сильном вое — разбирать коробку.
Разбит привод переключения. Признаки: рычаг болтается, передачи приходится «искать». Вместо первой включается третья, машина трогается тяжело и почти глохнет. Иногда передача не включается до конца. Что проверить: люфт рычага в нейтрали (поперечный больше 10 мм — износ), наконечники и втулки тросов, регулировку тросов на коробке.
Тугое переключение. Признаки: передачи включаются с большим усилием, особенно на холоде, рычаг будто вязнет. Переключение растягивается, бывает хруст при включении первой с места. Что проверить: тип и состояние масла (заменить на рекомендованное), полный выжим сцепления, штоки и вилки на задиры, смазку и регулировку тросов.
Упрощения модели
Ход муфты синхронизатора и смещение блокирующего кольца увеличены, иначе их не видно. Вращение на экране замедлено в 250 раз, соотношения скоростей валов — точные. Цветные полосы на валах — только метки, чтобы было видно вращение гладкого вала.
Разгон машины упрощён: сцепление при трогании не моделируется, двигатель держит заданные обороты, а машина разгоняется с ускорением, которое позволяет момент на колёсах.
Реальные коробки бывают с синхронизаторами 3–4 и 5 на первичном валу и со скользящей паразитной шестернёй заднего хода; принцип тот же.
Шлицы ступиц, игольчатые подшипники и сапун показаны условно.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.