Мануальна коробка передач (МКП) — механізм, призначений для східчастої зміни передавального відношення, в якому вибір передачі здійснює оператор (водій) вручну. Передачі перемикаються пересуванням шестерень, які по черзі входять у зачеплення з іншими шестернями, або блокуванням шестерень на валу за допомогою синхронізаторів. Синхронізатори вирівнюють частоту обертання шестерень, що вмикаються, і блокують одну з них із веденим валом. Пересуванням шестерень або синхронізаторів керує водій при вимкненому зчепленні.

Призначення Необхідність у наявності коробки передач є одним із головних недоліків двигуна внутрішнього згоряння. Діапазон швидкостей обертання ДВЗ у більшості випадків (зазвичай від 500 до кількох тисяч об/хв) не збігається зі швидкостями обертання коліс автомобіля (зазвичай від 0 до 1800 об/хв). Інша особливість ДВЗ у тому, що максимальні значення крутного моменту досягаються у порівняно невеликому інтервалі, розташованому приблизно посередині між максимальними і мінімальними оборотами. Максимальна ж потужність розвивається на максимальних обертах. Крім цього, коробка передач забезпечує рух автомобіля заднім ходом і дає змогу на тривалий час роз'єднувати двигун і ведучі колеса, що потрібно, коли двигун працює на холостому ходу під час руху автомобіля або на стоянці.

Принцип роботи Коротко, принцип роботи механічної КПП традиційного типу полягає в тому, що зубчасті шестерні в її корпусі можуть по черзі зачіплятися в різних комбінаціях, утворюючи декілька передач з різним передавальним числом.

Механічна коробка перемикання передач зазвичай працює в парі зі зчепленням. Воно служить для тимчасового роз’єднання двигуна і трансмісії. Це необхідно для перемикання передачі, оскільки коли двигун і вали КПП не роз’єднані і двигун працює, через коробку передач проходить великий обертальний момент, і перемикати передачі неможливо. У минулому існували МКПП, що працюють у парі з гідромуфтою або гідротрансформатором, проте незважаючи на великі переваги, в наш час не використовуються.

Будова

Будь-яка коробка передач традиційного типу є набором розташованих в єдиному корпусі (картері) паралельних осей (валів) з розташованими на них шестернями.

Далі розглядається тривальна коробка передач задньопривідного автомобіля класичного компонування з синхронізаторами і шестернями постійного зачеплення на передачах переднього ходу і несинхронізованою ковзною шестернею заднього ходу.

У таких механічних КПП присутні три вали: первинний, вторинний, проміжний.

Первинний (ведучий) вал через зчеплення з’єднується з маховиком двигуна. Вторинний (підпорядкований) вал жорстко з’єднаний з карданним валом, або в тренсекслах — безпосередньо з головною передачею. Проміжний вал служить для передачі обертання від первинного валу до вторинного.

Зазвичай, первинний і вторинний вали розташовані один за іншим, вторинний спирається при цьому на підшипник, встановлений у хвостовику первинного. Жорсткого зв’язку вони не мають і обертаються незалежно один від одного. Проміжний вал розташований зазвичай під первинним і вторинним. На валах знаходяться блоки шестерень. Щоб зменшити гучність роботи, шестірні зазвичай роблять косозубими.

На первинному валу знаходиться одна шестерня, жорстко на ньому закріплена, і служить для передачі обертання проміжному валу. На вторинному валу розташований блок шестерень, шестірні якого вільно обертаються на валу, але конструктивно їх поздовжнє переміщення виключено. Для включення передачі, вони можуть блокуватися на валу, починаючи обертатися разом з ним.

Напроти кожної шестірні ведучого і веденого валів розташовані жорстко закріплені на своєму валу шестерні проміжного валу, які перебувають з розташованими навпроти шестернями ведучого і веденого вала в постійному зачепленні (Тобто всі шестерні в коробці передач завжди обертаються при русі авто вперед). Оскільки єдина шестерня первинного валу також жорстко закріплена на своєму валу, обертання з первинного вала на проміжний передається завжди. Включення ж потрібної передачі відбувається за рахунок залучення потрібної шестірні, розташованої на вторинному валу.

Саме вибір потрібної шестірні на вторинному валу і введення її в зачеплення з цим валом і є, по суті, вибором потрібної передачі.

Основи пристрою

Вали і шестерні Будь-яка коробка передач являє собою набір розташованих у єдиному корпусі (званому картером) паралельних валів із розташованими на них шестернями.

У трьохвальній коробці передач є первинний, вторинний і проміжний вали.

Первинний (ведучий) вал через зчеплення з'єднується з маховиком двигуна.

Вторинний (ведений) вал жорстко з'єднаний із карданним валом.

Проміжний вал слугує для передачі обертання від первинного вала вторинному.

Первинний і вторинний вали розташовані послідовно, вторинний спирається при цьому на підшипник, встановлений у хвостовику первинного. Жорсткого зв'язку вони не мають і обертаються незалежно один від одного. Проміжний вал розташований під первинним і вторинним валами паралельно їм, нерідко зі зміщенням убік. На валах розташовані блоки шестерень. Щоб зменшити гучність роботи, шестерні зазвичай роблять косозубими.

На первинному валу розташована ведуча шестерня, що приводить проміжний вал у рух. На проміжному валу розташований блок проміжних шестерень, шестерні якого зазвичай жорстко з'єднані з проміжним валом і часто виготовляються як єдине ціле з ним. На вторинному валу розташовані ведені шестерні, які можуть або перебувати на поздовжніх шліцах вала та вільно переміщатися по них у поздовжньому напрямку (ковзні шестерні), або вільно обертатися на ньому (шестерні постійного зачеплення), у цьому разі їхнє поздовжнє переміщення унеможливлене, а передачу вмикають шляхом приєднання шестерні до вала ковзною на його шліцах муфтою ввімкнення передач, часто з механізмом, який вирівнює кутові швидкості вала та шестерні, - синхронізатором. У несинхронізованих КП спортивних автомобілів або спецтехніки для цієї ж мети часто використовуються кулачкові муфти.

У двовальній коробці передач є тільки первинний (ведучий) і вторинний (ведений) вали, а крутний момент передається безпосередньо з шестерень первинного вала на шестерні вторинного. Ковзні шестерні та/або шестерні постійного зачеплення зі ковзними муфтами включення (зубчастими або кулачковими) можуть розташовуватися як на первинному, так і на вторинному валу.

Зрідка для передачі обертання з первинного або проміжного вала на вторинний замість пар шестерень могли використовуватися багаторядні безшумні зубчасті ланцюги Морзе або Рейнольда, що особливо широко практикувалося на дорогих автомобілях до повсюдного введення малошумних косозубих шестерень постійного зачеплення. При цьому одну із зірочок ланцюгового приводу виконували як єдине ціле з валом, а пов'язану з нею ланцюгом другу (зазвичай - розташовану на вторинному валу) могло бути зафіксовано на своєму валу за допомогою зубчастої або кулачкової муфти, водночас ланцюг починав передавати крутильний момент.

Перемикання передач Між шестернями веденого вала розташовані муфти вмикання передач (або шліцьові муфти). На відміну від шестерень, вони закріплені на валу і обертаються разом із ним, але можуть рухатися вздовж його осі (вперед-назад).

За кількістю муфт увімкнення (або ковзних шестерень, якщо вони використані в конструкції замість муфт) розділяють коробки передач двоходові, триходові тощо. Так, у триходової коробки передач є три муфти ввімкнення, кожна з яких може блокувати на валу по дві шестерні, що відповідають певній передачі - тобто, у триходової коробки передач може бути від 4 до 5 передач переднього ходу (плюс задній хід). Чотириходова коробка може мати 6, 7 (плюс задній хід) або 8 передач (без заднього ходу) - останній варіант зазвичай застосовується в сільгосптехніці, де задній хід забезпечується окремим реверс-редуктором.

На сторонах шестерень вторинного вала, звернених до муфт включення передач, є зубчасті вінці. Такий самий вінець має задній торець ведучого вала. Відповідні зубчасті вінці розташовані на муфтах увімкнення.

Під час руху важеля перемикання передач, за допомогою спеціального приводу через повзуни приводяться в рух вилки перемикання передач, які можуть переміщати муфти вмикання в поздовжньому напрямку. Спеціальний блокувальний механізм (замок) при цьому не допускає одночасного вмикання двох передач. Замок фіксує два повзуни в нейтральному положенні під час руху третього (у триходовий КП), що унеможливлює одночасне вмикання двох передач.

Коли муфта увімкнення рухається в напрямку шестерні потрібної передачі, їхні зубчасті вінці зустрічаються, і муфта увімкнення, що обертається разом із валом, з'єднується з шестернею передачі, блокуючи її. Після цього вони обертаються разом, і коробка передач починає передавати обертання від двигуна на головну передачу через карданний вал.

Двовальні та тривальні МКП Найбільш ходовими є дві конструкції МКП - двовальні та тривальні, за кількістю наявних у них валів.

У двовальній КП крутний момент передається безпосередньо з шестерень з'єднаного з маховиком двигуна первинного (ведучого) вала на шестерні розташованого паралельно йому вторинного (веденого). При цьому коробка передач виходить простою і компактною, але на всіх передачах для передачі крутного моменту задіяні шестерні, що знижує ККД трансмісії під час руху на вищій передачі - щоправда, ціною певного його підвищення на проміжних завдяки меншій кількості задіяних у передачі крутного моменту деталей. Головна ж перевага таких КП - можливість компоновочно об'єднати двигун і всю трансмісію автомобіля в єдиний компактний силовий агрегат. Такими є коробки передач важких мотоциклів (вітчизняних "Урал" і "Дніпро"), практично всіх автомобілів із задньомоторним компонуванням і переднім приводом.

У трьохвальній коробці передач крутильний момент спочатку парою шестерень передається з первинного вала на розташований паралельно йому проміжний, а вже з його шестерень - на шестерні розташованого співвісно з первинним вихідного вала. Така КП виходить більш важкою і габаритною, але в ній може бути реалізовано пряму передачу, на якій крутильний момент передається без посередництва шестерень, з первинного вала одразу на вихідний, завдяки об'єднанню їх в одне ціле ковзною зубчастою муфтою. Ще одна перевага трьохвальної КП - можливість досягнення набагато більших передавальних чисел і загалом ширшого силового діапазону.

Наразі більшість легкових автомобілів, особливо - передньопривідних, має двовальні коробки передач, тоді як на вантажівках і позашляховиках, як і раніше, найпоширенішими є тривальні.

На сучасних автомобілях з метою підвищення компактності можуть також використовуватися трьох- і чотирьохвальні коробки передач, за принципом роботи відповідні двовальній - без проміжного вала, з передачею обертання з первинного вала одразу на один з декількох вторинних. Як правило ці коробки передач мають не менше 6 передач переднього ходу, наприклад - VW 0A5. У них крутний момент передається з первинного вала на головну передачу через перший, другий і третій вторинні вали, кінцеві шестерні яких постійно зачеплені з шестернею головної передачі.

Такі коробки передач вирізняються малою довжиною, завдяки чому добре вписуються в щільно скомпонований підкапотний простір передньо- і повнопривідних автомобілів із поперечним розміщенням силових агрегатів.

Синхронізовані та несинхронізовані МКП