Jak działają manualne skrzynie biegów

Dzisiejsze skrzynie biegów dostępne są w wersji standardowej, manualnej, CVT, a nawet automatycznej. 00ONE / ISTOCK

Jeśli prowadzisz samochód z drążkiem zmiany biegów, możesz mieć w głowie kilka pytań.

Jak to śmieszne Wzór „H” że ja poruszam tą gałką zmiany biegów czy ma jakikolwiek związek z biegami wewnątrz skrzyni biegów? Co się porusza w skrzyni biegów, gdy poruszam manetką?

Kiedy coś schrzanię i usłyszę to okropne szlifowanie dźwięk, co tak naprawdę zgrzyta? Co by się stało, gdybym przypadkowo przerzucił się na odwrócić kiedy pędzę autostradą? Czy cała transmisja wybuchłaby?

W tym artykule odpowiemy na wszystkie te i nie tylko pytania, badając wnętrze manualnej skrzyni biegów.

Samochody potrzebują skrzyń biegów ze względu na fizykę silnika benzynowego. Po pierwsze, każdy silnik ma rozszerzenie czerwona linia - maksymalna wartość obrotów, powyżej której silnik nie może pracować bez wybuchu. Po drugie, jeśli przeczytałeś, jak działa moc koni mechanicznych, wiesz, że silniki mają wąskie zakresy obrotów, w których moc i moment obrotowy są maksymalne. Na przykład silnik może wytwarzać maksymalną moc przy 5500 obr./min. Przekładnia umożliwia zmianę przełożenia między silnikiem a kołami napędowymi, gdy samochód przyspiesza i zwalnia. Zmieniasz biegi, aby silnik mógł pozostać poniżej czerwonej linii i blisko zakresu obrotów, przy których uzyskuje się najlepsze osiągi.

Idealnie byłoby, gdyby przekładnia była tak elastyczna w swoich przełożeniach, że silnik mógł zawsze pracować na jednej, najlepszej wartości obrotów na minutę. Taka jest idea przekładni bezstopniowej (CVT). Porozmawiamy o tym dalej.

Zawartość

1. Przekładnie bezstopniowe
2. Bardzo prosta transmisja
3. Wrzucenie pierwszego biegu
4. Prawdziwa transmisja
5. A co z instrukcją automatyczną?
6. Gdzie zniknęły podręczniki?

Przekładnia bezstopniowa (CVT) ma prawie nieskończony zakres przełożeń. W przeszłości przekładnie CVT nie mogły konkurować z czterobiegowymi i pięciobiegowymi skrzyniami biegów pod względem kosztów, rozmiarów i niezawodności, więc nie widzieliśmy ich w samochodach seryjnych. W dzisiejszych czasach ulepszenia w projekcie sprawiły, że CVT stały się bardziej powszechne.

Przekładnia jest połączona z silnikiem poprzez sprzęgło. Dlatego wał wejściowy skrzyni biegów obraca się z taką samą prędkością obrotową jak silnik, co poprawia zarówno moc wyjściową, jak i oszczędność paliwa. Przekładnie CVT stały się powszechne w samochodach hybrydowych, ponieważ są znacznie bardziej wydajne niż zarówno ręczne, jak i tradycyjne automatyczne skrzynie biegów, a ich popularność gwałtownie wzrosła, gdy producenci samochodów walczyli o jak najlepsze oceny zużycia paliwa. Pod koniec 2016 r. Co czwarty samochód sprzedawany w Stanach Zjednoczonych był wyposażony w CVT.

CVT ma swoje wady; przede wszystkim może być powolny w prowadzeniu, ponieważ został zaprojektowany z myślą o wydajności, a nie przyjemności. Jednak ponieważ wielu kierowców decyduje się odejść od ręcznej skrzyni biegów, co skutkuje mniejszą liczbą oferowanych instrukcji, CVT nadal zwiększa swoją obecność. CVT działa również najlepiej w małych samochodach z małymi silnikami, dlatego większość ciężarówek i dużych SUV-ów nadal korzysta z tradycyjnej automatyki.

Możesz przeczytać Jak działają przekładnie CVT, aby uzyskać jeszcze więcej informacji na temat działania przekładni bezstopniowych. Spójrzmy teraz na prostą transmisję.

Aby zrozumieć podstawową ideę standardowej skrzyni biegów, schemat po lewej pokazuje bardzo prostą dwubiegową skrzynię biegów w położeniu neutralnym. Przyjrzyjmy się każdej części na tym schemacie, aby zrozumieć, jak pasują do siebie:

• Plik zielony wałek pochodzi z silnika przez sprzęgło. Zielony wałek i zielone koło zębate są połączone w jedną całość. (Sprzęgło to urządzenie, które umożliwia podłączanie i odłączanie silnika oraz skrzyni biegów.) Po wciśnięciu pedału sprzęgła silnik i skrzynia biegów są odłączane, więc silnik może pracować nawet wtedy, gdy samochód stoi. Po zwolnieniu pedału sprzęgła silnik i zielony wałek są bezpośrednio ze sobą połączone. Zielony wałek i bieg obracają się z taką samą prędkością obrotową jak silnik.
• Plik czerwony wałek a koła zębate nazywane są wał pośredni. Są one również połączone jako jeden element, więc wszystkie koła zębate wałka pośredniego i samego wałka pośredniego obracają się jako jedna jednostka. Zielony wałek i czerwony wałek są bezpośrednio połączone przez swoje zazębione koła zębate, tak że jeśli zielony wałek się obraca, tak samo jest z czerwonym wałkiem. W ten sposób wałek pośredni jest zasilany bezpośrednio z silnika za każdym razem, gdy włączone jest sprzęgło.
• Plik żółty wałek to wielowypustowy wałek, który łączy się bezpośrednio z wałem napędowym poprzez mechanizm różnicowy z kołami napędowymi samochodu. Jeśli koła się obracają, żółty wałek się obraca.
• Plik niebieskie koła zębate jeździć na łożyskach, więc kręcą się na żółty wałek. Jeśli silnik jest wyłączony, ale samochód jedzie wybiegiem, żółty wałek może obracać się wewnątrz niebieskich kół zębatych, podczas gdy niebieskie koła zębate i wałek pośredni są nieruchome.
• Celem kołnierz polega na połączeniu jednego z dwóch niebieskie koła zębate do żółty wał napędowy. Kołnierz jest połączony przez wypusty bezpośrednio z żółtym trzonem i obraca się z żółtym trzonem. Jednak kołnierz może przesuwać się w lewo lub w prawo wzdłuż żółtego wałka, aby zazębić się z jednym z niebieskich kół zębatych. Zęby na obroży, zwane psimi zębami, pasują do otworów po bokach niebieskich kół zębatych, aby je zaczepić.

Zobaczmy teraz, co się stanie, gdy wrzucisz pierwszy bieg.

Postępuj zgodnie z procedurą zmiany biegów krok po kroku.

Zdjęcie po lewej stronie pokazuje, jak po wrzuceniu pierwszego biegu fioletowy kołnierz włącza niebieski bieg po prawej stronie. Jak pokazuje grafika, zielony wałek silnika obraca wałek pośredni, który obraca niebieski bieg w prawo. Przekładnia ta przekazuje swoją energię przez kołnierz, aby napędzać żółty wał napędowy. Tymczasem niebieskie koło zębate po lewej obraca się, ale obraca się swobodnie na swoim łożysku, więc nie ma wpływu na żółty wałek.

Gdy kołnierz znajduje się między dwoma biegami (jak pokazano na rysunku na poprzedniej stronie), skrzynia biegów znajduje się w położeniu neutralnym. Oba niebieskie koła zębate obracają się na żółtym wale z różnymi prędkościami kontrolowanymi przez ich przełożenia do wału pośredniego.

W tej dyskusji możesz odpowiedzieć na kilka pytań:

• Kiedy popełnisz błąd podczas zmiany biegów i usłyszysz okropny zgrzytliwy dźwięk, to tak nie słysząc dźwięk nieprawidłowego zazębienia zębów kół zębatych. Jak widać na tych diagramach, wszystkie zęby kół zębatych są zawsze w pełni zazębione. Zgrzytanie to dźwięk zęby psa bezskutecznie próbując zatrzasnąć otwory z boku niebieskiego koła zębatego.
• Pokazana tutaj transmisja nie ma „synchronizacji” (omówionej w dalszej części artykułu), więc jeśli korzystasz z tej transmisji, musisz podwójne sprzęgło to. Podwójne sprzęgło było powszechne w starszych samochodach i nadal jest powszechne w niektórych nowoczesnych samochodach wyścigowych. W przypadku podwójnego sprzęgła najpierw wciskasz pedał sprzęgła, aby odłączyć silnik od skrzyni biegów. Odciąża to zęby psa, dzięki czemu można ustawić obrożę w pozycji neutralnej. Następnie zwalniasz pedał sprzęgła i zwiększasz prędkość silnika do „odpowiedniej prędkości”. Prawidłowa prędkość to wartość obrotów, przy której silnik powinien pracować na następnym biegu. Chodzi o to, aby niebieskie koło zębate następnego biegu i obroża obracały się z tą samą prędkością, aby zęby psa mogły się zazębiać. Następnie ponownie wciskasz pedał sprzęgła i blokujesz kołnierz na nowym biegu. Przy każdej zmianie biegu trzeba dwukrotnie wcisnąć i zwolnić sprzęgło, stąd nazwa „podwójne sprzęgło”.
• Widać też, jak niewielki ruch liniowy gałki zmiany biegów umożliwia zmianę biegów. Gałka zmiany biegów przesuwa drążek połączony z widelcem. Widelec przesuwa kołnierz na żółtym wałku, aby włączyć jedno z dwóch kół zębatych.

W następnej sekcji przyjrzymy się prawdziwej transmisji.

Większość dzisiejszych transmisji ma co najmniej pięć prędkości.

Czterobiegowe manualne skrzynie biegów są w dużej mierze przestarzałe, a pięcio- i sześciobiegowe przekładnie zajmują ich miejsce jako bardziej powszechne opcje. Niektóre samochody wyczynowe mogą oferować jeszcze więcej biegów. Jednak wszystkie działają mniej więcej tak samo, niezależnie od liczby biegów. Wewnętrznie wygląda to mniej więcej tak:

Istnieją trzy widelce sterowane trzema drążkami, które są uruchamiane za pomocą dźwigni zmiany biegów. Patrząc na drążki zmiany biegów od góry wyglądają tak na biegu wstecznym, pierwszym i drugim:

Pamiętaj, że dźwignia zmiany biegów ma punkt obrotu pośrodku. Kiedy naciskasz gałkę do przodu, aby włączyć pierwszy bieg, w rzeczywistości pociągasz drążek i widelec do tyłu pierwszego biegu.

Możesz to zobaczyć, przesuwając manetkę lewo i prawo angażujesz różne widelce (a zatem różne kołnierze). Poruszanie gałką Do przodu i do tyłu przesuwa kołnierz, aby włączyć jedno z kół zębatych.

Wsteczny bieg jest obsługiwany przez małe koło zębate luźne (fioletowe). Przez cały czas niebieski bieg wsteczny na powyższym schemacie obraca się w kierunku przeciwnym do wszystkich innych niebieskich biegów. Dlatego niemożliwe byłoby przełączenie skrzyni biegów na bieg wsteczny, gdy samochód jedzie do przodu; zęby psa nigdy się nie zazębiły. Będą jednak narobić dużo hałasu.

Synchronizatory

Ręczne skrzynie biegów w nowoczesnych samochodach osobowych synchronizatory lub synchronizatory, aby wyeliminować potrzebę podwójnego sprzęgła. Celem synchro jest umożliwienie obroży i zębatce kontaktu ciernego, zanim zęby psa zetkną się. Pozwala to kołnierzowi i zębatce zsynchronizować swoje prędkości, zanim zęby będą musiały się zazębiać, na przykład:

Stożek na niebieskim kole zębatym pasuje do obszaru w kształcie stożka w kołnierzu, a tarcie między stożkiem a kołnierzem synchronizuje kołnierz i koło zębate. Następnie zewnętrzna część kołnierza przesuwa się tak, że zęby psa mogą zaczepić o koło zębate.

Każdy producent realizuje transmisje i synchronizatory na różne sposoby, ale taka jest ogólna idea.

Siedmiobiegowa skrzynia S tronic Audi umożliwia kierowcom korzystanie z trybów D (Drive) lub S (Sport). Kierowca może użyć dźwigni zmiany biegów lub łopatek przy kierownicy, aby zmienić bieg. Audi

Zautomatyzowana manualna skrzynia biegów jest być może lepiej znana i dokładniej opisywana jako dwusprzęgłowa automatyczna i jest coraz bardziej popularną opcją. Chociaż automatyczna skrzynia biegów z podwójnym sprzęgłem stała się popularna w samochodach o wysokich osiągach, takich jak Porsche i Audis, jest coraz bardziej dostępna w bardziej popularnych modelach..

Automat z podwójnym sprzęgłem działa za pośrednictwem dwóch sprzęgieł, które są sterowane przez sieć komputerową samochodu i nie wymagają udziału kierowcy. Jak już wspomnieliśmy, załączenie sprzęgła w manualnej skrzyni biegów powoduje odłączenie silnika od skrzyni biegów, aby umożliwić zmianę biegów. Automat z podwójnym sprzęgłem obsługuje jednocześnie dwa różne biegi, co kończy zmianę, omijając etap odłączania mocy. Pozwala to przekładni z podwójnym sprzęgłem na znacznie szybsze zakończenie zmiany biegów, ponieważ nie ma „przerwy”, podczas której silnik i skrzynia biegów próbują dopasować się.

Samochód jest szybszy, ponieważ nie ma przerwy w zasilaniu, jazda jest płynniejsza, ponieważ prawie niemożliwe jest określenie momentu zmiany biegu, a zużycie paliwa jest lepsze, ponieważ nie ma utraty mocy w wyniku nieefektywnej zmiany biegów. Więcej o przekładniach dwusprzęgłowych można przeczytać tutaj.

Warto zauważyć, że niektóre samochody z automatyczną dwusprzęgłową oferują ręczny tryb zmiany biegów, zwykle za pomocą łopatek zmiany biegów na kierownicy, ale wrażenia nie są takie same. Niektórzy entuzjaści wydajności mogą opłakiwać utratę doświadczenia „wiosłowania”, ponieważ ręczna zmiana biegów jest przyjemną umiejętnością do ćwiczenia i doskonalenia, ale jeśli prędkość jest ostatecznym celem, trudno dyskutować z wynikami zautomatyzowanej ręcznej skrzyni biegów.

W Stanach Zjednoczonych popularność ręcznych skrzyń biegów, zwanych również pięciobiegowymi, spadła i w 2016 roku stanowiły zaledwie 5 procent sprzedanych samochodów. Vladdeep / Thinkstock

Według U.S. News & World Report pod koniec 2016 roku tylko 5 procent nowych pojazdów było sprzedawanych z manualną skrzynią biegów. To spadek ze szczytu około 25 procent w 1987 roku.

Nawet jeśli należysz do rzadkich nabywców samochodów, którzy preferują jazdę ręczną, następnym razem, gdy pójdziesz do salonu, trudno będzie Ci go znaleźć. Niektórzy producenci używają instrukcji obsługi jako wymówki, aby pobierać więcej opłat za automat lub CVT, ale z drugiej strony trudno o dobrze wyposażony samochód z ręczną skrzynią biegów. Jeśli potrzebujesz opcji, takich jak ulepszenie silnika lub napęd na wszystkie koła, te funkcje są często dostępne tylko w modelach lub wersjach wyposażenia, które nie oferują ręcznych skrzyń biegów. Samochody sportowe, które kiedyś były niezawodnymi sposobami na uzyskanie manualnych skrzyń biegów, również zwracają się w stronę szybszych i wydajniejszych opcji automatycznych.

Producenci samochodów twierdzą, że automatyczne skrzynie biegów są po prostu lepsze pod każdym względem, zwłaszcza opcje CVT i podwójnego sprzęgła, które omówiliśmy na poprzednich stronach. Faktyczne zainteresowanie posiadaniem samochodu z manualną skrzynią biegów również spada, zwłaszcza że amerykańscy kierowcy spędzają więcej czasu w korkach, gdzie ciągłe wciskanie pedału sprzęgła może być męczące. Jak donosi U.S. News, „gdy kierowcy mają do czynienia z większą liczbą tych doskonałych, nowoczesnych automatów, mniej jest zainteresowanych nauką prowadzenia instrukcji”.

Ostatnia aktualizacja redakcyjna: 26 marca 2018 15:47:01.

Powiązane artykuły

• Jak działają sprzęgła
• Jak działa Gears
• Jak działają automatyczne skrzynie biegów
• Jak działają przemienniki momentu obrotowego
• Jak działają USZ

Więcej świetnych linków

• 20 najlepszych samochodów, które wciąż oferują manualną skrzynię biegów
• Jaki jest rzeczywisty wpływ przekładni z podwójnym sprzęgłem na czasy okrążeń?
• Dlaczego CVT to w zasadzie idealna skrzynia biegów
• Dlaczego ręczne skrzynie biegów znikają?
• Dlaczego modele Audi Performance nie mają manualnych skrzyń biegów