Transmisión manual

A continuación se considera esquemáticamente el funcionamiento de una caja de cambios manual de tres ejes, tres vías y cuatro velocidades de un automóvil de pasajeros con tracción trasera, con engranajes de engrane constante y sincronizadores en las marchas hacia adelante y una marcha atrás deslizante. 1, 2, 3, 4, R - engranajes de los engranajes correspondientes, fijos en el eje intermedio.

Colores:

• Eje de conducción (primario) - naranja
• Eje impulsado (secundario) - amarillo
• Eje Intermedio - Gris
• Eje inverso y corredera correspondiente - Verde
• Deslizador de engranajes 3ra-4ta - púrpura
• Deslizador de 1ra-2da marcha - azul

N - engranaje neutral: ninguno de los embragues está acoplado con ningún engranaje, los ejes primario e intermedio giran, el secundario está en reposo.

Engranaje I: el embrague primero-segundo (azul brillante en la ilustración) bloquea el primer engranaje en el eje de salida; la rotación se transmite primero por un solo engranaje del eje de entrada al eje intermedio, y desde él, a través del engranaje del primer engranaje al eje secundario, y luego a la transmisión.

II marcha: el mismo embrague mueve y bloquea la segunda marcha;

3ª marcha: embrague de 1ª-2ª marcha en punto muerto; el embrague tercero-cuarto (púrpura en la ilustración) bloquea el tercer engranaje en el eje impulsado, la rotación se transmite desde el eje de entrada al eje intermedio, y desde este a través del tercer engranaje al secundario.

Engranaje IV: embrague de primera-segunda en posición neutral; el embrague tercero-cuarto bloquea la corona del eje de entrada, de modo que los ejes primario y secundario giren como una sola unidad. El eje intermedio no está involucrado (pero continúa girando, ya que está constantemente acoplado con el primario).

Tal transmisión, en la que la rotación se transmite directamente desde el eje de entrada al secundario, sin pasar por los engranajes del eje intermedio, siempre tiene una relación de transmisión - 1: 1, y se llama transmisión directa , ya que el par se transmite directamente desde el eje de entrada al secundario. Este modo de funcionamiento de la caja de cambios es beneficioso, ya que se reducen las pérdidas y el desgaste.

R - marcha atrás: embragues en posición neutral; el engranaje de marcha atrás deslizante que gira sobre su propio eje engrana con el engranaje del contraeje correspondiente y con el engranaje del eje conducido (el engranaje del contraeje no engrana con el engranaje del eje conducido), se forma un número impar de pares de engrane (tres pares), debido a el cual el eje secundario gira en dirección opuesta a la rotación del eje de entrada.

MCP de dos y tres ejes

Los más populares son dos diseños de MCP: dos ejes y tres ejes, según la cantidad de ejes que contienen.

En una caja de cambios de dos ejes, el par se transmite directamente desde los engranajes del eje primario (impulsor) conectado al volante del motor a los engranajes del eje secundario (impulsado) ubicados paralelos a él. Al mismo tiempo, la caja de cambios resulta ser simple y compacta, pero los engranajes se utilizan en todos los engranajes para transmitir par, lo que reduce la eficiencia de la transmisión cuando se conduce en la marcha superior, sin embargo, a costa de un aumento en los engranajes intermedios. debido a que hay menos piezas involucradas en la transmisión del par. La principal ventaja de tales cajas de cambios es la capacidad de combinar el motor y toda la transmisión del automóvil en una sola unidad de potencia compacta. Tales son las cajas de cambios de motocicletas pesadas (nacionales " Ural " y " Dnepr "), casi todos los automóviles con diseño de motor trasero y tracción delantera.

En una caja de cambios de tres ejes, el par de engranajes primero se transmite desde el eje de entrada al eje intermedio ubicado paralelo a él, y ya desde sus engranajes a los engranajes del eje de salida ubicados coaxialmente con el eje de entrada. Una caja de cambios de este tipo resulta ser más pesada y en general, pero se puede implementar una transmisión directa, en la que el par se transmite sin la ayuda de engranajes, desde el eje de entrada inmediatamente a la salida, combinándolos en una unidad con un embrague de engranaje deslizante. Otra ventaja de una caja de cambios de tres ejes es la capacidad de lograr relaciones de transmisión mucho más grandes y un rango de potencia general más amplio.

Actualmente, la mayoría de los automóviles de pasajeros, especialmente los de tracción delantera, tienen cajas de cambios de dos ejes, mientras que las transmisiones de tres ejes siguen siendo las más comunes en camiones y SUV.

En los automóviles modernos, para aumentar la compacidad, también se pueden usar cajas de cambios de tres y cuatro ejes, según el principio de funcionamiento correspondiente a uno de dos ejes, sin eje intermedio, con transferencia de rotación del eje de entrada a uno de varios secundarios a la vez. Como regla general, estas cajas de cambios tienen al menos 6 marchas hacia adelante, por ejemplo, VW 0A5. En ellos, el par se transmite desde el eje de entrada a la transmisión final a través de los ejes secundarios primero, segundo y tercero, cuyos engranajes finales están constantemente engranados con el engranaje de transmisión final. Tales cajas de cambios se caracterizan por una longitud corta, por lo que encajan bien en el compartimiento del motor densamente dispuesto de los vehículos con tracción delantera y en las cuatro ruedas con unidades de potencia transversal.

MCP sincronizados y no sincronizados

Las primeras cajas de cambios eran reductores de engranajes rectos muy simples, en los que la relación de transmisión se cambiaba debido al movimiento longitudinal de los engranajes que se deslizaban sobre las estrías longitudinales de los ejes. Cuando se encendió el engranaje, uno de los engranajes se desplazó a lo largo del eje, mientras que sus dientes engranaron con los dientes del engranaje de respuesta correspondiente, los engranajes engranaron entre sí y comenzaron a transmitir torque. Para que las coronas dentadas de los engranajes engranen, es necesario que sus velocidades circunferenciales sean al menos aproximadamente iguales. Sin embargo, las velocidades circunferenciales de un par de engranajes que proporcionan transmisión de par en el momento del acoplamiento de los engranajes generalmente no coinciden, por lo que un intento de simplemente mover sus coronas de engranajes una hacia la otra hasta que entren en contacto provocará un fuerte impacto en la transmisión, acompañado de un rechinamiento característico y un desgaste muy rápido de los dientes. Por lo tanto, el conductor, actuando sobre el pedal del acelerador y utilizando métodos especiales de trabajo con el embrague, tuvo que igualar aproximadamente las velocidades circunferenciales de los engranajes, con la hábil ejecución de los cuales, en el momento adecuado, engranaron silenciosamente y sin sacudidas con cada uno. otro.

Para igualar aproximadamente la velocidad circunferencial de los engranajes al cambiar de marcha, se usa un método llamado "doble apretón" : para cambiar entre marchas más bajas y más altas, primero presione el pedal del embrague, apague la marcha (la caja está en "punto muerto") , suelte el embrague, mientras la velocidad del eje de entrada se iguala con la velocidad del motor, y luego presione nuevamente su pedal y encienda la marcha deseada. Cuando se cambia de una marcha más alta a una más baja , se utiliza un "doble apretón con regasificación"  : la secuencia de acciones es la misma, pero cuando la caja de cambios está en punto muerto y con el embrague activado, se realiza la "regasificación": presione el pedal del acelerador, aumentando la velocidad del cigüeñal del motor y asociado con él el eje de entrada de la caja de cambios a aproximadamente la misma velocidad que la transmisión y el eje de salida asociado. La fuerza de la "regasificación" depende de la marcha que se encienda (más precisamente, de la velocidad del motor). En un automóvil de pasajeros moderno, estas habilidades también pueden ser útiles; por ejemplo, lo ayudarán a cambiar de marcha cuando falla el embrague o la necesidad de frenar repentinamente el motor cuando falla el sistema de frenos en funcionamiento.

Posteriormente, los engranajes deslizantes rectos fueron reemplazados por engranajes helicoidales silenciosos de engrane constante que, debido al patrón de dientes oblicuo, no podían desembragarse temporalmente durante el funcionamiento de la caja de cambios - cuando el embrague está acoplado, siempre están en rotación, aunque no siempre participan en la transmisión del par. En este caso, los engranajes se encendían mediante acoplamientos de engranajes deslizantes separados de los engranajes , que giraban con el eje y eran capaces de moverse a lo largo de él, fijando en él uno u otro de los engranajes vecinos en posiciones extremas. Cuando se engrana el engranaje, el acoplamiento del engranaje correspondiente pasa de la posición neutral a una de las extremas y fija el engranaje correspondiente en el eje, pasando a la corona dentada con dientes rectos hechos de una sola pieza con este engranaje. Esta corona dentada, al igual que el propio embrague de engranajes, no solo sirve para engranar el engranaje, sino que también participa en la transmisión del par. Esto facilitó un poco el trabajo del conductor debido a la fuerza reducida en la palanca (la fuerza de corte de los embragues es mucho menor que los engranajes que transmiten el par), pero no lo salvó de los métodos anteriores.

En algunos automóviles deportivos y motocicletas con cajas de cambios manuales no sincronizadas, las marchas generalmente se cambian sin pisar el embrague, lo que requiere mucha experiencia por parte del conductor (es necesario en el nivel de automatismo para "adivinar" con precisión la velocidad del motor requerida en el momento de la conmutación).

En los automóviles de pasajeros, las cajas de cambios manuales completamente desincronizadas se usaron principalmente hasta mediados de la década de 1930 ... finales de la década de 1940 (en la práctica de la industria automotriz soviética: GAZ-A , M-1 , la serie Pobedy temprana , Moskvich-400 ), después de lo cual la mayoría de los modelos nuevos tienen sincronizadas al menos las marchas delanteras más altas.

Sin embargo, en camiones pesados ​​y tractores, cuyas cajas de cambios tienen una gran cantidad de marchas, a veces hasta dos docenas, la instalación de sincronizadores es técnicamente muy difícil, ya que aumenta significativamente las dimensiones, el costo y el peso de la caja de cambios, y en Además, reduce drásticamente la durabilidad, ya que los sincronizadores son uno de los elementos de mayor desgaste del MCP. Los conductores profesionales que operan tales máquinas están especialmente capacitados para cambiar de marcha en una caja de cambios no sincronizada.

Además, las cajas de cambios manuales no sincronizadas a veces se usan en automóviles y motocicletas deportivas modernas por dos razones: en primer lugar, un conductor experimentado cambia las marchas no sincronizadas más rápido (con menos demora) y, en segundo lugar (lo que es más importante), dichas cajas de cambios tienen más capacidad de supervivencia. con característica para deportes de altas cargas. Es cierto que generalmente usan un mecanismo de selección de engranajes de leva (los engranajes se fijan en el eje no con un engranaje, sino con un embrague de leva ) y control secuencial, lo que facilita un poco el trabajo del conductor. Las cajas de levas secuenciales también se utilizan en la mayoría de las motocicletas.

En una caja de cambios manual sincronizada , los dispositivos especiales, los sincronizadores, no permiten que el embrague de conmutación se mueva de una marcha a otra hasta que se iguale su velocidad, y también asegura la alineación de sus velocidades circunferenciales.

El sincronizador de cono más simple (tipo Borg-Warner) es un anillo de bloqueo de bronce ubicado en el eje entre la corona del engranaje correspondiente y el embrague deslizante. El anillo tiene una superficie cónica interna que mira hacia el engranaje y una corona que mira hacia el embrague. En la superficie cónica, se hace un hilo, diseñado para cortar la película de aceite. El material del anillo de bloqueo es resistente al desgaste y tiene un alto coeficiente de fricción. Está unido al manguito deslizante mediante chavetas de tal forma que su movimiento a lo largo del eje hace que el anillo de bloqueo correspondiente se desplace en el mismo sentido.

Cuando se engrana la marcha, la horquilla de cambio comienza a cambiar el embrague hacia la marcha correspondiente. Para engranar el engranaje, el embrague debe moverse a la corona del engranaje, fijándolo en el eje, pero por el momento esto no es posible, ya que las velocidades circunferenciales del engranaje y el embrague con el anillo de bloqueo no son iguales, mientras que el borde del anillo de bloqueo evita que el embrague entre en contacto con el borde del engranaje del engranaje, evitando un desgaste excesivo. A través de crackers, el movimiento del embrague se transmite al anillo de bloqueo, que también comienza a moverse a lo largo del eje hacia el engranaje, en el que hay una superficie cónica que responde a la superficie cónica del anillo de bloqueo. Con su superficie cónica, el anillo de bloqueo interactúa con la superficie cónica del engranaje, mientras que en el momento de su contacto, la rosca en la superficie cónica del anillo de bloqueo corta la película de aceite en el cono del engranaje, provocando fricción metal con metal. . La fuerza de fricción entre el anillo de bloqueo, que gira a la misma velocidad que el embrague, y el cono de engranaje iguala sus velocidades angulares, girando el anillo de bloqueo en una posición tal que los dientes de su anillo, el embrague deslizante y el anillo de engranaje de transmisión se mantienen firmes. en una fila, después de lo cual el embrague puede ir fácilmente a la corona dentada, fijándolo en el eje y, por lo tanto, incluyendo el engranaje.

Los sincronizadores se pueden ubicar en cualquiera de los ejes de la caja de cambios, o incluso en varios ejes al mismo tiempo.

En el pasado, solo se sincronizaban las marchas más altas. Por ejemplo, en la caja de cambios del Volga GAZ-21 y muchos autos de la misma época, solo se sincronizaban las marchas 2 y 3, mientras que la 1 y la marcha atrás no tenían sincronizadores. En este caso, conducir un automóvil era mucho más fácil que con una caja de cambios completamente no sincronizada: la mayoría de las veces el conductor intentaba moverse en velocidades más altas sincronizadas, cambiando a velocidades no sincronizadas solo cuando era absolutamente necesario (por ejemplo, las instrucciones para el GAZ-21 se recomienda cambiar a la primera marcha solo cuando se desacelera a una velocidad de 5 km / h), y para el acoplamiento silencioso y sin golpes de marchas no sincronizadas, se utiliza una técnica especial: después de presionar el embrague, primero la palanca de cambios se mueve a la posición correspondiente a una de las marchas sincronizadas, y luego, sin soltar el pedal del embrague, encienda la transmisión no sincronizada deseada. En este caso, las velocidades de los ejes de la caja de cambios están alineadas, lo que da un efecto casi similar a la presencia de sincronizadores en este engranaje. El uso de esta técnica permite no solo evitar un traqueteo desagradable cuando se enciende un engranaje no sincronizado, sino también aumentar significativamente el recurso de sus engranajes. Sin embargo, en el tráfico denso, esto a menudo causaba retrasos desagradables al arrancar, por lo que a mediados de los años sesenta, los nuevos modelos se estaban moviendo hacia cajas de cambios totalmente sincronizadas, más adaptadas a las condiciones cambiantes del tráfico de la ciudad.

La gran mayoría de los automóviles de pasajeros modernos tienen todas las marchas sincronizadas al menos hacia adelante y para muchas marchas hacia atrás. Los sincronizadores multicono (doble, triple) se utilizan para aumentar la eficiencia de sincronización y reducir la fuerza requerida al aumentar el número de pares de fricción.

Número de pasos

El número de pasos se calcula de acuerdo con el número de marcha hacia adelante con la relación de transmisión más pequeña .

• Dos velocidades : algunos de los primeros automóviles de producción, como el Ford T , tenían una caja de cambios con dos marchas hacia adelante, más una o dos marchas hacia atrás, por razones de reducción de costos;
• Tres velocidades: allá por la década de 1910, se extendieron las cajas de cambios con tres marchas hacia adelante, que estuvieron muy extendidas en Europa hasta finales de la década de 1960, y en América del Norte hasta la segunda mitad de la década de 1970; después de mediados de la década de 1930, por lo general tenían sincronizadas al menos la segunda y la tercera marcha; hasta finales de la década de 1950 - principios de la de 1960, la mayoría de los automóviles tenían cajas de cambios de tres velocidades, en la URSS incluso había señales de tráfico que requerían que el conductor cambiara de la tercera (la primera señal - tres guiones) primero a la segunda (segunda - dos líneas ), y luego a la primera (tercera - una línea) marcha;
• Cuatro velocidades: ya en muchos de los primeros coches se usaban cajas de cambios de cuatro velocidades, pero sin sincronizadores ; con el advenimiento de los sincronizadores en la década de 1930, la mayoría de los fabricantes de automóviles producidos en masa limitaron el número de pasos a tres, ya que con los motores de baja velocidad (no más de 3 ... 3,5 mil rpm) con un rango de velocidad de operación estrecho y velocidades bajas, esto suficiente para una conducción segura, mientras que se lograron ahorros significativos, ya que la caja de cambios era de dos vías, a menudo con sincronizadores solo en segunda y tercera marchas; solo a fines de la década de 1950, comenzaron a aparecer cajas de cambios de cuatro velocidades "con relaciones de transmisión cercanas" en los modelos masivos, que tenían dos velocidades intermedias (II y III), lo que aseguraba una aceleración más intensa y suave, lo hacía más conveniente para controlar en tráfico pesado debido a la menor diferencia en las relaciones de transmisión de las marchas I y II. En Estados Unidos se han considerado durante mucho tiempo como una opción deportiva, y en Europa desde principios de la década de 1960 se han instalado en la mayoría de los automóviles;
• Cinco velocidades : apareció en la década de 1960, y en la década de 1980, se generalizaron las cajas de cambios manuales con cuatro marchas principales hacia adelante y una quinta adicional, que era una sobremarcha integrada en la propia caja (ver más abajo) ;
• De seis velocidades en adelante : las transmisiones de seis velocidades aparecieron en la década de 1990 y las de siete velocidades en la década de 2000 (como el Bugatti Veyron o el BMW M5 ). Podrían ser un MCP con cinco etapas base y una etapa de impulso en una versión de seis velocidades, y dos en una de siete velocidades;

Con la proliferación de sistemas de cambio de marchas semiautomáticos (como en el mismo Bugatti Veyron ) con la capacidad de cambiar de marcha solo "hacia arriba" o "hacia abajo" electrónicamente, esencialmente se ha vuelto posible tener casi cualquier número de marchas manteniendo la capacidad para el conductor para cambiarlos adecuadamente. Sin embargo, en la etapa actual, la mayoría de los automóviles de pasajeros producidos en masa cuestan cinco o seis.

Cambios ascendentes y descendentes

Overdrive o overdrive (del inglés  overdrive ) - engranaje con una relación de transmisión menor que uno . Se llama "creciente" en la medida en que, con tal relación de transmisión, el eje impulsado gira más rápido que el eje de transmisión, es decir, a la salida de dicho engranaje, se produce un aumento en el número de revoluciones. Al mismo tiempo, la cantidad de par suministrado a las ruedas motrices se reduce algo, pero al mismo tiempo se reduce el número de revoluciones del motor a la misma velocidad del vehículo, lo que, en igualdad de condiciones, cuando se conduce en velocidad de sobremarcha, reduce consumo de combustible, ruido y desgaste.

Hay dos opciones de diseño para la sobremarcha: en forma de una unidad de transmisión separada (esencialmente una caja de cambios adicional de dos velocidades con directa y sobremarcha), generalmente instalada en la salida de la caja de cambios principal y que desempeña el papel de un divisor , lo que permite su inclusión para ajustar la relación de transmisión de la transmisión en la marcha actual, la caja de cambios principal hacia abajo (solo en la marcha más alta o varias marchas más altas, o en cualquiera de las marchas disponibles; en este último caso, el número total de marchas de la transmisión se duplica) ); o en forma de una transmisión integrada en la propia caja de cambios con una relación de transmisión inferior a uno, que se enciende de la misma manera que todas las demás marchas.

Hasta la década de 1970, la sobremarcha en los automóviles de pasajeros generalmente se diseñaba como una unidad separada de la caja de cambios, por regla general, un engranaje planetario que no requería soltar el embrague para cambiar de directa a sobremarcha. Dependiendo del diseño específico, la sobremarcha puede activarse manualmente por el conductor (en la ilustración de la izquierda) o automáticamente por el servo, por regla general, al alcanzar una cierta velocidad cuando se conduce en marcha directa ( en la ilustración de la izquierda). la derecha) . A veces, la sobremarcha se incorporó en la carcasa del eje trasero, formando una sola unidad con el engranaje principal (de hecho, el engranaje principal con una selección de dos relaciones de transmisión).

Por ejemplo, en un Volvo 240 con una caja de cambios de cuatro velocidades, se puede solicitar una sobremarcha planetaria eléctrica opcional, activada por una bandera en la palanca de cambios y disponible con varias relaciones de transmisión. Su inclusión permitía, circulando en marcha directa, obtener su versión aumentada con una relación de transmisión total inferior a uno. En los automóviles Ford de las décadas de 1950 y 1960, la sobremarcha se activaba automáticamente cuando se conducía en marcha directa a velocidades superiores a 27 millas por hora (alrededor de 45 km/h), y se apagaba cuando disminuía por debajo de 21 millas por hora (alrededor de 35 km/h). ).h) o al pisar bruscamente el pedal del acelerador (el llamado modo kick-down, overdrive para adelantamientos enérgicos) [5] . se demuestra el trabajo del conductor al cambiar de marcha en un automóvil con una caja de cambios de tres velocidades y un interruptor de palanca de sobremarcha en el panel de instrumentos: cambiar de neutral a primera, segunda, segunda con sobremarcha, tercera y tercera con sobremarcha.

Desde mediados de la década de 1960 y principios de la de 1970, en algunos automóviles, en su mayoría deportivos, se comenzó a incorporar la sobremarcha en las cajas de cambios manuales de cuatro velocidades como una quinta sobremarcha, lo que se convirtió en una práctica común en la década de 1980. Al mismo tiempo, el diseño de la transmisión en su conjunto resultó algo más simple y liviano que en el caso de una sobremarcha en forma de una unidad separada, y también simplificó la conducción, pero la posibilidad de obtener un número doble de marchas se perdió (que, sin embargo, incluso con la posibilidad técnica, rara vez se usó en la práctica, ya que dificultó mucho la conducción; en la mayoría de los casos, se usó una sobremarcha separada solo para aumentar el número de revoluciones de la transmisión cuando se conduce en marcha directa, es decir, para obtener el mismo efecto que la quinta marcha situada después de la cuarta marcha directa con una relación de transmisión inferior a uno). En estos días puede haber más de una sobremarcha en una caja de cambios.

En los camiones, la sobremarcha integrada en la caja de cambios (llamada sobremarcha o marcha económica) se generalizó mucho antes, incluso antes de la Segunda Guerra Mundial; por ejemplo, el Studebaker US6 tenía una caja de cambios de cinco velocidades con una quinta sobremarcha, como muchos vehículos soviéticos de posguerra. camiones pesados ​​( ZIS-150 , MAZ-200 y otros).

La velocidad máxima del automóvil en sobremarcha suele ser menor que en línea recta (con una relación de transmisión de 1.0) o que esta última tiene una relación de transmisión de aproximadamente uno. Esto se debe al hecho de que cuando la relación de transmisión es mucho más baja que la unidad, la carga en el motor a la misma velocidad es significativamente mayor que en otras marchas, como resultado de lo cual el motor está muy sobrecargado y no puede desarrollar su potencia máxima. revoluciones Por ejemplo, la velocidad máxima del VAZ-21093 en cuarta marcha (relación de transmisión 0.941) es 10 ... 12 km / h más alta que en quinta (0.784). Las cualidades dinámicas del automóvil (su capacidad para acelerar vigorosamente cuando presiona el pedal del acelerador) en quinta marcha también son significativamente peores que en cuarta, lo que se explica por el hecho de que el factor dinámico D en quinta marcha en todo el rango de velocidad es menos importante que en cuarto. Además, en este caso, tanto la cuarta como la quinta marcha están formalmente en sobremarcha, por lo que el VAZ-21093 aún desarrolla la velocidad máxima en sobremarcha (aunque con una relación de transmisión muy cercana a uno). Un automóvil VAZ-21053 con una caja de cambios de cinco velocidades, en la que la cuarta marcha es directa (1.0) y la quinta marcha es sobremarcha (0.82), desarrolla su velocidad máxima en marcha directa, y en la quinta sobremarcha su velocidad máxima se vuelve más bajo por los mismos ~10 km/h. Al mismo tiempo, en quinta marcha, los mismos automóviles en condiciones similares consumen entre un 5% y un 6% menos de combustible que en cuarta marcha, y también tienen un nivel de ruido significativamente menor en la cabina, lo que determina la viabilidad técnica de usar sobremarcha en su transmisiones [6] [7]

Cambio descendente (divisor de marchas, demultiplicador ): una unidad de transmisión que funciona en conjunto con la caja de cambios y le permite aumentar aún más la relación de transmisión de la transmisión (y, en consecuencia, reducir el número de revoluciones en la salida) en la marcha actual del caja de cambios principal, debido a lo cual se logra un aumento en el par . Entonces, se instaló un divisor de engranajes en un camión KamAZ, que permite que cualquier engranaje de la caja principal tenga dos de sus opciones: directo y bajo, respectivamente, en lugar de cinco engranajes de la caja principal en la transmisión del vehículo, en realidad había diez marchas (cinco directas y cinco bajas debido a la inclusión de un divisor de cambio descendente). Si las condiciones del camino requirieran un aumento en la relación de transmisión de la transmisión, pero no hasta el punto de justificar cambiar la caja principal a una marcha más baja, el conductor de KamAZ podría usar una bandera en la palanca de cambios para cambiar el divisor a una más baja. marcha, recibiendo una versión más baja de la marcha actual de la caja principal, al tiempo que logra un notable ahorro de esfuerzos del conductor y reduce su fatiga, aumentando la adaptabilidad del automóvil a las condiciones de la carretera debido a la posibilidad de una selección más fina de la relación de transmisión. Además, se incluyó un cambio descendente cuando se conduce con una carga pesada o en condiciones de carretera difíciles.

Reductor planetario con accionamiento mecánico

No existen cajas de cambios manuales planetarias de etapas múltiples para automóviles como tales. La creación de tales MCP se complica por dos puntos: la necesidad de un accionamiento de grupo mecánico de elementos de control de fricción, que será más difícil cuanto mayor sea el número de grados de libertad de la caja de engranajes planetarios, y la necesidad de algún tipo de cambio de marchas controlador de velocidad (la velocidad de encendido del siguiente elemento). Además, cualquier reductor planetario se caracteriza por el problema de la descomposición racional del rango de potencia según relaciones de transmisión dadas, que es más difícil de resolver cuanto mayor es el número de grados de libertad. Debido a que en las cajas de cambios modernas sobre engranajes planetarios, se intenta organizar el funcionamiento de los elementos de control de fricción de tal manera que con cada cambio de cualquier marcha a una superior o inferior, solo funcionan dos elementos de control de fricción (uno de ellos se apaga y uno enciende).), y el proceso de encendido de cualquier elemento de control de fricción puede organizarse teóricamente por medio de un pedal de embrague, es especulativamente posible crear una caja de cambios manual planetaria secuencial con una gran cantidad de engranajes, pero en la práctica, tales desarrollos que han alcanzado la etapa de una muestra viable no se conocen. Lo más cercano a este concepto pueden considerarse las cajas de cambios planetarias británicas Wilson con control neumático, utilizadas en el período anterior y posterior a la guerra en varios vehículos británicos, desde automóviles hasta tanques.

En una implementación puramente mecánica, la caja de cambios planetaria de dos etapas (+2; -1) más famosa del automóvil Ford T. Esta caja de cambios manual tenía dos grados de libertad. Tres elementos de control de fricción de esta caja de cambios (dos frenos y un embrague), cada uno de los cuales era responsable de cambiar su propia marcha, recibieron un accionamiento mecánico de dos pedales: un pedal de embrague y marcha adelante de tres posiciones (dos marchas y punto muerto) , y un pedal de marcha atrás de dos posiciones (on off). Tales cajas de cambios planetarias de baja velocidad en una etapa temprana de la industria automotriz fueron producidas no solo por Ford, y no solo para automóviles, sino también para tractores en primer lugar, pero todas las cajas de cambios planetarias modernas tienen un accionamiento hidráulico y las cajas de cambios manuales no pueden ser consideró. Los cubos de bicicleta planetarios pueden tener hasta 14 velocidades y una implementación de conmutación puramente mecánica, pero en las transmisiones modernas de automóviles de múltiples etapas, solo los desmultiplicadores de dos velocidades del tipo (+2) o (+1; -1) pueden tener un accionamiento mecánico , ubicado tanto junto con el conjunto principal de engranajes en los ejes y engranajes, como por separado, que, debido a las funciones limitadas de sus funciones, no se denominan cajas de cambios.

Mecanismos de control

En una caja de cambios manual clásica, la palanca de cambios se utiliza para seleccionar la marcha deseada . Con él, puede encender cualquiera de las marchas disponibles en cualquier momento (excepto la marcha atrás, que, en algunos diseños de cajas de cambios, solo se puede encender después de desbloquear un fusible especial).

La ubicación de la palanca y el sistema de conducción pueden variar mucho según el diseño del vehículo y la moda actual.

• La palanca se encuentra en la tapa de la caja de cambios (normalmente en la parte superior o lateral), o en una extensión especial, y directamente o con la ayuda de varillas ubicadas en el interior de la extensión, actúa sobre las horquillas de selección de marchas. En este caso, todos los mecanismos de cambio están ubicados dentro de la carcasa de la caja de cambios y la palanca mueve directamente las horquillas de cambio que actúan sobre los embragues de cambio o los engranajes deslizantes. La principal ventaja de tal esquema es la mayor claridad del cambio de marchas, y prácticamente no sufre incluso después de una operación a largo plazo. Además, se caracteriza por su alta fiabilidad y durabilidad. Desventajas: debido a las características del diseño, la palanca ubicada en el cuerpo de la caja puede moverse fuertemente hacia adelante en relación con el asiento del conductor o, con un diseño de vagón, cambiarse hacia atrás ( RAF-2203 , GAZ-66 ), lo que hace que el cambio de marcha sea inconveniente. ; además, debido al hecho de que la palanca está ubicada directamente en la unidad de potencia, se le transmiten vibraciones, lo que es especialmente notable cuando se usan motores desequilibrados, como los cuatro en línea. La aplicabilidad de tal accionamiento está fuertemente limitada por el diseño del automóvil, en el que la caja de cambios está ubicada relativamente cerca del conductor.

• La palanca está ubicada remotamente (en el piso, en la columna de dirección o en el tablero de instrumentos) y está conectada a la caja de cambios mediante varillas ubicadas fuera del cuerpo de la caja (generalmente llamado “backstage”), un rodillo o cables Bowden (en los últimos años ). décadas, esta opción se ha utilizado especialmente ampliamente). Las ventajas de esta solución son la ubicación conveniente de la palanca, la ausencia de transmisión de vibraciones y una libertad casi total en el diseño del automóvil. Al mismo tiempo, la impulsión con varillas es menos duradera y, con el tiempo, permite aflojarse, lo que requiere un ajuste o reemplazo del backstage. Además, la claridad del cambio de marchas con un mecanismo de cambio de este tipo suele ser mucho peor que con la ubicación directa de la palanca en la carcasa de la caja de cambios. Todos los autos Moskvich, GAZ-20 y GAZ-21, diseño de vagones UAZ (minibuses, "renacuajos"), Zaporozhets (como todos los modelos con motor trasero) y casi todos los autos con motor transversal (es decir, la mayoría de los modelos modernos).
• También en algunos modelos se utilizaron (y se utilizan) sistemas de accionamiento neumáticos o electromecánicos . Se distribuyen principalmente en camiones pesados, autobuses y tractores, en los que la caja de cambios suele estar situada lejos del asiento del conductor, y el accionamiento mecánico sería demasiado voluminoso y poco fiable, además, el cambio de marchas manual directo sería demasiado difícil debido a la gran fuerza requerida para mover los embragues., lo que requiere el uso de servos .

Además, hay cajas de cambios mecánicas con el llamado "secuencial", es decir, cambio de marchas secuencial (del latín secuencia  - secuencia), que, usando una palanca basculante, una palanca de mando con dos posiciones, generalmente, "+" y “ —", o "pétalos" especiales en la columna de dirección, las marchas solo se pueden cambiar una tras otra. Como regla general, el control del embrague en dichos sistemas está automatizado. Encuentran uso en motocicletas (muy ampliamente) y algunos autos deportivos.

Por ejemplo, para la mayoría de las motocicletas domésticas, se usa un eje de copia con una ranura figurada para cambiar de marcha, que controla el movimiento de las horquillas de cambio de marcha, que a su vez actúan sobre los engranajes deslizantes en los ejes. En este caso, los engranajes se cambian mediante un pedal en forma de mecedora conectado al eje de la copia, que puede girarlo en una dirección u otra en un ángulo determinado. Presionar la punta del pie en su plataforma delantera hace que un interruptor reduzca la marcha, el talón hacia atrás (o levantando la punta de la plataforma delantera) para subir, y el "punto muerto" se ubica entre las marchas I y II.

Cambiar diseños

Con palanca de piso

En la gran mayoría de los automóviles modernos, la transmisión manual se controla mediante una palanca ubicada en el piso. Esto se refiere a la ubicación de la palanca directamente en el piso del automóvil, en la consola central o en la parte inferior del panel de instrumentos.

El método para seleccionar una marcha específica en diferentes cajas de cambios manuales con palanca en el piso puede variar significativamente. Lo único común es que la selección de la marcha deseada se realiza inclinando la palanca de cambios en los planos longitudinal y transversal, es decir, la trayectoria del movimiento de la palanca durante el cambio se asemeja a la letra H (H-Pattern) . Por lo general, al girar la palanca en el plano transversal, el conductor selecciona la horquilla de cambio de marchas que debe cambiarse y, empujándola hacia adelante y hacia atrás, utilizando la horquilla seleccionada, cambia el sincronizador o el embrague de cambio de marchas en la caja de cambios en la posición correspondiente. (normalmente sentido contrario al movimiento de la cabeza de la palanca), incluyendo este una transmisión u otra. Como regla general, en la posición neutral, la palanca está sostenida por uno o más resortes.

• En la mayoría de los vehículos, el cambio de marcha se realiza de acuerdo con el siguiente principio (N - marcha neutral, R - marcha atrás):

Así es como se cambia de marcha en la mayoría de los automóviles domésticos con tracción trasera.

En el Moskvich de tracción trasera ( 408IE , la mayoría de la versión M-412 y todos los 412IE , todos M-2138/2140 ), se usó una versión ligeramente modificada: para engranar la marcha atrás, era necesario inclinar la palanca hacia la hacia la derecha y muévala hacia adelante , no hacia atrás :

En algunos vehículos, hay un bloqueo de marcha atrás: la marcha atrás no se puede engranar hasta que se active este mecanismo. Por lo general, para hacer esto, debe empujar la palanca hacia abajo (por ejemplo, automóviles VAZ con tracción trasera), presionar una palanca especial (botón), levantar la arandela deslizándola a lo largo de la palanca, etc. En otros casos, no se bloquea. proporcionada y la marcha atrás puede confundirse, enciéndala sobre la marcha, lo que a alta velocidad teóricamente puede provocar daños graves en la caja de cambios (en la práctica, es poco probable que el conductor tenga la fuerza suficiente para engranar completamente la marcha atrás a alta velocidad, sin embargo, el mayor desgaste de los engranajes de la caja de cambios durante tal intento es bastante real).

• En el caso de una transmisión de cinco velocidades, se agrega una quinta marcha al diseño, por lo general, para encenderla, debe inclinar la palanca hacia la derecha y luego moverla hacia adelante, de modo que el diseño se vea como una letra H doble. :

Este diseño se usa en los VAZ de la familia "clásica" con una caja de cambios manual de cinco velocidades y "Moskvich-2141" , la segunda generación de " Lada Kalina ", " Priors " de producción tardía, así como, por ejemplo, la mayoría Modelos Ford modernos con caja de cambios de 5 velocidades.

• Muchos automóviles europeos (incluidos los VAZ con tracción delantera , Volkswagen ) utilizan una variación diferente de este diseño, en el que la marcha atrás se engrana en un movimiento de izquierda hacia adelante:

Sin embargo, en este caso, el riesgo de engranar accidentalmente la marcha atrás en lugar de la primera es bastante alto, especialmente con una transmisión desgastada. Por lo tanto, en muchos automóviles modernos, se proporciona un bloqueo de su inclusión (que se muestra en el ejemplo de MCP-6):

La desactivación del bloqueo se realiza hundiendo la palanca "hacia adentro", o moviendo el elemento móvil de la palanca de cambios, por ejemplo, levantando el anillo o presionando el botón.

• Algunos autos deportivos (por ejemplo, los BMW antiguos de la tercera serie con cajas de cambios manuales Getrag), los modelos antiguos de autos estadounidenses y con influencia estadounidense, los camiones Ural y algunos otros modelos usan una opción de diseño de cambios completamente diferente (en países de habla inglesa es llamado "pata de perro" - Dogleg ):

La ventaja en este caso es que las posiciones correspondientes a la segunda y tercera marcha están en la misma línea, lo que agiliza el cambio. En los autos deportivos con motores potentes, la aceleración principal se da precisamente en la segunda y tercera marcha, la primera es solo para arrancar.

Cuando se usa este diseño en vehículos todoterreno (GAZ-69), es más fácil balancear el automóvil si se atasca engranando secuencialmente las marchas primera-reversa-primera-reversa (las marchas están en la misma línea, lo que les permite ser cambiado muy rápidamente). Lo mismo se aplica a un camión cuya primera marcha se utiliza principalmente en condiciones de carretera difíciles.

Además, muchas de las cajas de cambios con este esquema de cambios no tienen sincronizadores o los tienen solo en marchas más altas, en este caso, un punto positivo es que al pasar de primera a segunda, automáticamente se produce algún retraso, lo que simplifica el cambio entre desincronizados. primero con segunda marcha sincronizada.

De los automóviles domésticos, este diseño fue utilizado, por ejemplo, por GAZ-69 , cuya caja de cambios era de tres velocidades. Cuando se convierte en la palanca del piso de la caja de cambios Volga GAZ-21 , también adquiere ese diseño.

En los camiones KamAZ , el diseño es similar, pero las posiciones de la primera marcha y la marcha atrás son opuestas a las que se muestran en la figura.

• En un camión Studebaker US6 con una caja de cambios de cinco velocidades, la primera marcha estaba ubicada frente a la marcha atrás para que fuera más fácil "girar" el automóvil fuera de la carretera [8] :

Se usó casi el mismo diseño en los camiones soviéticos con tracción total de la marca ZIS / ZIL, por ejemplo, ZIL-131  ; la diferencia estaba en la disposición opuesta de las posiciones correspondientes a los engranajes IV y V.

• Las cajas de cambios de 16 velocidades de la serie ZF 16S 16S tienen el llamado esquema de cambio neutral superpuesto: empujar la palanca hacia la izquierda o hacia la derecha, respectivamente, enciende o apaga el demultiplicador .

Cuando el demultiplicador está encendido, los engranajes 1 ... 4 proporcionan movimiento a bajas velocidades, también puede encender la marcha atrás, cuando el demultiplicador está apagado, la relación de transmisión total de la caja cae varias veces y los engranajes 1 ... 4 se convierten en las marchas 5 ... 8. Además, el número de marchas se duplica mediante un divisor, interruptor de control que se encuentra frente a la palanca de control de la caja de cambios.

• Muchos automóviles estadounidenses y algunos europeos usaban anteriormente un diseño en el que se engranaba la primera marcha simplemente moviendo la palanca hacia adelante (la segunda marcha se invertía, etc.):

De los modelos comunes en Rusia, tal diseño tenía, por ejemplo, Ford Taunus , Volvo 240 y algunos modelos de BMW, como BMW E30 . Además, se usó en casi todos los Ford norteamericanos de las décadas de 1960 y 1970 con caja de cambios manual.

• Algunos autos modernos, como el Bugatti Veyron , tienen control de transmisión automática. Esto le permite utilizar el llamado. Palanca de cambios con la capacidad de seleccionar marchas con levas en el volante. Si en tal diseño todavía se usa una palanca para cambiar de marcha, solo se mueve hacia adelante y hacia atrás, y la selección de marcha se lleva a cabo por enumeración secuencial. El mismo control de cambio de marchas se implementó en sillas de ruedas ( S3D , etc.) construidas en unidades de motocicleta, incluida una transmisión manual secuencial.

Con tallo

En el pasado, la ubicación de la palanca de cambios en la columna de dirección era la más común en los turismos con caja de cambios manual. Esta moda apareció en EE. UU. en la segunda mitad de la década de 1930 y se generalizó en Europa a fines de la década de 1940. A veces tal mecanismo ocurre hoy.

El accionamiento de la palanca de la columna de dirección se lleva a cabo mediante varillas complejas ( backstage ), cuyas juntas están sujetas a desgaste, y en automóviles más antiguos requieren ajuste y lubricación periódicos. Hay dos esquemas principales para el funcionamiento de dicha unidad. En el primero, generalmente utilizado con cajas de cambios de dos vías (por ejemplo, en Pobeda y GAZ-21), cada empuje está constantemente conectado a su horquilla de cambio y, a través de ella, controla su embrague (o engranaje deslizante), y la elección del actual El empuje involucrado lo realiza un pasador en el eje del cambio de marchas, que penetra en las ranuras del cubo de una u otra palanca conectada a la varilla correspondiente. En el segundo, utilizado con cajas de cambios de tres vías (por ejemplo, "Moskvich" con cajas de cambios de cuatro velocidades), una de las varillas selecciona la horquilla de cambio actualmente engranada, y la segunda la mueve, activando y desactivando directamente las marchas, mientras que ambas varillas están directamente conectadas al eje del cambio de marchas y monitorean su movimiento en diferentes planos.

También hay mecanismos de cambio con una palanca de columna de dirección que tiene un eje de cambio de marcha coaxial al eje de dirección (GAZ-21) o concéntrico a él, es decir, hueco ubicado alrededor del eje de dirección ("moscovitas" con cajas de cambios de cuatro velocidades). En el segundo caso, se reduce significativamente el nivel de ruido y vibraciones transmitidos a través del eje de la palanca de cambios al habitáculo.

La claridad y la velocidad de la selección de marchas con dicho mecanismo a menudo sufren, especialmente cuando está desgastado, pero en general, según muchos propietarios de automóviles con dicho mecanismo de cambio, la disposición de la palanca en la columna de dirección es más conveniente, ya que no no tiene que alcanzarlo, siempre está a mano. Sin embargo, debido a la gran inercia de la transmisión, es difícil cambiar rápidamente de marcha con dicha transmisión, por lo que es de poca utilidad para automóviles dinámicos.

Pero un buen cálculo del mecanismo de cambio le permite minimizar el esfuerzo en la palanca: por ejemplo, en el Volga GAZ-21 con un mecanismo de cambio de marcha reparable, lubricado y ajustado, puede cambiar sin quitar la mano del volante. Sin embargo, un mecanismo muy flojo permite fallas tales como el acoplamiento y desacoplamiento incompletos de los engranajes, su desacoplamiento espontáneo ("golpe de fuerza") e incluso el atasco completo de las varillas, que solo se puede eliminar cuando el capó está abierto.

• El diseño más típico para los sistemas de palanca es el diseño que se originó en los EE. UU. en la década de 1930 y se extendió durante las décadas de 1940 y 1950 (el movimiento de la palanca se muestra en un plano paralelo al eje de dirección, la palanca está ubicada a la derecha) :

o

Así es como (la segunda opción) se cambiaron los engranajes en Pobeda GAZ-M-20 , Volga GAZ-21 .

• También había una opción para una caja de cambios manual de cuatro velocidades:

• En los "Moskvichs" con una caja de cambios manual de cuatro velocidades y una palanca de cambios en el volante, así como en varios automóviles europeos, se utilizó un diseño diferente:

En la industria automotriz nacional, el rechazo de la palanca de cambios de la columna de dirección ocurrió a fines de la década de 1960, principios de la de 1970, en Europa, comenzó un poco antes, pero duró al menos hasta mediados de la década de 1970. En los EE. UU., esto sucedió a fines de la década de 1970, con la salida de los últimos modelos "económicos" con cajas de cambios manuales (por ejemplo, Chevrolet Nova ) de los transportadores; después de eso, las transmisiones mecánicas se convirtieron casi exclusivamente en un atributo de los autos deportivos y SUV. , respectivamente, tenían palancas de piso.

Mientras tanto, en algunos países de Europa y especialmente en Japón, las palancas de paletas se utilizaron hasta hace muy poco tiempo. Por ejemplo, en Hong Kong , todos los taxis de los modelos Toyota Crown y Nissan Cedric tenían una caja de cambios manual de cuatro velocidades con paleta de cambios antes de cambiar a transmisión automática en 1999. Hasta principios de la década de 1990, los minibuses Toyota Hiace y Mitsubishi L400 también presentaban palancas de cambios en la columna de dirección, con una caja de cambios manual de cinco velocidades.

Distribución

Los vehículos equipados con cajas de cambios manuales dominaron Europa durante mucho tiempo , siguen siendo muy comunes en la CEI y predominan en los países de bajos ingresos.

En Estados Unidos y otros países de América del Norte, las transmisiones manuales han sido reemplazadas casi por completo por transmisiones automáticas hidromecánicas y CVT , que actualmente se equipan allí hasta en el 90% de los turismos. En Japón, las transmisiones automáticas y las CVT también están bastante extendidas .

Sin embargo, los autos deportivos (y los autos con una imagen deportiva) a menudo están equipados con una caja de cambios manual. Los SUV "rígidos" (por ejemplo, UAZ) también, por regla general, tienen cajas de cambios mecánicas, lo que está determinado por su simplicidad de diseño, capacidad de supervivencia y alta confiabilidad, aunque recientemente incluso en este segmento de mercado ha habido un uso bastante generalizado de " automático".

Los camiones también, en la mayoría de los casos, tienen cajas de cambios mecánicas, especialmente para los tractores de línea principal de servicio pesado (aunque se han creado y producido en serie transmisiones automáticas para ellos, la complejidad y el alto costo todavía no les permiten desplazar a las cajas de cambios manuales en este campo de aplicación). ).

Véase también

• Transmisión
• transmisión semiautomática
• Transmisión automática
• Caja de cambios robótica
• Caja de cambios preselectiva
• Accionamiento de velocidad variable
• CVT
• transmisión eléctrica

Notas

1. ↑ GOST 18667-73, 1973 , pág. 3.
2. ↑ Dispositivo y operación de automóviles MAZ-500A y GAZ-66: Libro de texto - M., DOSAAF, 1981, Kalishev G.V., Komarov Yu.N., Romanov V.M., BBC 39.335.4
3. ↑ Tracción y cálculo dinámico del automóvil VAZ-2105. Trabajo de curso en las disciplinas "Teoría del movimiento del automóvil", "Automóviles" (parte 2) y "Medios técnicos y sus propiedades operativas".
4. ↑ Equipo de autores del NIIAT. edición Lapshina, VI Breve referencia automotriz NIIAT. - 10ª ed. - M. : Transporte, 1983. - S. 10, 28-29. — 220 s.
5. ↑ Instrucciones para automóviles Ford modelo 1953 (traducción al ruso)
6. ↑ Víktor Slesarev. ¿Un corcel obediente o... un trotón asustadizo? - “Al volante”, 1 de agosto de 1997.
7. ↑ AN Miroshnichenko. Tuning de coches: un tutorial. Tomsk, Editorial TGASU, 2015
8. ↑ Copia de archivo fotográfico fechada el 9 de agosto de 2016 en las placas de cabina de Wayback Machine con diseño de cambio de marchas.

Literatura

• Norma estatal. GOST 18667-73. Coches. Unidades y mecanismos básicos . - oficial. - Moscú: IPK Standards Publishing House, 1973. - 14 p.

Enlaces

• Transmisión mecánica . — Anatomía de un coche. Fecha de acceso: 12 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 22 de febrero de 2012. (Ruso)