Переключение скоростей на механической: Как переключать передачи на механической КПП?

Все о механической коробки передач: виды, конструкция, принцип работы

Название «механическая коробка передач» было дано агрегату из-за использования данного способа переключения. Новичкам часто достаточно сложно научиться быстро управлять автомобилем с МКПП в отличие от «автомата». Однако трансмиссии этого типа отличаются надежностью. «Механика» имеет довольно простую конструкцию, также можно выделить ее ремонтопригодность. При этом в автомобилестроении механическая коробка передач сегодня утратила лидирующие позиции.

Принцип работы

Используемый в работе МКПП принцип заключается в передаче на первичный вал крутящего момента. Передача осуществляется от двигателя через сцепление. В конструкции механической коробки передач есть пары шестерен, которые между собой взаимодействуют. С помощью этих пар (ступеней) крутящий момент преобразуется для последующей передачи на колеса. Ступени имеют свое передаточное число. Так происходит преобразование скорости вращения и крутящего момента коленчатого вала ДВС. Различают понижающие и повышающие передачи. Первые крутящий момент увеличивают, при этом происходит уменьшение скорости вращения. Включение повышающей передачи, наоборот, уменьшает крутящий момент.

Пары состоят из двух шестерен, входной и выходной. Передаточное число зависит от количества зубьев. Понятно, что у шестерни большего диаметра и количество зубьев будет больше, здесь существует прямая зависимость. В качестве примера можно привести первую передачу с самым большим передаточным числом. У этой пары шестерен минимальный размер имеет входная, расположенная на первичном валу. Максимальный размер имеет выходная шестерня первой передачи. Поток мощности, который передается от мотора, при переключении скоростей МКПП нужно прервать. Для этого водитель нажимает педаль сцепления. Автомобиль с механической коробкой передач начинает движение с включения первой передачи.

Примечание: некоторые модели тяжелых грузовых автомобилей могут начинать движение со второй передачи.

Водитель рукой устанавливает селектор рычага переключения передач в нужное положение. Дальнейшее переключение на повышенные передачи выполняется водителем последовательно. Необходимо учитывать скорость автомобиля и показания тахометра. Это связано с тем, что каждому диапазону оборотов двигатель соответствует определенная передача.

Разновидности МКПП

Механические КПП различают по количеству передач. К числу основных относятся коробки с 4, 5 и 6 ступенями. Большинство автомобилей с механикой в мире выпускается с трансмиссией 5МТ, другими словами, с 5-ступенчатой МКПП.

Выпускаются механические коробки передач с двухвальной и трехвальной конструкцией. Первые предназначены для легковых автомобилей с передним приводом. Вторые устанавливают на грузовики и легковые автомобили с задним приводом.

Особенности конструкции

Конструктивно отличаются друг от друга двухвальная и трехвальная коробки передач. Есть различия и в принципе работы. Двухвальная трансмиссия состоит из первичного и вторичного валов. Эти валы также называют ведущим и ведомым. Отличием конструкции трехвальной МКПП является промежуточный вал. В агрегате также есть шестерни первичного и вторичного валов. Остальные детали конструкции коробки передач: картер, главная передача, синхронизаторы, механизм выбора передач, дифференциал.

Особенности конструкции двухвальной МКПП

В двухвальных коробках передач, которые относятся к самым распространенным, на первичный вал агрегата крутящий момент поступает от мотора через муфту сцепления. В разных конструкциях механических КПП некоторые из шестерней жестко закрепляются на двух валах. Остальные шестерни свободно вращаются.

Важно: по меньшей мере один синхронизатор устанавливается как на первичном, так и вторичном валах.

Постоянным является зацепление шестерен двух валов. Для понимания, находится ли шестерня в зафиксированном положении, надо просто посмотреть на них ― свободно вращаются шестерни, находящиеся около синхронизаторов.

Особенность конструкции ― жесткое закрепление шестерни главной передачи на вторичном валу. Задача главной передачи и дифференциала состоит в передаче крутящего момента к колесам автомобиля. При этом дифференциал придает колесам разную угловую скорость.

В корпусе МКПП находится механизм выбора передачи. Перемещение синхронизатора выполняется с помощью штоков и вилок. Предусмотрена защита от попытки включения двух передач одновременно.

При рычаге переключения передач в нейтральном положении не происходит передачи крутящего момента на ведущие колеса. Это означает, что шестерни на валах не зафиксированы.

Включая передачу, водитель переводит синхронизатор с помощью нужной вилки. Перемещение осуществляется через систему тяг или тросиков.

Функция муфты заключается в синхронизации угловых скоростей определенной шестерни и вала, на котором муфта установлена.

Передача крутящего момента с ведущего на ведомый вал происходит при зацеплении синхронизатора с шестерней.

Важно: крутящий момент передается от силового агрегата на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Автомобиль может двигаться задним ходом, для этого задействуется дополнительный вал, на котором установлена промежуточная шестерня заднего хода.

Особенности конструкции трехвальной МКПП

Отличительная особенность трехвальной трансмиссии ― наличие в конструкции дополнительного промежуточного вала. Передача крутящего момента происходит с первичного вала, который соединен со сцеплением, на третий вал. Для передачи задействована нужная шестерня.

Важно: зацепление валов не прерывается, оно постоянно. Это обеспечивается жесткой фиксацией шестерен на промежуточном валу, параллельном ведущему валу.

В установленный на первичном валу упорный подшипник входит ведомый вал. Получается, что оба вала, первичный и вторичный, находятся на одной оси. Особенность вторичного вала в том, что его шестерни имеют свободный ход, отсутствует жесткая фиксация с валом. Между шестернями промежуточного и ведомого валов есть постоянное зацепление. При нахождении селектора рычага переключения передач в нейтральном положении происходит передача крутящего момента от ведущего вала на промежуточный. Затем крутящий момент передается на шестерни ведомого вала. Однако свободное вращение этих шестерен не может заставить автомобиль начать движение.

Функция синхронизаторов, жестко закрепленных на валу между шестернями и имеющих возможность зубчатому соединению перемещаться в осевом направлении, состоит в том, чтобы выравнивать угловые скорости шестерен с угловой скоростью ведомого вала. Выравнивание угловых скоростей происходит за счет использования силы трения.

В трехвальной трансмиссии механизм переключения установлен в корпусе КПП. В состав механизма входят штоки с вилками, рычаг управления и устройство, позволяющее блокировать возможность включения сразу двух передач.

Выпускаются механизмы с дистанционным управлением с помощью кулисы или шарнирных тросов.

В двухвальной и трехвальной трансмиссиях используется аналогичный принцип включения передач.

Роль синхронизаторов

Задача синхронизатора заключается в обеспечении безударного включения передач. Это достигается путем выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Элементы синхронизатора: муфта, кольца блокировочные и проволочные (по два), три сухаря.

При включении передачи перемещение муфты к соответствующей шестерне выполняется с помощью вилки. Сначала туда передвигается блокировочное кольцо. Появляется сила трения, благодаря которой происходит поворот блокировочного кольца из-за разности угловых скоростей элементов. Кольцо поворачивается до упора. Затем должны выровняться угловые скорости, после этого муфта двигается дальше и происходит зацепление.

Достоинства и недостатки механической КПП

Среди достоинств МКПП надо назвать:

• меньшую, по сравнению с другими видами трансмиссий, стоимость;
• меньшую массу КПП;
• высокий КПД;
• высокую динамику разгона автомобиля;
• топливную экономичность;
• простоту и ценовую доступность обслуживания.

Важные достоинства механической КПП ― возможность буксировки автомобиля и достаточно эффективное движение в условиях бездорожья.

Однако у МКПП есть и ряд недостатков:

• механические КПП не могут обеспечить такой же уровень комфорта, как другие трансмиссии;
• более сложный и требующий внимания процесс переключения передач;
• плавность хода автомобиля с МКПП хуже, чем у других трансмиссий;
• сцепление требуется периодически менять.

Выводы

Механическая КПП надежна и экономична. Такая трансмиссия отлично подойдет любителям быстрой езды и поездок по бездорожью. Для водителей, готовых «обменять» эти достоинства на меньший в сравнении с другими КПП комфорт, покупка автомобиля с МКПП ― очевидное решение.

Как работает механическая коробка передач [МКПП]

У водителя автомобиля с механической коробкой, часто возникают вопросы:

• Что происходит внутри коробки, когда двигается ручка переключения скоростей?
• Когда путаешь передачи (скорости), то слышен ужасный скрежет, что это там так скрипит?
• Что произойдет, если включить заднюю скорость, двигаясь на машине вперед?

В статье разберемся, как работает механическая коробка передач, параллельно ответив на все вопросы.

Для чего машине трансмиссия

Автомобилю коробка передач (трансмиссия) необходима из-за особенностей работы двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, каждый двигатель имеет предельную допустимую частоту оборотов – максимальное значение оборотов в минуту, превысив которое он просто взорвется. Во-вторых, двигатели имеют узкий диапазон оборотов, при которых крутящий момент и мощность находятся на максимуме. Например, двигатель может выдавать максимальную мощность при 5500 оборотах в минуту. Коробка передач изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами во время ускорения и замедления автомобиля. Переключая передачи, вы разгружаете работу двигателя, который не достигает предельно допустимой частоты оборотов.

Коробка связана с двигателем через муфту, поэтому входной вал коробки делает столько же оборотов, сколько и двигатель.

Пятиступенчатая МКПП применяет одно из пяти передаточных чисел к входному валу, чтобы произвести различное значение количества оборотов на выходном валу. Вот несколько типичных передаточных чисел:

ПЕРЕДАЧА	ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО	КОЛИЧЕСТВО ОБОРОТОВ В МИНУТУ НА ВЫХОДНОМ ВАЛУ С ДВИГАТЕЛЕМ В 3000 ОБОРОТОВ
1-ая	2.315:1	1,295
2-ая	1.568:1	1,913
3-яя	1.195:1	2,510
4-ая	1.000:1	3,000
5-ая	0.915:1	3,278

Сколько скоростей нужно МКПП для эффективной работы, читайте тут.

Основы конструкции трансмиссии на примере двухступенчатой МКПП

Чтобы понять основную идею стандартной КПП, на рисунке приведен пример двухступенчатой коробки в нейтральном положении.

Рассмотрим каждую часть, изображенную на рисунке, чтобы разобраться в том, как они взаимодействуют.

• Вал (ось) зеленого цвета идет от мотора машины через сцепление. Зеленая зубчатая передача и зеленая ось соединены в единое целое. Сцепление представляет собой устройство, соединяющее/рассоединяющее двигатель с коробкой. Когда выжимается педаль сцепления, двигатель машины с коробкой рассоединяются, так, двигатель может продолжать работу, даже если автомобиль никуда не движется. Когда вы убираете ногу с педали сцепления, мотор и зеленая ось напрямую связываются друг с другом. Зеленая ось и зубчатая передача вращаются с тем же значением количества оборотов в минуту, что и двигатель.
• Красная ось и зубчатые передачи называются промежуточным валом. Они также связаны между собой образуя единое целое, поэтому все зубчатые передачи промежуточного вала и сам промежуточный вал вращаются как единое целое. Зеленый и красный оси связаны между собой через зацепляющие шестерни, поэтому, если вращается зеленый, то вращается и вал красного цвета. Так, вал промежуточного звена получает питание непосредственно от двигателя автомобиля при включенном сцеплении.
• Желтый вал – шлицевой (вторичный, ведомый) вал, который подключен непосредственно к ведущему валу через дифференциал и к ведущим колесам автомобиля. Если вращаются колеса, с ними вращается желтый вал.
• Синие зубчатые передачи (или ведомые шестерни) вращаются на желтом валу на подшипниках, поэтому не зависимы от него. Если двигатель выключен, но автомобиль движется по инерции, желтый может крутиться внутри шестерен синего цвета, но сами синие шестерни и промежуточный вал останутся неподвижными.
• Маховик (муфта включения передач) связан в единое целое с желтым валом вращаясь вместе с ним. Роль маховика в подключении к одной из синих зубчатых передач, чтобы передавать их инерцию колесам машины.  Чтобы присоединиться к синей шестерне, зубчики маховика, называемые «собачьими зубами», входят в специальные отверстия по бокам шестерни.

Включим первую скорость

На рисунке ниже показано как маховик присоединяется к синей шестерне, расположенной справа, на первой скорости.

На иллюстрации ось зеленого цвета, подключенная к двигателю, вращает ось промежуточную, которая крутит шестерню синего цвета, расположенную справа. Эта шестерня через маховик передает свою энергию желтому валу вращая его. Тем временем, синяя шестерня, находящаяся слева, свободно вращается на подшипниках, никак не влияя на желтую ось.

Когда маховик находится между двумя синими шестернями (как показано на первом рисунке), трансмиссия пребывает в нейтральном положении, а обе шестерни свободно вращаются вокруг ведомой оси, при этом с разной скоростью.

Когда вы делаете ошибку при переключении скоростей и слышите ужасный скрежет, неприятный звук издают «собачьи зубы», которые напрасно пытаются найти отверстия, для присоединения к синей шестерне, так как она вращается быстрее, чем крутятся колеса машины и как следствие маховик не может захватить шестерню. В коробке, показанной выше, нет синхронизатора (о нем позже), поэтому при работе на такой коробке сцепление выжимается дважды. Двойное сцепление было распространено в старых автомобилях и все еще используется в некоторых гоночных авто, но в уже усовершенствованной форме. При двойном сцеплении выжимается педаль сцепления первый раз, чтобы отсоединить двигатель от коробки. Это уберет давление с собачьих зубцов, чтобы перевести маховик в нейтральное положение. Затем вы убираете ногу с педали сцепления и увеличиваете число оборотов двигателя до «правильной скорости». Понятие «правильная скорость» – это значение количества оборотов в минуту, при котором двигатель будет работать на следующей скорости. Идея состоит в том, чтобы скорость вращения синей шестеренки следующей передачи и маховика совпадали для облегчения вхождения собачьих зубцов в нужные отверстия (т.е. что бы не было того самого скрежета). Затем вы выжимаете педаль сцепления во второй раз попадая «собачьими зубами» в следующую передачу. При каждом переключении передач нужно выжать сцепление два раза, отсюда понятие «двойное сцепление». Малые линейные движения ручки переключения передач меняют скорость автомобиля. Ручка переключения движет стержень, который соединен с вилкой. Вилка двигает маховик по желтой оси, чтобы тот присоединил одну из двух передач.

Конструкция классической 5 ступенчатой МКПП

В пятиступке механизм переключения скоростей немного сложнее. В ней стоят три вилки управляемые стержнями, которые, в свою очередь, управляются рычагом переключения скоростей. Если смотреть на смещение стержней сверху, то скорости идут в обратном порядке. Вот, что мы имеем в виду:

Передвигая рычаг влево-вправо, вы привлекаете к процессу разные вилки (соответственно и разные маховики). Двигая рычаг вперед-назад, вы передвигаете один и тот же маховик, но только присоединяете его к шестеренкам разных передач.

Задняя скорость включается маленькой промежуточной шестеренкой (на рисунке изображена фиолетовым цветом). Синяя шестеренка, изображенная на рисунке, постоянно движется в противоположном ко всем остальным синим шестеренкам, направлении. Вот ответ на вопрос — невозможно переключить трансмиссию автомобиля на заднюю скорость, когда автомобиль движется вперед.

Синхронизаторы для МКПП

Чтобы не использовать двойне сцепление, в МКПП ставят синхронизаторы. Цель синхронизатора заставить маховик вступить во фрикционный контакт с синей шестеренкой, до того, как собачьи зубцы присоединятся к шестеренке. Это позволяет маховику с синей шестерёнкой синхронизировать скорость вращения, до вовлечения в процесс собачьих зубцов.

Конус на синей шестеренке соответствует конусообразному углублению в маховике, так, трение между конусом шестерни и маховиком синхронизирует скорость вращения синей шестерни и маховика. Затем, внешняя часть маховика цепляется к нужной передаче собачьими зубцами.

Каждый производитель реализует синхронизацию своим способом, но мы описали главный принцип работы этого механизма.

О том, что лучше, автоматическая или механическая коробка, читайте здесь.

Теперь, для закрепления, взглянем, как работает МКПП в этом видео — ролике

Электронное и механическое переключение: плюсы и минусы

Выходить за дверь? Прочтите эту статью о новом приложении Outside+, доступном для участников на устройствах iOS! Загрузите приложение.

Среди высокопроизводительных шоссейных велосипедов растет тенденция прятать тросы для придания гладкости внешнему виду. Некоторым брендам удалось найти способ сжать как тормозные шланги, так и корпуса редукторов через крутые изгибы, в то время как другие упрощают процесс, делая свои велосипеды совместимыми только с электронными передачами (например, Shimano Di2 или SRAM eTap).

И именно эта тенденция побудила нас обсудить некоторые важные моменты в споре об электронном или механическом переключении передач при покупке нового велосипеда. Это уже не просто случай, когда можно переключаться лучше, быстрее или требует меньше обслуживания – тема стала шире.

Итак, сидя посреди яблоневого сада в Виктория-Хай-Кантри, мы решили сделать то, что сделал бы любой другой в нашей ситуации: обсудить основные плюсы и минусы электронной коробки передач на основе переключателя для шоссейных и гравийных райдеров. Считайте это руководством для начинающих по теме.

Механическое соединение по сравнению с электрическим замком

Переключатели с тросовым приводом появились около 70 лет назад, и с тех пор мы наблюдаем медленное развитие технологии, включая введение индексированных передач, перемещение переключателя на руль. и общая доработка системы. Однако неизменным остался стальной трос Боудена, соединяющий рычаг переключения передач с переключателем.

Все изменилось в начале 90-х, когда Mavic продемонстрировал возможность использования электронных переключателей с приводом от двигателя и, возможно, есть другой способ перемещения переключателя. Но только более десяти лет спустя Di2 от Shimano (и, в гораздо меньшей степени, EPS от Campagnolo) сделали эту идею успешной. Сегодня редко можно увидеть механический групсет, участвующий в гонках на высшем спортивном уровне, и также становится все труднее купить серийный топовый велосипед с тросовой передачей.

Электронные передачи доминируют в гонках.

Первым рекламным ходом электронного редуктора было то, что он обеспечивал легкое и быстрое переключение передач без необходимости самостоятельного механического рычага переключения передач. Электронные передачи также предназначались для того, чтобы их можно было поставить и забыть, и, если батарея не разрядится или не постучится в переключатель, система будет продолжать работать точно так, как она была изначально настроена (по крайней мере, теоретически).

Те же преимущества сохраняются и по сей день, но новейшие высокопроизводительные велосипеды привнесли дополнительные преимущества электронной передачи. Итак, не слишком углубляясь в сорняки, вот краткий обзор плюсов и минусов современных трансмиссий на основе электронных переключателей.

Профи 

Переключение передач без усилий

Нажать кнопку и услышать, как переключатель переключателя «бззззззззззззззззззззз!», безусловно, проще, чем нажимать на механический рычаг, пока он не достигнет отметки. Не поймите меня неправильно, современное механическое переключение передач — это прекрасно, но нет ничего лучше, чем маленький серводвигатель, который делает всю работу за вас. Это особенно верно для переднего переключения и в равной степени относится к заднему переключению с появлением переключателей с муфтой (для повышения безопасности цепи) и сложных кабельных каналов.

Интуитивно понятное использование

Если вы новичок в велоспорте, все может немного запутаться на велосипеде с шестернями на шатуне и заднем колесе. Помните, как странно было то, что кнопки переднего переключателя двигались в направлении, противоположном заднему переключателю? Напротив, электронная передача может быть настроена интуитивно.

Идя еще дальше, ряд электронных трансмиссий можно использовать в последовательном режиме, что означает, что о переключении передач на передние колеса позаботятся за вас. Это может не понравиться опытному велосипедисту, но может изменить правила игры для новичков в этом виде спорта.

Множественные точки переключения 

Традиционно в механической системе переключения передач переключатель был бы соединен с переключателем через кабель, и местоположение переключателя было бы единственным местом, откуда вы могли переключаться.

Электронное переключение передач изменило ситуацию, позволив добавлять дополнительные точки переключения. В результате теперь часто можно увидеть спринтеров со вторым набором переключателей в дропах, альпинистов с кнопками возле выноса, а также участников гонок на время с переключателями в обоих доступных положениях рук.

Современный велосипед с механическим переключением передач позволяет переключать передачи только с помощью тормозных рычагов. Электронные трансмиссии открывают новый мир возможностей.

«Установил и забыл»

Поговорите с любым велосипедным механиком, и он скажет вам, что самое большое преимущество электронных трансмиссий заключается в том, что нет механического кабеля или корпуса, которые могут сжиматься, трескаться, загрязняться, ржаветь или изнашиваться. И это преимущество, безусловно, становится большей победой на современных велосипедах со скрытыми кабельными дорожками.

Если в электронной системе что-то пошло не так, то ее можно настроить и забыть. После правильной настройки электронная система должна требовать регулировки только в том случае, если переключатель передач столкнулся со стуком или изменились размеры используемых зубчатых передач. И эта простота обязательно поможет облегчить обслуживание велосипеда в течение всего срока службы. Просто убедитесь, что батарея заряжена.

Эстетика 

В последние годы велосипеды становятся все более интегрированными, аэродинамическими и чистыми. Частью этого было сокрытие кабелей, и последние интегрированные шоссейные (и гравийные) велосипеды теперь делают все возможное, чтобы скрыть кабели полностью внутри велосипеда.

Эти скрытые кабельные каналы выглядят великолепно, но они создают серьезные проблемы для систем механических переключателей. Тросовые пути теперь длиннее и более запутаны, чем когда-либо прежде, и это напрямую приводит к большему трению троса и, следовательно, к более плохому переключению. Кроме того, обслуживание этих кабелей теперь является гораздо более сложным процессом.

Электронное переключение передач может быть причиной этой проблемы, но, тем не менее, это решение.

Все большее число спортивных велосипедов переходят на внутренние системы, которые часто являются только электронными (например, то, что показано).

Простая настройка, простой дизайн

Это тесно связано с вышеизложенными пунктами и наиболее применимо к беспроводным системам SRAM eTap или, возможно, даже к группе FSA WE. Общее отсутствие проводов неизбежно легче настроить и установить, чем то, что требует обрезки кабелей или измерительных проводов. В случае с SRAM вы буквально прикручиваете пару переключателей и подключаете их к переключателям по беспроводной связи — это все равно, что подключать новые Bluetooth-наушники к телефону.

Точно так же беспроводная система SRAM позволила ряду небольших производителей рам практически забыть о прокладке кабелей и перейти к чистым, простым и элегантным конструкциям. Даже там, где кабели не скрыты за рулем или выносом руля, беспроводная система определенно выглядит красивее.

Минусы

Цена

Электронный редуктор остается премиальной функцией. Самые дешевые варианты по-прежнему заметно дороже, чем механические или аналогичные Shimano Ultegra, и поэтому электронные просто недоступны для тех, кто хочет купить велосипед начального или даже среднего уровня.

Вы смотрите на велосипед с переключением передач Shimano 105, Tiagra или даже Claris? Извините, электронное переключение не для вас.

Реальность такова, что огромные производственные затраты связаны с серводвигателями переключателей и аккумуляторами, которые их питают, и нет простого способа снизить эту технологию до действительно дешевого уровня.

На данный момент Shimano предлагает свою электронную коробку передач Di2 на уровнях Ultegra и Dura-Ace (или GRX 810, если вы смотрите на гравий), в то время как SRAM также предлагает электронное переключение только в двух своих трансмиссиях высшего уровня.

Вы должны заряжать свои механизмы 

Механические системы передач могут время от времени требовать настройки или замены кабеля, но вам никогда не придется беспокоиться об уровне заряда батареи. Проверка уровня заряда батареи является общим недостатком всех электронных систем трансмиссии, и невыполнение этого требования в конечном итоге приведет к сложной поездке и неловкой истории.

Хорошей новостью является то, что большинство электронных трансмиссий имеют аккумуляторы с длительным сроком службы. Многие пользователи Shimano Di2 или SRAM eTap могут месяцами обходиться без подзарядки, и это легко проверить, когда пора долить сок.

Вес

Традиционно электронные трансмиссии имеют больший вес по сравнению с механическими системами. Отсутствие стальных тросов и сложных механизмов переключения внутри тормозных рычагов может снизить вес, но задействованные электродвигатели и батареи часто добавляют этот вес обратно, а затем и немного. Разрыв сокращается, и в зависимости от велосипеда и настроек передачи, которые вы хотите использовать, в некоторых ситуациях электроника может быть легче.

В случае с Shimano штраф за вес электронного редуктора теперь составляет менее 100 граммов. 9Беспроводная система 0003 SRAM на самом деле тяжелее аналогичной механической группы компании.

Меньше шансов на решение проблем 

Механические системы переключения — это относительно простые вещи, а это означает, что вы часто можете решить проблемы, используя некоторые базовые знания и инструменты. Сравните это с электронными системами, которые, хотя и проще в настройке, не так легко устранить неполадки, если что-то пойдет не так. Тросы и корпус редуктора

можно приобрести в любом веломагазине. Не гарантируется, что в вашем местном магазине велосипедов будут запасные части для электронной трансмиссии.

Порвал трос переключения передач во время велопрогулки? Скорее всего, вы найдете замену и снова начнете кататься. Ущипнуть электронный провод в тот самый праздник? Ну, может быть труднее выйти из этого.

Кнопки могут не иметь тактильной обратной связи или управления

Профессиональные велосипедисты участвуют в гонках на электронных трансмиссиях в течение всего сезона, но один или два раза в год вы увидите, как некоторые из них переключаются обратно на механические передачи для классических мощеных гонок (например, Paris-Roubaix). Этот переключатель связан с тем фактом, что механические системы переключения по-прежнему обеспечивают большее тактильное ощущение и контроль переключения, чем нажатие электрической кнопки.

Кроме того, довольно часто те, кто живет в холодном климате и часто носит толстые зимние перчатки, предпочитают механические системы. Это связано с тем, что кнопки на Shimano Di2 расположены близко друг к другу, и может быть трудно нажать нужную кнопку. eTap от SRAM или EPS от Campagnolo не страдают этой проблемой, как и никакие механические настройки переключения передач.

Shimano Di2 размещает две кнопки переключения близко друг к другу. Это может быть проблемой в некоторых ситуациях.

И, наконец, механическое переключение передач дает пользователю прямую обратную связь при включении переключения передач. Опытные велосипедисты часто говорят, что синхронизируют переключение на рычаге с ходом педали и даже чувствуют переключение руками. В этом смысле механическое переключение похоже на управление автомобилем с механической коробкой передач, тогда как электронное больше похоже на полуавтомат с подрулевыми переключателями.

Отрасль отходит от механических систем

Если вы следите за командой CyclingTips, то знаете, что многие из нас отдают предпочтение механическим системам. Тактильные ощущения, простота ремонта, соотношение цены и качества — все это держит нас в напряжении. Но наши личные велосипеды также не имеют слишком сложных путей прокладки тросов, и многие из нас выросли, вращая гаечные ключи в веломагазинах, и с легкостью меняют тросы при первых признаках медленного переключения.

Реальность сегодня такова, что системы с электронным редуктором являются более простым вариантом для большинства. Они, скорее всего, будут работать без вмешательства и позволят вам сосредоточиться на поездке. И именно по этим причинам крупнейшие игроки отрасли считают электронное переключение передач будущим. Только не забывайте, что эти батареи время от времени нуждаются в подзарядке.

Механическое переключение передач — DesignJudges.com

IC PowertrainCockpit/Controls/Brakes

31 декабря

Написано Чарльзом Канебом

Ваши данные показывают, что для перехода требуется вечность. Водители жалуются, что она грубая, непостоянная, что они крутят шестерни повсюду и набивают картер осколками закаленной стали. Хуже всего то, что они проезжают целые участки трассы на неправильной передаче только для того, чтобы не взаимодействовать с хитроумным устройством, которое позволяет им выбирать другое передаточное число. Новая система может потребовать использования электродвигателя, или соленоида, или гидравлики, или пневматики, но почему бы не воспользоваться этой возможностью и не узнать кое-что о механических системах?

Ход, люфт, прогиб

Рис. 1: Ход

Перемещение — Движение, которое должен совершать механизм, чтобы выполнять свою функцию. В этом случае это может быть либо расстояние, на которое должен переместиться конец J-образного рычага, либо угол, на который должен повернуться вал переключения, чтобы выбрать следующую передачу

Рисунок 2: Люфт

Люфт — Потеря движения между двумя частями механизма из-за зазора в узле, необходимого либо для обеспечения работы подшипника, либо для предотвращения чрезмерных взаимодействий и трения при его нагреве, либо из-за неспособности соединения принять на себя нагрузку. неточность изготовления. Его можно измерить, заблокировав рабочий конец рычажного механизма и измерив расстояние, на которое он может переместиться с минимальной силой, часто определяемое как зазор, в который щуп может плавно войти.

Рисунок 3: Прогиб

Отклонение — Потеря движения из-за ограниченной жесткости любого компонента машины — разница между расстоянием, на которое должен сместиться один конец твердого тела, чтобы выполнить задачу на другом конце, и расстоянием, на которое должен сместиться приводной конец фактической детали. сделать это.

Для переключения передачи водитель должен переместить рычаг переключения передач достаточно далеко, чтобы:

• Компенсировать люфт во всех подшипниках

• Отклоните рычажный механизм достаточно далеко, чтобы обеспечить достаточное усилие на J-образный рычаг для его перемещения.

• Переместите J-образный рычаг на полный ход, чтобы включить новую передачу.

Возвратная пружина является частью механизма переключения двигателя и позволяет многократно переключать передачи вверх и вниз, поэтому вам необходимо убедиться, что трение в механизме переключения достаточно низкое, чтобы эта пружина возвращалась в исходное положение.

Жесткость подшипника, площадь контакта, степени свободы

Рис. 4. Сферический подшипник и втулка Oilite

Подшипник позволяет двигаться в одних направлениях, передавая усилие в других. Сферическое соединение, такое как шаровое соединение или конец стержня, допускает вращение вокруг двух осей. Шарнирное соединение, такое как втулка Oilite или шариковый или игольчатый подшипник, допускает вращение вокруг одной оси. Все остальные степени свободы ограничены; без относительного движения должна передаваться сила.

Соединение с двумя степенями свободы осуществляет первоначальный контакт в одной точке; он должен иметь возможность поддерживать свободное перемещение по обеим осям. Соединение с одной степенью свободы осуществляет первоначальный контакт по одной линии, поскольку движение вокруг другой оси вращения ограничено его геометрией. Контактные напряжения по Герцу могут быть рассчитаны для обоих сценариев с различным вводом зазоров и модулей упругости деталей и вкладышей. Это обычно показывает, что вращательные соединения в радиальном направлении прочнее и жестче, чем сферические соединения того же диаметра. Если вы найдете более жесткий вращающийся подшипник, чем фланцевая втулка из бронзы Super Oilite с зазором в диаметре 0,3% между стальным валом и стальным корпусом, напишите мне.

Рычаг должен иметь достаточное количество степеней свободы, при этом каждый компонент должен быть ограничен для перемещения следующей части в рычажном механизме. Если каждое соединение представляет собой вращающееся соединение без бокового люфта, то любое линейное смещение от конца до конца вызовет заедание — предварительную нагрузку на оба соединения, вызванную необходимостью их отклонения для достижения геометрического состояния, в котором они могут двигаться. Одной из ловушек, которую следует избегать, является рычажный механизм, который свободен, когда двигатель, сиденье и рычаг переключения передач находятся в своих номинальных положениях, но связывается, когда двигатель перемещается в поперечном, продольном, вертикальном направлениях или вращается из-за сил, возникающих при ускорении автомобиля. Каждое звено начинается с шести степеней свободы — они не должны заканчиваться только одной, если другая тривиальна. Трубка со сферическими соединениями на каждом конце может двигаться по траектории, определенной для этих соединений их звеньями, или вращаться вокруг центральной оси трубы, но это второе вращение вызывает проблемы только в том случае, если сферические соединения сталкиваются с другим компонентом.

Жесткость звена, предел прочности, усталостная прочность, вес

Рисунки 5-8, созданные MSC Apex с теми же нагрузками и ограничениями.
Нагрузка 1000 Н, приложенная с эксцентриситетом 5 мм к стальной трубе с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 1 мм.
Эти цифры предоставлены Aptera Motors Corporation, Сан-Диего, Калифорния.

Рис. 5: Прямое звено: максимальная деформация 17 микрон

Рис. 6: Изгиб звена 1 Диаметр в 20: Максимальная деформация 569Микрон (1/33 жесткости прямого звена)

Рисунок 7: Максимальное напряжение прямого звена 19,6 МПа

Рисунок 8: Максимальное напряжение изогнутого звена 93,2 МПа, 5-кратное напряжение прямого звена

Из этих четырех рисунков видно, что прямые звенья более эффективны, чем изогнутые. Другие судьи по дизайну использовали бы их, чтобы твердить в течение двадцати лет. Местный производитель картов увидел их и сразу же отдал все свои погнутые стойки сидений своим конкурентам. Более важный вывод — обращать внимание не только на различия, но и на величины — менее эффективное звено прогибается на ½ мм. Какое механическое преимущество должно быть у вашего рычага переключения передач, чтобы вы могли приложить 1 кН к тяге переключения? Как это влияет на переключение передач водителя? Получаете ли вы преимущество от такой короткой J-образной руки, что для перемещения требуется 1 кН (ее можно найти!)

Эффективные средства передачи силы различны в зависимости от интенсивности силы и длины. Пара тросов, тянущихся по всей длине фюзеляжа MD-80 от штурвала к рулям высоты, должна работать только на растяжение, а жесткая связь такой длины потребует большого поперечного сечения, чтобы избежать коробления. Инженеры Дугласа выбрали кабели, потому что такой стержень был бы очень эффективным тараном для изготовителей и сборщиков Дугласа, чтобы проникнуть в инженерный офис Дугласа.

Это хороший пример по другой причине: на 75-тонном реактивном самолете на 150 пассажиров эффективная механическая и аэродинамическая конструкция позволила полностью управлять полетом вручную. Хорошая инженерия сделала усилия и работу управления достаточно низкими для пилота. Вы можете догадаться, что я думаю об усилителе руля на легковом автомобиле, и вам не потребуется двух догадок.

В случае рычажного механизма переключения FSAE учитывайте площадь поперечного сечения и модуль упругости исполнительного механизма. Вы не можете толкать веревку, но если вы позволяете стальной проволоке упираться в стенки корпуса, когда он изгибается, можно заставить работать двухтактный трос с жесткостью, которая не поддается анализу, и трением, которое бросает вызов трибологии. 92
Предполагая, что жесткая линия сама по себе нерастяжима.

Сила срабатывания, сила трения, работа и обратная связь с водителем

Валу переключения требуется предсказуемый момент для поворота на фиксированный угол, необходимый для перемещения усилия переключения на фиксированное расстояние для переключения передач. С J-образным рычагом, прикрепленным к рычагу переключения передач, это можно измерить как силу и расстояние. Стандартный J-образный рычаг от мотоцикла «Большой четверки» устойчив к небрежному обращению — ваша рука на любом рычаге переключения передач, который поместится в автомобиле, — это не ступня гонщика мотокросса, который пропустил подножку во время прыжка и теперь собирается переключиться на пониженную передачу, как только колеса касаются земли. Это не применимо, если вы его нагрели, согнули, раскололи или просверлили.

С помощью пружинной шкалы можно измерить усилие срабатывания, с помощью линейки слесаря ​​можно измерить ход. Если вы сделаете несколько измерений силы на пути, вы можете интегрировать и найти необходимую работу. Если вы умножите максимальную силу на путь, вы получите адекватную пессимистическую оценку работы. Работа может выполняться либо непосредственно водителем, либо за счет кинетической энергии тяжелой ручки переключения передач — карты с переключателями часто имеют здесь 200 г твердой стали.

Люфт добавляет перемещение, а сила, необходимая для компенсации люфта, является прямым способом измерения вашего трения.