Механічна STEM-модель «Коробка передач»

Складіть власноруч і дізнайтеся принцип роботи 4х ступінчастої механічної коробки передач

• В наборі є QR-код до навчального посібника про механізм із історією його винайдення, описом принципу роботи, основними характеристиками, визначеннями, формулами й цікавими завданнями
• Пориньте в доповнену реальність (AR) і подивіться, як коробка передач працює в автомобілі, та взаємодійте з нею за допомогою спеціального додатку Ugears AR

Дізнайтеся, як влаштована і як працює 4-ступінчаста механічна коробка передач

Механічна коробка передач – це стилізована навчальна модель, інтерактивний навчальний посібник, призначений для вивчення принципів роботи його механізмів. Механічна коробка передач – це редуктор, який здійснює передачу оборотів із двигуна на ведучі колеса. Після складання моделі проведіть експеримент: виберіть по черзі кінетичні пари шестерень, включивши важелем по черзі I, II, III і реверсну передачу та керуйте швидкістю обертання ведучого й веденого валів.

У положенні “N” – нейтральна передача – обидві зубчасті муфти на проміжному валу НЕ зачіпляються із зубцями шестерень, обертання приводного валу відбувається в холосту. “1-ша” швидкість дозволяє ведений валу і всім шестерням обертатися на мінімальній швидкості. При увімкненій «2-ї» передачі ведений вал разом із маховиком обертається із середньою швидкістю. Перейдіть на «3-тю» швидкість і побачите, що ведений вал і все шестерні обертаються на максимальній швидкості. Перемістіть важіль перемикання передач до позначки R – задня передача. При обертанні привідної ручки за годинниковою стрілкою ліва зубчаста муфта посувається вліво до шестерні з відміткою R і зчеплюється з нею зубцями, таким чином передаючи обертання нижньому ряду шестерень і приводить ведений вал і всі шестерні до обертання у зворотньому напрямку.

Ким і коли він був вперше створений

Винахідником механічної коробки перемикання передач вважається знаменитий німецький інженер Карл Бенц.

Використання

Основне застосування коробки передач знайшли в автомобільній індустрії як невід’ємний елемент трансмісії для передачі крутного моменту з валу двигуна на колеса автомобіля.

Механізм механічної коробки передач складається з:

• Важеля перемикання передач
• Набору рухомих зубчастих муфт на веденому валу
• Блоку шестерень заднього ходу
• Привідного (ведучого) валу
• Привідної ручки

STEM-модель «Коробка передач» розроблена як інтерактивний наочний навчальний посібник.

Модель легко збирається без клею і інструментів. Все, що потрібно для складання, вивчення і взаємодії з нею, Ви знайдете у наборі:

• Набір якісних дерев’яних пластин і комплектуючих. Деталі вже вирізані, вони просто видавлюються з пластин і готові до складання
• Детальна покрокова кольорова інструкція зі складання
• QR-код до довідкового навчального посібника про модель «Коробка передач» з історією його винаходу, описом принципу його роботи, основними характеристиками, визначеннями, формулами з фізики, механіки, з цікавими завданнями в форматі pdf різними мовами. Також, повна інтерактивна версія доступна в спеціальному розділі програми Ugears AR STEM на Вашому смартфоні або планшеті (завантажується безкоштовно)
• Унікальний AR-досвід зі зібраної моделлю «Коробка передач»: дізнайтеся, де вона використовується в реальному житті і протестуйте його роботу в автомобілі.

Розмір моделі: 13 * 10 * 11 см
Розмір упаковки: 20.5 * 18.8 * 6.3 см

Коробка передач (КПП): призначення і типи коробок перемикання передач в автомобілі

КПП — коробка перемикання передач (КП, коробка передач) є основним агрегатом в пристрої трансмісії на різних видах ТЗ, а також інших механізмах.

Якщо говорити про автомобілі, інших видах наземного колісного транспорту і спецтехніки, основним завданням КП на транспортних засобах є передача крутного моменту від ДВЗ на провідні колеса, а також зміна величини такого моменту і частоти обертання коліс.

Також коробка передач дозволяє ТЗ рухатися заднім ходом. Ще однією особливістю є можливість відключити (від’єднати) трансмісію від двигуна, що дозволяє силовій установці працювати на холостому ходу, не передаючи крутний момент на провідні колеса.

Для чого потрібна коробка передач в автомобілі: призначення КПП

Отже, необхідність установки КПП продиктована тим, що двигун внутрішнього згоряння здатний працювати в обмеженому діапазоні оборотів. Такий діапазон становить, в середньому, від мінімальних 750 оборотів до 7.5-8 тис. об/хв.

Якщо ж говорити про швидкостях, які розвиває ТС, ці швидкості безпосередньо залежать від частоти обертання ведучих коліс. Як правило, колеса при експлуатації розкручуються від 50 до 1500 об/хв (коли зчеплення повністю включено, немає пробуксовки коліс тощо).

Стає зрозуміло, що діапазони обертання коленвала ДВС і самих коліс ніяк не сумісні. Іншими словами, не представляється можливим підібрати єдине передаточне число, здатне забезпечити весь діапазон швидкостей обертання провідних коліс і при цьому також ефективно використовувати повний діапазон оборотів мотора.

Йдемо далі. Тяга, завдяки якій автомобіль приводиться в рух, безпосередньо залежить від потужності двигуна і крутного моменту, який розвиває ДВС. Під потужністю двигуна слід розуміти корисну енергію, яку можна використовувати для руху авто, а під обертовим моментом тягову силу на колесах.

Виходить, моментная і мощностная характеристики двигуна взаємопов’язані. При цьому динаміка розгону і максимальна швидкість, так і тягові показники безпосередньо залежать від числа оборотів коленвала.

Якщо обороти низькі, потужність двигуна не висока, так як максимум потужності агрегат розвиває у верхньому діапазоні оборотів (ближче до максимальних). Що стосується крутного моменту, цей показник не так сильно залежить від числа обертів, як потужність.

Однак і максимальна тяга досягається тільки тоді, коли двигун виходить на оберти максимального крутного моменту. Зазвичай це середній діапазон робочих обертів, причому як для бензинових, так і багатьох дизельних ДВЗ.

При цьому щоб машина рушила з місця і почала прискорюватися, двигуну потрібно подати на колеса більшу потужність, яка досягається тільки на високих оборотах. Знову ж таки, швидкість автомобіля при старті низька, тобто «крутити» двигун до оборотів максимальної потужності недоцільно.

Виходить, необхідно зробити так, щоб досягти найбільш ефективного використання потужності двигуна при низьких обертах на малій швидкості, так і на високих обертах з малою швидкістю, а також на високих швидкостях з низькою або високою частотою оборотів коленвала.

Саме для реалізації цієї задачі використовується трансмісія. Зокрема, за перетворення крутного моменту від ДВЗ на колеса відповідає КПП. Це стає можливим завдяки тому, що передаточне число змінну, завдяки чому вдається ефективно використовувати співвідношення між швидкістю обертання коленвала і ведучих коліс автомобіля.

З урахуванням різних особливостей і характеристик того чи іншого ТЗ, для різних КПП виконується окремий підбір передавальних чисел, кількість самих ступенів (передач) і т. д.

Які бувають коробки перемикання передач на автомобілях

Стосовно до автомобілів, КПП розрізняються на механічні та автоматичні, а також поділяються на ступінчасті і безступінчатий коробки передач. При цьому основними відмінностями можна вважати саму конструкцію і спосіб передачі потоку потужності.

• Найбільше поширення отримали механічні коробки передач (МКПП), у яких використані зубчасті передачі. У таких переключення КПП є ручним, тобто водій самостійно вибирає, а також включає/вимикає передачу. Ще «механіка» може бути виконана з використанням у конструкції планетарних рядів (планетарна передача), однак на сучасних авто такі рішення не використовуються.
• Гидромеханическиекоробки передач (АКПП) є агрегатами, в яких механічні передачі (планетарна передача) працюють в парі з гідравлічною передачею (ГДТ, гідротрансформатор, гідромуфта). При цьому перемикання передач відбувається автоматично (коробка-автомат), тобто без участі водія. Вариаторні коробки передач (CVT, варіатор) являють собою безступінчасте механічну фрикційну передачу. Даний тип КПП також є різновидом автоматичних трансмісій.
• Порівняно недавно МКПП стали автоматизованими. Мова йде про роботизованих коробках передач (РКПВ, коробка-робот), які фактично є механічною коробкою, однак вибір і перемикання передач відбувається автоматично.

Ще додамо, що багато автоматичні і роботизовані, а також вариаторні коробки часто мають можливість ручного управління, тобто водій може самостійно знижувати або підвищувати передачу. Наприклад, автоматична коробка Tiptronic (Тіптронік) або роботизована DSG, а також варіатор з можливістю ручного перемикання передач.