Все коробки передач, применяемые на легковых автомобилях, можно разделить по способу переключения на механические и автоматические. А по принципу действия — на ступенчатые и бесступенчатые. Самый простой вариант — механическая коробка передач (МКП). В такой коробке есть несколько пар цилиндрических шестерен, каждая из которых имеет свое передаточное отношение. Задействуя ту или иную пару шестерен, водитель изменяет крутящий момент на выходном валу коробки и скорость его вращения относительно входного вала. Выбор передач обычно осуществляется рычагом переключения, с помощью которого перемещаются муфты, соединяющие выбранные пары шестерен с выходным валом. Для плавного переключения муфты снабжены синхронизаторами, уравнивающими скорости включаемой шестерни и вторичного вала. Впрочем, существуют и несинхронизированные МКП, но они устанавливаются, как правило, на спортивных автомобилях. Вместо муфт переключения в таких коробках используется кулачковое зацепление, обеспечивающее более быструю смену передач. Также вместо привычного рычага на спорткарах часто применяют секвентальные переключатели, в которых передачи «перебираются» только последовательно — от низшей к высшей и обратно.
Планетарные системы
Автоматические коробки работают без участия водителя, самостоятельно выбирая наиболее подходящую для текущих условий передачу. Классическим «автоматом» принято считать гидромеханическую коробку, в состав которой входит гидротрансформатор, несколько планетарных передач и фрикционные муфты, обеспечивающие смену передач. Гидротрансформатор устанавливается между коленчатым валом двигателя и планетарными передачами, выполняя функции сцепления и обеспечивая плавное изменение крутящего момента. Крутящий момент в нем передается за счет гидродинамических сил, возникающих в жидкости, заполняющей его внутреннюю полость. Гидротрансформатор состоит из связанного с двигателем насосного колеса, статора (реактора) и турбинного колеса, соединенного с шестернями в коробке передач. При вращении двигателя насосное колесо создаёт внутри гидротрансформатора поток масла, который заставляет вращаться турбину. Благодаря тому, что в гидротрансформаторе отсутствует жёсткая кинематическая связь, исключаются ударные нагрузки на трансмиссию, а разгон автомобиля становится более плавным. Однако взаимное «проскальзывание» насосного и турбинного колес приводит к повышенному выделению тепла и увеличению расхода топлива, что и является основными недостатками традиционных автоматических коробок.
Робот тоже автомат!
Коробки с роботизированным переключением передач, или попросту «роботы», объединяют достоинства двух предыдущих видов трансмиссий — работают без участия водителя (то есть автоматически) и почти так же просты, как обычная МКП. По сути «робот» — это и есть механическая коробка, переключение передач и управление сцеплением в которой осуществляется сервоприводами под контролем компьютера. Таким образом двигатель всегда работает в оптимальном режиме, а КПД выше, чем у гидромеханического «автомата». Но в моменты переключения передач «роботом» может ощущаться небольшой рывок. Чтобы избавиться от этого недостатка, придумали роботизированные коробки с двумя сцеплениями, работающими практически так же плавно, как и классические АКП.
Ремень вместо шестерен
К автоматическим коробкам обычно относят и вариаторы, хотя, строго говоря, передаточное отношение в них изменяется бесступенчато, а не переключением шестеренчатых передач. Но происходит это тоже автоматически.
Вариатор состоит из двух шкивов, половинки которых могут сходиться друг с другом или расходиться, что и позволяет плавно и бесступенчато изменять соотношение передаточных чисел. Для передачи крутящего момента используется толкающий ремень, набранный из множества стальных пластин. Существуют и другие конструкции — например, использующие вместо ремня клиновую цепь или ролики, передающие вращение от одной тороидной поверхности к другой, но они встречаются гораздо реже.