Зачем вообще автомобилю нужна коробка передач? Из-за особенностей работы ДВС. При низких оборотах ему не всегда хватает сил (крутящего момента) вращать колёса и двигать автомобиль. Чтобы помочь мотору, нужно дать ему возмож­ность при маленькой скорости движения машины крутиться быстрее — для этого двигатель соединяют с колёсами через передачу. Простейшая передача — это две шестерни разного размера, сцеплен­ные зубьями. Пред­ставьте, что у одной зубьев в три раза больше, чем у другой. Тогда за один оборот большой шестерни малая сделает уже три оборота. И напротив, соединив двигатель с маленькой шестернёй, а колёса — с большой, мы заставим их крутиться в три раза медленнее коленвала. Ещё один плюс: крутящий момент, вращающий колёса, тоже будет в три раза выше крутящего момента двигателя. Но когда скорость автомобиля возрастёт вдвое, обороты мотора увеличатся уже в шесть раз. А он не может вращаться слишком быстро — топливо просто не будет успевать сгорать. Поэтому по мере разгона двигателю потребуется другая пара шестерён — с менее кардинальной разницей в количестве зубьев (её называют пере­даточным отношением). В совре­менных легковых автомобилях 5–6 разных передач (или ступеней), а у некоторых и девять. А коробка передач — это агрегат, в котором все они собраны вместе. То есть коробка передач — это просто набор шестерён? И да, и нет. В реальности всё сложнее. Помимо самих передач нужны ещё механизмы, которые позволяют эти передачи менять. Да и шестерни — лишь один из видов передач. За сто с лишним лет существо­вания автомобилей придумано множество механизмов — от простейших шкивов, между которыми пере­брасывался приводной ремень (подобно тому, как это делается с цепью на велосипедах), до совсем экзотических конструкций. И сегодня в автомобилях используют четыре типа коробок передач: механическую, гидро­механическую, роботизи­рованную и вариатор. Каждая работает по-своему. Устройство механической коробки передач ближе всего к примеру, который мы рас­смотрели в самом начале. Передачи в ней — это как раз пары шестерён: ведущая плюс ведомая, с разными пере­даточными отношениями. Все ведущие шестерни насажены на входной вал от двигателя, а ведомые — на выходной, передающий крутящий момент колёсам. Но первые жёстко соединены с валом, а вторые могут свободно вращаться независимо от вала. Если ведомую шестерню (на рисунке они внизу) любой из передач всё-таки зафикси­ровать на валу — жёстко с ним связать, то двигатель будет крутить колёса с соответ­ствующим передаточным отношением. Для фиксации шестерён на выходном валу в коробке передач применяются зубчатые муфты, которые могут двигаться вдоль его оси. Водитель, выжимая сцепление, отсоединяет входной вал (а с ним и ведомые шестерни) от двигателя. Потом водитель рычагом включает передачу — сдвигая муфту к нужной шестерне. Между шестернёй и муфтой есть ещё фрикци­онное кольцо — синхрони­затор. Движение муфты заставляет его прижиматься к шестерне и тормозить её или разгонять до скорости вращения вала. Когда скорости вращения шестерни и муфты выравнива­ются, муфта своими зубцами соединяется с шестернёй и передача включается. Водителю остаётся только аккуратно отпустить сцепление, снова подключив коробку передач к мотору. Как устроен задний ход? Чтобы автомобиль поехал назад, выходному валу коробки нужно начать вращаться в обратную сторону. Для этого шестерни на входном и выходном валах просто соединяются ещё одной, промежуточной. А поскольку задний ход мы включаем на неподвижном авто­мобиле (когда валы в коробке не крутятся), заднему ходу не требуются синхронизатор и муфта. Обычно двигается вдоль своей оси сама промежуточная шестерня, цепляясь зубцами за остальные. Поначалу точно так же, кстати, работали все передачи на первых механи­ческих коробках в автомобилях — но на ходу включить их было намного труднее синхрони­зированных, повышался износ зубьев. Так появились те коробки передач, которыми мы привыкли пользоваться.