Ръчната (механична) скоростна кутия (трансмисия, предавателна кутия) на автомобила представлява инженерно-проектирана съвкупност от зъбни (зъбчати) колела, валове и други части. Всяко зъбно колело може условно да се разглежда като поредица от лостове наредени в равнината на една окръжност.
Принципи на работа
Във всяка зъбна предавка, където колелата се различават по размера си, големите зъбчати колела правят по-малко обороти (завъртания около оста си), но предават повече сила (въртящ момент) на вала. Обратно на тях, малките правят повече обороти (ъглова скорост), но предават по-малко сила. В крайна сметка, произведението на въртящия момент и ъгловата скорост на входа на скоростната кутия е равно на произведението на същите величини на нейния изход.
Целта на една скоростна кутия е да предава сила или обороти от двигателя към задвижващите колела на автомобила посредством валовете. Когато машината тръгва или се изкачва по височина нагоре, е нужна повече сила. Обратното, когато автомобилът се движи по склон надолу или на равна отсечка, тогава е нужна по-голяма скорост. Тези потребности се регулират ръчно от водача с помощта на трансмисията и нейните зъбни предавки (най-често наричани скорости).
скоростна кутия
Устройство на ръчна скоростна кутия
Съединител
Предавките в старите автомобили са били само три плюс една за заден ход. В зависимимост от това каква предавка е необходима, скоростният лост е премествал целия механизъм по оста на задвижващия вал, за да се получи сцепление между съответните две зъбни колела.
В тези първи модели, въртящият момент се е предавал от входящия двигателен вал с постоянна зъбна предавка на разпределителния вал, а оттам на изходящия задвижващ вал с временни зъбни предавки. Тъй като зъбните колела се въртели с различна скорост, синхронизирането им представлявало проблем за шофьорите.
В по-късните модели автомобили проблемът е решен с помощта на съединители и синхронизатори. Първо, маховика при двигателя се свързва с диска на главния съединител. По този начин се предава въртящия момент от коляновия вал към входящия вал в скоростната кутия.
Когато водачът иска да спре взаимодействието между двигателя и трансмисията, той натиска педала на съединителя (често наричан амбриаж). Това действие задейства хидравлична система, която пък отделя съединителя от маховика. Всъщност механизмът е малко по-сложен, но това обяснение е опростено с цел по-добра нагледност. Най-важното в случая е, че за да се премине от една към друга предавка, съединителят винаги трябва да се освободи, като се натисне и задържи педалът му.
схема на скоростна кутия в неутрална позиция
Работа на съвременна предавателна кутия
За разлика от старите коли, зъбните колела в съвременните предавателни кутии са в постоянно сцепление. Те са в съответните зъбни предавки, но се въртят свободно спрямо задвижващия вал. За да се предаде въртеливо движение на вала с помощта на скоростния лост плюс няколко съединители и синхронизатори, зъбното колело на съответната предавка се обездвижва спрямо вала и започва да се върти заедно с него.
Съществува и едно бездействащо зъбчато колело, което не е на валовете като останалите, а само посредничи при зъбната предавка на задната скорост. Неговата задача е да обърне посоката на въртене на задвижващия вал, докато разпределителният продължава да се върти в същата посока. При превключването на задна, автомобилът трябва да е напълно спрял, защото там няма синхронизатор.
Опростена диаграма на скоростна кутия с 5-те позиции на скоростния лост
Някои от най-съвременните автомобили имат 6 и дори 7 предавки освен задната. Тяхната скоростна кутия изглежда като произведение на инженерното изкуство. За по-голяма яснота обаче и за целите на тази публикация, ще представим опростен модели на по-старите трансмисии, като например тази с 4 предавки от горните изображения. На тях се вижда, че зъбното колело с най-малък диаметър от разпределителния вал, завърта онова с най-голям от задвижващия вал. Това означава много сила, но малко обороти или иначе казано първа скорост.
С нарастване на скоростната предавка, нарастват и диаметрите на зъбните колела от разпределителния вал, а намалява размерът на тези, които съответно са в сцепление с тях. При четвъртата скорост, оборотите на задвижващия вал са равни с тези на коляновия вал. Но в този случай се загубва лостовия ефект и съответно силата, която се насочва към движещите колела.
За да се намали напълно триенето вътре в скоростната кутия, всички нейни предавки и компоненти се намират в среда от специално трансмисионно масло. По време на работа, изходящият вал предава произведените от двигателя мощности чрез карданния вал на диференциала. Той ги разпределя към движещите колела.