Преселекторная коробка передач — тип механической трансмиссии, которая в основном использовалась на легковых и гоночных автомобилях в 1930-х годах, в автобусах с 1940 по 1960 годы и в бронетехнике с 1930 по 1970 годы. Определяющей характеристикой преселекторной коробки передач является то, что рычаг переключения передач позволял водителю «предварительно выбирать» следующую передачу, обычно при этом трансмиссия оставалась на текущей передаче до тех пор, пока водитель не нажмет «педаль переключения передач» в желаемое время.
Конструкция устранила необходимость для водителя контролировать момент использования педали сцепления и рычага переключения передач для достижения плавного переключения в несинхронизированной механической трансмиссии. [1] Большинство трансмиссий с преселектором полностью избегают контролируемого водителем сцепления. Некоторые используют его исключительно для трогания с места. [2] Коробки передач с преселектором были наиболее распространены до широкого внедрения автоматической трансмиссии, поэтому их рассматривали в сравнении с типом механической трансмиссии « аварийная коробка передач ».
Преселекторные коробки передач часто позиционировались как «самоизменяющиеся» коробки передач, [1] однако это неточное описание, поскольку водитель должен выбирать передачу (и часто вручную переключать передачи). Автоматическая коробка передач является настоящей «самоизменяющейся коробкой передач», поскольку она способна переключать передачи без какого-либо участия водителя.
Существует несколько радикально отличающихся механических конструкций коробок передач с преселектором. Наиболее известная из них — конструкция Wilson. [3] Некоторые коробки передач, такие как Cotal, переключают передачи немедленно при перемещении элемента управления, не требуя отдельной педали переключения передач.
По сравнению с современными (несинхронизированными ) механическими трансмиссиями, преселекторные коробки передач были более удобными для водителей в управлении, поскольку они не требовали таких приемов, как двойной выжим сцепления . Преселекторные коробки передач также имели более быстрое время переключения, могли выдерживать большую выходную мощность, имели меньшую массу и могли переключаться под нагрузкой. [ необходима цитата ]
Преимуществом конструкции многих коробок передач с преселектором является то, что фрикционные компоненты представляют собой тормоза [4] , а не сцепления . Это означало, что для деталей, подверженных износу, можно было использовать невращающиеся тормозные ленты, что приводило к более простой конструкции, чем вращающийся компонент, такой как типичное сцепление. Изнашиваемые компоненты также могли быть установлены снаружи механизма (а не зарыты внутри него), что обеспечивало более легкий доступ для обслуживания и регулировки.
Наиболее распространенным типом коробки передач с предварительным выбором была коробка передач Wilson, которая использовала планетарную конструкцию . [5] [6] Предшественником коробки передач Wilson была планетарная коробка передач с ручным управлением, которая использовалась в автомобилях Wilson-Pilcher 1901–1904 годов , построенных в Соединенном Королевстве. Один из директоров компании, Уолтер Гордон Уилсон , стал сторонником преимуществ планетарной коробки передач, которая позволяла передавать большие крутящие моменты, оставаясь при этом управляемой посредством небольшого входного усилия. [7] Уолтер Уилсон был одним из главных изобретателей бронированного танка во время и после Первой мировой войны , [8] и был ответственным за британский танк Mark V 1918 года, использующий планетарную рулевую коробку передач. [7] [9] Lanchester Motor Company в Соединенном Королевстве также производила автомобили с планетарными коробками передач с ручным управлением с 1900 года и построила экспериментальный танк ( Lanchester Gearbox Machine или Experimental Machine K ), оснащенный планетарной коробкой передач. [10]
Уолтер Уилсон продолжил эксперименты с планетарными коробками передач для автомобилей, и в 1928 году была изобретена его «коробка передач Уилсона». Уолтер и один из совладельцев Armstrong Siddeley Motors основали компанию Self-Changing Gears Ltd. (первоначально называвшуюся Improved Gears Ltd. ) для проектирования и производства коробки передач Уилсона. [11] Armstrong Siddeley Thirty 1929 года был одним из первых автомобилей, в котором использовалась коробка передач Уилсона. [12] Коробка передач также производилась по лицензии другими производителями, включая Cord, ERA, Daimler и Maybach. [13] [14]
Водитель заранее выбирал следующую передачу с помощью рычага, установленного на рулевом колесе, затем нажимал на «педаль переключения передач» (часто расположенную вместо обычной педали сцепления ), чтобы активировать переключение передач в желаемое время. [15] [16]
Коробка передач Wilson выпускалась с различными сцеплениями. Наиболее известным является жидкостный маховик , используемый в туристических автомобилях, таких как Daimler (Armstrong Siddeley использовал центробежное сцепление). [2] Спортивные автомобили использовали центробежное сцепление Newton . [2] Это было многодисковое сухое сцепление , похожее на гоночные ручные сцепления того времени, но с нажимным диском, приводимым в действие центробежным способом для включения примерно при 600 об/мин. [17] Чисто гоночные автомобили, такие как ERA , вообще избегали сцепления и полагались на прогрессивное включение ленточного тормоза коробки передач на низшей передаче при запуске. [2] При оснащении центробежным сцеплением или жидкостной муфтой, трогание с места включало простое включение первой передачи, затем сцепление автоматически включалось после нажатия педали акселератора. На других автомобилях педаль переключения передач функционировала как сцепление при трогании с места.
Коробка передач Wilson опиралась на ряд планетарных передач, соединенных изобретательным способом, который также был изобретением Wilson. Последовательные передачи работали путем объединения или «уменьшения редукции», обеспечиваемой предыдущей передачей. [18] Для каждой промежуточной передачи требовалась отдельная планетарная передача с конусным сцеплением для прямой высшей передачи и еще одной планетарной для заднего хода. [19] Было предусмотрено четыре передачи, в то время как многие автомобили (особенно американские) обычно имели только трехступенчатую коробку передач. Это было связано со спортивным или, по сути, гоночным рынком для коробки передач Wilson, так что передаточные числа могли быть расположены ближе друг к другу . Хотя это же расположение эпициклических передач стало предшественником послевоенной автоматической трансмиссии, [2] использование автоматической трансмиссией гидротрансформатора вместе с широким диапазоном мощности и избыточной мощностью двигателей V8 США означало, что более широкое расположение, а значит, и меньшее количество передаточных чисел были приемлемы. В отличие от «аварийных» коробок передач первой половины XX века, шестерни в коробке преселектора находятся в постоянном зацеплении по планетарной схеме.
Переключение передач с коробкой Wilson основывалось на управлении тормозными лентами, которые удерживали кольцо каждого эпицикла в фиксированном положении. Выбираемая тормозная лента контролировалась вращающимся кулачком, перемещаемым рычагом переключения передач. Для каждого выбора передачи включалась только одна лента. Этот небольшой ручной рычаг не мог обеспечить достаточной мощности для включения и блокировки тормозной ленты, поэтому требовалась ножная педаль. Фактическое движение тормозных лент контролировалось механизмом «рычага», отличительной чертой конструкции Wilson. [19] Когда педаль нажималась и отпускалась, серия или «шина» пальцевидных рычагов отжималась вверх сильной спиральной пружиной против серии легких связей или «рабочих стоек». [20] Положение каждой связи контролировалось кулачковым валом выбора передач. Если кулачок (для каждой передачи) удерживал тягу на месте, а не позволял ей откидываться в сторону, то палец шины затем нажимал через рабочую стойку на переключатели, управляющие самими тормозными лентами. Эти переключатели обеспечивали дополнительный рычаг, необходимый для удержания тормозной ленты на месте под действием силы спиральной пружины до следующего нажатия на педаль. Еще одной характеристикой конструкции Уилсона было использование саморегулирующихся гаек на каждой ленте для компенсации износа. Действие зацепления и расцепления каждой ленты было достаточным для продвижения гаек храповика и, таким образом, регулировки износа путем устранения любого провисания. [19] [20]
.jpg/1280px-Delahaye_MS_135_MS,_Bj._1935_-_Schaltung_(1977-08-12).jpg)
В 1920-х и 1930-х годах несколько французских производителей автомобилей класса люкс использовали трехскоростную или четырехскоростную коробку передач с преселектором производства Cotal. Уникальным аспектом коробки передач Cotal было использование электромагнитных муфт (вместо ленточных тормозов) для включения передач. [21] Недостатком этого подхода было то, что потеря электроэнергии означала, что двигатель больше не мог приводить в движение колеса. Муфты управлялись простым переключателем на приборной панели или колонке, который описывался как «вишенка на палочке для коктейля», [2] и реле. Механического сервопривода не было, поэтому не было необходимости в кулачковых или тумблерных механизмах Уилсона и педали переключения передач.
В 1930-х годах автомобили Humber оснащались четырехступенчатой коробкой передач с преселектором производства Laycock-de Normanville . [22] Она была в целом похожа на Wilson, но использовала прямой гидравлический привод тормозных лент (выбор осуществлялся с помощью рычага на рулевой колонке), что позволяло избежать необходимости в педали переключения передач.
Несколько автомобилей Talbot в 1930-х годах, такие как Talbot AX65 Darracq 1932–1935 годов , использовали «ускоряющую коробку передач», разработанную Жоржем Решем на основе патентов Wilson. [23] [24] [25] Коробка передач Roesch была значительно переработана как по конструкции, так и по материалам, в результате чего коробка передач стала легче и могла выдерживать в три раза большую мощность, чем коробка передач Wilson. [26] [27]
Эта коробка передач автоматически предварительно выбирала первую передачу при включении заднего хода. При включении второй передачи коробка передач затем предварительно выбирала третью, и четвертую, когда включалась третья. [2] Затем она переключалась между третьей и четвертой, пока другая передача не была предварительно выбрана вручную. [28] Первоначальные версии производились без какой-либо формы сцепления, однако вскоре в конструкцию было добавлено центробежное сцепление. Описанное Тэлботом как «транспортное сцепление». [27] это было простое устройство с двумя радиально качающимися колодками (похоже на барабанный тормоз).
Ранняя коробка передач с предварительным селектором была прототипом трехскоростной мотоциклетной коробки передач, запатентованной французом Марселем Вирателем в 1906 году. Конструкция и производство были очень компактными. [29] [30] [31]
Немецкий бронированный танк Tiger I 1942–1945 годов использовал форму преселективной коробки передач, которая была разработана Maybach и предлагала 8 передаточных чисел. Механизм переключения был гидравлическим, чтобы уменьшить усилия водителя. Муфты использовались в комбинациях, что позволяло получить гораздо больше передаточных чисел, чем приводы. Было три гидравлических цилиндра, каждый с двумя положениями и управляющими кулачковыми муфтами для зубчатых передач, расположенных на четырех валах. Цилиндры управлялись поворотным клапаном на простом рычаге переключения передач и активировались нажатием рычага вбок в его затвор. Комбинация трех цилиндров допускала восемь различных передаточных чисел, хотя в обратном направлении они были ограничены только четырьмя низшими. [32] Когда захваченный танк Tiger I изучался британцами в 1943 году, отчет о коробке передач был подготовлен Armstrong Siddeley motors. [33]
Коробка передач с несколькими сцеплениями позволяет избежать трудностей переключения передач, избегая необходимости переключения вообще. Она работает как несколько отдельных коробок передач, каждая из которых управляется отдельным сцеплением, сблокированным для избежания множественного выбора. Выбор передачи — это вопрос выбора соответствующего сцепления. Преимущество этого типа заключается в том, что его легко организовать дистанционно, поскольку нет тяги переключения передач как таковой, а есть лишь дублирование тяги сцепления.
Этот тип коробки передач появился в марте 1917 года в ходе испытаний коробки передач Oldbury, на которых проверялись различные трансмиссии на восьми британских тяжелых танках . [8] Каждое передаточное отношение имеет свой собственный вал и свое собственное сцепление. При условии, что сцепления заблокированы так, что только одно может быть задействовано одновременно, система проста.
В начале 1980-х годов эта трансмиссия была разработана для городских автобусов в Великобритании как Maxwell , с четырехступенчатой коробкой передач. Автобусы в Великобритании в основном двухэтажные с задним поперечным расположением двигателей. [34] Их использование также подразумевает частые остановки и трогания с места, что приводит к сильному износу сцепления для обычных коробок передач. Преимуществом этой компоновки было использование четырех сцеплений, все из которых легко обслуживались снаружи узла двигателя, без необходимости снимать двигатель. Сцепления представляли собой многодисковые масляные мокрые сцепления. Первые коробки передач приобрели репутацию ненадежных, и в 1985 году первоначальные разработчики, Brockhouse, лицензировали их для Avon Maxwell Transmissions. Разработанная версия с увеличенным масляным насосом была доступна в качестве модернизации для большинства автобусов в Великобритании. [35] Необычной особенностью этой коробки передач была возможность одновременного включения первой и второй передачи. Это действовало как гидравлический замедлитель мощностью 50 л. с .
Идея быстрого переключения передач только с помощью сцепления также была разработана в качестве трансмиссии с двойным сцеплением в последних высокопроизводительных автомобилях. Это сочетает в себе простоту переключения коробки передач с быстрым переключением конструкции на основе сцепления. Фактически существуют две отдельные коробки передач, каждая из которых предлагает альтернативные передаточные числа из общего набора, и два сцепления выбирают, какая коробка передач действует. Изменения в коробке передач производятся автоматически, чтобы предсказать, какое передаточное число потребуется водителю следующим. При условии, что следующее передаточное число было выбрано правильно (т. е. компьютер правильно угадал относительно переключения на повышенную или пониженную передачу), само переключение представляет собой просто быстрое движение сцепления. Однако неожиданные переключения могут сбить систему с толку, и она должна сначала выбрать правильное передаточное число, прежде чем включать сцепление, что обеспечивает гораздо более медленное переключение.
Полуавтоматические трансмиссии, обычно в виде бессцепных механических трансмиссий , автоматизируют только систему сцепления и используют различные системы управления для облегчения работы сцепления, при этом все еще требуя вмешательства водителя для ручного переключения передач. Эти системы были введены многочисленными производителями серийных автомобилей до появления и производства гидравлических автоматических трансмиссий , начиная с середины 1930-х годов и до начала-середины 1990-х годов. Эти системы либо полностью исключали педаль сцепления, либо сохраняли ее, но сцепление требовалось использовать только для выполнения старта с места из неподвижного положения, а не для переключения передач.
Позднее были внедрены дальнейшие усовершенствования и разработки, и было использовано несколько других методов для автоматизации процесса работы сцепления и выбора передач одновременно, в частности, современная автоматизированная механическая коробка передач , представленная несколькими автопроизводителями в 1990-х годах, но впервые примененная компанией Isuzu с ее трансмиссией NAVi5 в 1985 году.
Коробки передач с преселектором использовались в нескольких гоночных автомобилях и мотоциклах, включая Международные шестидневные гонки 1921 и 1922 годов в Швейцарии, где мотоциклы Марселя Вирателя участвовали вместе с серийными мотоциклами; ERA R4D 1935 года [ 43 ] и автомобили для гонок на горных лыжах, такие как Auto Union «Silver Arrows» 1930-х годов .
Несколько автобусов, построенных в Великобритании примерно с 1940 по 1960 год, имели преселекторную трансмиссию, включая те, что были построены Leyland, [44] Daimler и AEC. Тип AEC RT , автобус, который обычно использовался в Лондоне в этот период, использовал сжатый воздух для приведения в действие переключения передач, [45] [46] в то время как другие коробки передач использовали механическое приведение в действие.
Типичная эксплуатация лондонских автобусов заключалась в том, что у них была очень низкая первая передача, используемая только на холмах, поэтому водитель при трогании с места выбирал вторую передачу, нажимал и отпускал педаль переключения передач, чтобы включить трансмиссию, а затем выбирал третью, готовясь к переключению передач на ходу, все это делалось, пока автобус стоял на месте. При трогании с места нажималась только педаль акселератора, а окончательное переключение на третью передачу осуществлялось простым нажатием педали переключения передач.
Автобусы с преселектором также экспортировались в разные страны — AEC Regent III с коробками передач типа Wilson использовались в Западной Австралии в течение 25 лет в составе общественного транспорта с 1950 по 1976 год. [47]
Некоторые мотоциклы James 1950-х годов были построены с использованием двигателей Villiers и коробки передач с предварительным выбором. [ необходима цитата ] Они приводились в действие нажатием педали переключения передач для выбора 1-й передачи, затем вытягиванием рычага сцепления, и при его возвращении передача включалась и двигалась вперед. Повторное нажатие педали переключения передач включало 2-ю передачу, которая включалась только после того, как рычаг снова вытягивался.
Некоторые ранние бензиновые и дизельные вагоны в 1930-х годах использовали коробку передач преселектора Wilson. Вагоны GWR 'Flying Banana' с двигателем AEC имели такую коробку передач. [49]