Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Трансмиссия автомобиля

Трансмиссия (силовая передача) в машиностроении, это совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колесами транспортного средства (автомобиля), а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колесам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач) входит в состав силового агрегата.

Индексы величин трансмиссии

eff — эффективная;

tot — общая,

hydr — гидравлическая;

max — максимальная;

min -минимальная;

fd — главная передача,

о — относится к макс, мощности;

dt — трансмиссия;

G — коробка передач;

Р -насос;

R -реактор;

Назначение трансмиссии

Автомобильная трансмиссия создает тяго­вое усилие, необходимое для преодоления сопротивления движению. Химический (то­пливо) или электрический (гальванические батареи, солнечные элементы) вид энергии преобразуется в механическую энергию в си­ловом агрегате (двигатель внутреннего сго­рания карбюраторного или дизельного типа, либо электрический двигатель), работающем в пределах определенного диапазона оборо­тов, ограниченного частотой холостого хода и максимальной частотой вращения коленча­того вала двигателя.

Тяговый баланс между движущей силой и силами сопротивления движению

Расчет характеристик движения

Динамические характеристики автомобиля, описываемые уравнением тягового баланса, устанавливают равновесие между движущей силой и силами сопротивления движению.

Из уравнения тягового баланса рассчиты­ваются ускорение, максимальная скорость движения, сопротивление подъему. Один из важных оценочных параметров коробки пе­редач диапазон передаточных чисел равен:

Коэффициент повышающей передачи φ оп­ределяется следующим образом:

Данное уравнение устанавливает равенство между движущей силой и силами сопротивления движению, и может быть применено для нахождения различных величин, таких, как, например, ускорение, максимальная скорость движения, способность преодолевать подъемы и т д. (рис. «Рабочая характеристика двигателя с кривыми сопротивления движению»)

Вычисление эффективной удельной мощ­ности базируется на значении мощности Р , связанной с величиной тягового усилия (полезная мощность двигателя минус мощность, затрачиваемая на привод вспомогательного оборудования, и потери мощности). (рис. «Тягово-скоростная характеристика автомобиля)

При φ = 1 диапазон передаточных чисел для легковых автомобилей равен 3…4, для грузовых автомобилей — 8…10. Поскольку коэффициент φ служит для определения относительных положений кривых сопротив­ления движению и выходной мощности дви­гателя во время работы на высших передачах, с его помощью можно также определить уро­вень эффективности работы двигателя.

При φ > 1 происходит смещение в неэф­фективный диапазон работы двигателя, но в то же время это создает запас для разгона и повышает тяговую способность автомобиля на подъемах на высших передачах. При φ 1 диапазон переда­точных чисел уменьшается, при φ — воз­растает.

Схемы трансмиссий

Изменяются в соответствии с расположением двигателя и ведущего моста (табл. «Схемы трансмиссии»).

Элементы трансмиссии

Должны удовлетворять основным требова­ниям, связанным с эксплуатацией автомо­биля:

• Обеспечение неподвижного состояния да­же при работающем двигателе;
• Осуществление перехода от неподвижного к подвижному состоянию;
• Преобразование крутящего момента и ско­рости вращения;
• Обеспечение прямого и обратного направ­лений движения;
• Гарантирование того, что эксплуатацион­ные режимы соответствуют минимальным расходу топлива и эмиссии вредных ве­ществ в отработавших газах.

Переход к движению и прерывание пере­дачи крутящего момента выполняются с по­мощью сцепления. В целях компенсации разницы частот вращения валов двигателя и трансмиссии в сцеплении предусмотрено проскальзывание в тот момент, когда авто­мобиль начинает движение. Когда при изме­нении условий движения необходимо пере­ключить передачу, сцепление отсоединяет вал двигателя от трансмиссии.

В автоматических трансмиссиях гид­родинамическое сцепление или гидро­трансформатор отвечают требованиям автоматического включения привода.

Трансмиссия изменяет крутящий момент двигателя с целью получения необходимых тяговых усилий автомобиля и поддержания мощности на сравнительно постоянном уровне.

Суммарное передаточное число трансмис­сии обычно представляет собой произведе­ние одного из передаточных чисел ступенча­той коробки передач и передаточного числа главной передачи.

Механические коробки передач обычно подразделяются на две категории: с цилин­дрическими зубчатыми колесами, ручным переключением, ведомым (основным) и про­межуточным валами. либо с планетарным механизмом, характеризующимся переклю­чением без разрыва потока мощности (в ав­томатических коробках передач). Коробка передач также предоставляет возможность выбора различных направлений вращения для прямого и обратного (задним ходом) ре­жимов движения.

Дифференциал позволяет ведомым валам и колесам вращаться с различными угловыми скоростями во время совершения автомоби­лем поворота и распределяет подводимый к нему крутящий момент между колесами или мостами. Дифференциал повышенного трения реагирует на величину буксования одного из колес, передавая дополнительную мощность на отстающее колесо.

Для ослабления высокочастотных вибра­ций служат гасители крутильных колебаний, системы согласования масс и гидравлические элементы трансмиссии. Они позволяют защищать силовой агрегат от чрезмерных на­грузок и повышать комфортабельность дви­жения путем уменьшения вибраций.

Сцепления и муфты

Сухое фрикционное сцепление

Сухое фрикционное сцепление cостоит из нажимного диска с поверх­ностью трения, ведомого диска, имеющего фрикционные накладки, и второй поверхности трения, представленной маховиком двигателя. Маховик и нажимной диск непосредственно связаны с двигателем, а ведомый диск устано­влен на ведущем валу коробки передач. (рис. «Устройство сухого фрикционного сцепления»)

Пружинный механизм, часто выполняемый в виде диафрагменной пружины, создает уси­лие, которое объединяет работу маховика, нажимного диска и ведомого диска с целью обеспечения их совместного вращения; в этом случае сцепление включается для передачи крутящего момента. Для выключения сцеп­ления выжимной подшипник передает центру пружины определенное усилие, высвобождая, таким образом, усилие включения на периферии. Управление сцеплением осуществляется непосредственно под действием педали сце­пления либо с помощью электрогидравлических или электромеханических элементов управления. Для поглощения колебаний дополнительно к ведомому диску может присое­диняться одно- или многорежимный гаситель крутильных колебаний как с предваритель­ным гасителем, так и без него.

Двухсекционный (сдвоенной массы) махо­вик имеет в качестве отличительной особенно­сти упругий промежуточный элемент, который может быть установлен впереди сцепления для обеспечения максимального гашения колебаний. (рис. «Сцепление со сдвоенной массой маховика»)

Автоматическое сцепление позволяет осу­ществлять плавное троганье автомобиля с места, а также может применяться совместно с сервомеханизмом включения с целью обес­печения полностью автоматического переключения передач. К другим функциям автомати­ческого сцепления можно отнести действия по управлению тяговым усилием во время ускорения автомобиля и по прерыванию по­тока мощности во время торможения. Также в процессе торможения возможны контроль силы тяги и отсоединения силовой передачи.

Подробнее об устройстве механизма сцепления можно почитать здесь.

Фрикционное сцепление, работающее в масле

Преимущество мокрого фрикционного сце­пления перед сухим состоит в обеспечении лучших тепловых характеристик, благодаря тому. что масло активно способствует рассеи­ванию тепла. Однако, потери тяги у мокрого фрикционного сцепления во время отсоеди­нения двигателя значительно выше, чем у су­хого. Использование мокрого сцепления в со­четании с синхронизированными коробками передач представляет собой проблему из-за повышенной синхронной нагрузки во время переключения передач. Мокрые сцепления используются в легковых автомобилях, ос­нащенных трансмиссией с бесступенчатым изменением передаточного отношения.

Гидромуфты и гидротрансформаторы

Гидродинамические муфты и гидротранс­форматоры служат для передачи крутящего момента двигателя посредством циркулиру­ющей в их рабочей полости жидкости. Эти устройства, обеспечивающие компенсацию разности частот вращения двигателя и транс­миссии, идеально подходят для перехода от неподвижного состояния к движению. Гидро­трансформатор также позволяет повышать крутящий момент. Насосное колесо гидро­трансформатора преобразует механическую энергию, получаемую от силового агрегата, в гидравлическую энергию рабочей жидкости ( ATF ), а повторное преобразование обратно в механическую энергию происходит на ло­пастях турбинного колеса. (рис. «Гидротрансформатор с блокировочной муфтой (радиальное сечение)») и (рис. «Разрез гидротрансформатора с блокировочной муфтой и пружиной демпфера»).

Входной крутящий момент насосного ло­пастного колеса (насоса) М_Р и входная мощ­ность насоса Р_Р подсчитываются следующим образом:

М_Р = λ p D₅ ωp 2 , Pp = λ p D₅ ωp 3

λ — коэффициент крутящего момента;

р — плотность среды (≈ 870 кг/м 3 для рабочей жидкости);

D -наибольший диаметр круга циркуляции, м ;

_{ω p} — угловая скорость насоса, рад/с .

Реактор, расположенный между насосом и турбиной, направляет жидкость снова ко входу в насос.Отношение момента турбины М_Т к мо­менту насоса М_Р называется коэффициен­том трансформации: μ =-М_Т/М_Р, который возрастатет в функции отношения частот вращения насоса и турбины.

Передаточное отношение определяется от­ношением угловой скорости турбины к угло­вой скорости насоса: v = ω _т/ ω _p; от этого па­раметра зависят как коэффициент момента λ , так и коэффициент трансформации μ .

Коэффициент скольжения s = 1 — v и ко­эффициент трансформации определяют гид­равлический к. п. д.:

η_hydr = μ (1 -s) = μv.

Максимальное увеличение крутящего момента происходит при v = 0 , то есть при остановлен­ной турбине (стоповый режим). Повышение частоты вращения турбины фактически со­провождается линейным уменьшением коэф­фициента трансформации до тех пор, пока не достигается режим с соотношением моментов 1:1. Реактор, связанный с неподвижным корпу­сом через механизм свободного хода, начинает свободно вращаться в потоке жидкости.

Двухфазный преобразователь крутящего момента Феттингера

Двухфазный преобразователь крутящего момента Феттингера с центростремитель­ной турбиной (преобразователь типа Trilok) является стандартом для применения в ав­томобиле. Геометрическая схема разме­щения лопастей этого агрегата выбирается с целью обеспечить коэффициент трансформации 1,7-2,5 на стоповом режиме (v=0) (рис. «Преобразователь типа Trilok«). Кривая гидравлического к.п.д. η_hydr = v·μ в диапазоне преобразования явля­ется близкой к параболической. За режимом гидромуфты, который характеризуется сколь­жением 10…15%, к.п.д. соответствует передаточному отклонению п и достигает 97% при высоких угловых скоростях двигателя.

Гидротрансформатор обеспечивает бес­ступенчатое изменение величины крутящего момента, демпфирование крутильных коле­баний, поглощение пиковых значений мо­ментов и передачу мощности фактически без какого-либо заметного износа.

Диапазон преобразования и к.п.д. гидро­трансформаторов не являются достаточными для применения их на транспортных средст­вах. Эти устройства могут обеспечивать эко­номичный режим работы только при исполь­зовании вместе с многоступенчатыми или бесступенчатыми коробками передач. Однако работа с неполным включением (скольже­нием) приводит к снижению к.п. д.

Блокировочная муфта

Обеспечивает фрикционную связь между на­сосом и турбиной с целью избежать потерь к.п.д, связанных со скольжением. Она имеет поршень со специальной поверхностью тре­ния. Все это подсоединено к ступице турбины через гаситель крутильных колебаний.

Трансмиссия автомобиля

Техническим термином «трансмиссия» называют систему механизмов, участвующих в передаче вращения и мощности от выходного вала двигателя внутреннего сгорания к ходовой части транспортного средства. Элементы, входящие в transmission, влияют на силовые потоки и их направленность. Агрегаты постоянно взаимодействуют друг с другом в различных вариантах и комбинациях, при этом скорость движения вперед изменяется и обеспечивается реверс авто.Трансмиссия автомобиля является связующим звеном между двигателем и ходовой частью (колесами).

Требования к трансмиссии автомобиля

Проектирование и изготовление рабочих узлов и деталей трансмиссии ведутся в соответствии с определенными требованиями:

1. Обеспечение передачи мощности на колеса с минимальными потерями.
2. Надежность конструкции.
3. Простота и доступность управления всеми механизмами машины.
4. Уменьшение веса каждого рабочего элемента трансмиссии.

Чем выше коэффициент полезного действия (КПД) механизма, тем эффективнее используется топливо, залитое в бак автомобиля. Высокая надежность трансмиссии дает уверенность водителю, что агрегаты трансмиссии не выйдут из строя в процессе езды. Во время движения по трассе внимание оператора не должно быть отвлечено от ситуации на дороге. Чтобы обеспечить полноценный контроль за движением автомобиля и снизить вероятность ДТП, управление трансмиссией не должно быть сложным для автомобилиста.

Габариты и вес механизмов оказывают большое влияние на стоимость автомобиля в целом. Компании-производители постоянно борются за снижение цен на выпускаемую продукцию и стремятся облегчить и уменьшить в объеме готовые изделия. Модели, выпускаемые для широкого использования, не должны издавать много шума. Данное требование к конструкции трансмиссии автомобиля также входит в представленный перечень.

Устройство трансмиссии автомобиля

В двигателе сгорает топливная смесь, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для колес автомобиля, Полученная мощность передается через соответствующие системы агрегатов.

Что такое трансмиссия автомобиля, как она устроена? В упрощенном виде трансмиссия автомобиля состоит из основных составляющих:

• система сцепления;
• коробка передач;
• ведущий мост;
• дифференциал.

В соответствии с колесной формулой авто (например, 4х2, 4х4 и пр.) трансмиссии разделяются на задне-, передне-, полноприводные. В машинах с полным приводом трансмиссия оснащена дополнительным механизмом – раздаточной коробкой. Основная функция раздатки – распределение момента вращения между ведущими мостами транспортного средства.

Полноприводные автомобили 4х4 чаще всего используются на сложных трассах в условиях бездорожья.

Что такое механизм сцепления

Данное устройство обеспечивает передачу вращения от двигателя к КПП. Его конструкция предусматривает плавную работу трансмиссии при начале движения, ускорении, изменении скорости. В его функции также входит кратковременное отсоединение силового агрегата от трансмиссии. При применении сцепления фрикционного типа вращение передается за счет силы трения между дисками механизма. В зависимости от количества рабочих элементов, механизмы сцепления разделяются на одно-, двух-, многодисковые устройства.

Если диски работают в жидкой среде, такой механизм относится к категории мокрого сцепления. В другом случае сцепление осуществляется за счет трения дисков – сухой вариант соответственно. Современные автомобили чаще всего оснащены двухдисковым механизмом сухого типа.

Ведущий и ведомый диски взаимно прижимаются друг к другу при помощи:

• специальных пружин;
• системы рычагов;
• нажимных подшипников.

Благодаря такому плотному взаимодействию, энергия от мотора передается далее на трансмиссию автомобиля.

При нажатии на педаль сцепления диски расходятся, поток энергии прерывается. Однако, маховик под воздействием силы инерции продолжает вращаться. Плавное нажатие на педаль сцепления приводит автомобиль в движение. При этом диски снова взаимно сжимаются для дальнейшей передачи вращения.

Зачем нужна коробка передач

Благодаря работе КПП, автомобиль имеет возможность двигаться в любом направлении с различной скоростью. По конструкции коробки передач разделяются на механизмы ступенчатого и бесступенчатого типа. В ступенчатых коробках передачи переключаются по ступеням, к данной категории относятся механические МКПП и роботизованные РКПП. Бесступенчатые – это коробки-вариаторы соответственно.

В автомобилях с МКПП водитель самостоятельно переводит специальный рычаг управления в нужное положение, чтобы выбрать заданную передачу. Механической коробкой проще управлять, т.к. она обладает простой надежной конструкцией. Данная модель коробки передач – наиболее распространенный вариант исполнения.

Немалой популярностью среди владельцев авто пользуются также коробки автомат. В АКПП гармонично сочетаются функции механической и роботизированной коробок. Благодаря электронной системе управления коробкой передач, появилось название – автоматическая трансмиссия. Водителю не приходится отвлекаться от ситуации на дороге, чтобы вручную переключать скорости. Электронное управление делает эту работу в автоматическом режиме на основании данных, полученных со специальных встроенных датчиков.

Среди недостатков АКПП можно отметить:

• невысокую динамику автомобиля при разгоне;
• завышенное потребление бензина;
• некоторые ограничения при буксировке.
• Функции ведущего моста

Специальный опорный механизм – ведущий мост объединяет колеса, расположенные на одной оси. На опоры ведущего, а также ведомого мостов также устанавливается рама транспортного средства. Через трансмиссию на ведущий мост подается момент кручения от двигателя внутреннего сгорания для обеспечения вращения колес.

Назначение дифференциала

Благодаря специальному устройству, под названием дифференциал, кинетическая энергия, поступающая от ДВС, разделяется на два потока к колесам автомобиля. При помощи планетарной передачи при повороте машины колеса проходят путь различной длины без пробуксовок, потери управления и повышенного износа шин. Польза от дифференциала особенно ощущается при преодолении препятствий на трассе:

• неровности дороги (ямы, ухабы, выбоины);
• гололед;
• снежные заносы;
• грязь на проселочных дорогах в дождь и пр.

Виды трансмиссий

Что такое трансмиссия в автомобиле, какие виды встречаются. Данные механизмы разделяются наследующие виды:

1. Механическая.
2. Гидромеханическая.
3. Гидростатическая.
4. Гидродинамическая.
5. Электромеханическая.

Выбор подходящей конструкции зависит от области применения и эксплуатационных особенностей трансмиссии.

Трансмиссия механического типа

Среди автопроизводителей и потребителей наибольшей популярностью пользуются легковые машины, оснащенные механической трансмиссией. При передаче мощности от двигателя к ходовой части в трансмиссии данного вида участвуют шестерни с зубчатым зацеплением и фрикционные элементы. Благодаря этому, система обладает следующими преимуществами:

• высоким КПД;
• сравнительно небольшим весом;
• компактными габаритами;
• простотой обслуживания;
• надежностью.

Основные недостатки механических трансмиссий:

• отсутствие плавности при переходе на другую скорость;
• нерациональный расход мощности силового агрегата;
• сложность управления коробкой механического типа при смене передач.

Гидромеханическая трансмиссия

Трансмиссия автомобиля подобного типа включает в себя как механическую, так и гидравлическую системы. При ее работе передаточные числа и момент вращения плавно изменяются без участия оператора. Водитель воздействует на количество и время подачи топливной смеси, нажимая на педаль газа.

Гидромеханическая трансмиссия состоит из следующих агрегатов:

• Автоматическая коробка передач АКПП.
• Гидротрансформатор.
• Система управления.

Вместо привычного фрикционного дискового механизма, в трансмиссии автомат функцию сцепления выполняет специальный агрегат – гидротрансформатор. Он размещен непосредственно перед коробкой передач. Благодаря гидротрансформатору автомобиль плавно переходит на другую скорость во время движения, что существенно увеличивает эксплуатационный срок трансмиссии, силового агрегата и всего транспортного средства. При управлении автомобилем с автоматической трансмиссией водителю не нужно часто отвлекаться на механическое переключение передач, такое вождение более комфортно и безопасно.

Основные минусы трансмиссии гидромеханического типа:

• сложная конструкция;
• сравнительно большая масса;
• дорогостоящий ремонт;
• высокая стоимость.

Трансмиссия гидростатического типа

Гидростатические трансмиссии способны передавать мощность от силового агрегата к рабочим элементам, расположенным на некотором расстоянии. Область применения гидростатики – дорожные катки, металлорежущие станки, теплоходы. К особенностям эксплуатации гидростатических трансмиссий можно отнести повышенные требования к качеству используемых рабочих жидкостей.

Применение гидравлической трансмиссии

Данные конструкции пользуются наименьшим спросом. Здесь на каждой передаче установлена специальная гидромуфта. Это дает возможность трансмиссии передавать момент вращения наибольшей величины. Гидродинамические трансмиссии чаще всего используются в железнодорожной технике.

Особенности трансмиссий электромеханического типа

В качестве силового агрегата здесь используется электрический мотор. Данные трансмиссии состоят из:

• генератора тока;
• системы управления;
• электропроводки, соединяющей рабочие элементы.

Для выработки большей мощности часто используется одновременно не один, а сразу несколько электромоторов. Основные недостатки подобных конструкций:

• большие габариты, вес;
• несоизмеримо высокая цена;
• низкий КПД.

Благодаря ускоренным темпам развития электротехнической промышленности, трансмиссии электромеханического типа все более усовершенствуются. Технические и эксплуатационные характеристики отдельных образцов хорошо зарекомендовали себя и нашли применение в современных транспортных средствах для нужд армии, сельского хозяйства, внутригородского электротранспорта, морской техники и пр.

Источник http://press.ocenin.ru/transmissiya/
Источник http://motoran.ru/transmisii/transmissiya-avtomobilya