Передача крутящего момента от двигателя на колеса: трансмиссия автомобиля

Коробка передач (КПП)

Коробка передач отвечает за задний ход и скорость вращения колёс, а также позволяет отсоединять двигатель и трансмиссию друг от друга на длительный срок. Различают ступенчатые и бесступенчатые КПП. В ступенчатых механизмах изменение передачи происходит ступенчато, к таким конструкциям относятся механические и роботизированные КПП. Примером бесступенчатой коробки передач является вариатор. Если машина оборудована механической коробкой передач, то автомобилист должен самостоятельно переключать передачи с помощью специального рычага. КПП с таким строением отличаются простотой и надёжностью. На данный момент — это самая распространённая конструкция, но в последнее время среди автомобилистов набирает популярность автоматическая коробка передач.

Роботизированные конструкции представляют собой простую КПП, в которой все необходимые действия автоматизированы и контролируются точной электроникой. Соответственно, водителю не нужно выжимать сцепление и переключать передачи. Такие КПП позволяют осуществлять более динамичный разгон и снижают расход топлива. В некоторых моделях установлено двойное сцепление, позволяющее переключать передачи без обрыва мощности. Комбинированные (автоматические) КПП сочетают в себе элементы двух вышеуказанных систем. АКПП имеют длительный эксплуатационный срок и рационально используют мощность двигателя. Недостатками конструкции является медленный разгон и повышенный расход бензина.

Виды привода

По количеству задействованных ведущих колёс возможны разные системы передачи момента. Трансмиссия автомобиля состоит из механизмов, реализующих эти схемы.

Задний привод. Двигатель располагается впереди автомобиля или по центру кузова в пределах колёсной базы, или сзади над осью, или в заднем свесе. Коробка передач для организации лучшей развесовки может быть в блоке с двигателем или с главной передачей на задние колёса.

Передний привод. Используется в массовых автомобилях, хотя иногда его применяют и в более дорогих классах, а также в лёгких грузовиках. Разница может быть лишь в поперечном расположении силового агрегата или продольном. Первая схема более компактна и проще реализуется.

Подключаемый полный привод. Возможно много вариантов, но чаще всего используются два. На утилитарных внедорожниках водитель вручную подключает передний мост на тяжёлых участках при постоянном заднем. У кроссоверов используется электронная или вязкостная муфта, подключающая задний мост, постоянно в этом случае используется передний.

Постоянный полный привод. В машине всегда задействованы для создания тяги все колёса. Различные механические и электронные устройства могут изменять соотношение момента по осям или даже по колёсам.

Все элементы установлены в передней части автомобиля (передний привод)

В этом наиболее распространенной среди современных автомобилей схеме двигатель, коробка передач и сцепление расположены в передней части транспортного средства. Тяга передается на переднюю ось. Преимуществом такой системы привода является короткий путь передачи крутящего момента, что приводит к снижению потерь. Передний привод позволяет так же обеспечить лучшую управляемость и хорошее сцепление колес с дорогой.

Однако система имеет и недостатки. Размещение всех компонентов трансмиссии на передней оси увеличивает нагрузку на элементы передней подвески и приводит к повышенному износу передних шин. Кроме того, автомобили с передним приводом имеют худшие возможности по реализации максимального ускорения и при преодолении подъемов, особенно на дорогах покрытых снегом.

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Трансмиссию иначе можно назвать совокупностью определённых механизмов и агрегатов. Помимо КПП, в их число входят: сцепление, главная передача, дифференциал и кардан.

Диск сцепления

Путём воздействия на сцепление при остановке машины водителю не приходится глушить двигатель — включается нейтральная скорость, и коробка отсоединяется от мотора. В процессе езды сцепление вновь совмещает вращающийся двигатель и коробку.

Основная задача сцепления — соединять и отсоединять КПП с двигателем, делая это как можно плавнее. Размещается узел между силовой установкой и коробкой передач.

В трансмиссии автомобиля сцепление играет роль проводника. Именно оно передаёт усиление с объекта на объект. Управляет механизмом водитель, сидящий за рулём машины. Посредством педали он воздействует на привод, соответственно, осуществляется передача усилия.

Различают 3 типа привода, хотя в автомобилестроении чаще применяются лишь два: механический и гидравлический. Электрогидравлический привод такое распространение не получил.

Сцепление состоит из ряда функциональных элементов:

дисков, тесно взаимосвязанных между собою;
маховика, соединённого с корзиной — относится к самым прочным элементам, выдерживающим большие нагрузки;
вилки выключения, разжимающей диски при нажатии педали;
первичного вала коробки, на который передаётся КМ.

Принято различать «сухое» и «мокрое» сцепление.

Первый тип осуществляет передачу усилия напрямую между диском мотора и КПП, благодаря силам трения. Он часто устанавливается на внедорожники, оснащённые полным приводом.
«Мокрое» сцепление — использует гидротрансформаторное масло. Жидкость находится между обоими дисками. Такой вариант более надёжен, но стоит дороже обычного сцепления.

Главная передача

Это устройство предназначается для передачи КМ непосредственно к ведущему мосту. Состоит узел из полуоси, ведомой и ведущей шестерней, полуосевых шестерней и шестерней-сателлитов.

Основная задача главной передачи — увеличивать КМ силового агрегата и уменьшать частоту вращения ведущих колёс. На переднеприводных автомобилях этот узел расположен в КПП рядом с дифференциалом, а на заднеприводных — в картере моста.

Принято различать одинарную передачу и двойную, часто встречающуюся на грузовиках с увеличенным передаточным числом.

Дифференциал

Предназначен для передачи, изменения и распределения КМ. Один из конструктивных элементов трансмиссии. В зависимости от привода автомобиля располагается:

в картере — задний привод;
в КПП — передний привод;
в раздатке — полный привод.

Конструктивная особенность дифференциала заключается в наличии планетарного редуктора. А в зависимости от зубчатой передачи, принято различать:

конический дифференциал, используемый в качестве межколёсного;
цилиндрический, который ставится между осями автомобилей с полным приводом;
червячный — универсальный вариант, используемый и между колёсами, и между осями.

Дифференциал состоит из:

корпуса или чашки, воспринимающей КМ от главной передачи;
ведомой шестерни, жёстко зафиксированной на корпусе;
осей с вращающимися сателлитами;
шестерёнок.

Карданная передача

Кардан состоит из валов, промежуточной опоры, шарниров и шлицов, муфты.

Задний вал кардана наделён 2 шарнирами, позволяющими плавно передавать КМ от КПП к главной передаче при езде автомобиля по кочкам.
Шарниры с крестовинами дают возможность передачи КМ под углом.
Шлицы предназначены гасить колебания автомобильного кузова.

Кардан — это один из важнейших узлов. Если передача бывает неправильно отрегулирована, возникают сложности в работе трансмиссии: неприятный шум, вибрационные колебания и другие неисправности.

Коробка передач

Коробка передач. Коробка передач предназначена для изменения частоты и крутящего момента на ведущих колесах в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель транспортного средства. Также коробка передач обеспечивает автомобилю способность движения задним ходом и длительного отключения двигателя от движения при пуске двигателя и работе его на стоянках;

Элементы трансмиссии

Трансмиссия автомобиля состоит из следующих основных элементов:

Сцепление. Устройство предназначено для оптимального присоединения маховика к первичному валу коробки передач и последующей передачи крутящего момента. В его составе имеется специальный диск, корзина и выжимной подшипник.
Коробка передач. Данный прибор выполняет функцию преобразования крутящего момента. Коробка переключения скоростей производит его передачу к главной передаче и карданному валу с возможным пошаговым изменением. Посредством вторичного вала передается усилие мотора. От него к главной передаче крутящий момент передается посредством карданного вала, если авто имеет задний привод.
Дифференциал и главная передача составляют собой мост. Он выполняет подачу силы мотора к колесам посредством приводных валов. Также мост отвечает за распределение усилия между колесами. Если автомобиль имеет задний привод, рассматриваемые устройства располагается в задней оси. В переднеприводных машинах данная конструкция совмещается с коробкой передач в едином корпусе.
Приводной вал (полуось). Конструкция является стержнем, который изготавливается из высоколегированной стали. Это прибор зацепления дифференциала и шарнира равных угловых скоростей. Полуось представлена устройством крепления крестовин или проточенными шлицами.
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС). Выполняет подачу силы вращения на ведущие колеса.
Раздаточный механизм. Представляет собой прибор распределения усилия мотора по ведущим колесам. Им оборудуются автомобили, которые имеют формулу 4х4. Раздаточный механизм может быть отдельным узлом или совмещаться с коробкой передач в одном корпусе.

Каждый из перечисленных компонентов имеет большое значение для работы трансмиссии.

Требования к трансмиссии

Главные требования, которыми должна соответствовать трансмиссия:

безопасность и надежность;
высокий коэффициент полезного действия;
легкое рулевое управление;
низкий уровень шума;
минимальный вес элементов;
максимальный показатель мощности.

Механизм с высоким КПД и уровнем надежности напрямую влияет на безопасность автовладельца и пассажиров во время движения. Управление трансмиссией должно осуществляться легко, чтобы не отвлекать автомобилиста от дороги. Габариты и вес системы отражаются на стоимости автомобиля, поэтому инженеры стараются делать ее меньше и легче. Также трансмиссия должна издавать минимальное количество шума, что особенно актуально для личного авто.

Конструкция

Конструкция устройства может предполагать использование в качестве ведущих переднюю и заднюю пары колес.

Если как ведущие используются задняя пара колес, то автомобиль получается заднеприводным, а если передняя – переднеприводным. Если авто имеет привод одновременно на задние и передние колеса 4х4, то полноприводные.

Авто с разным типом привода имеют свою конструкцию трансмиссии, которая часто существенно отличается по составу элементов и их исполнению.

Так в заднеприводной машине это последовательно расположенные элементы: сцепление, КП, карданная и главная передачи, дифференциал, полуоси.

Сцепление

Сцепление служит для непродолжительного отсоединения движка от трансмиссии и последующего плавного соединения этих элементов после переключения передачи, а также защиты деталей от избыточных нагрузок.

Коробка передач

Коробка передач изменяет крутящий момент, скорость и направление движения, а также разъединяет на продолжительное время двигатель и трансмиссию. Коробки бывают механические, роботизированные и классические (гидротрансформатор — планетарные передачи)

Карданная передача

Карданная передача нужна для трансляции кр.момента со вторичного вала коробки на вал гл.передачи, которые находятся под углом друг относительно друга.