Электромеханическая трансмиссия легкового автомобиля

Электромеханическая трансмиссия легкового автомобиля

Устройство автомобилей

Бесступенчатые трансмиссии

Электрические и электромеханические трансмиссии

В электрической трансмиссии механическая энергия двигателя преобразуется в генераторе в электрическую энергию, и затем снова преобразуется в механическую в тяговых электродвигателях.

Очевидно, что двойное преобразование энергии из одного вида в другой связано с определенными потерями, однако, эти потери зачастую ниже потерь в механической трансмиссии, а кроме того, применение электрической трансмиссии имеет ряд существенных достоинств.

В первую очередь – это, конечно же, провода. Безусловно, электрическую проводку для подвода энергии к электродвигателю, установленному в колесе автомобиля, подвести значительно проще, чем от силовой установки к ведущему колесу посредством различного рода механических передач.
Во-вторых, электрические двигатели имеют приближенную к идеальной характеристику изменения крутящего момента в зависимости от частоты вращения вала (якоря). При увеличении частоты вращения крутящий момент на валу уменьшается, а при уменьшении частоты вращения – крутящий момент увеличивается, при этом произведение частоты вращения вала на крутящий момент в каждый момент времени остается постоянным (в идеале), равным мощности двигателя.

Исходя из приведенных выше доводов, становится очевидным, что электродвигатель является почти идеальной автоматической трансмиссией, самостоятельно подстраивающей величину крутящего момента на колесах автомобиля в зависимости от условий движения – возросла нагрузка, скорость снизилась – крутящий момент автоматически вырос.

Однако широко применять электродвигатели в качестве силовой установки современных автомобилей пока не удается, поскольку нет возможности запасаться электроэнергией в достаточном количестве впрок. Привязав автомобиль проводами к какому-нибудь источнику электрической энергии, мы лишим его автономности, а значит, и название «автомобиль» для такого транспортного средства потеряет смысл.
Современные аккумуляторные батареи тоже не способны обеспечить электромобиль достаточным запасом энергии для передвижения.

Многократное преобразование: сопряжено со значительными потерями энергии и снижением КПД. Кроме того, чтобы обеспечить движение автомобиля с электрической силовой установкой в широком интервале тяговых усилий без применения дополнительной механической трансмиссии, необходим очень мощный, дорогой и тяжелый электрический двигатель, который сведет на нет все достоинства электропривода с экономической точки зрения.

Тем не менее, электрическая трансмиссия в совокупности с механической нашла применение на современных грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности.

Основными элементами электрической трансмиссии () являются генератор , приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания , и электрические двигатели , расположенные непосредственно в ведущих колесах автомобиля.
Достоинством данного вида трансмиссии является то, что генератор и тяговые электродвигатели могут устанавливаться в любом месте, диктуемом компоновкой автомобиля, при этом связь между ними поддерживается с помощью электрических проводов, которые можно проложить как угодно и где угодно, без ущерба внутреннему объему автомобиля.

Тем не менее, в таком упрощенном виде электрическая трансмиссия применяется редко. Чаще для увеличения крутящего момента в трансмиссию вводятся элементы механической трансмиссии. В таких случаях применяется один тяговый двигатель, а мощность к ведущим колесам передается посредством механических элементов – карданных передач и ведущих мостов ().

При установке тяговых электродвигателей непосредственно в колесах автомобиля используют планетарные зубчатые редукторы с передаточным числом от до . Колесо с электродвигателем и колесным редуктором называется электромотор-колесо .

Электромотор-колесо () является наиболее сложным элементом электромеханической трансмиссии, состоящим из следующих элементов: тягового электродвигателя , планетарного редуктора , ступицы колеса с подшипниковыми узлами, фрикционного тормозного механизма , шины с ободом.
К конструкции электромотор-колесо могут также относиться отдельные узлы подвески, механизм переключения передач (при двухступенчатом редукторе) и некоторые другие элементы.

Электромеханические передачи нашли применение на автомобилях-самосвалах большой грузоподъемности. В частности, все самосвалы марки «БелАЗ» грузоподъемностью свыше оснащаются электромеханическими трансмиссиями.
В зарубежном автомобилестроении электромеханические трансмиссии также применяют на самосвалах большой грузоподъемности и на многозвенных автопоездах высокой проходимости. Перспективным считается применение электромеханических трансмиссий на многоприводных автомобилях высокой проходимости и автобусах большой вместимости.

Трансмиссия

Трансми́ссия (силовая передача) — в машиностроении совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колёсами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка, а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. Трансмиссия входит в состав силового агрегата.

Содержание

Состав

В состав трансмиссии автомобиля входят:

В состав трансмиссии гусеничных машин (например, танка) в общем случае входят:

• Главный фрикцион (сцепление);
• Входной редуктор («гитара»);
• Коробка передач;
• Механизм поворота;
• Бортовой редуктор.

Основные требования

К трансмиссиям транспортных средств предъявляются следующие требования:

• обеспечение высоких тяговых качеств и скорости машины при прямолинейном движении и повороте;
• простота и лёгкость управления, исключающие быструю утомляемость водителя;
• высокая надёжность работы в течение длительного периода эксплуатации;
• малые масса и габаритные размеры агрегатов;
• простота (технологичность) в производстве, удобство в обслуживании при эксплуатации и ремонте;
• высокий КПД;
• в машинах высокого класса добавляется требование бесшумности.

Техническое обслуживание трансмиссии

Основные признаки неисправности:

• пробуксовывание;
• неполное выключение;
• рывки во время движения с места;
• шум в сцеплении во время движения;
• заедание педали;
• подтекание жидкости в соединениях привода сцепления.

Пробуксовывание сцепления может происходить из-за:

• ограничения свободного хода педали вследствие неправильного регулирования или износа фрикционных накладок;
• износ фрикционных накладок ведомого диска.

При этом крутящий момент от двигателя передаётся не полностью, ухудшается разгон автомобиля, замедляется трогание с места, а в случае большого пробуксовывания автомобиль остаётся неподвижным, даже если передача включена и педаль сцепления отпущена.

Чтобы устранить неисправность, надо проверить свободный ход по центру площадки педали: он должен составлять 35-45 мм на автомобилях «Москвич», 26-38 мм на автомобилях ЗАЗ, 26-35 мм на автомобилях ВАЗ и 12-28 мм на автомобиле ГАЗ-24. Свободный ход создаётся прежде всего благодаря зазору между вилкой выключения сцепления и нажимной муфтой выжимного подшипника, то есть идентично перемещению педали вплоть до начала прогиба пружины диафрагмы (на автомобилях ВАЗ и «Москвич») или до начала сжимания витых пружин (ЗАЗ, ГАЗ-24).

Устройство и работа автоматической коробки передач (АКП)

Автоматическая трансмиссия (или автоматическая коробка переключения передач) переключает передачи самостоятельно в зависимости от скорости автомобиля и обеспечивает водителю приятные и комфортные условия для вождения автомобиля. От водителя лишь требуется вручную выбрать направление движения машины: вперёд или назад.

Отдельно выделяют роботизированную трансмиссию, где разъединение сцепления и переключение передач также происходит автоматически, но отсутствует механизм плавного переключения передач — гидротрансформатор.

Пока наиболее эффективным (с точки зрения плавного изменения коэффициента редукции) считается вариатор. Но использование в нём резинового ремня возможно лишь с агрегатами небольшой мощности (например, мини-скутеры). Компания Audi разработала вариатор с металлическим ремнем в виде многорядной цепи. Однако, ввиду большой стоимости, трансмиссия такого легкового автомобиля оказалась неконкурентоспособной.

Гидротрансформатор (ГТ) (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач и состоит из следующих основных частей:

• насосное колесо или насос (pump);
• плита блокировки гидротрансформатора (lock — up piston);
• турбинное колесо или турбина (turbine);
• статор (stator);
• обгонная муфта (one — way clutch).

Гидротрансформатор работает по принципу передачи движения через слой жидкости. Степень связи насосного колеса с турбинным можно плавно изменять. Этим занимается автоматика. Минусом такого устройства являются большие потери на перемешивание жидкости (низкий КПД), что не даёт возможности использовать его непосредственно в качестве основного редуктора, а лишь в качестве жидкостной муфты сцепления.

Классификация трансмиссий

По способу передачи и трансформирования момента трансмиссии делятся на механические, гидромеханические и электромеханические.

Механические трансмиссии

Механические трансмиссии — (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестерёнчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. Поэтому спортивные автомобили, снабжённые механической трансмиссией, оборудуют электронными переключателями передач (подрулевыми лепестками, кнопками на руле и пр.) и коробками передач со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Применение механических транисмиссий характерно для советского танкостроения (простые механические — Т-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Гидромеханические трансмиссии

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидропередачи. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъёмные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота.

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике (в свое время, на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии, правильнее называются теплоэлектробус (например ЗИС-154)).

Электромеханическая трансмиссия легкового автомобиля

КГТУ им. А.Н.Туполева каф. АиАХ АВТОМОБИЛИ (Конструкция)

Трансмиссия автомобиля предназначена для передачи мощности от двигателя к ведущим колёсам, изменения частоты вращения колёс и подводимого к ним крутящего момента, как по величине, так и по направлению.

По способу передачи энергии трансмиссии делятся на: механические, гидромеханические, гидрообъёмные и электромеханические.

В механических трансмиссиях передача энергии происходит за счёт механического трения в сцеплениях, а так же зубчатыми колёсами, соединениями валов и шарнирами.

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механической частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор или гидромуфту.

В гидрообъёмных трансмиссиях двигатель приводит в действие гидронасос, от которого жидкость под высоким давлением подводится к гидромоторам, расположенным в ведущих колёсах.

В электромеханических трансмиссиях двигатель вращает ротор электрогенератора, от которого питается один или несколько (по числу ведущих колёс) электродвигателей, непосредственно (или через редуктор), передающих вращение ведущим колёсам.

В силу ряда существенных недостатков последние три типа трансмиссий применяются редко.

В зависимости от типа основного агрегата трансмиссии – преобразователя частоты вращения – механические трансмиссии бывают ступенчатые и бесступенчатые. Последний тип трансмиссии применяется редко. Состав и взаимное расположение элементов механической ступенчатой трансмиссии зависит от осевой формулы (общее число мостов х число ведущих мостов), а так же от расположения двигателя и мостов.

На рис.3.1.(А, Б, В, Г) показан состав и взаимное расположение элементов механической трансмиссии для автомобиля с осевой формулой 2х1 и различным расположением двигателя, а на рис.3.2.(Д, Е Ж) аналогичное для автомобилей повышенной проходимости.

На рис.3.1. А показана схема механической трансмиссии для легкового или грузового автомобиля классической компоновки. Цифрами обозначены: 1 — двигатель, 2 — сцепление, 3 — коробка передач, 4 — карданная передача, 5 — главная передача, 6 — дифференциал, 7 — полуоси, 8 — ведущие колёса.

На рис.3.1. Б и рис.3.1. В показана трансмиссия легкового автомобиля с задним и передним расположением двигателя. Здесь вместо одной карданной передачи поставлены две короткие.

Схема по рис. 3.1. Г типична для грузовых автомобилей классической схемы, например, ГАЗ-53А, ЗИЛ 130 и др. Цифрой 10 обозначен задний ведущий мост. Он включает главную передачу и дифференциал. Иногда главную передачу разносят. Центральную главную передачу устанавливают в картере ведущего моста, а два дополнительных планетарных колёсных редуктора 11 ставят внутри ведущих колёс.

По мере увеличения числа ведущих мостов трансмиссия усложняется. Так у автомобиля повышенной проходимости типа 2х2 (ГАЗ 66), с передним расположением двигателя 1 (рис.3.2. Д), кроме сцепления 2, коробки 3, карданной передачи 4 и заднего ведущего моста 5 в трансмиссию входят: раздаточная коробка 6 и передний ведущий мост. Раздаточная коробка здесь передаёт вращающий момент от коробки передач через дополнительную карданную передачу 4 на передний ведущий мост.

Ещё сложнее трансмиссия у автомобилей высокой проходимости (схемы рис. 3.2. Е и Ж) типа 3х3. В трансмиссиях таких автомобилей задний ведущий мост 5 соединяют карданной передачей 4 с раздаточной коробкой 6 (схема Е) или со средним (проходным) ведущим мостом 8 (схема Ж). В раздаточной коробке располагают межосевой дифференциал 9. По схеме Е и Ж выполнены, например, трансмиссии КрАЗ 255Б, Урал – 375.

Ступенчатые механические трансмиссии обычно проще, легче, дешевле и надёжнее бесступенчатых. Они имеют высокий КПД. К недостаткам таких трансмиссий следует отнести разрыв потока мощности при переключении передач, вызывающий замедление движения, что снижает интенсивность разгона, кроме того, выбор передачи и момента переключения зависят от квалификации водителя и, поэтому, не всегда соответствуют наиболее выгодным режимам работы двигателя. Частые переключения утомляют водителя. У многоприводных автомобилей такие трансмиссии получаются тяжёлыми и шумными.

В гидромеханической трансмиссии преобразователем величины момента является агрегат, включающий гидротрансформатор и ступенчатую механическую трансмиссию. Гидротрансформатор представляет собой гидродинамический преобразователь, плавно и автоматически изменяющий величину передаваемого момента в зависимости от нагрузки. Его конструкция и принцип действия будут рассмотрены в разделе «Устройство коробок передач».

Коэффициент трансформации момента гидротрансформатора лежит в пределах 2,5 – 3. Более высокую трансформацию момента получают за счёт дополнительной механической коробки передач. Основное достоинство гидромеханической трансмиссии заключается в плавном автоматическом регулировании момента в зависимости от нагрузки, что уменьшает число переключений скоростей, снижает утомляемость водителя, улучшает динамику автомобиля, повышает долговечность двигателя.

К недостаткам можно отнести меньший, в сравнении с механической трансмиссией, КПД и сложность конструкции.

В отличие от гидротрансформатора в гидромеханической трансмиссии применён не гидродинамический, а гидростатистический принцип трансформации (т.е. используется не скоростной, а гидростатический напор жидкости).

Схема гидрообъёмной трансмиссии показана на рис.3.3а. Цифрами обозначены: резервуар с маслом 1, фильтр 2, охладитель 3, подпиточный насос 4, редукционный 5 и предохранительный 6 клапаны, гидронасос 7, трубопровод высокого 8 и низкого 9 давления, гидродвигатели 10 (по числу ведущих колёс), охладитель 12 и дренажная система 13.

Вся система заполнена рабочей жидкостью (масла различных марок – трансформаторное, веретенное, индустриальное, турбинное и др.). В таких трансмиссиях, чаще всего, применяют гидронасосы и гидромоторы плунжерного типа, рис.3.3б. В его состав входят: статор 14, эксцентрично расположенный в нём ротор 15 с цилиндрами 16, а так же, ось (или цапфа) 18, внутри которой выполнены каналы для подвода жидкости в нагнетающую и стравливающую магистрали. Цилиндры ротора соединены с каналами распределителя.

Если вращать ротор гидронасоса, то он работает в режиме насоса. При этом одни плунжеры из-за эксцентриситета ξ , утапливаются, вытесняя жидкость из цилиндров, а другие под действием центробежных сил и пружин, выдвигаются, засасывая жидкость из магистрали низкого давления. Для перехода насоса в режим гидромотора нужно нагнетать жидкость в одну из полостей распределителя. При этом, действующая на цилиндр сила давления жидкости N, рис.3.3в, создаёт, при наличии эксцентриситета ξ , составляющую Т, которая создаёт момент, вращающий ротор. При вращении коленчатого вала соединённый с ним гидронасос 7 создаёт гидростатический напор (давление) жидкости, которая по трубопроводам высокого давления 8, подводится к гидродвигателям 10, где напор преобразуется в механическую работу (вращает ротор), а отработанная жидкость по магистрали низкого давления 9 возвращается в гидронасос. Часть жидкости просачивается через зазоры в насосе и моторах и сливается по трубкам дренажной системы 13 в резервуар 1, но подпитывающий насос подкачивает в магистраль 9 жидкость из резервуара.

Эксцентриситет ξ можно изменять с помощью механического или электромеханического привода. Обычно ξ регулируют только на насосе. При уменьшении величины ξ изменяется производительность насоса Ан, в то время как производительность мотора неизменна Ам=const (при неизменном ξ мотора). Отношение Кгол= Ам/Ан есть ничто иное как коэффициент трансформации.

При уменьшении ξ снижается производительность насоса Ан при этом уменьшается частота вращения гидромотора, но возрастает момент т.к. Мм = к N/nм, где nм — частота вращения ротора гидромотора, N – подводимая мощность.

В электромеханической трансмиссии механическая энергия двигателя преобразуется в связанном с ним генераторе, в электрическую, которая затем в одном или нескольких тяговых электродвигателях преобразуется в механическую и передаётся на ведущие колёса. При одном тяговом электродвигателе мощность от него к колёсам передаётся через карданную передачу и ведущий мост.

При многоприводной передаче агрегаты механической трансмиссии практически отсутствуют. Тяговые электродвигатели монтируют внутри, так называемых «мотор-колёс», и связывают с ними редукторами. Схема многоприводной электромеханической трансмиссии приведена на рис. 3.4.

В состав трансмиссии входят: генераторы постоянного 2 и переменного 3 тока, соединённые с двигателем 4. Генератор 3 обеспечивает работу вспомогательных механизмов, работающих на переменном токе. Генератор 2 питает электродвигатели мотор-колёс. На рис.3.4б приведена электрическая схема соединения генератора и тягового электродвигателя в одноприводной трансмиссии.

Генератор 10 имеет последовательную 11 и параллельную 12 обмотки возбуждения, а присоединённый к нему тяговый электродвигатель 8 — последовательную обмотку возбуждения 6. Управляют трансмиссией педалью 15 дроссельной заслонки и переключателем хода 7, с помощью которого осуществляют реверсирование вращения электродвигателя или выключают его (изменяют направление тока в обмотке 6 или разрывают цепь её питания).

При трогании с места, нажимая на педаль 15, замыкают контакты выключателя 14 подпитки и, тем самым, включают в цепь обмотки возбуждения 12 генератора 10 аккумуляторную батарею 16. При этом, в результате увеличения силы тока возбуждения, резко возрастает мощность генератора, что обеспечивает интенсивный разгон автомобиля. Частота вращения генератора и его напряжение увеличиваются так, что срабатывает реле 9 и отключает аккумуляторную батарею из цепи.

Если мощность генератора не меняется, то повышение нагрузки вызывает снижение частоты вращения тягового электродвигателя, возрастание силы тока в обмотке его якоря и возбуждения и автоматическое увеличение тягового момента.

Достоинство описанной трансмиссии заключается в автоматическом бесступенчатом изменении передаточного числа, что упрощает управление автомобилем. Кроме того, возможность дистанционной передачи энергии (по проводам) упрощает конструкцию и компоновку. Отсутствие жёсткой механической связи между двигателем и трансмиссией исключает взаимное влияние происходящих в них колебательных процессов.

Рис.3.1 Ступенчатые механические трансмиссии автомобилей типа 2х1 с различным расположением двигателя: А и Г — легковые и грузового заднеприводных с расположением двигателя; Б — легкового заднеприводного с задним расположением двигателя; В — легкового переднеприводного с передним расположением двигателя

Рис.3.3. Гидрообьёмная трансмиссия: а — схема; б — гидронасос плунжерного типа; в — работа гидронасоса на режиме двигателя.

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.

Трансмиссия

Трансмиссия автомобиля выполняет две функции: она передает крутящий момент от двигателя ведущим колесам автомобиля, а также изменяет его величину и направление. При передаче крутящего момента трансмиссия, кроме того, перераспределяет его между отдельными колесами.

Назначение трансмиссии

Двигатели внутреннего сгорания, являющиеся на сегодняшний день основным источником энергии для автомобилей, имеют максимальные значения крутящего момента и мощности при разных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для того чтобы использовать соответствующие обороты двигателя при различных скоростях движения автомобиля, необходимо иметь возможность изменять передаточное число трансмиссии. Общее передаточное число трансмиссии в любой момент времени можно определить отношением частоты вращения коленчатого вала двигателя к частоте вращения ведущих колес.
Крутящий момент, передающийся на ведущее колесо, определяет тяговое усилие, действующее в контакте колеса с дорогой. Это усилие определяется делением величины крутящего момента на радиус колеса. Для движения автомобиля необходимо, чтобы тяговое усилие было больше суммы сил сопротивления движению (силы сопротивления качению, силы сопротивления подъему, силы инерции, аэродинамического сопротивления). Сумма сил сопротивления движению изменяется в широких пределах в зависимости от условий движения, поэтому трансмиссия автомобиля должна обеспечивать возможность изменения тягового усилия путем изменения в широком диапазоне крутящего момента. Максимальное тяговое усилие ограничивается не возможностями двигателя и трансмиссии, а сцеплением колес с дорогой. Это усилие не должно превышать силу сцепления, иначе ведущие колеса будут проскальзывать и автомобиль не сможет двигаться. Силу сцепления можно определить, умножив часть массы автомобиля, приходящегося на одно колесо, на коэффициент сцепления — ϕ. Коэффициент сцепления зависит от состояния дорожного покрытия, качества и состояния шин и находится в пределах от 0,1 до 0,9.
Наибольшее суммарное тяговое усилие может быть реализовано, если все колеса автомобиля будут ведущими. Тем не менее для движения автомобиля по дорогам с твердым покрытием достаточно двух ведущих колес на одной оси. Увеличение числа ведущих колес приводит к усложнению трансмиссии и увеличению механических потерь, поэтому конструкторам автомобилей приходится применять компромиссные решения в зависимости от назначения автомобиля.

Механические трансмиссии

Выбор типа привода ведущих колес и компоновки автомобиля определяют возможность в наибольшей степени реализовать те или иные его свойства. Особенности привода оказывают влияние на топливную экономичность, безопасность, массу и компактность автомобиля, а также на показатели устойчивости, управляемости и тормозной динамики.

Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки:
1 — двигатель;
2 — коробка передач;
3 — главная передача и дифференциал;
4 — карданная передача

У автомобилей классической компоновки с колесной формулой 4×2 крутящий момент от двигателя передается через сцепление к коробке передач. В коробке передач крутящий момент может ступенчато изменяться в соответствии с включенной передачей. Двигатель, сцепление и коробка передач обычно объединяются в один блок, образуя силовой агрегат. От коробки передач крутящий момент передается через карданную передачу к главной передаче, где увеличивается, и далее через дифференциал и полуоси подводится к ведущим колесам. Главная передача, дифференциал и полуоси с колесами образуют ведущий мост.

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля:
1 — двигатель;
2 — главная передача и дифференциал;
3 — коробка передач

Если силовой агрегат располагается в непосредственной близости от ведущего моста (переднеприводные автомобили и автомобили заднемоторной компоновки с задними ведущими колесами), в трансмиссии можно обойтись без карданной передачи между коробкой передач и главной передачей. При такой компоновке главная передача и дифференциал обычно объединяются в один агрегат, а для привода ведущих колес используются полуоси с шарнирами.

Трансмиссия автомобиля: разновидности

Трансмиссия автомобиля классифицируется на 4 основных класса, которые зависят от разновидности преобразования энергии. Основной задачей трансмиссии является передача и распределение этой энергии по силовым агрегатам. Рассмотрим по порядку.

Виды трансмиссий

1. механическая,
2. электрическая,
3. гидрообъемная,
4. комбинированная.

Механическая трансмиссия

Коробки переключения передач по механическому типу (планетарные или обычные) состоят лишь из фрикционных и шестеренчатых элементов, которые имеют преимущества в простоте эксплуатации, надежности, сравнительно небольшому весу и возможности выдавать высокий коэффициент полезного действия.

Однако, существуют и определенные недостатки, а именно: снижение мощности в передачи усилий с силового агрегата, а также не плавное изменение передаточных чисел.

Данный вид трансмиссии получил распространение на всех автомобилях с механической коробкой передач.

Гидромеханическая трансмиссия

Состав агрегата: редуктор механический и гидродинамический преобразователь. Преимущества: возможность облегчить управление путем автоматизированной работы по смене передач, также достигается некий уровень погашения крутильных колебаний совместно со снижением нагрузок на агрегаты в пиковых значениях.

Из недостатков стоит отметить низкий КПП, что обусловлено рамками работы самого гидротрансформатора. Также, такая трансмиссия имеет увеличенные размеры из-за наличия блока системы охлаждения и подпитки гидроагрегата.

Гидравлическая трансмиссия

Работа по переключению передач осуществляется гидравлическими узлами, которые отвечают за подключение необходимой пары валов и зубчатых колес, благодаря специальной гидромуфте или гидротрансформатора. Основное преимущество – это плавное включение передач без ударных усилий и безукоризненная передача крутящего момента. Из минусов – необходимость в установке собственной гидромуфты для каждой передачи. Гидравлическая трансмиссия получила свое основное распространение и назначение на железнодорожной технике.

Гидростатическая трансмиссия

Основа агрегата – гидромашины аксиально-плунжерного типа. Преимущества: сравнительно небольшой вес машин и возможность разделять и разводить звенья трансмиссии на большие расстояния благодаря отсутствию механической сцепки между ними. Из недостатков стоит отметить высокие требования к жидкости внутри агрегата и внутреннему давлению на гидролинии. Применяется, как правило, в дорожно-строительных машинах, где необходимо большое передаточное число.

Электромеханическая трансмиссия

Состав агрегата: генератор, тяговый электромотор (1 и более), система контроля, соединительные кабеля. Из основных преимуществ отметим возможность контроля силы тяги, а также крутящего момента в широких пределах, отсутствие жесткой сцепки между механическими узлами. Недостатки: большие габариты и вес, меньший КПД по сравнению с агрегатами на механической основе.

Типы трансмиссий автомобиля

Разделение на виды трансмиссий не много и все о них знают, глобально их всего лишь три: переднеприводная, заднеприводная и полноприводная трансмиссия. Исходя из их названий легко понять какую роль играют колеса и сама трансмиссия в управлении и движении автомобиля. Само собой конструкции данных агрегатов различаются, что мы и рассмотрим далее.

Переднеприводная трансмиссия

Трансмиссия переднеприводного автомобиля состоит из:

1. сцепление,
2. коробка передач,
3. главная передача,
4. дифференциал,
5. валы привода передних колес.

В данной конструкции весь силовой агрегат переднеприводной трансмиссии находится в передней части автомобиля и объединены в один узел. Особенностью являются выходящие из картера к коробке передач валы привода передних колес, что обусловлено конструкцией КПП, в которую входит главная передача вместе с дифференциалом.

Заднеприводная трансмиссия

Трансмиссия заднеприводного автомобиля состоит из:

1. сцепление,
2. коробка передач,
3. главная передача,
4. дифференциал,
5. карданная передача,
6. полуоси.

Данный вид трансмиссия является классическим для машиностроения и наиболее эксплуатационно и технически простым. Коробка передач и сцепление соединяются с задним мостом при помощи карданного вала, а сам агрегат устанавливается на более мягкие опоры, что позволяет уменьшить степень вибрации механизмов.

Карданный вал – это принципиальное отличие заднеприводного автомобиля.

Он служит проводником крутящего момента от расположенных в разных местах автомобиля элементов трансмиссии.

Полноприводная трансмиссия

Трансмиссия полноприводного автомобиля – это самый сложный вид привода, который разделен на несколько подтипов.

Трансмиссия с подключаемым полным приводом

Система постоянного полного привода. Особенность конструкции – дифференциал между осями, позволяющий распределять между ними крутящий момент и вращать с разными скоростями.

Система полного привода с ручным подключением. Основное отличие: наличие раздаточной коробки, которая производит распределение крутящего момента. Как правило, используются межколесные дифференциалы вместо межосевых.

Система полного привода с автоматическим подключением. Между осями устанавливается вискомуфта, второй вариант – электроуправляемая фрикционная муфта, которые выполняют функцию дифференциала.

Источник: nevinka-info.ru