Что такое трансмиссия автомобиля, виды и признаки неисправностей

Установить двигатель на старинную карету для создания автомобиля оказалось недостаточным. Надо было решить ещё две задачи – передать его крутящий момент на ведущие колёса и преобразовать скорость вращения таким образом, чтобы тянущее усилие смогло быть достаточным на любой скорости автомобиля. То есть не просто изменить направление передачи мощности, но и получить функцию регулирования момента на колёсах при номинальной частоте вращения вала двигателя.

Эти задачи и выполняет трансмиссия автомобиля.

Зачем в машине трансмиссия

Исходя из функционального назначения, можно выделить несколько конкретных задач, которые решают механизмы трансмиссии:

• соединение и оперативное отключение узлов передачи момента с выходным валом двигателя, обычно с установленным там маховиком;
• изменение общего передаточного числа трансмиссии, то есть отношения скорости вращения вала двигателя к оборотам ведущих колёс;
• дополнительное повышение или понижение передаточного числа в особых условиях движения, например на бездорожье или при подъёмах в гору с большой нагрузкой;
• распределение крутящего момента между осями, когда автомобиль имеет более одной ведущей пары колёс;
• передачу вращения вдоль оси автомобиля к ведущим мостам или поперёк, непосредственно к ступичным узлам колёс;
• разворот направления передачи момента от продольного к поперечному в ведущих мостах;
• обеспечение возможности колёсам вращаться с разной скоростью при неизменной их загрузке крутящим моментом;
• отключение одной или нескольких функций, когда это необходимо;
• дополнительные функции, относящиеся к специфике конкретного транспортного средства, например, стояночное торможение, отбор мощности на внешние агрегаты и тому подобное.

Каждая функция имеет своё механическое, гидравлическое или электрическое устройство для её исполнения, иногда возможности совмещены в одном узле.

Принцип работы

В трансмиссии используется несколько характерных приёмов передачи вращательного движения на расстояние:

• возможность размыкания потока мощности;
• сдвиг оси вращения в пространстве;
• наклон оси вращения под постоянным или переменным углом;
• изменение величины крутящего момента с пропорциональным, но противоположным изменением частоты вращения;
• одновременное использование различных принципов, например в гипоидных передачах или более сложных случаях.

Применяются самые разные узлы и детали, от простейших валов и шестерён до приборов силовой электроники, управляемых компьютером.

Что входит в трансмиссию автомобиля

В большинстве производимых автомобилей используются узлы и агрегаты, известные ещё с тех пор, когда конструкция начала терять элементы экзотики и стала типовой. Некоторые из них стали устаревать или сильно видоизменяться.

Сцепление

Предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от всей прочей трансмиссии. Чаще всего с обычными механическими коробками передач или автоматизированными (роботами) используется однодисковое сухое сцепление, состоящее из ведомого диска, который зажимается между ведущим подпружиненным и поверхностью маховика.

Но нередко узел может содержать несколько пар дисков, работать в масляной ванне, или даже выполняться в виде гидротрансформатора, где вращение передаётся между крыльчатками турбинного типа, взаимодействующим через поток гидравлической жидкости. Такие решения применяются в автоматических трансмиссиях разной организации.

Коробка передач

Коробка служит для изменения передаточного числа, адаптируя рабочий диапазон частот вращения вала двигателя к разным скоростям движения.

Коробки подразделяются на несколько принципиально разных категорий:

• механические с ручным переключением;
• роботизированные, то есть те же МКПП, но с автоматическим переключением и управлением сцеплением;
• автоматические гидромеханического типа;
• преселективные с двумя автоматическими сцеплениями;
• бесступенчатые вариаторного типа.

На одной и той же модели автомобиля могут использоваться разные коробки, в зависимости от целевого потребителя.

Карданная передача

Представляет собой вал с двумя или несколькими шарнирами.

В качестве них могут быть применены:

• классические крестовины, имеющие недостаток в виде неравномерности вращения на больших углах отклонения от оси;
• сдвоенные крестовины, дающие меньшую вибрацию, но массивные и громоздкие;
• шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), дающие минимум неравномерностей и вибраций, но относительно дорогие в производстве;
• эластичные муфты, простые, дешёвые, но не очень надёжные, работающие только на небольших углах и неспособные передать значительный момент.

Карданных валов в автомобиле может быть несколько, в том числе и составных с промежуточными подвесными подшипниками.

Главная передача

Обычно этим термином обозначается понижающий редуктор ведущего моста. В классическом случае это гипоидная пара шестерён, работающая с низким уровнем шума и разворачивающая момент на 90 градусов с одновременным смещением оси вращения.

Но иногда используется и обычная пара конических шестерён, если нет необходимости в смещении оси. Передаточное число главной передачи в большой степени характеризует тяговые или скоростные возможности автомобиля.

Дифференциал

Колёса автомобиля вращаются с одинаковой скоростью только когда они строго одинакового диаметра, а автомобиль движется прямолинейно. Во всех прочих случаях им надо давать возможность опережения или отставания, чтобы не создавать паразитных разрушающих моментов в трансмиссии.

Для этого и применяются дифференциалы, развязывающие колёса друг от друга, при этом продолжая передавать момент на все. Теория и номенклатура дифференциалов достаточно сложна, они могут быть свободными, блокируемыми, вязкостными, несимметричными и с разными способами управления.

Применяются они как на ведущих осях, так и в раздаточных коробках, распределяющих момент между осями.

Виды трансмиссий

Некоторые широко распространённые конструкции трансмиссий стали классическими, что позволяет выделить их для отдельного рассмотрения.

Механические

Чисто механические решения отличаются простотой и дешевизной, при этом обеспечивая хорошую экономичность по расходу топлива.

Такая трансмиссия имеет в своём составе сухое однодисковое сцепление с педальным приводом, механическую коробку передач с ручным переключением, карданные валы к ведущим мостам или отдельным колёсам, интегрированные в коробку передач или мосты главные передачи с дифференциалами.

Колёса связываются с редуктором моста при помощи полуосей.

Автоматические

Автоматика в трансмиссии обычно участвует в построении коробки передач, хотя всё чаще используются автоматически срабатывающие муфты и на других участках.

Сама же коробка может быть организована в виде классической гидромеханики с элементами электронного управления, робота с соленоидами переключения и управления сцеплением или вариатора, где применён металлический ремень, работающий по конусам переменного диаметра.

Гидравлические

Не так часто используется чисто гидравлическая трансмиссия. Её состав уникален и имеет мало общего со всеми прочими.

От двигателя внутреннего сгорания приводится в действие мощный гидронасос, создаваемое им давление специальной жидкости по магистралям передаётся к исполнительным механизмам осей или отдельных колёс.

В роли этих механизмов используются гидромоторы, выполняющие обратную насосам роль, преобразовывая поток жидкости под давлением во вращение.

Гидромеханические

Характерной чертой гидромеханики является использование гидротрансформатора (ГТР) и управляемой давлением жидкости коробки передач.

ГТР смягчает ударные нагрузки и частично преобразует передаваемый момент за счёт проскальзывания напорного и ведомого турбинных колёс, между которыми ставится реактор для реорганизации потока жидкости.

За ГТР устанавливается механическая коробка своеобразной конструкции, где передачи организованы по планетарному принципу, а переключение производится посредством фрикционов, поджимаемых давлением жидкости через цилиндры. Такие коробки широко распространены и считаются классическими автоматами.

Электромеханические

С целью исключения массивных деталей, а также оптимизации управления, вместо механики можно использовать электрический ток. К двигателю подсоединяется генератор, а вырабатываемая им электроэнергия поступает по обычным проводам к исполнительным электромоторам, которых может быть даже по одному на каждое колесо.

Регулирующий функции сводятся к применению известных принципов электроники и электротехники. Особенно это актуально на автомобилях особо большой грузоподъёмности, а в последнее время и на всевозможных гибридах.

Переднеприводные

Наиболее технологичными в производстве стали переднеприводные машины, где двигатель, коробка и главная передача объединены в отдельный модуль, из которого выходят карданные валы на ШРУС к ступицам ведущих передних колёс.

Так сейчас устроены практически все бюджетные легковые машины, кроссоверы и даже часть премиум-сегмента. Утверждается, что эти машины просты и надёжны в управлении, хотя на самом деле главный их козырь – технологичность производства и низкая себестоимость. Достаточно проста и компоновка подобных кузовов.

Заднеприводные

Машины с задним приводом стали автомобильной классикой. Здесь реализован немаловажный принцип разделения ведущих и управляемых колёс, а также лучше дела с загрузкой ведущей оси на разгоне, естественностью реакции водителя в сложных ситуациях и простотой реализации полного привода.

Двигатель может быть в передней части машины, хотя на спорткарах он располагается в пределах базы или даже в заднем свесе. Все валы идут вдоль оси кузова.

Полноприводные

Полный привод может быть организован, как на основе переднего, так и классического заднего. В любом случае на машине появляется раздаточная коробка разного уровня сложности, а также иногда электроуправляемые вязкостные или фрикционные муфты подключения отдельных осей.

В таких машинах лучшие характеристики проходимости и управляемости, но и стоимость подобных трансмиссий высока, что ограничивает применение.

По теме: Что лучше полный привод, передний или задний

Ситуация кардинально решится в сторону полного привода на электромобилях, где его реализовать даже проще, чем любой монопривод.

Признаки поломки трансмиссии

Диагностируется трансмиссия в принципе проще, чем двигатель, но в последнее время она настолько усложнена, что потребуется те же приёмы использования специальных сканеров, но механические поломки достаточно наглядны:

• отказы сцепления, которые проявляются в его пробуксовке или наоборот, передаче момента в выключенном состоянии;
• поломки полуосей и приводов, случающиеся при их сильной перегрузке;
• естественный износ подшипников, которых в трансмиссии очень много, проявляется как вой или хруст;
• крестовины карданов и шарниры равных угловых скоростей проявляют свой износ начиная с треска при больших углах поворота;
• механические коробки передач имеют синхронизаторы, которые по мере износа начинают препятствовать бесшумному переключению, после чего начинают «выпадать» передачи;
• гидроавтоматы при переключениях начинают выдавать толчки, как говорят, «пинаться», что становится первым сигналом к ремонту;
• главные передачи при начавшемся разрушении издают характерный вой;
• дифференциалы могут начать стучать при ускорении или хрустеть при срыве одного из колёс в скольжение;
• вариаторы просто отказывают при критическом износе ремня и конусов.

Основной причиной поломок почти у всех трансмиссий выступает злоупотребление максимальными режимами работы, это частые резкие разгоны, быстрое переключение и перегрев.

Проблема усугубляется пренебрежением к регулярной замене масла. К сожалению, на это подталкивают и изготовители, слишком оптимистично формируя регламенты ТО.

Регулярной заменой масла на свежее и качественное можно довести срок службы трансмиссии до полного износа двигателя, а в отдельных случаях и до утилизации автомобиля в целом.