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.
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.
Очень познавательно. Спасибо за пост.