Трансмиссия. трансмиссия. 1. Назначение и устройство механизмов трансмиссии автомобилей
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
1.Назначение и устройство механизмов трансмиссии автомобилей. Трансмиссия автомобиля предназначена для передачи крутящего момента от коленвала силового агрегата на ведущие колеса, а также для изменения направления крутящего момента и его величины. Во время передвижения автомобиля коленвал мотора развивает до 4500-6500 об/мин., при этом ведущая колесная пара вращается со скоростью не выше 1300 об/мин. Это говорит о том, что даже на качественном дорожном полотне колеса машины вращаются в четыре раза медленнее коленвала. На неблагоприятном дорожном покрытии, когда сопротивление движению автомобиля возрастает, и водитель вынужден двигаться с небольшой скоростью, данное отношение увеличивается.  В процессе эксплуатации машины, кроме изменения величины, подводимого к колесам момента и скорости движения, возникает необходимость двигаться задним ходом, останавливаться, маневрировать. Выполнение этих всех операций становится возможным за счет того, что развиваемый силовым агрегатом крутящий момент через механизмы, составляющие трансмиссию автомобиля, подводится к ведущим колесам машины. Все, что связывает мотор с ведущими автомобильными колесами, является составляющей трансмиссии автомобиля. Трансмиссия автомобиля осуществляет следующие функции: изменяет направление и величину крутящего момента; передает крутящий момент от силового агрегата к колесам; выполняет перераспределение момента между ведущими колесами. В зависимости от разновидности преобразуемой энергии, трансмиссия автомобиля бывает следующих видов (классификация трансмиссий): механическая (передает, а также преобразует механическую энергию); электрическая (осуществляет преобразование механической энергии в электрическую, а после передачи ее к ведущим колесам, преобразование происходит в обратном направлении); гидрообъемная (выполняет преобразование механической энергии в энергию направленного потока жидкости и после процесса ее передачи на ведущие колеса преобразует в обратной последовательности); комбинированная (гидромеханическая, электромеханическая - т.н. "гибриды"). Классификация трансмиссий Рассмотрим классификацию трансмиссий. По методам передачи и преобразованию момента трансмиссии подразделяются на электромеханические, механические и гидромеханические. Механическая трансмиссия Трансмиссии механического типа (обычные и планетарные) в КПП содержат только фрикционные и шестеренчатые устройства. Преимущества их заключаются в коэффициенте полезного действия, небольшой массе и компактности, простоте в эксплуатации и надежности в работе. Недостаток трансмиссии такого типа – ступенчатость изменения передаточных чисел, понижающая использование мощности силового агрегата. Длительное время на переключение рычагом передач усложняет управление автомобилем. Именно поэтому спортивные автомобили, оснащенные механической трансмиссией, снабжают электронными переключателями передач (кнопками на рулевом колесе, подрулевыми лепестками) и КПП со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами. Использование трансмиссий механического типа свойственно советскому тракторостроению. Гидромеханическая трансмиссия Трансмиссии гидромеханического типа оснащены гидромеханической КПП, которая состоит из механического редуктора и гидродинамического преобразователя момента. Преимущества таких трансмиссий заключаются в возможности автоматизации смены передачи и облегчении управления, автоматическом изменении крутящего момента на основе внешних сопротивлений, фильтрации крутильных колебаний и уменьшении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии, и увеличении за счет этого долговечности и надежности трансмиссии поршневого мотора. Главный недостаток таких трансмиссий – достаточно низкий коэффициент полезного действия из-за недостаточно большого КПД гидротрансформатора. Если КПД гидропередачи не меньше 0.8, диапазон изменения крутящего момента не выше трех, что заставляет иметь механический редуктор на 3-5 передач, включая передачу заднего хода. Необходимо располагать специальной системой охлаждения, а также подпитки гидроагрегата, что увеличивает габаритные размеры моторно-трансмиссионного отдела. Без фрикционов или специальных автологов пуск двигателя с буксира и торможением двигателем не обеспечивается. Трансмиссии гидромеханического типа активно применяются в западном тракторостроении – «Леопард-2» (ФРГ), М1 «Абрамс» (США). В трансмиссиях перечисленных танков в основном приводе, кроме гидромеханических передач, также применяются в дополнительном приводе гидростатические передачи для выполнения поворота. Гидромеханической передачей оснащен дизель-поезд под названием Д1 венгерского производства, работающий на постсоветском пространстве ЖД-техники. Гидравлическая трансмиссия Трансмиссией гидравлического типа в транспортной технике является такая трансмиссия, в которой переключения осуществляются не механическим методом, а гидравлическими аппаратами, т.к. чисто гидравлические трансмиссии встречаются довольно редко. Трансмиссия такого типа оборудована КПП с вторичным и первичным валами, а также, как и в обычной КПП, несколькими парами зубчатых колес, но включение необходимой пары в рабочий процесс выполняет не фрикционная или кулачковая муфта, а гидромуфта или же гидротрансформатор, который заполняется для включения передачи. Главное достоинство трансмиссии такого типа – включение передач совершенно безударное и полное отсутствие механических муфт, стабильно работающих в процессе передачи больших крутящих моментов (к примеру, на тепловозах), главный минус – необходимость монтажа отдельной гидромуфты для каждой передачи. Из-за своих особенностей гидропередача применяется в основном на железнодорожной технике. Из отечественных разновидностей техники гидропередачей оснащены, к примеру, дизель-поезд ДР1, маневровые тепловозы ТГМ6 и ТГМ4. Гидростатическая трансмиссия В трансмиссии гидростатического типа для передачи мощности применяется аксиально-плунжерные гидромашины. Преимущества данной трансмиссии – небольшая масса и габариты машин, отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, благодаря чему удается разносить их на достаточно значительные расстояния и придавать гораздо большее число степеней свободы. Главный минус гидрообъемной передачи – высокие требования к чистоте жидкости, участвующей в рабочем процессе, а также повышенное давление в гидролинии. Гидростатическая передача применяется на дорожно-строительных машинах (в основном в катках, так как там необходимо обеспечивать достаточно большое передаточное число, а также очень часто приводить вальцы с торца, затруднено построение механической передачи), как вспомогательная – в авиационной технике, металлорежущих станках, тепловозах. Электромеханическая трансмиссия Трансмиссии электромеханического типа состоят из тягового электромотора (или нескольких), электрического генератора, электрической системы контроля, а также соединительных кабелей. Главным достоинством трансмиссий электромеханического типа является обеспечение более широкого диапазона автоматического изменения силы тяги и крутящего момента, а также отсутствие кинематической жесткой связи между механизмами электротрансмиссии, что дает возможность создать разные компоновочные схемы. Главными минусами, которые препятствуют распространению трансмиссий электрического типа, являются большая масса, габариты и цена (особенно если применяются электромашины постоянного тока), меньший КПД (по сравнению с механической). Но с развитием электротехнической промышленности, широким распространением индукторного, вентильного, синхронного, асинхронного и других разновидностей электропривода открывается все больше новых возможностей для электромеханических трансмиссий. Данные трансмиссии широко используются в тепловозах, тракторах, карьерных самосвалах, морских судах, военной технике, самоходных механизмах, немецких военных машинах «Мышонок» и «Фердинанд», а также автобусах, которые с трансмиссией этой разновидности более правильно называются теплоэлектробусы, к примеру, ЗИС-154. На современных автомобилях, по большей части, используется трансмиссия механического типа. Трансмиссия механического типа, в которой изменение крутящего момента происходит в автоматическом режиме, называется автоматической трансмиссией. На этом классификацию трансмиссий можно считать рассмотренной. Устройство трансмиссии автомобиля Следующее, что необходимо рассмотреть, это устройство трансмиссии автомобиля. Разобрав, как получается и преобразовывается энергия при сгорании топливно-воздушной смеси в двигателе автомобиля ( см. устройство двигателя автомобиля ), рассмотрим каким образом эта энергия применяется для движения автомобиля. Из изучения ДВС мы выяснили, что сгорание в замкнутом пространстве топлива с воздухом заставляет совершать движение поршня ( см. работа поршня ) , который через шатун приводит во вращательное движение коленчатый вал с маховиком на конце. На следующем этапе в дело вступает трансмиссия. Общее устройство трансмиссии автомобиля представлено на рисунке ниже.  Казалось бы, что сложного передать крутящий момент от маховика к колесам автомобиля, используя несколько шестеренчатых колес? Давайте вспомним, что двигатель — это «сердце» автомобиля, которое постоянно работает независимо от того, двигается автомобиль или стоит. Вот за одновременное совершение этих процессов и отвечает трансмиссия автомобиля, которая распределяет крутящий момент, в зависимости от требуемой ситуации. Чтобы понять принцип работы трансмиссии, стоит запомнить, что в самом простом ее варианте существуют три обязательных механизма: сцепление автомобиля, коробка передач автомобиля и ведущий мост автомобиля. В зависимости от конструктивных решений эту цепочку может дополнить карданная передача автомобиля, которая передает крутящий момент на задние колеса, а также раздаточная коробка, делящая энергию на несколько мостов. Сцепление позволяет на непродолжительный временной промежуток отсоединить трансмиссию автомобиля от мотора авто и при переключении передач или при трогании транспортного средства с места обеспечивает постепенное, медленное включение трансмиссии. Коробка передач создана для получения разных тяговых усилий на ведущую колесную пару за счет изменения крутящего момента, который от силового агрегата поступает к карданному валу, для изменения направления вращения ведущей колесной пары при движении задним ходом, а также для отключения трансмиссии от мотора на длительный промежуток времени. Главная передача существует для передачи крутящего момента от карданного вала к полуосям под углом в 90°, а также для уменьшения количества оборотов ведущей колесной пары по отношению к количеству вращений карданного вала. Сокращение частоты вращения составляющих трансмиссии автомобиля после главной передачи увеличивает крутящий момент и, таким образом, увеличивает силу тяги на колеса. Карданная передача выполняет передачу крутящего момента от выходного вала КПП к заднему мосту при колеблющемся (при движении машины) угле между ведущим валом главной передачи и осями вала КПП. Дифференциал способствует вращению левого и правого ведущих колес с различными скоростями на неровном дорожном полотне и поворотах. Две полуоси, которые через полуосевые шестерни связаны с дифференциалом, передают крутящий момент от дифференциала к одному и другому ведущему колесу. Дифференциалы, монтируемые между приводами ведущих колес, называют межколесными, а те, которые ставят между разными осями, называются межосевыми (в трансмиссиях с полным приводом). Виды трансмиссий В качестве ведущих колес в устройстве трансмиссии автомобиля могут применяться задние, передние, а также задние и передние колеса. Если задние колеса выступают как ведущие, автомобиль является заднеприводным, если передние – переднеприводным. Приводом на задние и передние колеса оснащены полноприводные автомобили. У машин с разными типами привода в устройстве трансмиссии автомобиля имеются значительные различия как по составу механизмов, так и по их устройству. Различают три основных вида трансмиссии: полноприводная, заднеприводная, переднеприводная. Заднеприводная трансмиссия В устройство трансмиссии автомобиля с заднеприводной системой входит: Коробка передач; Сцепление; Главная передача; Карданная передача; Полуоси; Дифференциал. Более подробно заднеприводная трансмиссия была рассмотрена ранее, когда разбирался вопрос об общем устройстве трансмиссии автомобиля. Переднеприводная трансмиссия В машинах с приводом на переднюю колесную пару все механизмы трансмиссии находятся в подкапотном пространстве автомобиля и объединены в один узел агрегатов. В конструкцию коробки передач также включена главная передача с дифференциалом. Поэтому валы привода передней колесной пары выходят из картера к КПП. Трансмиссия автомобиля, оснащенного передним приводом, включает в себя: Коробку передач; Сцепление; Дифференциал; Главную передачу; Валы привода передней колесной пары. Полноприводная трансмиссия Автомобили, оснащенные полным приводом, отличаются различными видами трансмиссий. Условно, их можно поделить на три категории. Полноприводная система, подключаемая водителем. В системе данной трансмиссии автомобиля обязательно присутствует раздаточная коробка, при этом большинство моделей не оснащены межосевым дифференциалом, а присутствуют только межколесные. Крутящий момент распределяется между задней и передней осью с помощью раздаточной коробки. Полноприводная система с автоматическим подключением. Зачастую, в подобных трансмиссиях автомобиля постоянно ведущими выступает передняя колесная пара, между осями установлена вискомуфта или фрикционная муфта с электроуправлением вместо дифференциала. Вязкостная муфта (вискомуфта) осуществляет передачу крутящего момента при разных скоростях вращения частей ее корпуса с помощью трения между дисками кремнийорганической жидкостью. Вискомуфта может устанавливаться в корпусе дифференциала для его автоблокировки или монтироваться между осями. Фрикционные муфты выполняют передачу крутящего момента благодаря трению в процессе сжатия пакета дисков. Постоянная система полного привода. Автомобили с таким видом трансмиссии обязательно оснащены межосевым дифференциалом. Передача мощности ко всем колесам применяется не только для увеличения проходимости, но также для лучшей реализации разгонных характеристик автомобиля. Эти свойства достигаются благодаря перераспределению силы тяги. Она получается значительно меньше, соответственно меньше вероятность их пробуксовки. Классические виды трансмиссий можно посмотреть на рисунке ниже.  Мосты — это оси автомобиля с колесами, на которых и держится рама автомобиля. Мосты бывают ведущими и ведомыми. Ведущий мост получает крутящий момент и заставляет вращаться колеса, и тем самым, автомобиль начинает двигаться. Ведомый мост выполняет функцию опоры. А по расположению относительно автомобиля по длине мосты бывают передними, средними или задними. Средние мосты встречаются у большегрузных автомобилей и предназначены для увеличения проходимости и снижения нагрузки на переднюю и заднюю ось. В современных грузовых автомобилях можно увидеть, что средний мост при движении машины будто висит под рамой, не касаясь проезжей части. Такая конструкция позволяет экономить на износе механизмов трансмиссии, резины и расходе топлива при движении машины без груза. В совокупности всех этих параметров, автомобили делятся на переднеприводные, заднеприводные и полноприводные. То есть, какой мост приводит в движение автомобиль – такая и характеристика машины. Простой пример — понятие «колесная формула», классический вариант которой – 4х2. Бывает и 4х4, 6х4 и даже 12х12. Первое число – количество колес в автомобиле, второе – сколько из них приводятся в действие энергией от двигателя, заставляя вращаться остальные и двигаться сам автомобиль. Как следствие, в этой формуле никогда второе число не может быть больше первого. Для автомобилей оба числа всегда четные. Но, в свое время на заре автомобилестроения были прототипы с формулой 4х1, где приводным было только одно колесо. Сцепление автомобиля Сцепление автомобиля – это одна из самых главных конструктивных составляющих трансмиссии автомобиля. Оно выполняет кратковременное отсоединение силового агрегата от трансмиссии и плавного их соединения друг с другом во время переключения передач. Сцепление автомобиля также предохраняет составляющие трансмиссии от гашения колебаний и перегрузок. Этот конструктивный элемент находится между коробкой передач и двигателем.  В зависимости от конструкции сцепление бывает следующих типов: гидравлическое, фрикционное, электромагнитное. Фрикционный тип сцепления выполняет передачу крутящего момента благодаря силам трения. В сцеплении гидравлического типа связь обеспечивается с помощью потока жидкости. Сцепление электромагнитного типа контролируется магнитным полем. Наиболее распространенный тип сцепления – фрикционный. В зависимости от числа дисков различают следующие виды сцепления фрикционного типа: многодисковые, двухдисковые и однодисковые. Сцепление может быть мокрым или сухим в зависимости от состояния поверхности трения. Сухое сцепление предполагает работу дисков с сухим трением. В мокром сцеплении диски работают в жидкости. Современные автомобили, как правило, оборудованы сухим однодисковым сцеплением. В конструкцию такого сцепления входит ведомый и нажимной диски, маховик, подшипник включения сцепления с вилкой и муфтой, диафрагменная пружина. Все элементы сцепления находятся в картере. Сам картер сцепления с помощью болтов прикрепляется к силовому агрегату. |