Устройство и работа
Для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к колесам автомобиля необходимо сцепление (если у автомобиля ручная КПП), коробка передач, карданная передача (для заднеприводной машины), главная передача с дифференциалом и полуоси (рис. 4.1).
У переднеприводных автомобилей главная передача с дифференциалом расположены в коробке перемены передач. Все эти механизмы образуют так называемую трансмиссию, или силовую передачу (рис. 4.2). Принцип действия сцепления основан на использовании силы трения между маховиком двигателя и ведущим и ведомым дисками сцепления (рис. 4.3, см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 4.3). Диск сцепления прижат к маховику при помощи пружины, поэтому он вращается вместе с маховиком. При нажатии на педаль сцепления пружина сжимается, диск сцепления освобождается и прекращает вращаться.Для плавной передачи вращения от маховика на диск сцепления педаль следует отпускать медленно. Тогда, прежде чем маховик начнет вращать диск сцепления, тот несколько раз проскользнет, совершит пробуксовку, и лишь после этого маховик заставит его вращаться. За счет пробуксовки маховика и диска сцепления автомобиль трогается с места плавно, без рывка.
В действительности устройство сцепления сложнее (рис. 4.4а и 4.4б): в нем используются нажимной (ведущий) диск, ведомый диск и несколько силовых пружин. Для увеличения сцепления (трения) на ведомый диск ставят фрикционные накладки, изготовленные из материала, имеющего большой коэффициент трения. Накладки приклепывают к обеим сторонам стального ведомого диска и в случае износа меняют.
Ведомый диск прижимается к маховику нажимным диском под действием силовых пружин. Сцепление при этом включено. Выключение сцепления достигается перемещением муфты выжимного подшипника при помощи педали гидравлического привода и вилки или троса. При этом нажимной ведущий диск под воздействием рычагов оттягивается назад, сжимая силовые пружины, и передача вращения на ведомый диск сцепления прекращается.
Привод сцепления бывает механическим и гидравлическим. Гидравлический привод сцепления изображен на рис. 4.5. Рассмотрим схему передачи усилия от ноги водителя к муфте выключения сцепления гидравлическим приводом. Педаль через толкатель давит на поршень в главном цилиндре сцепления. Находящаяся в ней жидкость по трубопроводу поступает в рабочий цилиндр и воздействует на поршень, который через шток с наконечником и вилку выключения передает усилие на подпятник или муфту выключения сцепления, перемещая их до соприкосновения с пятой или рычагами выключения сцепления. Рычаги отводят нажимной диск от ведомого и сцепление выключается. Как только водитель отпускает педаль сцепления, она под воздействием пружины возвращается в исходное положение, и ведомый диск вновь прижимается к маховику нажимным диском – сцепление включено. Когда педаль сцепления находится в исходном положении, между подпятником и пятой или подшипником муфты и вращающимися при работе двигателя рычагами выключения сцепления устанавливается небольшой зазор, в результате которого педаль сцепления при нажиме на нее не сразу начинает выключать сцепление, а имеет свободный ход. Величина свободного хода педали сцепления обычно указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля. Свободный ход педали сцепления регулируется путем изменения длины штока. На большинстве современных автомобилях свободный ход педали регулируется автоматически.
4.2. Диагностика и техническое обслуживание
4.2.1. Диагностика и техническое обслуживание сцепления
При техническом обслуживании сцепления периодически проверяют и регулируют привод. Обслуживание начинают с проверки действия педали. Педаль по всему ходу должна двигаться легко, без заеданий, и под действием пружины возвращаться в исходное положение. Линейкой необходимо замерить полный ход педали сцепления до упора в пол и проверить регулировочные параметры привода сцепления по инструкции.
Величина полного хода педали сцепления при гидравлическом приводе регулируется изменением длины толкателя посредством его ввертывания или вывертывания, либо ограничителем хода педали сцепления. После этого проверяют величину свободного хода педали сцепления, который складывается из ходов и соответствующих зазоров в сочленениях деталей подвески педали между толкателем и поршнем главного цилиндра, а также между подшипником и пятой сцепления. Уменьшение величины свободного хода педали сцепления вызывает при работе двигателя постоянное трение выжимного подшипника об опорную пяту и его быстрый выход из строя. При отсутствии свободного хода педали сцепления уменьшается нажатие ведущего диска сцепления на фрикционную накладку ведомого диска, вследствие чего появляется постоянное пробуксовывание дисков, и сцепление быстро приходит в негодность. Увеличение свободного хода педали сцепления приводит к неполному включению сцепления, ускоренному износу синхронизаторов коробки передач и скрежету муфт о зубчатые венцы шестерен при переключении передач.
Величина свободного хода сцепления при гидравлическом приводе зависит от величины свободного хода штока рабочего цилиндра. Для нормальной работы сцепления необходимо проверять величину полного хода штока. Меньший полный ход штока относительно заданной величины не обеспечит полного выключения сцепления и, кроме того, указывает на возможное присутствие воздуха в гидравлическом приводе сцепления.
4.2.2. Диагностика и техническое обслуживание коробки перемены передач, карданной передачи, заднего моста и привода ведущих колес
Техническое обслуживание коробки перемены передач (КПП) заключается в проверке затяжки ее крепления к картеру сцепления, проверке уровня масла, четкости и плавности включения и фиксации всех передач, в доливке масла и смене его в соответствии с регламентом ТО (большинство зарубежных автомобилей не требуют замены трансмиссионных масел). Уровень масла проверяют через заливное отверстие на автомобиле, стоящем на горизонтальной площадке. Это следует делать через некоторое время после поездки, чтобы дать возможность маслу остыть и стечь со стенок.
При выполнении технического обслуживания карданной передачи проверяют затяжку болтов крепления, наличие люфтов в шарнирных соединениях, периодически смазывают шарниры и шлицевое соединение. Перед смазыванием необходимо тщательно очистить место около масленки от грязи. При покачивании вала руками вверх и вниз или поворачивании одной вилки шарнира относительно другой люфтов быть не должно. Внешним осмотром проверяют состояние защитных чехлов шарниров привода передних колес, поврежденные заменяют новыми, предварительно промыв шарнир и заменив смазку.
Техническое обслуживание заднего моста заключается в периодической проверке уровня масла в картере, доливке и смене его, очистке сапуна от грязи, проверке крепящих соединений и выполнении отдельных регулировочных работ. Уровень масла в картере заднего моста проверяют через заливное отверстие во время стоянки автомобиля на ровной горизонтальной площадке. Если в процессе эксплуатации автомобиля был отмечен повышенный шум или «вой» со стороны заднего моста, то при техобслуживании необходимо проверить зазоры в подшипниках полуоси и главной передачи. На рис. 4.6 изображен задний мост и карданная передача (см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 4.6).
Карданная передача через картер сцепления связана с двигателем и по отношению к кузову автомобиля занимает неподвижное положение. Задний мост, в котором смонтированы главная передача и дифференциал, подвешен к раме или кузову автомобиля при помощи упругих элементов: рессор или пружин. При прогибе рессор или пружин задний мост изменяет свое положение, поэтому жестко соединять коробку передач и задний мост между собой нельзя. Карданная передача передает крутящий момент от ведомого вала коробки передач к ведущему валу главной передачи под изменяющимся углом.
Карданная передача у большинства легковых заднеприводных автомобилей состоит из одной тонкостенной стальной трубы и двух шарнирных соединений – карданов. Один из карданов соединен с трубой при помощи шлицев, что позволяет карданному валу изменять свою длину. Устройство кардана показано на рис. 4.6.
На крестовине кардана (рис. 4.7) установлены две вилки: одна является частью трубы карданного вала, другая – частью фланца. При наличии карданов передача способна передавать вращение под различными, изменяющимися при движении автомобиля углами.
Такой передаче из-за большой длины карданного вала свойственна вибрация. Кроме того, пол кузова некоторых легковых автомобилей имеет арку для карданного вала, что создает неудобства для пассажиров. Поэтому на легковые автомобили стали ставить карданную передачу с укороченным карданным валом, но для компенсации образовавшегося разрыва между ведомым валом коробки передач и передним фланцем карданной передачи потребовался дополнительный вал.
Передний конец этого промежуточного вала при помощи кардана связан с ведомым валом коробки передач, а задний конец – с передним концом карданного вала при помощи шлицевого соединения и кардана. При этом задний конец проходит через шариковый подшипник (подвесной подшипник) опоры, жестко закрепленной снаружи на днище кузова (рис. 4.8). В результате пол кузова стал ровнее, вибрация карданной передачи уменьшилась.
Неисправности карданной передачи заключаются в ослаблении затяжки болтов креплений фланцев карданов, в износе деталей карданов, в частности подшипников, в износе шлицевого соединения карданного вала, что вызывает шум и стук при работе карданной передачи. Движение автомобиля с такими неисправностями опасно, поэтому их необходимо устранять. Игольчатые подшипники требуется смазывать консистентной смазкой при помощи шприца, используя отдельные масленки, установленные в крестовинах карданов.
Главная передача у легковых автомобилей (см. рис. 4.9) обычно состоит из двух расположенных в картере конических шестерен со спиральным зубом, при помощи которых вращение передается под углом 90°. Ведущая шестерня с валом и насаженным на его шлицы фланцем вращается от карданного вала. Вал ведущей шестерни обычно опирается на два конических роликовых подшипника. Ведомая шестерня, также в подшипниках, вращается вместе с коробкой дифференциала.
Главная передача увеличивает крутящий момент, передаваемый ведущим колесам во столько раз, во сколько количество зубьев ведомой шестерни больше, чем у ведущей. Соотношение числа зубьев называется передаточным отношением, и у легковых автомобилей оно, как правило, составляет от 4:1 до 5:1.
На большинстве автомобилей установлена гипоидная главная передача. Зубья ее шестерен имеют сложную форму, благодаря чему длина контакта этих зубьев больше, чем у зубьев обычных конических шестерен, и поэтому гипоидная передача более надежна и долговечна. Эта передача требует хорошего ухода и смазки специальным маслом для гипоидных передач.
Оси вала ведущей и ведомой шестерен не совпадают. Вал ведущей шестерни, соединяемый с задним концом карданного вала, расположен ниже оси ведомой шестерни. Это снижает высоту карданной передачи, а значит, и пола кузова, что создает удобство для пассажиров. Понижается центр тяжести автомобиля, улучшается его устойчивость против бокового опрокидывания, что важно для безопасности движения.
При повороте колеса автомобиля проходят разное расстояние. У колеса, идущего по внешней дуге, путь длиннее, а у идущего по внутренней дуге – короче. На прямой дороге колеса также могут совершать неодинаковое движение, например, одно колесо едет по ровному покрытию, а другое – через ухаб. Случается, что колеса одного автомобиля укомплектованы шинами разной степени износа – все это приводит к необходимости применения специального механизма, способного вносить постоянную поправку в передачу вращающего момента на колеса и не допускать проскальзывания шин по дороге во избежание их повышенного износа и неустойчивого движения автомобиля. Таким механизмом является дифференциал (рис. 4.9, см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 4.9).
В корпусе дифференциала размещаются две конические полуосевые шестерни, палец и установленные на нем две шестерни конической формы, называемые сателлитами.
Коробка дифференциала жестко соединена с ведомой шестерней главной передачи и вращается вместе с ней. Когда автомобиль следует по прямой, и оба ведущих колеса имеют одинаковое сопротивление качению, сателлиты не вращаются на пальце и передают крутящий момент на обе полуосевые шестерни равными долями (с полуосевых шестерен вращение передается через полуоси на ступицы колес и колеса). Как только автомобиль начнет поворачивать, и одно из его колес замедляет свое движение, сателлиты начинают проворачиваться вокруг своей оси (пальца), ускоряя вращение шестерни, связанной с противоположным колесом. Таким образом, дифференциал при замедлении вращения одного ведущего колеса автоматически ускоряет другое, облегчая управление автомобилем на поворотах.
Дифференциал может оказывать и отрицательное влияние. Так, при попадании одного из ведущих колес на скользкое место, оно начнет буксовать, тогда как другое колесо, имеющее хорошее сцепление с грунтом, за счет действия дифференциала будет стоять неподвижно. В таком положении ведущие колеса автомобиля чаще всего оказываются зимой на скользкой дороге.
На многих современных автомобилях для исключения этого отрицательного явления в дифференциал устанавливают фрикционную муфту, которая при проскальзывании одного из ведущих колес блокирует дифференциал. На автомобилях, оборудованных тормозной антиблокировочной системой (АВС), устанавливается электронный блок антипробуксовки, позволяющий притормаживать проскальзывающее колесо.
Неисправности главной передачи и дифференциала заключаются в износе или поломке зубьев шестерен и подшипников. Оба механизма смазываются залитым в картер заднего моста маслом. После ремонта главной передачи или дифференциала необходимо следить за температурой их картера, т. к. детали во время приработки могут недопустимо нагреваться в результате неправильной регулировки подшипников или недостатка смазки.
Неисправные сальники становятся причиной попадания смазки из картера главной передачи на накладки тормозных колодок (на автомобилях, имеющих задний мост), что приводит к проблемам с торможением. В этом случае необходимо промыть детали тормоза, заменить сальники и проверить уровень масла (повышенный уровень масла в картере главной передачи недопустим).Главная передача, дифференциал, полуоси, ступицы колес, а также тормоза для задних колес автомобиля объединяются картером и кожухами полуосей и образуют единый агрегат – задний мост. На переднеприводных автомобилях единый агрегат состоит из коробки перемены передач, главной передачи и дифференциала.
