Всем привет, сегодня рассмотрим:
- Основные типы трансмиссии
- Сцепление - назначение и общее устройство
- Общее устройство коробки передач
- Типы коробок передач
- Раздаточная коробка
- Устройство карданной передачи
- Устройство главной передачи и дифференциала
- Устройство приводов ведущих колес
Основные типы трансмиссии
Основные типы трансмиссии в автомобилях включают механическую, автоматическую, роботизированную и вариаторную.
Механическая:
Механическая коробка передач (МКПП) — классический вариант с полным контролем над переключением передач со стороны водителя.
Принцип работы: водитель самостоятельно управляет переключением передач с помощью педали сцепления и рычага КПП. Принцип основан на зацеплении различных пар шестерён, создающих разные передаточные отношения.
Достоинства: низкая стоимость и простота обслуживания, высокий КПД и низкий расход топлива, прямая связь с двигателем для полного контроля.
Недостатки: сложность управления для начинающих водителей, низкий комфорт в городских условиях с пробками, необходимость постоянного ручного управления.
Автоматическая:
Автоматическая коробка передач (АКПП) — трансмиссия, которая самостоятельно переключает передачи без участия водителя.
Принцип работы: коробка передач использует гидротрансформатор вместо сцепления, обеспечивая плавную передачу крутящего момента от двигателя к колёсам. Блок управления трансмиссией решает, когда переключать передачи, анализируя скорость автомобиля и нагрузку на двигатель.
Достоинства: удобство управления, более плавный разгон, отсутствие перегрева узлов при неправильном управлении.
Недостатки: сравнительно больший расход бензина по сравнению с ручной коробкой, высокая стоимость эксплуатации и ремонта.
Роботизированная:
Роботизированная коробка передач (РКПП) — механическая коробка передач, в которой функции водителя по выжиму сцепления и переключению скоростей автоматизированы.
Принцип работы: вместо левой и правой рук работают специальные электромеханические или гидравлические устройства — актуаторы (сервоприводы). Управляет всем процессом сложный электронный блок — мехатроник. Он получает данные от датчиков, анализирует скорость, обороты двигателя, положение педали газа и решает, какую передачу включить в данный момент.
Достоинства: скорость переключений, динамика (отсутствие разрыва мощности обеспечивает автомобилю лучшее ускорение), экономичность.
Недостатки: сложность конструкции, чувствительность к стилю езды (неправильная эксплуатация, особенно в пробках, может привести к преждевременному износу сцеплений).
Вариаторная:
Вариатор (CVT) — трансмиссия, которая не имеет фиксированных передач, а передаточное число изменяется плавно в зависимости от ускорения или торможения автомобиля.
Принцип работы: вместо набора фиксированных передач используются два шкива — ведущий и ведомый, соединённые ремнём или цепью. Эти шкивы имеют конусообразную форму, что позволяет плавно изменять передаточное число, изменяя расстояние между конусами.
Достоинства: плавность хода, экономичность (вариатор позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне оборотов на всех скоростях, что снижает расход топлива).
Недостатки: высокая стоимость обслуживания и ремонта, ограничение по нагрузке (автомобили с вариатором не предназначены для буксировки тяжёлых прицепов).
Сцепление - назначение и общее устройство
Сцепление — это механизм в автомобиле, который передаёт крутящий момент от двигателя к коробке передач, а далее — к колёсам, и позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии. Находится между двигателем и механической коробкой передач (МКПП).
Назначение:
Основное назначение сцепления — временно разъединять двигатель и трансмиссию, чтобы обеспечить плавное переключение передач, запуск и остановку автомобиля без глушения двигателя. Некоторые функции сцепления:
- плавный старт и лёгкое переключение передач;
- снижение вибрации от работающего ДВС;
- защита трансмиссии от рывков двигателя, инерционных перегрузок и износа.
Устройства:
Некоторые элементы сцепления:
- Ведомый диск (диск сцепления) — крепится к коробке передач, находится между ведущим и нажимным дисками. С обеих сторон диска есть фрикционные накладки, а его центральная и внешняя части соединены демпфером с пружинами.
- Ведущий диск (корзина сцепления) — связан с двигателем и вращается вместе с его коленвалом. Состоит из корпуса, подвижного нажимного диска, который придавливает ведомый диск к ведущему, и диафрагменной пружины.
- Выжимной подшипник — деталь, двигающая нажимной диск. Позволяет разъединять или соединять двигатель и КПП.
- Привод сцепления — необходим для управления всем механизмом. Включает в себя педаль сцепления, вал педали, вилку выключения сцепления, выжимной подшипник. Привод сцепления бывает двух типов — тросовый или гидравлический.
Принцип работы:
- Включённое сцепление — при отпущенной педали сцепления нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику, и крутящий момент от двигателя полностью передаётся на коробку передач.
- Выключение сцепления (нажатие на педаль) — при нажатии на педаль выжимной подшипник давит на пружину, размыкая диски. Двигатель и коробка передач разъединяются, что позволяет безопасно переключать передачи или остановить машину без глушения двигателя.
- Плавное включение — плавное отпускание педали сцепления обеспечивает постепенное смыкание дисков, что предотвращает рывки и пробуксовку.
Общее устройство коробки передач
Общее устройство коробки передач зависит от типа трансмиссии — механической, автоматической или роботизированной. Ниже приведены особенности устройства разных типов коробок передач
Механическая
МКПП — механическая коробка переключения передач. Некоторые элементы устройства:
- Валы — входной, соединяющийся с двигателем, и выходной, от которого приводятся ведущие колёса.
- Пары зубчатых шестерён — по количеству передач в коробке. У каждой пары своё отношение количества зубьев на шестернях (передаточное число).
- Механизм, включающий и выключающий передачи. Им управляет водитель, двигая рычаг коробки в салоне. Этот механизм жёстко соединяет пару шестерён с валами, используя систему тяг, муфты, блокирующие шестерни на валу, и синхронизаторы, делающие процесс включения более плавным.
- Сцепление — пара соосных дисков, соединяющих коробку передач с маховиком двигателя. Когда водитель «выжимает сцепление», диски вращаются независимо друг от друга, но по мере того, как водитель отпускает левую педаль, диски сцепления всё плотнее прижимаются друг к другу мощными пружинами — и в итоге начинают крутиться как единое целое, передавая тягу двигателя коробке и дальше к колёсам.
Автоматическая
АКПП — автоматическая коробка переключения передач. Некоторые элементы устройства:
- Гидротрансформатор — аналог сцепления, отвечает за передачу крутящего момента.
- Планетарный ряд — состоит из солнечной и коронной шестерён, а также сателлитов и водила.
- Электронные управляющие системы — контролируют процесс переключения передач и координируют работу гидротрансформатора.
Принцип работы АКПП: регулировка скорости вращения выходного вала (а вместе с ним и колёс) происходит за счёт блокировки нужных элементов планетарного ряда.
Роботизированная
РКПП — роботизированная коробка переключения передач. Конструктивно схож с механической коробкой, но принципом работы напоминает автоматическую. Некоторые особенности устройства:
- Сервоприводы — «щёлкают» передачи и контролируют сцепление.
- Электронный блок управления (ЭБУ) — собирает данные датчиков в машине и определяет, какую именно передачу включить.
- Сцепление — не требует управления третьей педалью, поскольку крутящий момент от двигателя сразу и равномерно передаётся к КПП.
Роботизированная коробка может работать как в автоматическом, так и в мануальном или полуавтоматическом режиме, когда водитель самостоятельно переключает передачи.
Раздаточная Коробка
Раздаточная коробка (в разговорной речи часто называется «раздаткой») — элемент трансмиссии полноприводного автомобиля, который распределяет крутящий момент между ведущими мостами.
Функции:
- распределение крутящего момента между осями;
- изменение передаточного числа для повышения тяги на бездорожье.
Положение в трансмиссии: раздаточная коробка всегда устанавливается после основной коробки передач. Конструктивно она может быть как непосредственно пристыкована к КПП, так и расположена отдельно, соединяясь с КПП промежуточным валом.
Устройства:
Некоторые компоненты раздаточной коробки:
- Ведущий вал, получающий крутящий момент от коробки передач.
- Межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент между осями.
- Механизм блокировки дифференциала для синхронного вращения осей.
- Валы привода передней и задней осей.
- Понижающая передача (зубчатая или цепная), увеличивающая крутящий момент.
- Синхронизаторы, позволяющие переключать режимы без остановки.
Обязательная принадлежность — механизм управления, посредством которого водитель выбирает режим распределения крутящего момента между осями.
Принцип Работы:
- По сухому асфальту раздаточная коробка распределяет крутящий момент между передней и задней осью в определённой пропорции, зависящей от конструкции межосевого дифференциала. Это позволяет колёсам вращаться с разной скоростью при поворотах, что снижает износ шин и экономит топливо.
- На скользкой или рыхлой поверхности если одно из колёс начинает пробуксовывать, весь крутящий момент уходит именно на это колесо, и автомобиль теряет тягу. В этот момент водитель (или автоматика) включает блокировку межосевого дифференциала, и раздаточная коробка начинает принудительно вращать обе оси с одинаковой скоростью, что позволяет выбраться из сложной ситуации.
- Включение пониженной передачи — при активации этого режима передаточное число увеличивается, что приводит к усилению крутящего момента на колёсах при одновременном снижении скорости. Это незаменимо при движении по глубокой грязи, песку или крутым подъёмам, когда требуется максимальное тяговое усилие.
Виды:
- По числу ступеней — одноступенчатые и двухступенчатые. Первые обычно устанавливаются на кроссоверы и легковые автомобили с полным приводом, вторые — на настоящие внедорожники, где требуется пониженная передача для серьёзного бездорожья.
- По характеру связи выходных валов — блокированные и дифференциальные. Блокированные обеспечивают жёсткую связь между осями, что хорошо на бездорожье, но создаёт проблемы на асфальте. Дифференциальные могут быть с симметричным дифференциалом (равное распределение момента) и несимметричным (разное соотношение для передней и задней оси).
- По управлению — классические внедорожники оснащаются раздаточными коробками с механическим или электромеханическим ручным управлением, водитель самостоятельно выбирает режим работы с помощью рычага или кнопок. Современные кроссоверы часто комплектуются автоматическими системами, когда бортовой компьютер сам определяет необходимость блокировки или включения пониженной передачи.
Устройство карданной передачи
Карданная передача (карданный вал) в автомобиле — это узел в трансмиссии, который передаёт крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к ведущему мосту. Это особенно важно для автомобилей с изменяющейся геометрией подвески, где оси могут смещаться относительно друг друга во время движения.
Название передача получила от итальянского инженера Джироламо Кардано, который в XVI веке разработал первый карданный механизм.
Элементы:
- Карданный вал (труба) — центральная часть системы, которая соединяет коробку передач с ведущим мостом. Изготавливается из высокопрочных стальных труб, но в современных автомобилях часто используется алюминиевый или углепластиковый вал для снижения веса.
- Крестовины (шарниры) — позволяют передавать вращение при изменяющихся углах соединённых частей. Состоят из центрального креста и четырёх подшипников.
- Шлицевое соединение — позволяет валу удлиняться или сокращаться в зависимости от положения осей автомобиля. Это особенно важно при движении по неровной поверхности или при изменении нагрузки на подвеску.
- Опорные подшипники — для длинных карданных валов, которые встречаются в больших автомобилях или спецтехнике, поддерживают вал и уменьшают вибрации.
- Фланцы и вилки — используются для соединения карданного вала с другими частями трансмиссии: коробкой передач, раздаточной коробкой или задним мостом.
Принцип работы:
Когда двигатель вращается, крутящий момент передаётся через карданный вал к колёсам. В процессе движения, если кузов автомобиля поднимается или опускается, карданные шарниры позволяют валу изменять угол наклона, обеспечивая плавность передачи энергии.
Виды:
- Классический карданный вал — наиболее распространённый тип, используется в большинстве автомобилей с задним или полным приводом.
- Двойной карданный вал — применяется в тяжёлых транспортных средствах, внедорожниках и грузовых машинах. Имеет две крестовины, расположенных симметрично относительно центра вала.
- Шрус-карданный вал (вал с шарниром равных угловых скоростей — ШРУС) — используется в полноприводных системах и современных кроссоверах. Вместо традиционных крестовин — шарниры равных угловых скоростей, обеспечивающие постоянное соотношение скорости вращения входного и выходного валов независимо от угла поворота.
Устройство главной передачи и дифференциала
Главная передача и дифференциал — элементы трансмиссии автомобиля, которые выполняют разные функции.
Главная передача
Конструктивно главная передача — зубчатый редуктор, который обеспечивает увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колёс.
Некоторые особенности устройства:
- Ведущая шестерня связана с вторичным валом коробки передач, ведомая — с колёсами автомобиля.
- В зависимости от числа ступеней редуктора главная передача может быть одинарной или двойной:
- Одинарная — состоит из ведущей и ведомой шестерён.
Двойная — состоит из двух пар шестерён, применяется в основном на грузовых автомобилях, где требуется увеличение передаточного числа. - Расположение главной передачи зависит от конструкции автомобиля:
- В переднеприводных автомобилях с поперечным расположением КПП и силового агрегата цилиндрическая главная передача располагается в картере КПП.
В автомобилях с классическим задним приводом главная передача установлена в корпусе ведущего моста и соединена с коробкой передач посредством карданного вала. - Передаточное число в главной передаче подбирается так, что максимальный крутящий момент и частота вращения ведущих колёс находятся в наиболее оптимальных значениях для конкретного автомобиля.
Дифференциал
Дифференциал распределяет подводимый к нему крутящий момент поровну между приводными валами (полуосями) ведущих колёс и позволяет им вращаться с неодинаковыми скоростями.
Некоторые особенности устройства:
- Дифференциал состоит из корпуса, шестерён-сателлитов и полуосевых шестерён:
- Корпус обычно совмещён с ведомой шестернёй главной передачи.
Шестерни-сателлиты играют роль планетарного редуктора и соединяют полуосевые шестерни с корпусом дифференциала.
Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колёсами посредством полуосей на шлицевых соединениях. - Расположение дифференциала зависит от конструкции автомобиля:
- У переднеприводного автомобиля дифференциал расположен непосредственно в корпусе коробки передач.
У заднеприводного — в корпусе заднего редуктора или моста.
Полноприводные машины имеют сразу два межколёсных дифференциала, а также ещё один — межосевой, в корпусе КПП или раздаточной коробке. - Дифференциалы существуют симметричные и несимметричные:
- Симметричный — передаёт равный крутящий момент на оба колеса и устанавливается чаще всего совместно с главной передачей.
Несимметричный — позволяет передать крутящий момент в различных пропорциях и устанавливается между приводными осями автомобиля.
Устройство приводов ведущих колес
Устройство приводов ведущих колёс автомобиля зависит от типа привода. Существуют заднеприводные, переднеприводные и полноприводные автомобили, и конструкция трансмиссии имеет различия.
Заднеприводный автомобиль
Привод ведущих колёс заднеприводного автомобиля включает:
- Карданный вал — через крестовины присоединяется к коробке передач, с другой стороны к нему крепится задний мост.
- Задний мост — в корпусе механизма установлен дифференциал, на который передаётся крутящий момент от карданной передачи. В дифференциале находятся полуоси, прочно соединённые с колёсами.
- Внутри заднего моста циркулирует трансмиссионная жидкость, чтобы шестерни дифференциала и полуосей смазывались. Сальники препятствуют вытеканию смазки.
Переднеприводный автомобиль
Привод ведущих колёс переднеприводного автомобиля служит для передачи крутящего момента от выходных валов дифференциала к ведущим передним колёсам. Некоторые особенности устройства:
- Привод каждого колеса состоит из внутреннего и наружного шарниров равных угловых скоростей, соединённых между собой валом.
- Наружные шарниры соединяют валы со ступицами колёс, которые устанавливаются на шлицевых хвостовиках корпусов наружных шарниров.
- Внутренние шарниры соединяют валы с фланцами выходных валов дифференциала.
- Вал привода имеет два шлицевых конца, на которых устанавливаются обоймы наружного и внутреннего шарниров.
- Для защиты деталей шарнир закрывается защитным резиновым чехлом.
Полноприводный автомобиль
В полноприводных автомобилях крутящий момент передаётся не только на основные ведущие колёса, но и на вторую ось, переднюю или заднюю. Некоторые особенности устройства:
- Автомобиль с четырьмя ведущими колёсами должен иметь три дифференциала: по одному между колёсами передней и задней осей (межколёсные дифференциалы) и один между осями автомобиля (межосевой дифференциал).
- Межколёсные дифференциалы симметричные, то есть делят крутящий момент между колёсами поровну, а межосевые дифференциалы могут быть как симметричными, так и несимметричными.
- В некоторых конструкциях встречаются устройства, которые изменяют распределение крутящего момента между осями автомобиля в зависимости от условий движения.