В каких автомобилях вводятся колесная передача. Раздаточные коробки грузовых автомобилей повышенной проходимости. Роботизированные системы коробки передач

Материал из Энциклопедия журнала "За рулем"

Главная передача - механизм, часть трансмиссии автомобиля, передающий крутящий момент от коробки передач к ведущим колесам автомобиля. Главная передача может быть выполненной в виде отдельного агрегата - ведущего моста (заднеприводные автомобили классической компоновки), либо объединенной с двигателем, сцеплением и коробкой передач в единый силовой блок (заднемоторные и переднеприводные автомобили) .
По способу передачи крутящего момента главные передачи подразделяются на зубчатые (шестеренчатые) и цепные . Цепные главные передачи в настоящее время используются только на мотоциклах и велосипедах.
Цепная главная передача состоит из двух звездочек - ведущей, насаженной на выходной вал коробки передач, и ведомой, объединенной со ступицей ведущего (заднего) колеса мотоцикла. Несколько сложней по устройству главная передача велосипеда с планетарной коробкой передач. Ведомая звездочка, приводимая в движение цепью, приводит во вращение шестерни планетарной коробки, встроенной в ступицу колеса и через нее - ведущее заднее колесо.
Иногда в мотоциклах классической компоновки в главной передаче вместо цепи используется зубчатый армированный ремень (например, в главной передаче мотоциклов «Харлей-Дэвидсон»). В этом случае обычно говорят о ременной передаче, как об отдельном типе главной передачи.
Ременная главная передача широко используется в легких мотоциклах и в скутерах (мотороллерах) с бесступенчатым вариатором . В этом случае вариатор служит в качестве главной передачи, поскольку ведомый шкив ременного вариатора объединен со ступицей ведущего колеса мотоцикла.

Классификация зубчатых главных передач

Двойная главная передача

По количеству пар зацепления главные передачи подразделяются на одинарные и двойные . Одинарные главные передачи устанавливаются на легковые автомобили и грузовики, содержат одну пару конических шестерен постоянного зацепления. Двойные главные передачи устанавливают на грузовики, автобусы и тяжелые транспортные машины специального назначения. В двойной главной передачи в постоянно зацеплении находятся две пары шестерен - конических и цилиндрических. Двойная передача способна передать больший крутящий момент, чем одинарная.
На трехосных грузовых автомобилях и многоосной транспортной технике применяются проходные главные передачи, в которых крутящий момент передается не только на среднюю ведущую ось, но и на последующую, также ведущую. В абсолютном большинстве легковых автомобилей и двухосных грузовых автомобилей, автобусов, в другой транспортной технике с одной ведущей осью применяются непроходные главные передачи.
Получившие наибольшее распространение одинарные главные передачи по типу зацепления подразделяются на:

1. Червячные , в которых крутящий момент передается червяком на червячное колесо. Червячные передачи, в свою очередь, подразделяются на передачи с нижним и верхним расположением червяка. Червячные главные передачи иногда применяются в многоосных транспортных средствах с проходной главной передачей (или с несколькими проходными главными передачами) и в автомобильных вспомогательных лебедках.

В червячных передачах ведомое шестеренчатое колесо имеет однотипное устройство (всегда большого диаметра, который зависит от заложенного в конструкцию редуктора передаточного отношения, всегда выполняется с косыми зубьями). А червяк может иметь различную конструкцию.
По форме червяки разделяются на цилиндрические и глобоидные. По направлении линии витка - на левые и правые. По числу канавок резьбы - на однозаходные и многозаходные. По форме резьбовой канавки - на червяки с архимедовым профилем, с конволютным профилем и эвольвентным профилем.

2. Цилиндрические главные передачи, в которых крутящий момент передается парой цилиндрических шестерен - косозубых, прямозубых или шевронных. Цилиндрические главные передачи устанавливаются в переднеприводные автомобили с поперечно расположенным двигателем.
3. Гипоидные (или спироидные) главные передачи, в которых крутящий момент передается парой шестерен с косыми или криволинейными зубьями. Пара шестерен гипоидной передачи либо соосна (встречается реже), либо оси шестерен смещены относительно друг друга - с нижним или верхним смещением. За счет сложной формы зубьев площадь зацепления увеличена, и шестеренчатая пара способна передавать больший крутящий момент, чем шестерни главной передачи других типов. Гипоидные передачи устанавливаются в легковые и грузовые автомобили классической (заднеприводной с передним расположением двигателя) и заднемоторной компоновок.

Двойные главные передачи по типу зацепления подразделяются на :

1. Центральные одно и двухступенчатые . В двухступенчатых главных передачах предусмотрено переключение пар шестерен для изменения крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса. Такие главные передачи используются на гусеничной и тяжелой транспортной технике специального назначения.
2. Разнесенные главные передачи с колесными или бортовыми редукторами. Такие главные передачи устанавливают на легковые машины (джипы) и грузовые автомобили для увеличения дорожного просвета, на колесные транспортеры военного назначения.

Помимо этого двойные главные передачи подразделяются по типу зацепления пар шестерен на :

1. Коническо-цилиндрические.
2. Цилиндрическо-конические.
3. Коническо-планетарные.

В автомобилях зубчатые главные передачи выполнены в виде единого агрегата с дифференциалом - механизмом разделения крутящего момента между двумя колесами ведущей оси. В тяжелых мотоциклах с карданной передачей и приводом на заднее колесо дифференциал не применяется. В мотоциклах с боковой коляской и полным приводом (на заднее колесо мотоцикла и на колесо коляски) дифференциал выполнен в виде отдельного механизма. На подобные мотоциклы устанавливают две независимые главные передачи, связанные между собой дифференциалом.

Принцип работы гипоидной главной передачи

Крутящий момент передается от двигателя через сцепление , коробку передач и карданный вал на ось ведущей шестерни гипоидной главной передачи. Ось ведущей шестерни установлена соосно ведущему валу двигателя и ведомому валу КП. При вращении ведущая шестерня, имеющая меньший диаметр, чем ведомая шестерня, передает крутящий момент зубьям ведомой шестерни, приводя ее во вращение. Поскольку контакт поверхности зубьев увеличен за счет их особой формы - косой или криволинейной - передаваемый крутящий момент может достигать очень высоких значений. Однако, сложная форма зубьев приводит к тому, что на их поверхность воздействуют не только ударные нагрузки, но и силы трения (из-за проскальзывания зубьев относительно друг друга). Поэтому в гипоидных главных передачах используют специальное масло, обладающее высокими смазочными свойствами и обеспечивающее длительный срок службы шестеренчатой пары.

Принцип действия червячной главной передачи
В силу конструктивных особенностей, большого передаточного отношения (от 8 в рулевых механизмах, до 1000 в особо мощных лебедках) и низкого КПД червячная пара в автомобильных главных передачах (за редким исключением) не применяется. Наибольшее распространение она получила в лебедках.
Крутящий момент передается на червячное колесо через коробку отбора мощности, подключаемую к раздаточной коробке, установленной (как правило, встречаются и другие кинематические схемы) за коробкой передач автомобиля. Оси червяка и ведомой шестерни (ведомого колеса) располагаются под прямым углом (но встречается и иное расположение осей червячной пары). Червячное колесо входит в зацепление с ведомым косозубым (для обеспечения плотного контакта и увеличения поверхности зацепления) шестеренчатым колесом. Крутящий момент передается от винтовой канавки червяка на зубья ведомой шестерни. Частота вращения червяка намного выше, чем частота вращения ведомого колеса. За счет этого пропорционально увеличивается крутящий момент - чем больше передаточное отношение, тем большее усилие способна развить лебедка.
Червячная передача обладает рядом преимуществ перед главными передачами других типов. Она отличается высокой износостойкостью и не требует применения высококачественных смазочных материалов. Она способна передавать сверхвысокий крутящий момент. Отличается малошумностью и плавностью хода (из-за отсутствия ударных нагрузок на канавку червяка и поверхность зубьев ведомой шестерни). Наконец, червячная передача обладает свойством самоторможения - при прекращении передачи крутящего момента на червяк, вращение ведомого колеса автоматически прекращается.
К недостаткам червячной передачи относят склонность к нагреву из-за сил трения, к заеданию механизма при незначительном износе, повышенные требования к точности сборки червячной пары.
Червячная главная передача относится к редукторам необратимого действия. Если усилие передается от ведомого шестеренчатого колеса к ведущему червяку, то есть в обратном порядке, червяк вращаться не будет. Следовательно, червячная главная передача исключает движение автомобиля по инерции, накатом. Отсюда ее применение на тихоходной транспортной технике и машинах специального назначения. На лебедках для обеспечения свободного вращения барабана червячную пару снабжают муфтой свободного (обратного) хода, которая разобщает барабан и ведомое зубчатое колесо при его вращении в обратном направлении - разматывании троса лебедки.

При этом для большинства КПП актуально такое понятие, как главная передача автомобиля. Далее мы поговорим о том, что такое главная передача и для чего нужна.

Читайте в этой статье

Для чего нужна главная передача и что это такое

Как известно, сегодня на автомобили устанавливаются следующие типы КПП:

(выбор передачи осуществляется вручную);
(обеспечивает автоматический выбор передачи, соответствующей текущим условиям движения);
(обеспечивает плавное изменение передаточного числа.);
(механическая коробка передач, функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы).

Основная задача КПП — передача и изменение крутящего момента от двигателя к ведущим колесам с возможностью изменения передаточных чисел. На выходе из коробки крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала высокая.

Для повышения крутящего момента и снижения скорости вращения служит главная передача автомобиля, имеющая определенное передаточное число. Передаточное число главной передачи зависит от типа, назначения автомобиля и оборотистости двигателя. Обычно передаточные числа главных передач легковых автомобилей находятся в диапазоне 3,5-5,5, грузовых 6,5-9.

Устройство главной передачи в автомобиле

Главная передача автомобиля представляет собой шестеренчатый зубчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из ведущей и ведомой шестерен разного диаметра. Расположение главной передачи автомобиля зависит от конструктивных особенностей самого ТС:

автомобили с передним приводом – главная передача устанавливается с дифференциалом в едином корпусе коробки передач;
автомобили с задним приводом – главная передача устанавливается как отдельный узел в картер ведущего моста;
автомобили с полным приводом – главная передача может быть установлена как в коробке передач, так и отдельно в ведущем мосту. Все зависит от расположения ДВС автомобиля (поперечное или продольное).

Еще существует классификация главных передач по числу ступеней редуктора. В зависимости от назначения и компоновки на автомобилях применяют как одинарные, так и двойные главные передачи.

Одинарная главная передача состоят из одной пары шестерен ведущей и ведомой. Применяется на легковых и грузовых автомобилях. Двойная главная передача состоит из двух пар шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности для увеличения крутящего момента или для увеличения клиренса на внедорожных автомобилях. КПД передачи 0,93-0,96.

Двойные передачи можно разделить на два вида:

двойная центральная главная передача — обе ступени расположены в одном картере в центре ведущего моста;
двойная разнесенная главная передача — коническая пара находится в центре ведущего моста, а цилиндрическая в колесных редукторах.

При разделении главной передачи на две части снижаются нагрузки на и детали . Еще уменьшаются размеры картера средней части ведущего моста, в результате увеличивается дорожный просвет и проходимость автомобиля. Однако разнесенная передача более дорогая и сложная в изготовлении, имеет большую металлоемкость, ее сложнее обслуживать.

Типы главной передачи по виду зубчатого соединения

Если разделить типы главных передач, тогда можно выделить:

цилиндрическую;
коническую;
червячную;
гипоидную;

Цилиндрическая главная передача применяется на легковых переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач. Ее передаточное число находится в пределах 3,5-4,2.

Шестерни цилиндрической главной передачи могут быть прямозубыми, косозубыми и шевронными. Цилиндрическая передача имеет высокий КПД (не менее 0.98) но она уменьшает дорожный просвет и довольно шумная.

Коническая главная передача применяется на заднеприводных автомобилях малой и средней грузоподъемности с продольным расположением ДВС, где габаритные размеры не имеют значения.

Оси шестерней и колеса такой передачи пересекаются. В этих передачах применяют прямые, косые или криволинейные (спиральные) зубья. Снижение шума достигается применением косого или спирального зуба. КПД главной передачи со спиральным зубом достигает 0.97-0.98.

Червячная главная передача может быть как с нижним, так и с верхним расположением червяка. Передаточное число такой главной передачи находится в пределах от 4 до 5.

По сравнению с другими типами передач, червячная передача компактнее и менее шумная, но имеет низкий КПД 0.9 — 0.92. В настоящее время применяется редко по причине трудоемкости изготовления и дороговизны материалов.

Гипоидная главная передача представляет собой один из популярных видов зубчатого соединения. Эта передача своего рода компромисс между конической и червячной главной передачей.

Передача применяется на заднеприводных легковых и грузовых автомобилях. Оси шестерней и колеса гипоидной передачи не пересекаются, а скрещиваются. Сама передача может быть как с нижним, так и с верхним смещением.

Главная передача с нижним смещением позволяет расположить ниже карданную передачу. Следовательно, смещается и центр тяжести автомобиля, повысив его устойчивость при движении.

Гипоидная передача по сравнению с конической имеет большую плавность, бесшумность, меньшие габариты. Ее применяют на легковых автомобилях с передаточным числом от 3,5-4,5, и на грузовых вместо двойной главной передачи с передаточным числом от 5-7 . При этом КПД гипоидной передачи составляет 0.96-0.97.

При всех своих плюсах гипоидная передача имеет один недостаток – порог заклинивания при обратном ходе автомобиля (превышение расчетных оборотов). По этой причине водителю необходимо проявлять особую осторожность при выборе скорости движения задним ходом.

Подведем итоги

Итак, разобравшись с тем, для чего нужна главная передача автомобиля и какие типы главных передач используются в трансмиссии, становится понятно ее назначение. Как видно, устройство и принцип работы этого узла относительно простые.

При этом важно понимать, что данный элемент трансмиссии в значительной степени влияет на расход топлива, динамику и целый ряд других характеристик и показателей автомобиля.

Читайте также

Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.

Как работает коробка-автомат: классическая гидромеханическая АКПП, составные элементы, управление, механическая часть. Плюсы, минусы данного типа КПП.

В. Мамедов

Передача крутящего момента от двигателя к нескольким ведущим мостам автомобиля осуществляется через раздаточную коробку, которая в большинстве случаев также увеличивает число передач в трансмиссии. Раздаточные коробки предназначены для выполнения следующих функций:

распределять крутящий момент между ведущими мостами таким образом, чтобы обеспечивалась наилучшая проходимость автомобиля без возникновения негативного явления – «циркуляции мощности» в трансмиссии;
увеличивать крутящий момент на ведущих колесах в пределах, необходимых для преодоления сопротивления качению колес при движении по плохим дорогам и бездорожью, а также на крутых подъемах;
обеспечивать устойчивое движение автомобиля с малой скоростью при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента.

Раздаточные коробки выполняют по схемам с блокированным, дифференциальным или со смешанным приводом. Особенностью коробки с блокированным приводом является то, что она обеспечивает синхронное вращение колес разных мостов, а крутящие моменты распределяются пропорционально силам сопротивления качению. Так, если задний мост имеет весовую нагрузку 60% от общей массы автомобиля с колесной формулой 4х4, а на передний приходится 40%, то силы сопротивления качению колес заднего и переднего мостов будут относиться друг к другу как 60:40. В таком же соотношении на ровном шоссе будут находиться и моменты, приложенные к валам.

На практике из-за неровностей дороги и непрямолинейности движения колеса разных осей проходят разное расстояние, и синхронность их вращения провоцирует возникновение «циркуляции мощности» в трансмиссии, при которой дополнительно нагружаются зубчатые передачи, подшипники, валы, что в итоге приводит к их повышенному износу при параллельном увеличении потребления топлива. Шины, частично снижающие остроту негативных явлений при «циркуляции мощности», подвергаются повышенному нагреву и износу.

У раздаточных коробок с дифференциальным приводом крутящий момент передается от ведущего вала к ведомым через дифференциал. Поэтому выходные (ведомые) валы такой раздаточной коробки могут вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями. Распределение моментов между ведущими осями автомобиля определяются конструкцией дифференциала и местом его положения в кинематической схеме. Дифференциал, размещенный в раздаточной коробке, называют межосевым в отличие от межколесного, установленного в ведущем мосту.

При повороте автомобиля с раздаточной коробкой, оснащенной дифференциалом, колеса управляемого моста вращаются быстрее колес неуправляемых мостов, поскольку проходят больший путь. Разность в скоростях компенсирует межосевой дифференциал. Следует заметить, что соотношение между крутящими моментами на валах дифференциала остается постоянным и равным внутреннему передаточному числу дифференциала. Поскольку силовой поток через дифференциал передаваться не может, «циркуляция мощности» полностью исключена.

В раздаточных коробках со смешанным приводом одни ведомые валы связаны между собой так, что имеют одинаковую угловую скорость, а другие соединены через дифференциал. К «смешанным» можно отнести и коробки с блокируемым дифференциалом, или с устройствами, повышающими трение в дифференциале.

Силовой поток, подводимый от основной коробки передач или гидромеханической трансмиссии, может распределяться раздаточной коробкой на один передний и один или два задних моста автомобиля (4х4 или 6х6), на два передних и два задних моста – на тележки (8х8), на ведущие колеса одного из бортов, на правый и левый борт автомобиля. В соответствии с этим раздаточные коробки называются: межосевые, межтележечные, межколесные, межбортовые.

Существует две схемы полного привода: с постоянным подводом мощности к передним колесам и с отключаемым передним мостом. В последнем случае при движении по хорошей дороге передний мост отключают от трансмиссии, что сказывается на повышении топливной экономичности автомобиля.

Следует иметь ввиду, что отключать передний мост на дорогах плохого качества не всегда целесообразно, так как потери в отключенном приводе переднего моста могут оказаться весьма значительными, что скажется на общем сопротивлении движению автомобиля и, следовательно, на его топливной экономичности. Пример тому из отечественной автомобильной истории: на автомобиле 6х6 «Урал»-375 вначале устанавливали муфту отключения переднего моста, а затем от нее отказались.

Если в раздаточной коробке нет необходимости иметь две передачи, то она выпускается с одной прямой передачей, имеющей передаточное число равное единице, или с одной понижающей передачей. Коробки первого типа применялись на американских военных автомобилях «Виллис», немецких Unimog S 404, отечественных ГАЗ-67 и -67Б; коробки второго типа ставились на армейские автомобили ЗИЛ.

Раздаточные коробки, как правило, изготавливаются в виде отдельного агрегата, который крепится самостоятельно на раме или непосредственно на картере коробки передач. Реже раздаточные коробки и коробки передач объединяет общий картер.

Чаще всего раздаточные коробки выпускаются с двумя передачами, прямой и понижающей, представляя собой четырехвальный демультипликатор, смонтированный в едином корпусе. Раздаточная коробка автомобиля ГАЗ-63, к примеру, соединялась с основной коробкой карданным валом, имела специальную зубчатую муфту включения переднего моста. В этом случае устранялась возможность появления «циркуляции мощности» при прямолинейном движении автомобиля.

При создании коробки передач следующего поколения для автомобиля ГАЗ-66 удалось отказаться от зубчатой муфты, осуществив включение моста передвижением каретки, сидящей на промежуточном валу. Общий вес агрегата стал меньше на 5 кг при упрощении конструкции деталей. В коробке передач автомобилей УАЗ с двумя понижающими передачами введена блокировка валов, связанных с передним и задним ведущими мостами автомобиля. В случае возникновения «циркуляции мощности» между мостами силовой поток не будет проходить через зубчатые колеса, а пойдет непосредственно по сблокированным валам. Это уменьшает износ деталей коробки и увеличивает ее КПД.

В раздаточной коробке автомобиля ЗИЛ-157К две понижающие ступени. Передачи переключаются верхней кареткой. Передний мост отключается зубчатой муфтой. При включенной муфте передний и средний мосты соединены напрямую. Между этими мостами циркулирующая мощность имеет наибольшую величину, так как передний мост управляемый. Между средним и задним мостами величина циркулирующей мощности невелика, так как они неуправляемые и близко расположены один к другому.

В США, странах Западной Европы и у нас в настоящее время на трехосных автомобилях широко применяется тандемный привод, при котором крутящий момент к заднему мосту передается сквозным валом через средний мост. Раздаточная коробка при трех ведущих мостах имеет в этом случае два выходных вала. Пример такой конструкции – раздаточная коробка автомобиля ЗИЛ-131. В ней на прямой передаче силовой поток на средний и задний мосты передаются без потерь, а на передний – через один полюс зацепления при включении нижней правой зубчатой муфты. На первой ступени силовой поток передается на средний и задний мосты через два полюса (включена нижняя левая муфта), а на передний мост – через один полюс. При такой схеме коробка имеет высокий КПД и конструктивно получается простой.

Раздаточные коробки с несимметричным дифференциалом применяют на автомобилях большой грузоподъемности. На двух- и трехосных автомобилях крутящий момент может распределяться в следующей пропорции: на передний мост – 1/3, на задний (или задние) – 2/3. Это достигается выбором эпициклического зубчатого колеса дифференциала, диаметр которого в 2 раза больше диаметра солнечного колеса в планетарном механизме.

Примером может служить раздаточная коробка с несимметричным дифференциалом двухосного автомобиля МАЗ-502. Коробка имеет две понижающие передачи. Дифференциал распределяет крутящий момент: на передний мост – 1/3, на задний – 2/3. На труднопроходимой местности дифференциал раздаточной коробки можно блокировать. Передний мост в этой конструкции не отключается.

Раздаточная коробка автомобилей «Урал»-375 первых образцов так же, как и коробка вездехода МАЗ-502 имеет две понижающие передачи и планетарный несимметричный дифференциал. С помощью зубчатой муфты, установленной на нижнем валу, можно выполнять три операции: муфта в крайнем правом положении – передний мост включен, силовой поток по мостам распределяется через дифференциал. В настоящее время в коробках этого типа муфта блокирует только дифференциал, вал же от раздаточной коробки на передний мост целый.

В раздаточной коробке четырехосных автомобилей МАЗ с симметричным дифференциалом, установленным между двумя передними и задними ведущими мостами, силовой поток к ним подводится через два нижних выходных вала коробки, которые соединяются с дополнительными раздаточными редукторами. От этих редукторов привод идет к ведущим мостам. Коробка имеет прямую и понижающую передачи и выполнена по схеме с промежуточным валом. Передачи включаются верхней муфтой, а блокируется дифференциал нижней муфтой с помощью пневмопривода.

Трансмиссия автомобиля (силовая передача ) обеспечивает передачу усилий (крутящего момента) от двигателя на ведущие колёса, а также преобразование (трансформацию) этих усилий в зависимости от условий движения. К трансмиссии относятся все узлы и механизмы автомобиля, связывающие двигатель с ведущими колёсами.

Следует различать трансмиссии автомобилей с приводом на заднюю ось (а/м классической компоновки), с приводом на передние колёса и полноприводных автомобилей. Так же, будет различаться трансмиссия полноприводного автомобиля, сконструированного для эксплуатации в условиях бездорожья (внедорожник), от трансмиссии полноприводного автомобиля, созданного для дорог с твёрдым покрытием.

Колёсные формулы автомобилей с приводом на задние или передние колёса, пишутся – 4х2 (т.е., четыре колеса, два из которых – ведущие). Колёсная формула автомобиля с приводом на переднюю и заднюю ось, пишется – 4х4 (т.е., четыре колеса – все ведущие).

К механизмам трансмиссии относятся: сцепление, коробка передач (в том числе, раздаточная коробка и коробка отбора мощности на вспомогательные механизмы), карданная передача, главная передача, дифференциал, приводы ведущих колёс и некоторые другие механизмы.

Главная передача, коробка передач и раздаточная коробка (при её наличии) обеспечивают суммарное передаточное число трансмиссии автомобиля.

1). Сцепление служит для соединения двигателя с трансмиссией, а также для временного их разъединения (например, в момент переключения передач).

На автомобилях находят применение «сухие», одно -, или двухдисковые фрикционные сцепления с механическим (чаще, тросовым), или гидромеханическим приводом, а также гидромуфты и гидротрансформаторы.

Работа фрикционных сцеплений основана на использовании сил трения между твёрдыми поверхностями, в частности – между нажимным диском сцепления, фрикционными накладками ведомого диска сцепления и маховиком двигателя. Устройство однодискового сухого фрикционного сцепления легкового автомобиля показано на рисунке . Схему гидравлического и тросового привода

Гидромеханические муфты и гидротрансформаторы передают крутящий момент от двигателя на трансмиссию посредством воздействия на рабочие детали механизма жидкости (как правило, специального масла), циркулирующей внутри корпуса гидротрансформатора. Устройство гидротрансформатора показано на рисунке . О работе простейшего гидротрансформатора можно почитать здесь .

2). Коробка передач служит для изменения тяговых усилий (крутящих моментов), передаваемых от двигателя на ведущие колёса, а также для отсоединения двигателя от трансмиссии (в том числе, долговременного) и обеспечения движения автомобиля задним ходом.

Необходимость изменения тяговых усилий на колёсах возникает при изменении условий движения автомобиля (дорожных условий). Наибольшие усилия на ведущих колёсах требуются при трогании автомобиля с места. При движении в сложных дорожных условиях (например, крутой подъём или бездорожье), мощность двигателя будет тратиться на преодоление сопротивления движению автомобиля. При движении в благоприятных дорожных условиях (например, ровное шоссе), мощность двигателя можно «расходовать» на разгон автомобиля.

В зависимости от условий движения водитель выбирает (включает) ту, или иную передачу в коробке передач, вводя в зацепление шестерни с различным передаточным отношением и, тем самым, изменяет крутящий момент на ведущих колёсах. В автоматических трансмиссиях управление передачами осуществляется посредством систем управления включением, без непосредственного участия водителя.

При изменении (увеличении/уменьшении) крутящего момента на ведущих колёсах, скорость их вращения изменяется в обратной пропорции, на ту же величину.

На современной автомобильной технике применяются двух, - трёхвальные коробки передач с простой зубчатой передачей и цилиндрическими шестернями внешнего зацепления, а также с зубчатыми передачами и редукторами планетарного типа и вариаторы . Число передач прямого хода может быть в пределах 3 – 7, заднего хода - 1 – 2. Передаточные числа передач приводятся в технической характеристике трансмиссии конкретного автомобиля.

Общее устройство вальной механической коробки передач можно посмотреть на рис .

Основными деталями вальной коробки передач являются валы (первичный, вторичный, промежуточный), шестерни передач, синхронизаторы, подшипники, детали механизма переключения передач (для «ручных» коробок – вилки, штоки и др.). Планетарные коробки передач имеют в своём составе валы (ведущий, ведомый, центральный), комплект планетарных передач, состоящего из набора шестерён (сателлитовых, солнечной и коронной) и водила, фрикционно-тормозные устройства, механизм гидравлического или электрогидравлического управления переключением передач.

Работа простой зубчатой и планетарной передачи рассматривается здесь .

Раздаточная коробка имеет устройство сходное с коробкой передач, устанавливается за основной коробкой передач (иногда, коробка передач и раздаточная коробка, конструктивно объединяется в одном корпусе) и служит для распределения (раздачи) усилия на все имеющиеся ведущие мосты автомобиля. Раздаточная коробка, как правило, имеет две передачи – высшую (прямую) и понижающую, что удваивает общее число передач и позволяет подбирать передаточные числа трансмиссии для движения в условиях тяжёлого бездорожья. В коробке помещают механизм для включения/выключения одного из мостов и главную передачу с междуосевым дифференциалом, если предусматривается постоянный привод на все колёса. Так же, может иметься механизм блокировки междуосевого дифференциала

3). Карданная передача служит для передачи вращения от коробки передач (раздаточной коробки) на главную передачу ведущего моста при постоянно изменяющихся углах наклона и расстоянии между осями автомобиля (базы).

Угол наклона карданного вала должен изменяться в связи с тем, что ведущий мост автомобиля прикреплён к кузову (раме) через элементы подвески (т.е., не жёстко) и имеет определённую степень свободы. По этой же причине изменяется и расстояние между осями автомобиля. Так, при ускорении автомобиля, задний ведущий мост стремится «догнать» переднюю часть кузова, а при торможении, наоборот, «отстать» от неё.

Карданная передача может иметь в своём составе один или несколько валов, карданные шарниры, эластичные соединительные и подвесные муфты.

Устройство карданной передачи легкового автомобиля можно посмотреть .

4). Главная передача осуществляет передачу крутящего момента под углом 90º с карданного вала на приводы ведущих колёс, изменяет крутящий момент в соответствии со своим передаточным числом.

Имеют место одинарные и двойные главные передачи. Шестерни передач могут быть коническими и/или цилиндрическими. Одинарные простые передачи, имеют в своём составе ведущую и ведомую шестерню. Ведущая малая шестерня – коническая, со спиральными зубьями устанавливается в подшипниках качения и приводится в движение от карданного вала, либо, непосредственно от вала коробки передач. Ведомая большая шестерня, со спиральными зубьями, крепится болтами на коробку дифференциала. В гипоидных передачах, ось малой конической шестерни смещена вниз, относительно оси большой ведомой шестерни на 30 – 40 мм.

Шестерни гипоидных передач изготавливаются «парами» и маркируются. Замена шестерён должна проводиться только в комплекте.

Устройство главной передачи показано на рисунке .

е). Дифференциал распределяет крутящий момент между ведущими колёсами (осями) и позволяет ведущим колёсам автомобиля вращаться с различной скоростью, что необходимо при прохождении автомобилем поворотов и при попадании колёс в разные дорожные условия (например, одно колесо находится на ровном покрытии, а второе движется по неровностям).

Наибольшее применение получили дифференциалы с коническими шестернями. Дифференциал имеет корпус (коробку дифференциала) в котором размещаются конические полуосевые шестерни и сателлитовые шестерни, установленные на оси.

Указанное выше свойство дифференциала, в случае имеющихся отличий в сцеплении ведущих колёс с дорожным покрытием, часто приводит к пробуксовке одного из колёс (колеса с меньшим коэффициентом сцепления с дорогой). Для устранения данного нежелательного эффекта на машинах повышенной проходимости применяют дифференциалы повышенного трения (самоблокирующиеся дифференциалы) или используют механизмы блокировки дифференциала.

Устройство дифференциала показано на рисунке .

5). Приводы колёс.

Ведущие полуоси устанавливаются в полуосевых рукавах балки ведущего моста и служат для передачи вращения от дифференциала на колёса. По условиям работы полуоси разделяются на два основных типа: полуразгруженные и полностью разгруженные .

Полуразгруженная полуось одним концом лежит в коробке дифференциала, а другим в подшипнике полуоси.

Полностью разгруженная полуось одним концом лежит в коробке дифференциала, а другим, через фланец соединена со ступицей колеса. В свою очередь, ступица колеса на подшипниках установлена на конце полуосевого рукава. При такой установке полуось передаёт только крутящий момент. Все остальные силы воспринимаются балкой ведущего моста через подшипники.

Ведущий мост представляет собой общий кожух (балку) с центральным картером и полуосевыми рукавами. В картере размещаются главная передача и дифференциал. В полуосевых рукавах устанавливаются полуоси.

В приводах передних колёс присутствует такой элемент как шарнир равных угловых скоростей , обеспечивающий равномерное вращение колёс при их различных пространственных положениях во время поворота автомобиля.

Привод задних колёс автомобиля классической компоновки показан , привод передних колёс показан на рисунке . О шарнире равных угловых скоростей можно почитать здесь .

Существующие разновидности коробок переключения передач, по сути, являются ответом на спрос автолюбителей. Коробка совместно с рулевым колесом дает возможность эффективно управлять возможностями современного автомобиля. Кому-то нравится комфорт, кто-то быстро устает от управления, кто-то вообще ничего не умеет и всего боится. В современной классификации различают три основных вида коробок передач и их варианты:

механическая система, ручного способа переключения передач;
автоматическая многоступенчатая КПП;
бесступенчатая система вариатора;
роботизированная коробка.

Несмотря на то, что последний вид считают вариантом механической коробки передач, существующие отличия от классической схемы позволяют ее выделять в отдельной строке. Можно смело определять ее в отдельный вид коробки передач.

Двигатель внутреннего сгорания не способен эффективно работать в широчайшем диапазоне оборотов вращения, поэтому используют различные виды коробок передач, понижающие скорость вращения рабочих валов трансмиссии. Это происходит либо с помощью набора зубчатых шестерен и колес, как в основных видах коробок передач, либо с помощью толкающих ремней и шкивов - в вариаторной схеме коробки.

Вариаторная КПП более всего отвечает образу жизни современного человека и позволяет вообще отказаться от управления трансмиссией. Первая требует максимального участия водителя в управлении скоростью и крутящим моментом колес. Автомат сильно облегчил жизнь человека за рулем, но требует тщательного отношения к своей работе.

Прежде чем ответить на вопрос - какой вид коробки передач лучше выбрать, следует определить свое отношение к машине и степень своего участия в управлении автомобилем.

Простые и надежные ручные системы

Механическая система переключения, именуемая еще «механикой» или «ручкой» - самый распространенный и простой вид коробки переключения передач. В современных автомобилях она представлена двумя видами:

многовальной, в которой шестерни находятся на двух или трех параллельных валах и входят в зацепление поочередно в зависимости от требуемого передаточного числа;
планетарной, в которой шестерни и зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении в нескольких рядах, выбор пары с необходимым передаточным числом выполняется с помощью фрикционов или фрикционных пакетов.

В колесном транспорте планетарный вид механики используется только в автоматических коробках, в горных велосипедах и военной технике. Планетарка компактнее и легче многовального вида механизма, но значительно дороже в производстве.

Современные легковые машины с приводом на передние колеса имеют двухвальную схему и минимум 5 ступеней передач для движения вперед и одну назад. Более дорогие модели авто могут быть оснащены шестиступенчатыми коробками передач. При этом 5-я и 6-я являются повышающими - выходной вал коробки передач вращается с более высокими оборотами коленвала двигателя. Этого более чем достаточно для ручного управления.

Основная проблема механической коробки передач состоит в том, чтобы при переключении по команде ручки плавно и безударно вводить в зацепление пары косозубых шестерней, имеющих разные угловые скорости. Для выравнивания оборотов в коробке каждая пара шестерней оснащена кольцом синхронизации, изготовленным из бронзы.

При переключении передачи водитель выключает сцепление, тем самым дает возможность синхронизаторам выровнять скорости вращения шестерен. После чего ручкой переключения либо напрямую, либо через систему тяг или тросовых приводов, перемещают зубчатую муфту включения внутри корпуса коробки, тем самым введя в зацепление необходимую пару шестерен. Остается только отпустить педаль сцепления и продолжить движение.

Такие механические коробки называются синхронизированными. Управлять ими достаточно просто и удобно при наличии определенного навыка вождения автомобиля. Правда, неполное выключение сцепления, пробуксовка или иные проблемы с отключением трансмиссии приводят к тому, что синхронизаторы механики начинают интенсивно изнашиваться, вплоть до невозможности включения передачи без промежуточной постановки ручки на нейтральное положение. Переход на следующую передачу происходит после повторного выжимания сцепления. Подобный способ переключения широко использовался ранее и используется сейчас на грузовом транспорте с механикой, не оснащенной системой синхронизаторов.

Важно! Изношенные синхронизаторы, кроме затрудненного включения передачи, ведут к интенсивному износу венцов шестерен, местному выкрашиванию отдельных участков зубьев.

Механическая коробка передач - самая надежная и экономичная, требует от водителя достаточной квалификации и тяжелого труда по постоянному переключению передач в паре с отработкой педалью выключения сцепления. Но, как ни странно, многими водителями сознательно делается выбор в пользу механики. По их мнению, механика, даже при повышенной физической нагрузке, доставляет большее удовольствие от управления авто, чем роботизированные или автоматические коробки.

Секвентальная КПП, как высшая точка развития механики

Точнее будет назвать эту коробку - механической коробкой передач с секвентальным, или рядным способом переключения. Идея пришла из области разработок для спортивных скоростных машин. Современная секвентальная коробка передач построена по схеме обычной механической коробки с электронным управлением привода сцепления и гидравлическим приводом переключения передач. Особенностью секвентальной коробки является соблюдение строгой последовательности передач.

Из преимуществ секвентального механизма можно отметить:

высочайшая скорость переключения передачи;
соблюдение последовательности переключения дает возможность «безболезненно» работать с очень большими оборотами двигателя и мощностями;
способ управления с помощью подрулевых лепестков позволяет достаточно комфортно контролировать движение даже на больших скоростях или в непростых дорожных условиях.

В подобных коробках используют прямозубые шестерни и не применяют синхронизаторы включения. Выравнивание скоростей вращения шестерни и колеса осуществляется компьютером по датчику скорости. Вместо зубчатой муфты стоит кулачковый механизм включения передач. Благодаря этому время включения скорости примерно на 70-80% меньше, чем у обычной механики. Для работы гидроприводов используют отдельный узел - аккумулятор рабочей жидкости высокого давления.

Роботизированные системы коробки передач

В отличие от секвентальных систем, роботизированный вид коробки имеет электромеханический привод включения пары шестерен. Основу схемы составляет механическая коробка передач, построенная на системе двух рабочих валов-рядов передач. Четные номера собраны на одном валу, нечетные - на другом. Каждый из валов имеет собственный диск сцепления и может включаться-выключаться независимо.

Такой вид коробки использует преселективный режим. Хитрость конструкции состоит в том, что компьютер заранее, используя данные о режиме работы трансмиссии, вычисляет наиболее подходящую для включения следующую передачу. С помощью соленоида выполняет ее зацепление на противоположном ряду передач при выключенном сцеплении. В момент переключения останется только включить сцепление и продолжить движение. Благодаря этому переключение происходит с очень высокой скоростью.

В своем роде коробки-роботы занимают промежуточное положение между автоматическими коробками и механикой. При этом по выполняемым функциям и степени компьютеризации этот вид коробки можно назвать более автоматическим, чем существующие гидромеханические системы.

Наиболее известным и разрекламированным роботизированным видом КПП называют семиступенчатые коробки системы DSG, устанавливаемые на модели VW с небольшим объемом двигателя. Отзывы о работе - от рекламно-хвалебных восторгов до открыто негативных.

Если вы надумали купить авто с подобной системой передач, стоит учитывать следующее:

Роботизированная коробка - очень сложный механизм, меньше всего этот вид коробки предназначен для скоростного прожига резины в сумасшедших гонках. Коробки сложно управляются, обслуживаются и ремонтируются.
К управлению на DSG следует привыкать не менее двух недель. Поклонникам механики этот вид кажется медленным и непредсказуемым, водителям, пересевшим с гидромеханических коробок - дергающим невпопад.
Уже сейчас качество роботов позволяет предоставлять 5-ти летнюю гарантию и 150 тыс. пробега.

Интересно! При всех критических замечаниях роботы дешевле в изготовлении, имеют более высокий КПД и, по заявлениям экспертов, возможно, именно этот вид вытеснит устаревшую гидромеханику с рынка легковых автомобилей.

Самый сложный вид трансмиссии - автоматы и вариаторы

Чем больше функций выполняет коробка передач, тем сложнее ее производство, ниже надежность и выше стоимость. Наиболее дорогими и неэкономичными всегда были и остаются все виды автоматических коробок передач автомобиля. Конструкция этого вида представлена гидромеханическими и адаптивными коробками передач. В основе схемы лежат два основных агрегата - гидротрансформатор и планетарная коробка передач.

В современных автоматических коробках передач гидротрансформатор исполняет роль компенсатора, увеличивающего или уменьшающего на небольшую величину основную передачу планетарного механизма. Таким образом, совместная работа двух агрегатов обеспечивает оптимальное число передачи трансмиссии в конкретных условиях.

Большие потери в гидравлике заставили инженеров несколько усовершенствовать работу этого вида автомата. Теперь работа гидротрансформатора на скоростях более 20 км/ч блокируется муфтой, а передача крутящего момента выполняется напрямую через фрикционы на планетарную коробку.

В ряде случаев, вместо подключения гидротрансформатора, его функции на переходных режимах обеспечиваются пробуксовкой пакетов фрикционных накладок, что проще и эффективнее.

Одной из разновидностей автоматической трансмиссии является адаптивная автоматическая коробка, в которой компьютерным блоком управления осуществляется подбор наиболее подходящего передаточного числа в планетарной коробке.

Этот вид автоматической коробки пока остается вне конкуренции в трансмиссии авто повышенной проходимости, внедорожниках и машинах с большим объемом двигателя. В обслуживании и ремонте сложен, требует высокой квалификации и качественных расходных материалов.

Вариаторные системы

В результате 30 лет эволюции первых вариаторов для маломощных мотоколясок и скутеров технологам удалось довести уровень надежности и долговечности толкающего ремня (основного элемента бесступенчатого вариатора) до вполне приемлемой величины пробега в 150 тыс. км. Сам толкающий ремень представляет чудо инженерной мысли. Он изготовлен из большого числа абсолютно одинаковых металлических элементов, благодаря чему ремень может быть гибким и жестким одновременно.

В работе он взаимодействует с двумя шкивами - входным и выходным, обеспечивая практически любое передаточное значение коробки передач. Современные вариаторы получили приемлемо высокий КПД и возможность работать с двигателями мощностью до 100 л.с. Вариатор можно назвать первой из систем, по-настоящему способных непрерывно изменять передаточное число трансмиссии.

Этот вид автоматики не любит пробуксовки, крайне уязвим при низком качестве гидравлической жидкости. В большинстве случаев вариатор комплектуют с гидротрансформатором.

Преимущества - очень точный подбор необходимого передаточного числа трансмиссии. Этот вид коробки капризен, дорог в изготовлении и обслуживании и в ближайшем будущем вряд ли выйдет из ниши малолитражных автомобилей.

Еще информации о различных видах КПП на видео:

КАТЕГОРИИ