1. Трансмиссия автомобиля и её назначение. Основные узлы и детали трансмиссии. Типы трансмиссий, колёсные формулы.

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 см. здесь.

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 здесь.

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.