В Мире Моторов

блог о автомобилях

Трансмиссия автомобиля, принципиальные схемы

Трансмиссия автомобиля, принципиальные схемы

Коробка переменных передач, взаимодействуя с другими механизмами и агрегатами, осуществляющими передачу крутящего момента от двигателя автомобиля к его ведущим колесам, составляют один из наиболее важных узлов под названием трансмиссия автомобиля.

Во время движения автомобиля крутящий момент коленчатого вала может достигать 7000 об/мин при том, что ведущие колеса в тот момент вращаются более, чем в четыре раза медленнее и этот показатель постоянно меняется, в зависимости от дорожных условий. Кроме этого, эксплуатация авто подразумевает изменение как скорости движения, так и необходимость выполнять различные маневры, движение задним ходом, останавливаться. Все это было бы выполнять затруднительно без трансмиссии.

На сегодняшний день автомобили оснащаются различными трансмиссиями трех основных компоновок:переднеприводной, заднеприводной и полноприводной.

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля

При производстве автомобилей с передним приводом устанавливаются следующие узлы и агрегаты, передающие крутящий момент от коленвала к колесам:

• Сцепление;
• Коробка переменных передач;
• Главная передача;
• Дифференциал;
• Шарнир равных угловых скоростей, вал привода колес.

Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения трансмиссии от двигателя и плавного ее подключения во время начала движения автомобиля или переключения передач.

Коробка переменных передач используется для изменения передаваемого карданному валу крутящего момента о двигателя и тем самым, получения тяговых усилий на ведущих колесах. Также с помощью КПП осуществляется изменение направления ведущих колес и отключение трансмиссии от мотора на длительное время.

Помимо того, что главная передача передает усилие от карданного вала полуосям под прямым углом, с ее помощью происходит уменьшение по отношению к карданному валу числа оборотов ведущих колес. Таким образом, сила тяги на ведущих колесах увеличивается, за счет уменьшения крутящего момента механизмов трансмиссии после главной передачи.

Дифференциал обеспечивает разную скорость вращения правого и левого ведущих колес, с учетом дорожных условий (повороты, неровности и т. д.). К ведущим колесам крутящий момент передается через полуоси от дифференциала посредством полуосевых шестерен. Такие дифференциалы называют межколесными. Другой вид дифференциалов – межосевые, когда они остановлены между разными осями автомобиля.

Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля

Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля

Составными данной трансмиссии (ее еще называют классической) являются:

• Сцепление;
• Коробка переменных передач;
• Карданная передача;
• Главная передача;
• Дифференциал;
• Полуоси.

Как видно, в состав узлов заднеприводной трансмиссии входит карданная передача, которая является промежуточным узлом между выходным валом коробки передач и задним мостом, и служит для передачи крутящего момента, вне зависимости от угла между осями вала коробки передач и главной передачи.

Переднеприводные машины в карданной передаче не нуждаются, т. к. у них все узлы и агрегаты трансмиссии объединены в один общий узел агрегатов под капотом автомобиля. Благодаря тому, что в корпусе коробки передач находится дифференциал с главной передачей, из самого картера КПП выходят валы привода передних ведущих колес.

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Схемы трансмиссий машин с полным приводом пестрят большим разнообразием и условно разделяются на три группы:

• Постоянный полный привод. Обязательный атрибут автомобилей с такой схемой трансмиссии – межосевой дифференциал.Автомобильная трансмиссия с передачей мощности на все четыре колеса является эффективной как при создании автомобилей с повышенной проходимостью, так и при улучшении разгона машины. Достижение обоих эффектов возможно, благодаря распределению силы тяги – уменьшение тяги на каждом колесе исключает вероятность пробуксовки.
• Полный привод, подключаемый вручную, который предусматривает наличие раздаточной коробки, но межосевой дифференциал в большинстве моделей отсутствует. Вся ответственность по распределению крутящего момента между задней и передней осями автомобиля в этой схеме возложена на “раздатку”.
• Автоматически подключаемый полный привод присущ автомобилям с передними ведущими колесами, а функции дифференциала выполняет вискомуфта либо фрикционная муфта с электронным управлением. Что касаетсявискомуфты (вязкостной муфты), передача крутящего момента с ее помощью осуществляется, за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками, заключенными в корпусе. Данную муфту могут также, использовать для автоматической блокировки дифференциала, установив ее между осями или встроив непосредственно в корпус дифференциала. При использовании же фрикционных муфт передача крутящего момента осуществляется за счет сжатия пакета дисков и возникающего, вследствие этого, трения.

Анимационный видео ролик принципа построения трансмиссии автомобиля.

Кинематическая схема автомобиля

Кинематическая схема автомобиля с приводом на передние колеса приведена на рис 2.

1 — двигатель (Д). Предназначен для преобразования тепловой энергии в механическую.

2 — сцепление. Для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии.

3 — коробка перемены передач (КПП). Для изменения крутящего момента (М), для разъединения Д от трансмиссии на длительный период и изменения направления движения автомобиля.

4 — главная передача. Изменение М по величине и направлению.

5 — дифференциал. Распределение М по полуосям.

6 — ведущие колёса.

Трансмиссия — служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам и для его изменения в соответствии с условиями движения, а также для отключения двигателя от ведущих колёс (рис. 3).

Крутящий момент на ведущих колёсах:

Частота вращения ведущих колёс:

Мощность на ведущих колёсах:

где η_тр — КПД трансмиссии

i_кп — передаточное отношение коробки передач

i_гп — передаточное отношение главной передачи.

Целями тягового расчёта являются предварительный выбор тягово-скоростных свойств автомобиля с принятыми параметрами.

1. Выбор основных параметров автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля и распределение ее по осям:

т — масса снаряженного автомобиля (прототип);

т_гр — номинальная грузоподъемность автомобиля;

q — расчетная масса пассажира;

q_бг — расчетная масса багажа;

Nсум — количество перевозимых пассажиров (суммарно) с учетом водителя;

Распределение массы по осям автомобиля:

т_а1 — масса приходящаяся на переднюю ось:

т_а2 — масса приходящаяся на заднюю ось:

1.2 Расчет координат центра тяжести автомобиля:

— — расстояние от оси передней балки до центра тяжести автомобиля (см. Рис.4)

— расстояние от оси заднего моста до центра тяжести автомобиля;

h=0,25•B — высота центра тяжести (где B — высота автомобиля)

Определение осевой нагрузки, действующей на шину:

— нагрузка на шину переднего моста;

— нагрузка на шину заднего моста,

i₁ — количество шин установленных на переднем мосту;

i₂ -количество шин установленных на заднем мосту;

175=В — ширина профиля, мм;

R — радиальный корд;

14 — посадочный диаметр d=14 дюймов;

80 — индекс грузоподъёмности;

Индекс грузоподъемности— принятое условное обозначение максимально допускаемой нагрузки на шину

индекс 75 — соответствует 387 кгс;

S — индекс допустимой максимальной скорости движения = 180 км/ч.

Индекс скорости — принятое условное обозначение максимально допускаемой скорости в км/ч:

Радиус качения колеса: ,

где Ɣ — коэффициент смятия шины = (0,92 — 0,94)

2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Обычно внешнюю скоростную характеристику двигателя получают путём испытания двигателя на специальном стенде по стандартной методике. Внешнюю скоростную характеристику можно построить воспользовавшись формулой:

,

где N_е i , ω_i — текущие значения мощности и угловой скорости,

N_max, ω_N— максимальные значения мощности двигателя и угловой скорости коленчатого вала при максимальной мощности (задаются), k, а, b, с — коэффициенты (табл.1)

где 1 — двигатель с неразделённой камерой сгорания 2 — двигатель с предварительной камерой сгорания 3 — двигатель с вихревой камерой сгорания.

Внешняя скоростная характеристика может быть задана таблично в относительных единицах:

Карбюраторные двигатели Табл.2

Дизельные двигатели Табл.3

Порядок построения внешней скоростной характеристики:

В соответствии с заданием разность ω_N — ω_min делится на 10 интервалов и определяются текущие значения ω_min N_e i . Затем определяются значения крутящего момента на коленчатом валу двигателя М_е i .

Кинематическая схема автомобиля

Кинематическая схема автомобиля с приводом на передние колеса приведена на рис 2.

1 — двигатель (Д). Предназначен для преобразования тепловой энергии в механическую.

2 — сцепление. Для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии.

3 — коробка перемены передач (КПП). Для изменения крутящего момента (М), для разъединения Д от трансмиссии на длительный период и изменения направления движения автомобиля.

4 — главная передача. Изменение М по величине и направлению.

5 — дифференциал. Распределение М по полуосям.

6 — ведущие колёса.

Трансмиссия — служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам и для его изменения в соответствии с условиями движения, а также для отключения двигателя от ведущих колёс (рис. 3).

Крутящий момент на ведущих колёсах:

Частота вращения ведущих колёс:

Мощность на ведущих колёсах:

где η_тр — КПД трансмиссии

i_кп — передаточное отношение коробки передач

i_гп — передаточное отношение главной передачи.

Целями тягового расчёта являются предварительный выбор тягово-скоростных свойств автомобиля с принятыми параметрами.

1. Выбор основных параметров автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля и распределение ее по осям:

т — масса снаряженного автомобиля (прототип);

т_гр — номинальная грузоподъемность автомобиля;

q — расчетная масса пассажира;

q_бг — расчетная масса багажа;

Nсум — количество перевозимых пассажиров (суммарно) с учетом водителя;

Распределение массы по осям автомобиля:

т_а1 — масса приходящаяся на переднюю ось:

т_а2 — масса приходящаяся на заднюю ось:

1.2 Расчет координат центра тяжести автомобиля:

— — расстояние от оси передней балки до центра тяжести автомобиля (см. Рис.4)

— расстояние от оси заднего моста до центра тяжести автомобиля;

h=0,25•B — высота центра тяжести (где B — высота автомобиля)

Определение осевой нагрузки, действующей на шину:

— нагрузка на шину переднего моста;

— нагрузка на шину заднего моста,

i₁ — количество шин установленных на переднем мосту;

i₂ -количество шин установленных на заднем мосту;

175=В — ширина профиля, мм;

R — радиальный корд;

14 — посадочный диаметр d=14 дюймов;

80 — индекс грузоподъёмности;

Индекс грузоподъемности— принятое условное обозначение максимально допускаемой нагрузки на шину

индекс 75 — соответствует 387 кгс;

S — индекс допустимой максимальной скорости движения = 180 км/ч.

Индекс скорости — принятое условное обозначение максимально допускаемой скорости в км/ч:

Радиус качения колеса: ,

где Ɣ — коэффициент смятия шины = (0,92 — 0,94)

2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Обычно внешнюю скоростную характеристику двигателя получают путём испытания двигателя на специальном стенде по стандартной методике. Внешнюю скоростную характеристику можно построить воспользовавшись формулой:

,

где N_е i , ω_i — текущие значения мощности и угловой скорости,

N_max, ω_N— максимальные значения мощности двигателя и угловой скорости коленчатого вала при максимальной мощности (задаются), k, а, b, с — коэффициенты (табл.1)

где 1 — двигатель с неразделённой камерой сгорания 2 — двигатель с предварительной камерой сгорания 3 — двигатель с вихревой камерой сгорания.

Внешняя скоростная характеристика может быть задана таблично в относительных единицах:

Карбюраторные двигатели Табл.2

Дизельные двигатели Табл.3

Порядок построения внешней скоростной характеристики:

В соответствии с заданием разность ω_N — ω_min делится на 10 интервалов и определяются текущие значения ω_min N_e i . Затем определяются значения крутящего момента на коленчатом валу двигателя М_е i .