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 .

Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.

Принцип работы

Принцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и , приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.

Основная характеристика этого редуктора — передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.

Устройство и основные требования к главной передаче

Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с и, соответственно, с колесами машины.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:

• минимальный уровень шума и вибраций при работе;
• минимальный расход топлива;
• высокий КПД;
• обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
• технологичность;
• минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
• минимальная масса;
• высокая надежность;
• минимальная необходимость в обслуживании.

Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.

Классификация главных передач

По числу пар зацеплений

• Одинарная — имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
• Двойная — имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.

По виду зубчатого соединения

• Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
• Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
• Гипоидная — самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
• Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.

По компоновке

• Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
• Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.

Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.

Преимущества и недостатки

Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:

• Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
• Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
• Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
• Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.

Главная передача — это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.

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.

Общее устройство и принцип работы легкового автомобиля по структурной схеме

Состав и принцип работы современных легковых автомобилей, передне-приводных, заднеприводных и полноприводных в общем одинаковы.

Структурная схема заднеприводного автомобиля показана на рис. 6.1.1.

В состав автомобиля входят:

• двигатель 1;
• силовая передача или , в состав которой входят: сцепление 5, коробка передач 7, карданная передача 8, главная передача и дифференциал 11, полуоси 10;

Рис. 6.1.1. Структурная схема заднеприводного автомобиля: 1 - двигатель; 2 - педаль подачи топлива; 3 - генератор; 4 - педаль сцепления; 5 - сцепление; 6 - рычаг переключения передач; 7 - коробка переключения передач; 8 - карданная передача; 9 - колесо; 10 - полуоси; 11 - главная передача и дифференциал; 12 - стояночный (ручной) тормоз; 13 - основная тормозная система; 14 - стартер; 15 - электропитание от аккумулятора; 16 - подвеска; 17 - рулевое управление; 18 - гидромагистраль

• ходовая часть , в которую входят: передняя и задняя подвески 16, колеса и шины 9;
• механизмы управления , состоящие из рулевого управления 17, основной 13 и стояночной 12 тормозной системы;
• электрооборудование , в состав которого входят источники электрического тока (аккумулятор и генератор), электрические потребители (система зажигания, система пуска, приборы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы, системы обогрева и вентиляции, стеклоочиститель, стеклоомыватель и др.);
• несущий кузов .

У переднеприводных автомобилей нет карданной передачи и надкарданного короба в кузове, поэтому салон становится просторней и комфортабельней, а масса автомобиля меньше.

Двигатель 1 (рис. 6.1.1) - машина, преобразующая какой-либо вид энергии (бензин, газ, дизельное топливо, заряд электричества) в энергию вращения коленчатого двигателя.

На большинстве современных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в которых часть энергии, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндре, преобразуется в механическую работу вращения коленчатого вала (рис. 6.1.2).

Литраж - единица измерения объема двигателя равная произведению площади поршня на длину его хода и число цилиндров. Литраж характеризует мощность и размеры двигателя, выражается в литрах или кубических сантиметрах.

Для изменения количества топливной смеси, подаваемой в цилиндр (для изменения мощности двигателя), служит педаль подачи топлива (педаль газа) 2.

Рис. 6.1.2. Внешний вид современного двигателя: 1 - крышка клапанной коробки; 2 - пробка горловины для заливки масла в двигатель; 3 - головка блока цилиндров; 4 - шкивы; 5 -приводной ремень; 6 - генератор; 7 - картер; 8 - поддон; 9 - выпускной коллектор

На коленчатом валу установлен маховик с зубчатым венцом, который является ведущим 5.

Сцепление 5 осуществляет постоянную механическую связь между двигателем и коробкой передач и предназначено для кратковременного ее отключения на время, необходимое для включения или переключения передачи.

Сцепление (рис. 6.1.3) представляет собой две фрикционные муфты 1 и 3, прижатые друг к другу пружиной 4. Ведущий диск 1 механически связан с коленчатым валом двигателя, ведомый диск 3 - с ведущим валом коробки передач 14.

Включение и выключение сцепления осуществляется водителем с помощью педали 8 (когда педаль нажата, сцепление выключено). При нажатии на педаль диски сцепления 1 и 3 расходятся, ведущий диск 1, связанный с двигателем 13, вращается, но это вращение на ведомый диск 3 не передается (сцепление выключено). Выключать сцепление нужно на период включения или переключения передач для безударного соединения шестерен в коробке передач.

При плавном отпускании педали происходит плавное сцепление ведущего и ведомого дисков. При этом за счет проскальзывания ведущий диск плавно навязывает вращение ведомому диску. Тот начинает вращаться, передавая крутящий момент на первичный вал коробки передач 14. Таким образом автомобиль может начать плавное движение с места или же продолжит движение на новой передаче.

Коробка переключения передач служит для изменения по величине и на-правлению крутящего момента и передачи его от двигателя к ведущим колесам, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес во время стоянки автомобиля.

Коробка передач может быть механической (с ручным переключением передач) или автоматической (гидротрансформатор, роботизированная или вариаторная коробка).

Рис. 6.1.3. Схема сцепления: 1 - маховик; 2 - ведомый диск сцепления; 3 - нажимной диск; 4 - пружина; 5 - отжимные рычаги; 6 - выжимной подшипник; 7 - вилка выключения сцепления; 8 - педаль сцепления; 9 - главный цилиндр сцепления; 10 - гидравлическая жидкость; 11 - трубопровод; 12 - рабочий цилиндр сцепления; 13 -двигатель; 14 - ведущий вал коробки передач; 15 - коробка передач

Механическая коробка переключения передач (рис. 6.1.4) представляет собой редуктор со ступенчато изменяемым коэффициентом передач.

В его составе:

• картер 12, в котором размещено масло 13 для смазки трущихся деталей;
• первичный вал 2, связанный с ведомым диском сцепления 1
• шестерня первичного вала 3, которая связана постоянно с шестерней промежуточного вала;
• промежуточный вал 4 с набором шестерен разного диаметра;
• вторичный вал 9 с набором шестерен, которые способны перемещаться с помощью вилки переключения передач 6;
• механизм переключения передач 8 с рычагом переключения 7;
• синхронизаторы - устройства, обеспечивающие выравнивание скоростей вращения шестерен во время переключения передач.

Водитель переключает передачи с помощью рычага переключения 7. Поскольку в коробке передач современного автомобиля имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные их пары (при включении любой передачи), водитель изменяет и общее передаточное число (коэффициент передачи). Чем ниже передача, тем ниже скорость движения автомобиля, но больший крутящий момент и наоборот.

При работающем двигателе перед включением или переключением передач в механической коробке для безударного переключения шестерен нужно выжимать педаль сцепления (выключать сцепление).

Рис. 6.1.4. Механическая коробка переключения передач: 1 - сцепление; 2 - первичный вал; 3 - ведущая шестерня; 4 - промежуточный вал; 5 - шестерня вторичного вала; 6 - вилка переключения передач; 7 - рычаг переключения передач; 8 - переключающее устройство; 9 - вторичный вал; 10 - крестовина; 11 - карданная передача; 12 - картер; 13 - масло для коробки передач

Наиболее распространенные схемы переключения передач в легковых автомобилях приведены на рис. 6.1.5.

Рис. 6.1.5. Наиболее распространенные схемы переключения передач в легковых автомобилях - 1 и 2, 3 и 4 - пользование рычагом переключения передач

В автоматическую коробку переключения передач (рис. 6.1.6) входят:

• гидротрансформатор (2, 5, 4, 5, 9), который непосредственно присоединен к двигателю, заполнен гидравлической жидкостью 10. Жидкость является средой для передачи крутящего момента от двигателя к механической коробке передач. Принцип работы таков: с увеличением оборотов двигателя увеличиваются обороты вала 2 с лопастями 3, которые вызывают вращение гидравлической жидкости 10. Вращающаяся жидкость начинает давить на лопасти вторичного вала 4 и вызывает вращение вторичного вала. Гидротрансформатор по сути своей работы исполняет роль сцепления;
• механическая коробка передач 7 получает вращение от гидротрансформатора, переключение передач в ней осуществляется сервоприводами по командам блока управления 6.

Рис. 6.1.6. Автоматическая коробка переключения передач: 1 -двигатель; 2 - первичный вал; 3 - лопасти первичного вала; 4 - лопасти вторичного вала: 5 - вторичный вал; 6 - блок управления коробкой-автомат; 7 - механическая коробка переключения передач; 8 - выходной вал

Для управления автоматической, роботизированной или вариаторной коробкой передач служит селектор переключения передач (рис. 6.1.7).

Рис. 6.1.7. Типовые схемы селекторов автоматических коробок переключения передач:

Р - парковка, механически блокирует коробку передач; R - задний ход, включать следует только после полной остановки автомобиля; N - нейтраль, в этом положении можно запускать двигатель; D - драйв, движение вперед; S (D3) - диапазон пониженных передач, включается на дорогах с небольшими подъемами. Торможение двигателем более эффективное, чем в положении D; L (D2) - второй диапазон пониженных передач. Включается на тяжелых участках дорог. Торможение двигателем еще более эффективное

Карданная передача (в задне- и полноприводном автомобиле) позволяет передавать крутящий момент от коробки передач на задний мост (главную передачу) в условиях движения автомобиля по неровной дороге (рис. 6.1.8).

Рис. 6.1.8. Карданная передача: 1 - передний вал; 2 - крестовина; 3 - опора; 4 - карданный вал; 5 - задний вал

Главная передача 5 служит для увеличения крутящего момента и передачи его под прямым углом на полуоси 6 автомобиля (рис. 6.1.9).

Дифференциал обеспечивает вращение ведущих колес с различными скоростями при повороте автомобиля и движении колес по неровной дороге.

Полуоси 6 передают крутящий момент ведущим колесам 7.

Ходовая часть обеспечивает движение и плавность хода. Она включает в себя подрамник, как правило, совмещенный , к которому посредством передней и задней подвесок крепятся элементы передней и задней осей со ступицами и колесами 7.

Механизмы и детали ходовой части связывают колеса с кузовом, гасят его колебания, воспринимают и передают силы, действующие на автомобиль.

Находясь в салоне легкового автомобиля, водитель и пассажиры испытывают медленные колебания с большими амплитудами и быстрые колебания с малыми амплитудами. От быстрых колебаний защищает мягкая обивка сидений, резиновые опоры двигателя, коробки передач и пр. Защитой от мед-ленных колебаний служат упругие элементы подвески, колеса и шины.

Рис. 6.1.9. Заднеприводный автомобиль: 1 - двигатель; 2 - сцепление; 3 - коробка передач; 4 - карданная передача; 5 - главная передача; 6 - полуось; 7 - колесо; 8 - рессорная подвеска; 9 - пружинная подвеска; 10 - рулевое управление

Подвеска (рис. 6.1.10) предназначена для смягчения и гашения колебаний, передаваемых от неровностей дороги на кузов автомобиля. Благодаря подвеске колес кузов совершает вертикальные, продольные, угловые и поперечно-угловые колебания. Все эти колебания определяют плавность хода автомобиля. Подвеска может быть зависимой и независимой.

Зависимая подвеска (рис. 6.1.10), когда оба колеса одной оси автомобиля связаны между собой жесткой балкой (задние колеса). При наезде на неровность дороги одного из колес второе наклоняется на тот же угол. Независимая подвеска, когда колеса одной оси автомобиля не связаны жестко друг с другом. При наезде на неровность дороги одно из колес может менять свое положение, положение второго колеса не изменяется.

Рис. 6.1.10. Схема работы зависимой (а) и независимой (б) подвески колес автомобиля

Упругий элемент подвески (пружина или рессора) служит для смягчения ударов и колебаний, передаваемых от дороги к кузову.

Рис. 6.1.11. Схема амортизатора:

1 - кузов автомобиля; 2 - шток; 3 - цилиндр; 4 - поршень с клапанами; 5 - рычаг; 6 - нижняя проушина; 7 -гидравлическая жидкость; 8 - верхняя проушина

Гасящий элемент подвески - амортизатор (рис. 6.1.11) - необходим для гашения колебаний кузова за счет сопротивления, возникающего при перетекании жидкости 7 через калиброванные отверстия из полости «А» в полость «В» и обратно (гидравлический амортизатор). Также могут применяться газовые амортизаторы, в которых сопротивление возникает при сжатии газа. Стабилизатор поперечной устойчивости автомобиля предназначен для повышения управляемости и уменьшения крена автомобиля на поворотах. На повороте кузов автомобиля одним своим боком прижимается к земле, в то время как второй бок хочет уйти «в отрыв» от земли. Вот в отрыв-то ему и не дает возможности уйти стабилизатор поперечной устойчивости, который, прижавшись к земле одним концом, вторым прижимает другую сторону автомобиля. А при наезде какого-либо ко-леса на препятствие стержень стабилизатора закручивается и стремится вернуть это колесо на свое место.

Рис. 6.1.12. Схема рулевого управления типа «шестерня - рейка»: 1 - колеса; 2 - поворотные рычаги; 3 - рулевые тяги; 4 - рейка рулевого механизма; 5- шестерня; 6-рулевое колесо

Рулевое управление (рис. 6.1.12) служит для изменения направления движения автомобиля с помощью рулевого колеса. При вращении руля 6 шестерня 5 вращается и перемещает рейку 4 в ту или иную сторону. Рейка при перемещении изменяет положение тяг 3 и связанных с ними поворотных рычагов 2. Колеса поворачиваются.

Рис. 6.1.13. Тормозная система: основная - 1-6 и стояночная (ручная) -7-10. Исполнительные тормозные устройства: А -дисковые; Б - барабанного типа; 1 - главный тормозной цилиндр; 2 - поршень; 3 - трубопроводы; 4 - гидравлическая тормозная жидкость; 5 - шток; 6 - педаль тормоза; 7 - рычаг ручного тормоза; 8 - трос; 9 - уравнитель; 10 - трос

Тормозная система (рис. 6.1.13) служит для снижения скорости вращения колес за счет сил трения, возникающих между тормозными колодками 11 и тормозными барабанами А или дисками Б, а также для удержания автомобиля в неподвижном состоянии на стоянках, на спусках и подъемах с помощью ручной тормозной системы (7-10). Водитель управляет тормозной системой с помощью педали тормоза 6 основной тормозной системы и рычага стоя-ночного (ручного) тормоза 7.

Основная тормозная система (1-6), как правило, многоконтурная, то есть при нажатии на педаль тормоза 6 перемещаются поршни 2, давление гидравлической тормозной жидкости 4 по трубопроводам 3 передается к исполнительным тормозным устройствам А - для торможения передних колес и тормозным исполнительным устройствам Б - для торможения задних колес. Системы А и Б - независимы друг от друга. Если один контур тормозной системы выйдет из строя, то другой будет продолжать выполнять функцию торможения, хотя и менее эффективно. Многоконтурность тормозной системы повышает безопасность движения.

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

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.