Трансмісія та її основні види
Трансмісією називається силова передача, що здійснює зв'язок двигуна з ведучими колесами автомобіля.
Трансмісія служить для передачі від двигуна до провідних колесам потужності й крутного моменту, необхідних для руху автомобіля.
1. Призначення і типи
Крутний момент М к , підведений від двигуна до провідних колесам, прагне зрушити їх відносно поверхні дороги в бік, протилежний руху автомобіля. Внаслідок цього через протидію дороги на ведучих колесах виникає тягова сила Р Т, яка спрямована в бік руху і є рушійною силою автомобіля. Тягова сила РТ викликає виникнення на провідному мосту штовхає сили Р Х яка від моста через підвіску передається на кузов і приводить в рух автомобіль.
У залежності від того, які колеса автомобіля є провідними (передні, задні або ті та інші), потужність і крутний момент можуть підводитися тільки до передніх, заднім або переднім і заднім колесам одночасно. У цьому випадку автомобіль є відповідно передньопривідним, задньопривідним і повнопривідним.
Передньопривідні і задньопривідні автомобілі мають обмежену прохідність і призначені для експлуатації на дорогах з твердим покриттям, на сухих грунтових дорогах. Такі автомобілі мають колісну формулу, тобто співвідношення між загальним числом коліс і числом провідних коліс, з позначенням 4 х 2. У цій формулі перша цифра являє собою загальне число коліс автомобіля, а друга - число ведучих коліс. Якщо провідні колеса подвійні (вантажні автомобілі, автобуси) і, отже, загальна їх кількість дорівнює шести, то колісна формула цих автомобілів має також позначення 4x2.
Рис. 17. Рушійні сили автомобіля
Повнопривідні двовісні автомобілі та тривісні автомобілі з двома задніми провідними мостами мають підвищеною прохідністю. Вони здатні рухатися по поганих дорогами і поза дорогами. Їх колісні формули мають відповідно позначення 4 х 4 і 6 х 4.
Повнопривідні тривісні і чотиривісні автомобілі мають високу прохідність. Вони можуть дола 
ти рови, ями і подібні перешкоди. Їх колісні формули позначаються відповідно 6 х 6 і 8 х 8.
Колісна формула характеризує не тільки прохідність автомобіля, але і тип його трансмісії.
На автомобілях застосовуються трансмісії різних типів (рис. 2).
Найбільшого поширення на автомобілях отримали механічні ступінчасті трансмісії і гідромеханічні трансмісії. Інші типи трансмісій на автомобілях мають обмежене застосування.
Рис. 18. Типи трансмісій автомобілів
Конструкція трансмісії залежить від типу автомобіля, його призначення і взаємного розташування двигуна і ведучих коліс. Характер зміни переданого крутного моменту в різних типах трансмісій різний.
Рис. 19. Графіки зміни крутного моменту в трансмісіях:
а - ступінчастою; 6 - безступінчатим, в - гідромеханічної; I-IV - щаблі швидкостей; Мк - крутний момент; v - швидкість автомобіля
Трансмісія і її технічний стан роблять значний вплив на експлуатаційні властивості автомобіля. Так, при погіршенні технічного стану механізмів трансмісії і порушенні регулювань в зчепленні, головній передачі і диференціалі підвищується опір руху автомобіля і погіршуються тягово-швидкісні властивості, прохідність, паливна економічність і екологічність автомобіля.
2. Механічні ступінчасті трансмісії
У механічних східчастих трансмісіях передається від двигуна до провідних колесам крутний момент змінюється східчасто відповідно до передавальним числом трансмісії яке дорівнює добутку передаточних чисел шестеренних (зубчастих) механізмів трансмісії. Передавальним числом шестерневого механізму називається відношення числа зубів веденої шестірні до числа зубів ведучої шестірні.
На автомобілі з колісною формулою 4x2, переднім розташуванням двигуна і задніми ведучими колесами у трансмісію входять зчеплення 2, коробка передач 3, к арданна передача 4, головна передача 6, диференціал 7 і півосі 8. Крутний момент від двигуна 1 через зчеплення 2 передається до коробки передач3, де змінюється відповідно до включеною передачею. Від коробки передач крутний момент через карданну передачу 4 підводиться до головної передачі 6ведучого моста 5, в якій збільшується, і далі через диференціал 7 і півосі 8 - до задніх ведучих коліс.
Для легкових автомобілів таке взаємне розташування двигуна і механізмів трансмісії забезпечує рівномірний розподіл навантаження між передніми і задніми колесами і можливість розміщення сидінь між ними в зоні менших коливань кузова. Недоліком є необхідність застосування порівняльно довгою карданної передачі з проміжною опорою.
Рис.20. Схеми механічних трансмісій автомобілів з різними колісними формулами:а-в - 4x2; г - 4x4; д - 6x4; е - 6x6; ж - 8x8; 1 - двигун; 2 - зчеплення; 3 - коробка передач, 4 - карданна перед ача, 5 - ведучий міст; 6 - головна передача; 7 - диференціал; 8 - півосі; 9 - карданний шарнір; 10 - роздавальна коробка; 11 - міжосьовий диференціал.
Механічні трансмісії легкових автомобілів з колісною формулою 4x2 можуть мати й інше розташування двигуна, зчеплення і коробки передач у ведучого моста - задні ведучі колеса й двигун 1 ззаду або передні провідні колеса і двигун спереду. Такі трансмісії не мають карданної передачі між коробкою передач і провідним мостом і включають в себе зчеплення 2, коробку передач 3, головну передачу, диференціал і привід ведучих коліс, який здійснюється не півосями, а карданними передачами. При цьому в приводі до провідних керованим колесам застосовуються карданні шарніри 9 рівних кутових швидкостей.
Ці трансмісії прості по конструкції, компактні, мають невелику масу і економічні.
Заднє розташування двигуна і трансмісії забезпечує найкращі оглядові та розміщення сидінь в кузові між мостами автомобіля, кращу ізоляцію салону від шуму двигуна і відпрацьованих газів. Однак погіршуються керованість, Стійкість автомобіля і безпека водія і переднього пасажира при наїздах і зіткненнях.
Переднє розташування двигуна і трансмісії поліпшує керованість і стійкість автомобіля, але при русі на слизьких підйомах дороги можливо пробуксовування ведучих коліс внаслідок зменшення на них навантаження.
Механічна трансмісія автомобіля з колісною формулою 4 х 4 з переднім розташуванням двигуна крім зчеплення 2, коробки передач 3, карданної передачі 4 і заднього ведучого моста 5 додатково включає в себе передній ведучий керований міст і роздавальну коробку 10, з'єднану з цим мостом і коробкою передач 3 карданними передачами. Крутний момент від роздавальної коробки підводиться до переднього і заднього ведучим мостам. У роздавальної коробці є пристрій для включення приводу переднього ведучого моста або міжосьов ий диференціал, що розподіляє крутний момент між провідними мостами автомобіля.
Передній ведучий міст має головну передачу, диференціал і привід коліс у вигляді карданних передач із шарнірами 9 рівних кутових швидкостей, що забезпечують підведення крутного моменту до переднім ведучим керованим колесам.
У автомобілів з колісною формулою 6x4 крутний момент до середнього (проміжного) і задньому ведучим мостам може підводитися одним загальним валом. У цьому випадку головна передача середнього моста має прохідний ведучий вал.
У автомобіля з колісною формулою 6x6 крутний момент до середнього і заднього ведучим мостам може підводитися і роздільно - двома валами. У роздавальної коробці цих автомобілів є спеціальний пристрій для включення привода переднього моста або міжосьовий диференціал 11, розподіляє крутний момент між провідними мостами.
Автомобілі з колісною формулою 8x8 зазвичай мають потележечное розташування провідних мостів, при якому зближені провідні мости - перший з другим і третім з четвертим. При цьому перші два мости є і керованими.
У разі встановлення двох двигунів 1 трансмісія таких автомобілів має два зчеплення 2, дві коробки передач 3 і дві роздавальні коробки 10 з міжосьовими диференціалами 11. При цьому автомобіль може рухатися при одному працюючому двигуні.
У порівнянні з іншими типами трансмісій механічні трансмісії простіше по конструкції, мають меншу масу, більш економічні, надійніше в роботі і мають високий ККД, рівний 0,8 ... 0,95. Недоліком їх є розрив потоку потужнос ті при перемиканні передач, що знижує тягово-швидкісні властивості та погіршує прохідність автомобіля. Крім того, правильність вибору передачі і моменту перемикання передач залежить від кваліфікації водія, а часті перемикання передач в умовах міста призводять до сильної стомлюваності водія. Механічні трансмісії також не забезпечують повного використання потужності двигуна і простоти керування автомобілем.
3. Механічна безступінчата трансмісія
Це фрикційна трансмісія, в якій для плавною передачі обертального моменту від двигуна до провідних колесам використовується сила тертя.
На рис. 5 наведена схема клиноремінною передачі, яка представляє собою фрикційне безступінчату передачу.
Крутний момент від двигуна через зчеплення передається конічної шестірні 14 реверс-редуктора. Ця шестірня знаходиться в зачепленні з шестернями 13 і 10,що з'єднуються з валом 12 муфтою 11, що переміщається на шліцах валу.
На кінцях вала 12 установлені провідні шківи 9 передачі, від яких крутний момент через зубчасті ремені 8 трапецеідального перетину передається на відомі шківи 7 і далі через колісні редуктори 5 на провідні колеса автомобіля.
Передаточне число клиновий передачі, яке дорівнює відношенню робочих радіусів R 2: R 1 шківів, залежить від положення ременя 8. Воно регулюється пружиною 6, відповідно зсувне половини веденого шківа 7, і пружиною 3, розсуваю ться половини ведучого шківа 9, залежно від частоти обертання колінчастого вала двигуна і вакууму в порожнині 2, з'єднаної трубопроводом з впускним колектором двигуна.
При рушанні автомобіля з місця пружини 3 і 6 забезпечують найбільшу передавальне число, і в цьому випадку половини веденого шківа зрушені, а ведучого - розсунуті.
Рис. 21. Схема клиноремінною передачі:
1 - трубопровід, 2 - порожнина, 3, 6 - пружини; 4 - вантаж, 5 - редуктор, 7, 9 - шківи; 8 - ремінь; 10, 13, 14 - шестерні; 11 - муфта; 12 - вал; R 1 R 2 - радіуси шківів
При розгоні автомобіля діючі сили від вантажів 4 відцентрового регулятора і вакууму в порожнини 2 долають силу пружин 3 і 6, зрушують половини ведучого шківа 9 і розсовують половини веденого шківа 7. Таким чином, здійснюється безступінчата зміна передавального числа і, отже, крутного моменту.
Ця передача виконує також функції міжколісного диференціала. Передача застосовується на деяких моделях легкових автомобілів.
Механічні безступінчатий передачі не отримали широкого розповсюдження і мають обмежене застос ування на автомобілях через недостатню надійність їхроботи.
4. Гідрооб'ємна трансмісія
Цей вид трансмісії представляє собою безступінчату передачу автомобіля.
У гідрооб'ємної трансмісії двигун 1 внутрішнього згоряння приводить в дію гідронасос 2, з'єднаний трубопроводами з гідромоторами 3, вали яких пов'язані з ведучими колесами автомобіля. При роботі двигуна гідродинамічний напір рідини, що створюється гідронасосом в гідромоторах провідних коліс, перетворюється на механічну роботу. Провідні колеса з гідромоторами, встановленими в них, називаються гідромотор-колесами.
Робочий тиск в системі в залежності від конструкції гідроагрегатів - 10 ... 50 МПа.
На рис. 23 представлена найпростіша схема пристрою і роботи гідрооб'ємної передачі, в якій використовується гідростатичний напір рідини. При обертанні колінчастого вала двигуна через кривошип 2 і шатун 3 виробляється переміщення поршня 4 гідронасосу. Рідина з гідронасосу через трубопровід 9 подається в циліндр гідродвигуна, поршень 8 якого переміщує через шатун 7 кривошип 5 і приводить в обертання провідне колесо 6.
Рис. 22. Схема гідрооб'ємної (верхніх статевих схеми) та електричної (нижня половина) трансмісії: 1 - двигун; 2 - гідронасос; 3 - гідромотор; 4 - електродвигун, 5 - генератор
Перевагою гідрооб'ємної трансмісії є безступінчасте автоматичну зміну її передавального числа і переданого крутного моменту, що забезпечує плавне рушання автомобіля з місця, полегшує і спрощує управління автомобілем і знижує стомлюваність водія і, отже, підвищує безпеку руху. Вона також підвищує прохідність автомобіля в результаті безперервного потоку потужності і плавної зміни крутного моменту.
У дійсності гідрооб'ємні передачі, вживані на автомобілях, набагато складніше, ніж представлена на рис. 23. Так, вони включають роторні гідронасоси плунжерного типу, колісні гідродвигуни, магістралі високого та низького тиску, редукційні клапани, охолоджувач, дренажну і підживлюють системи (резервуар, фільтр, охолоджувач, насос, редукційний і запобіжний клапани).
Рис. 23. Схема гідрооб'ємної передачі: 1 - двигун, 2, 5 - кривошипи; 3, 7 шатуни, 4, 8 - поршні; 6 - колесо; 9 - трубопровід
У порівнянні з механічною гідрооб'ємна трансмісія має великі габаритні розміри і масу, менші ККД, довговічність і більш високу вартість. Вона складна у виготовленні і вимагає надійних ущільнень.
5. Електрична трансмісія
Це безступінчата передач а, у якій крутний момент вимірюється плавно, без участі водія, в залежності від опору дороги і частоти обертання колінчастого вала двигуна.
В електричній трансмісії двигун 1 внутрішнього згоряння приводить в дію генератор 5. Струм від генератора надходить доелектродвигунів 4 провідних коліс автомобіля.
Провідне колесо з встановленим усередині електродвигуном 1 називається електромотор-колесом. Крутний момент від електродвигуна до колеса передається через колісний редуктор 2. При застосуванні швидкохідних електродвигунів у ведучих колесах використовуються понижуючі зубчасті передачі.
Перевагою електричних трансмісій є безступінчасте автоматичну зміну її передавального числа. Це забезпечує плавне рушання автомобіля з місця, спрощує і полегшує управління автомобілем і знижує стомлюваність водія, в результаті підвищується безпека руху. Крім того, підвищується прохідність автомобіля внаслідок безперервного потоку потужності і плавної зміни крутного моменту. Підвищується також довговічність двигуна через зменшення динамічних наван тажень і відсутності жорсткого зв'язку між двигуном і провідними колесами. Однак у електричних трансмісій ККД не перевищує 0,75, що погіршує тягово-швидкісні властивості автомобіля. Крім того, витрата палива в порівнянні з механічними трансмісіями підвищується на 10 ... 20%. Електричнітрансмісії також мають велику масу і високу вартість.
Рис. 24. Електромотор-колесо:
1 - електродвигун, 2 - редуктор
Гідромеханічна трансмісія.
Це комбінована трансмісія, яка складається з механізмів механічної та гідравлічної трансмісій. У гідромеханічної трансмісії передавальне число і крутний момент змінюються східчасто і плавно.
У гідромеханічну трансмісію входять гідромеханічна коробка передач 2, що включає гидротрансформатор і механічну коробку передач, карданна передача 3, головна передача 4, диференціал 5 і півосі 6.
Гідротрансформатор встановлюють замість зчеплення, і в ньому передача крутного моменту від двигуна 1 до трансмісії відбувається за рахунок гідродинамічного (швидкісного) напору рідини. Гідротрансформатор плавно автоматично змінює обертальний момент в залежності від навантаження. При цьому крутний момент від гідротрансформатора передається до механічної коробки передач, в якій передачі включаються за допомогою фрикційних механізмів. Застосування гідротрансформатора забезпечує плавне рушання автомобіля з місця, зменшує число перемикань передач, що знижує стомлюваність водія, покращує прохідність автомобіля, майже в два рази підвищується довговічність двигуна і механізм ів трансмісії внаслідок зменшення в трансмісії динамічних навантажень і крутильних коливань. Знижується також ймовірність зупинки двигуна при різкому збільшенні навантаження.
Рис. 25. Схема гідромеханічної трансмісії:
1 - двигун; 2 - гідромеханічна коробка передач, 3 - карданна передача; 4 - головна передача, 5 - диференціал; 6 - півосі
Недоліком гідромеханічної трансмісії є більш низький ККД, що погіршує тягово-швидкісні властивості та паливну економічність автомобіля, більш складна конструкція і велика маса, а також висока вартість у виробництві, яка становить близько 10% вартості автомобіля.
Електромеханічна трансмісія. Це комбінована трансмісія, яка складається з елементів механічної та електричної трансмісій.
На рис. 10 показана схема електромеханічної трансмісії автобуса великої місткості. Двигун 4 внутрішнього згоряння розташований в задній частині автобуса і приводить у дію генератор 5. Струм, що виробляється генератором, підводиться до електродвигуна 1. Крутний момент від електродвигуна через карданну передачу 2 підводиться до провідному мосту 3 і далі через головну передачу, диференціал і піввісь до провідних колесам автобуса. Зчеплення і коробка передач в трансмісії відсутні, тому що при зростанні опору дороги зменшується частота обертання електродвигуна і автоматично збільшується крутний момент, що підводиться до провідних колесам автобуса.
Режим роботи двигуна в різних дорожніх умовах залежить тільки від подачі палива, яка здійснюється педаллю. Відсутність педалі зчеплення і важелів перемикання коробки передач істотно полегшує роботу водія автобуса, який в умовах міста працює з ч астими зупинками. Крім того, електромеханічна трансмісія підвищує прохідність і безпека руху. Недоліками електромеханічної трансмісії в порівнянні з механічною є менший ККД, що не перевищує 0,85, що погіршує тягово-швидкісні властивості та паливну економічність (витрата палива збільшується на 15 ... 20%), а також великі габаритні розміри і маса.
Рис. 26. Схема електромеханічної трансмісії:
1 - електродвигун, 2 - карданна передача, 3 - провідний міст, 4 - двигун, 5 - генератор
Трансмісії автопоїздів
Автопоїзди, що складаються з автомобіля-тягача і причепів або напівпричепів, можуть мати різного типу трансмісії в залежності від призначення автопоїзда. Так, на автопоїздах, призначених для роботи по дорогах з твердим покриттям, трансмісію має тільки автомобіль-тягач. На автопоїздах, розрахованих на роботу в умовах бездоріжжя, для підвищення їх прохідності причепи та напівпричепи зазвичай обладнуються провідними мостами. Потужність і крутний момент до цих мостах можуть підводитися від двигуна автомобіля-тягача через механічну, гідравлічну чи електричну передачі.
Для приводу додаткового обладнання автопоїзда (лебідки, насоса підйому вантажного кузова та ін) в трансмісії є коробка відбору потужності, яка приєднується до коробки переда ч.