Как это работает: трансмиссия — Автомобили Гродно

• Автор: AutoGrodno.by
• 26.10.2010, 04:05

    Неделю назад мы начали новую рубрику «Как это работает«. В первой же статье мы рассказывали вам о сердце автомобиля — двигателе . Сегодня подошёл черёд рассказать об ещё одной не менее важной части автомобиля — его душе. Трансмиссия. Для чего же служит она и как работает? Вы сможете прочитать далее.

 

 

 

 

 

     Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления. При движении автомобиля коленчатый вал двигателя развивает до 5000-6000 об/мин, а ведущие колеса при этом вращаются со скоростью не более 1300 об/мин.

Следовательно, даже при благоприятных дорожных условиях колеса автомобиля вращаются в четыре с лишним раза медленнее коленчатого вала. А при неблагоприятных дорожных условиях, когда возрастает сопротивление движению машины и приходится двигаться с невысокой скоростью, это отношение возрастает. При эксплуатации автомобиля возникает необходимость изменять не только скорость движения и величину подводимого к колесам момента, но также маневрировать, останавливаться, двигаться задним ходом. Выполнение всех этих действий становится возможным благодаря тому, что развиваемый двигателем крутящий момент подводится к ведущим колесам через механизмы, составляющие трансмиссию автомобиля.

 

 

 

    Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная

. 

 

 

  Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает в себя: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал, полуоси. В автомобиле с приводом на передние колеса все агрегаты трансмиссии расположены под капотом машины и объединены в один большой узел агрегатов. Коробка передач содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Трансмиссия переднеприводного автомобиля включает в себя: сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, валы привода передних колес.

 

    Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

    Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

    Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

    Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

    Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями — межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

 

 

 

   Полноприводные автомобили имеют большое разнообразие схем трансмиссий. Их можно условно разделить на три группы.

    a. Полный привод, подключаемый водителем. В такой схеме трансмиссии обязательно есть раздаточная коробка, при этом на большинстве моделей нет межосевого дифференциала. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент между передней и задней осями (мостами).

    б. Полный привод, подключаемый автоматически. В большинстве таких трансмиссий постоянно ведущими являются передние колеса, а между осями вместо дифференциала установлена фрикционная муфта с электронным управлением или вискомуфта. Вискомуфта (вязкостная муфта) — передает крутящий момент при разных скоростях вращения частей ее корпуса за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками. Вискомуфта может устанавливаться между осями или встраиваться в корпус дифференциала для его автоматической блокировки.

Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет трения при сжатии пакета дисков.

    в. Постоянный полный привод. Автомобили с такой трансмиссией обязательно имеют межосевой дифференциал. Передачу мощности к четырем колесам используют не только для повышения проходимости (у вседорожников), но и для лучшей реализации разгонных свойств автомобиля. Оба эффекта достигаются за счет перераспределения силы тяги — на каждом колесе она получается меньше, соответственно ниже вероятность их пробуксовки. 

 

 

    Основные требования, предьявдяемые к трансмиссии:

    — обеспечение высоких тяговых качеств и скорости машины при прямолинейном движении и повороте;
    — простота и легкость управления, исключающие быструю утомляемость водителя;

    — высокая надежность работы в течение длительного периода эксплуатации;
    — малые масса и габаритные размеры агрегатов;
    — простота (технологичность) в производстве, удобство в обслуживании при эксплуатации и ремонте;
    — высокий КПД;
    — в машинах высокого класса добавляется требование бесшумности.

 

 

 

Главная передача и дифференциал автомобиля

В данной статье расскажем про устройство главной передачи и дифференциала автомобиля, их основные неисправности.

Крутящий момент от коленчатого вала двигателя через сцепление, коробку передач и карданную передачу передается на пару косозубых шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении. Оба колеса будут вращаться с одинаковой угловой скоростью. Но ведь в этом случае поворот автомобиля невозможен, так как колеса должны пройти неодинаковое расстояние при этом маневре!

Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента и передачи его на полуоси колес под углом 90⁰. Она состоит из:

• ведущей шестерни
• ведомой шестерни

Давайте посмотрим на следы, оставленные на повороте мокрыми колесами автомобиля. Рассматривая эти следы заинтересованно, можно увидеть, что внешнее от центра поворота колесо проходит путь значительно больший, чем внутреннее.

Если бы каждому колесу передавалось одинаковое количество оборотов, то поворот автомобиля, без черных следов, был бы невозможен. Следовательно, любой автомобиль имеет некий механизм, позволяющий ему делать повороты без «черчения» резиной колес по асфальту. И этот механизм называется – дифференциалом.

Дифференциал автомобиля предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги.

Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами как 50 х 50, так и в другой пропорции (например, 60 х 40). К сожалению, пропорция может быть и 100 х 0. Это означает, что одно из колес стоит на месте, а другое в это время буксует.

Что поделаешь! Ничто не бывает абсолютно правильным и идеальным, зато данная конструкция позволяет автомобилю поворачивать без заноса, а водителю не менять каждый день изношенные шины.

Конструктивно дифференциал выполнен в одном узле вместе с главной передачей и состоит из:

• двух шестерен полуосей
• двух шестерен сателлитов

Главная передача с дифференциалом:
1 — полуоси, 2 — ведомая шестерня, 3 — ведущая шестерня, 4 — шестерни полуосей, 5 — шестерни-сателлиты.

У переднеприводных автомобилей главная передача и дифференциал расположены в корпусе коробки передач. Двигатель у таких автомобилей расположен не вдоль, а поперек оси движения, значит, изначально крутящий момент от двигателя передается в плоскости вращения колес. Поэтому нет необходимости изменять направление крутящего момента на 90^О, как у заднеприводных автомобилей. Но, функция увеличения крутящего момента и распределения его по осям колес, остается неизменной и в этом случае.

Основные неисправности

Шум («вой» главной передачи) при движении на большой скорости возникает из-за износа шестерен, неправильной их регулировке или в случае отсутствия масла в картере главной передачи. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление шестерен, заменить изношенные детали, восстановить уровень масла.

Подтекание масла может быть через сальники и неплотные соединения. Для устранения неисправности следует заменить сальники, подтянуть крепления.

Эксплуатация главной передачи и дифференциала

Как и любые шестеренки – шестерни главной передачи и дифференциала требуют «смазки и ласки». Хотя все детали главной передачи и дифференциала и выглядят массивными «железяками», но они тоже имеют запас прочности. Поэтому рекомендации относительно резких стартов и торможений, грубых включений сцепления и прочей перегрузки машины остаются в силе.

Трущиеся детали и зубья шестерен, в том числе, должны постоянно смазываться. Поэтому в картер заднего моста (у заднеприводных авто) или в картер блока – коробка передач, главная передача, дифференциал (у переднеприводных авто), заливается масло, уровень которого необходимо периодически контролировать.

Масло, в котором работают шестерни, имеет склонность к «утеканию» через неплотности в соединениях и через изношенные сальники.

При возникновении подозрения на какую-либо неприятность с трансмиссией, поднимите домкратом одно из ведущих колес автомобиля. Запустите двигатель и, включив передачу, заставьте вращаться это колесо. Просмотрите на все, что крутится, прослушайте все, что издает подозрительные звуки. Затем поднимите домкратом колесо с другой стороны. При повышенном шуме, вибрациях и подтеканиях масла – начинайте искать авто сервис.

Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес — Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес

Крутящий момент — это крутящая сила, которую производит двигатель. Крутящий момент двигателя — это то, что приводит в движение вашу машину. Различные шестерни в трансмиссии и дифференциале умножают крутящий момент и распределяют его между колесами. На первой передаче на колеса может передаваться больший крутящий момент, чем на пятой, потому что первая передача имеет большее передаточное число, на которое умножается крутящий момент.

Приведенная ниже гистограмма показывает величину крутящего момента, развиваемого двигателем. Отметка на графике указывает величину крутящего момента, которая вызовет проскальзывание колеса. Автомобиль, который хорошо стартует, никогда не превышает этот крутящий момент, поэтому шины не скользят; автомобиль, который плохо стартует, превышает этот крутящий момент, поэтому шины буксуют. Как только они начинают проскальзывать, крутящий момент падает практически до нуля.

Advertisement

Что интересно в отношении крутящего момента, так это то, что в ситуациях с низким тяговым усилием максимальный крутящий момент, который может быть создан, определяется величиной тягового усилия, а не двигателем. Даже если в вашем автомобиле установлен двигатель NASCAR, если шины не будут прилипать к земле, просто невозможно использовать эту мощность.

Для целей этой статьи мы определим сцепление как максимальную силу, которую шина может приложить к земле (или которую земля может приложить к шине — это одно и то же). Вот факторы, влияющие на тягу:

Вес шины — Чем больше вес шины, тем выше ее сцепление. Вес может смещаться во время движения автомобиля. Например, когда автомобиль делает поворот, вес смещается на внешние колеса. При разгоне вес смещается на задние колеса. (Дополнительную информацию см. в разделе Как работают тормоза.)

Коэффициент трения — Этот коэффициент связывает величину силы трения между двумя поверхностями с силой, удерживающей две поверхности вместе. В нашем случае он связывает величину сцепления между шинами и дорогой с весом, приходящимся на каждую шину. Коэффициент трения в основном зависит от типа шин на транспортном средстве и типа поверхности, по которой движется транспортное средство. Например, шина NASCAR имеет очень высокий коэффициент трения при движении по сухой бетонной трассе. Это одна из причин, по которой гоночные автомобили NASCAR могут проходить повороты на таких высоких скоростях. Коэффициент трения той же шины в грязи был бы почти нулевым. Напротив, огромные, узловатые внедорожные шины не будут иметь такого высокого коэффициента трения на сухой трассе, но в грязи их коэффициент трения чрезвычайно высок.

Проскальзывание колес — Существует два вида контакта шин с дорогой: статический и динамический.

• статический контакт — Шина и дорога (или земля) не скользят друг относительно друга. Коэффициент трения при статическом контакте выше, чем при динамическом, поэтому статический контакт обеспечивает лучшее сцепление.
• динамический контакт — Шина проскальзывает относительно дороги. Коэффициент трения для динамического контакта ниже, поэтому у вас меньше сцепление.

Попросту говоря, проскальзывание колеса происходит, когда сила, приложенная к шине, превышает тяговое усилие, доступное этой шине. Сила прикладывается к шине двумя способами:

• Продольная — Продольная сила исходит от крутящего момента, прилагаемого к шине двигателем или тормозами. Он имеет тенденцию либо ускорять, либо замедлять автомобиль.
• Боковая — Боковая сила создается, когда автомобиль движется по кривой. Чтобы заставить автомобиль изменить направление, требуется сила — в конечном счете, боковую силу создают шины и земля.

Допустим, у вас достаточно мощный заднеприводный автомобиль, и вы едете по мокрой дороге в повороте. У ваших шин достаточно сцепления, чтобы применить боковую силу, необходимую для удержания автомобиля на дороге, когда он проходит поворот. Допустим, вы нажимаете на педаль газа в пол в середине поворота ( не делайте этого! ) — ваш двигатель передает на колеса гораздо больший крутящий момент, создавая большое продольное усилие. Если вы добавите продольную силу (создаваемую двигателем) и поперечную силу, создаваемую при повороте, и сумма превысит доступное сцепление, вы просто создадите проскальзывание колеса.

Большинство людей даже близко не приближается к превышению доступного сцепления на сухом или даже на ровном мокром асфальте. Полноприводные и полноприводные системы наиболее полезны в ситуациях с низким сцеплением, например, на снегу и на скользких холмах.

Преимущество полного привода легко понять: если вы едете на четырех колесах вместо двух, вы можете удвоить величину продольной силы (силы, которая заставляет вас двигаться), к которой прикладывают шины. земля.

Это может помочь в различных ситуациях. Например:

• В снегу — Чтобы толкнуть машину по снегу, требуется большое усилие. Количество доступной силы ограничено доступной тягой. Большинство полноприводных автомобилей не могут двигаться, если на дороге больше нескольких дюймов снега, потому что на снегу каждая шина имеет лишь небольшое сцепление с дорогой. Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес.
• Бездорожье — В условиях бездорожья по крайней мере один комплект шин довольно часто оказывается в ситуации с плохим сцеплением, например, при пересечении ручья или грязной лужи. С полным приводом другой комплект шин все еще имеет сцепление с дорогой, поэтому они могут вытащить вас.
• Восхождение на скользкие холмы — Эта задача требует большого сцепления. Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес, чтобы поднять машину в гору.

Также бывают ситуации, когда полный привод не дает преимуществ перед приводом на два колеса. В частности, системы полного привода не помогут вам остановиться на скользком покрытии. Все дело в тормозах и антиблокировочной системе (ABS).

Теперь давайте посмотрим на детали, из которых состоит полноприводная система.

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Карим Найс «Как работает полный привод» 18 апреля 2001 г.
HowStuffWorks.com. 23 декабря 2022 г.

Знать о крутящем моменте зубчатой ​​передачи

• ВЕРШИНА
>
• Знание передач
>
• Первый шаг конструкции механизма с использованием шестерен
>
• org/ListItem»> Знать о крутящем моменте зубчатой ​​передачи

1. Функции редуктора

Вот список функций зубчатых передач для конструкций механизмов. (Таблица 3-1)

Таблица 3-1 Функции редуктора

Характерные функции шестерен	Объяснение
Изменить направление вращения вала	(уже объяснил)
Преобразование вращательного движения в линейное движение	(уже объяснил)
Изменение направления вращения (по часовой стрелке/против часовой стрелки)	(уже объяснил)
Изменение количества оборотов (ускорение вверх/вниз)	(уже объяснил)
Изменение силы вращения (увеличение/уменьшение крутящего момента)	См. эту главу

Вы можете увеличить или уменьшить крутящий момент шестерни (крутящую силу), изменив число оборотов.

2.

Определение крутящего момента (крутящего момента)

Крутящий момент представляет собой вращающую силу, когда нагрузка F (Н) приложена на расстоянии L (мм) от центра вращения. Крутящий момент Т выражается следующей формулой в Н·мм (Ньютон-миллиметр). (Рисунок 3-1)

Рисунок 3-1 Момент затяжки

Крутящий момент T становится больше по мере того, как L (расстояние от центра вращения) становится больше, даже если нагрузка F мала. С другой стороны, крутящий момент T становится больше по мере увеличения нагрузки F, даже если L (расстояние от центра вращения) короткое.
Другими словами, крутящий момент T — это коэффициент, определяемый L (расстояние от центра вращения) и нагрузкой F.

3. Как определить передачу крутящего момента (без учета КПД машины)

Крутящий момент передачи изменяется по мере увеличения или уменьшения скорости. Как правило, при снижении скорости небольшой крутящий момент на входной стороне передается как больший крутящий момент на выходной стороне. Расчет крутящего момента зависит от количества зубьев. Позвольте мне объяснить с помощью диаграммы с использованием диаметров делительной окружности.
Крутящий момент рассчитывается следующим образом:

1. Получите нагрузку F точки зацепления (на радиусе делительной окружности шестерни A) от входного крутящего момента.
2. Получите крутящий момент выходной стороны от нагрузки F точки зацепления зубьев (радиус делительной окружности шестерни B).

Состояние
Номинальный крутящий момент двигателя: TA=600 Н·мм (0,6 Н·м)
Диаметр делительной окружности шестерни A φ20
Диаметр делительной окружности шестерни B φ40

Расчет передачи крутящего момента
Нагрузка в точке зацепления шестерни A: F=TA/LA=60(Н)
Крутящий момент на выходной стороне: TB=F×LB=60(Н)×20(мм)=1200(Н·мм )

Рисунок 3-2 Схема расчета передачи крутящего момента шестерни

Как видно из рисунка 3-2, при уменьшении скорости выходного вала относительно входного вала на 1/2 выходной крутящий момент увеличивается в 2 раза.

4. Учет эффективности машины

Как показано в предыдущей главе, количество оборотов шестерни можно рассчитать по количеству зубьев.
Однако вы не можете рассчитать крутящий момент передачи просто так, как показано выше, по следующим причинам:

• При зацеплении зубьев выделяется тепло, и энергия теряется.
• Звук молотка издается зацеплением зубов, и энергия теряется.

Следовательно, крутящий момент (крутящая сила) уменьшается на столько, на сколько теряется энергия, как указано выше.
Отношение входной силы к выходной силе зубчатых колес называется «КПД машины», и его приблизительное значение известно в зависимости от типа зубчатого колеса. (Таблица 3-2)

Таблица 3-2 КПД редуктора по типу

Связь двух валов	Название шестерни	КПД машины η (%)
параллельный вал	цилиндрическое прямозубое колесо	98,0 — 99,5 * КПД косозубого колеса меньше, чем прямозубого, так как зубья наклонены и усилие создается в направлении тяги.
	косозубая шестерня
	двойная косозубая шестерня
	внутренняя шестерня
	стойка
	винтовая стойка
пересекающийся вал	прямая коническая шестерня	98,0 — 99,0
	спирально-коническая шестерня
перекошенный вал	червячный редуктор	30,0 — 90,0
	винтовая передача	70,0 — 95,0

Примечание) Указанный выше КПД представляет собой КПД зубчатых передач без учета потерь в подшипниках или перемешивания смазки.
Эффективность шестерни, показанная выше, представляет собой значения, когда шестерни установлены правильно. При неправильной установке, например отклонении в точке пересечения конических шестерен, эффективность снизится.

«Никогда не забывайте об эффективности машины при расчете крутящего момента!»

5.

Расчет крутящего момента трансмиссии (включая КПД машины)

Теперь давайте посмотрим на формулу расчета крутящего момента, включая КПД машины η. (Рисунок 3-3)

Когда входной крутящий момент шестерни А равен TA, а КПД машины равен η, крутящий момент TB, который передается на шестерню B, увеличивается по мере увеличения эффективности η.

ТБ=η（ZB/ZA）× ТА

Когда входной крутящий момент шестерни B равен TB, крутящий момент TA, который передается на шестерню A, уменьшается по мере падения эффективности η.

TA=η（ZA/ZB）× ТБ

Рисунок 3-3 Расчетная формула крутящего момента трансмиссии

Упражнение для передачи крутящего момента (1)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (B). Предположим, что тип шестерни — прямозубая.
Символ на Рис. 3-4 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=600 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,99, так как используются прямозубые шестерни.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
= 0,99(40/20)×600=1188(Н·мм)

Рисунок 3-4 Упражнение для передачи крутящего момента (1)

Упражнение для передачи крутящего момента (2)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на червячное колесо B. (Рисунок 3-5)

[Условие]
Количество зубьев: ZA=1, ZB=30
Крутящий момент червяка A: TA=600 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,3, поскольку используются червячные передачи.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на червячное колесо B
TB=η(ZB/ZA)×TA=0,3(30/1)×600
= 5400(Н·мм)

Рисунок 3-5 Упражнение для передачи крутящего момента (2)

Упражнение для передачи крутящего момента (3)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (С). Предположим, что тип шестерни — косозубая шестерня.
Символ на рис. 3-6 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=30, ZC=20
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=500 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,98, поскольку используются косозубые шестерни.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
=0,98(30/20)×500=735(Н·мм)
Крутящий момент, передаваемый на шестерню C
TC=η(ZB/ ZC)×NB
=0,98(20/30)×735=480,2(Н·мм)

Рисунок 3-6 Упражнение для передачи крутящего момента (3)

«Как и количество оборотов, количество зубьев первой и последней шестерен определяет крутящий момент одноступенчатой ​​шестерни, но крутящий момент уменьшается, так как на КПД машины влияет количество промежуточных шестерен!»

Упражнение для передачи крутящего момента (4)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (D). Предположим, что тип шестерни — косозубая шестерня.
Символ на Рисунке 3-7 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=400 (Н·мм)
Эффективность машины η: Установите на 0,98, так как используются косозубые шестерни. .

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
=0,98(40/20)×400=784(Н·мм)
Крутящий момент, передаваемый на шестерню C
TC=TB=784( Н·мм)… как на одном валу
Крутящий момент, передаваемый на шестерню D
TD=η(ZD/ZC)×TC
=0,98(30/20)×784=1152,5(Н·мм)

Рисунок 3-7 Упражнение для передачи крутящего момента (4)

Приступая к проектированию механизма с использованием зубчатых передач, важно помнить об эффективности машины. Механизм, спроектированный без учета КПД машины, может не соответствовать спецификациям из-за нехватки крутящего момента.
Мы обсуждали, что эффективность машины влияет на крутящий момент передачи в зависимости от типа шестерни и количества зацеплений.
Далее мы объясним параметры, которые определяют форму зубчатых колес при проектировании зубчатых колес.
(Продолжение следует…)

*Иллюстрация: КАОСУН

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Цель написания этой статьи состояла в том, чтобы обучить читателей элементарному уровню зубчатой ​​техники.