Механические трансмиссии автомобиля - виды, типы, устройство
Сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия
- Сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия
- Screenshot_14.jpg (164.17 КБ) 253 просмотра
В обычном сцеплении диафрагменная пружина крепится к кожуху специальными заклепками, которые служат неподвижными опорными точками для пружины. При выключении сцепления диафрагменная пружина прогибается, поворачиваясь вокруг опорных точек. При этом внутренний край пружины приподнимается, а наружный перемещается назад, освобождая ведомый диск. Толщина накладок ведомого диска со временем уменьшается вследствие естественного износа, поэтому наружный край пружины еще сильнее прижимает его к маховику. Эффективная длина рычага выключения сцепления изменяется, поэтому выключать сцепление становится труднее. В сцеплении с автоматической регулировкой нажимного усилия опорные точки пружины не имеют жесткого крепления на кожухе. При определенных условиях специальный пружинный механизм смещает их. На рисунке в центре показан случай, когда ведомый диск сцепления не изношен, поэтому сцепление с автоматической регулировкой нажимного усилия работает аналогично обычному сцеплению. При износе фрикционных накладок диска нажимное усилие увеличивается, как и в обычном сцеплении. В результате этого оно преодолевает силу упругой деформации опорной пружины, которая перед выключением сцепления немного сжимается. В механизме появляется зазор, благодаря которому регулировочное кольцо может поворачиваться. Поскольку кольцо конусное, то в результате его поворота зазор полностью выбирается. Таким образом, восстанавливаются первоначальные размеры и нажимное усилие диафрагменной пружины. При дальнейшем износе накладок ведомого диска положение опорных точек снова изменяется, при этом нажимное усилие остается прежним.
Двухмассовый маховик
- Двухмассовый маховик
- Screenshot_15.jpg (259.35 КБ) 252 просмотра
На некоторых моделях автомобилей устанавливается двухмассовый маховик для снижения крутильных колебаний, передаваемых в коробку передач. Он снижает не только пиковые нагрузки, действующие на детали коробки передач, но и шум и вибрации. Отличительной особенностью конструкции маховика является деление его массы на две части, которые могут смещаться друг относительно друга в радиальном направлении. Первая масса закреплена болтами на фланце коленчатого вала двигателя, как обычный маховик. При включении сцепления вторая масса соединяется с коробкой передач ведомым диском сцепления (за счет силы трения). Частота вращения коленчатого вала двигателя может отличаться от частоты вращения первичного вала коробки передач вследствие неравномерности работы двигателя внутреннего сгорания. В этом случае обе половины маховика поворачиваются друг относительно друга. Это смещение ограничивается силой сжатия пружин в маховике, что обеспечивает сглаживание колебаний крутящего момента двигателя, направляемого на первичный вал коробки передач. Маховики разных производителей могут иметь другое расположение демпферных пружин, но принцип их работы тот же. Снижение неравномерности частот вращения и выравнивание передаваемого крутящего момента осуществляется так, как показано на рисунке справа: в результате сгорания топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя угловая скорость вращения коленчатого вала возрастает и превышает скорость вращения первичного вала коробки передач. В результате масса маховика, связанная с коленчатым валом двигателя, поворачивается быстрее, чем другая масса, соединенная с коробкой передач. Это приводит к сжатию демпферных пружин. На такте сжатия коленчатый вал двигателя замедляется и первичный вал коробки передач «обгоняет» его. В этот момент демпферные пружины растягиваются. Благодаря этому частота вращения деталей коробки передач выравнивается, а колебания из-за неравномерного вращения снижаются. На нижнем рисунке показано смещение масс маховика, которое сделано вручную. Наличие взаимного смещения масс маховика является нормальным и не свидетельствует об износе. Угол смещения не регламентирован. Вместе с тем, если он слишком большой, маховик подлежит замене.
Проверка и замена сцепления
- Проверка и замена сцепления
- Screenshot_16.jpg (192.34 КБ) 251 просмотр
Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач через фрикционные накладки ведомого диска сцепления. Вследствие пробуксовки сцепления при его плавном включении, особенно при трогании автомобиля с места, накладки ведомого диска сцепления изнашиваются. Если диск изношен, сцепление буксует не только при разгоне, но и при равномерном движении. Это связано с тем, что нажимной диск не прижимает ведомый диск к маховику с достаточным усилием из-за снижения толщины фрикционных накладок. Пробуксовка приводит к сильному перегреву фрикционных накладок, кожуха сцепления и маховика. Это состояние отражено на правом верхнем рисунке. Для сравнения на рисунке слева показаны новые ведомый диск и кожух сцепления в сборе с нажимным диском. Фрикционные накладки крепятся к ведомому диску заклепками, поэтому их выступание относительно поверхности накладок служит показателем степени износа диска. По аналогии с другими механизмами, все детали которых проверяются на износ и деформацию, при проверке сцепления также необходимо измерить биение ведомого диска и маховика. При замене деталей сцепления необходимо использовать специальную оправку для центрирования ведомого диска сцепления. Это гарантирует соосное расположение диска и первичного вала коробки. В противном случае для установке коробки передач потребуются чрезмерные усилия, которые могут привести к повреждению шлицев ведомого диска и/или первичного вала коробки передач. В худшем случае может треснуть картер коробки передач. Поэтому необходимо строго соблюдать указания заводской инструкции. (Сведения о данном одномассовом маховике приведены в первой части учебного курса «Механическая часть двигателя».)
Компоновочные схемы трансмиссий
- Компоновочные схемы трансмиссий
- Screenshot_17.jpg (63.48 КБ) 250 просмотров
Все, о чем говорилось ранее, справедливо для всех компоновочных схем трансмиссий. Но каждая схема трансмиссии имеет ряд отличий с точки зрения конструкции и расположения агрегатов. Например, местоположение дифференциала и его конструкция зависят от типа привода ведущих колес — переднего или заднего. На первом рисунке показана классическая схема компоновки агрегатов трансмиссии заднеприводного автомобиля: двигатель расположен в передней части автомобиля, а ведущие колеса — задние. При такой компоновочной схеме коробку передач обычно располагают в передней части автомобиля, а главную передачу с дифференциалом — на задней оси. Крутящий момент от коробки передач к дифференциалу передается карданным валом. Компоновочная схема переднеприводных автомобилей может быть выполнена в двух вариантах: с передним продольным или поперечным расположением двигателя, а дифференциал в обоих случаях размещается в коробке передач. На последнем рисунке (нижнем правом) изображена схема с задним продольным расположением двигателя и задними ведущими колесами. В этой схеме дифференциал также расположен в коробке передач. Эти схемы встречаются наиболее часто. Есть и другие схемы, например, ведущий мост в сборе с коробкой передач и т. д. На автомобилях KIA применяются две верхние схемы.
M: двигатель, D: дифференциал, G: коробка передач.
Привод задних колес
- Привод задних колес
- Screenshot_18.jpg (194.98 КБ) 249 просмотров
При классической заднеприводной компоновке трансмиссия включает в себя следующие узлы: коробку передач, карданный вал, который передает крутящий момент на главную передачу в сборе с дифференциалом, а затем на приводные полуоси ведущих колес. Коробка передач обычная, трехвальная. Входной и выходной вал расположены соосно. Рычаг переключения передач обычно установлен на коробке передач. В зависимости от модели автомобиля коробка передач может иметь непосредственное или дистанционное (тросовое) управление. Карданный вал, показанный на рисунке, имеет один игольчатый подшипник, расположенный посередине. Одним концом вал соединяется с выходным валом коробки передач, а другим — с фланцем ведущей шестерни главной передачи. Карданные шарниры необходимы для компенсации изменения положения дифференциала (в основном по высоте) при перемещениях заднего моста из-за неровностей дороги. В зависимости от типа подвески вал (полуось) привода колес может только вращаться или вращаться и качаться в вертикальной плоскости благодаря шарнирам. Так как масса и скорость вращения карданного вала относительно высоки, он должен быть правильно отбалансирован. В противном случае, если вал отбалансирован плохо или изношены шарниры и игольчатые подшипники, появляются вибрация и толчки. Если они незначительные, их можно попытаться устранить путем изменения положения карданного вала. Также необходимо проверить правильность установки и смазки. Дифференциал в этой компоновочной схеме устанавливается вне коробки передач и имеет отдельный картер, как показано на рисунке. Поскольку ось коленчатого вала двигателя параллельна продольной оси автомобиля, а направление передачи крутящего момента необходимо изменить на 90 градусов, используется коническая главная передача, которая состоит из конической ведущей и ведомой шестерен.
Дифференциалы
- Дифференциалы
- Screenshot_19.jpg (169.67 КБ) 248 просмотров
Перед изучением конструкции и принципа действия дифференциала рассмотрим его назначение. При движении по прямой все колеса автомобиля проходят одинаковые расстояния, но на повороте это далеко не так. Если взглянуть на расстояния, проходимые каждым колесом в повороте, и траектории движения осей, то можно заметить, что они неодинаковые. Это касается не только левого и правого колеса одной оси, но и передних и задних колес разных осей. Все они проходят разные пути. Если к колесам оси не подводится крутящий момент от двигателя, проблем не возникает, так как оба колеса вращаются независимо друг от друга. Но в случае приводной оси, когда момент подводится к левому и правому колесам, но их вращение с разными скоростями не допускается, возникают проблемы с устойчивостью и управляемостью автомобиля. Это обусловлено тем, что прохождение колесами разных расстояний в повороте вынуждает одно из них проскальзывать. При движении по сухому асфальту сцепление колес с дорожным покрытием высокое, поэтому в этих условиях для проскальзывания колеса требуется большее тяговое усилие, которое приводит к перегрузкам в трансмиссии и более высоким нагрузкам на шины. В результате этого водитель ощущает дискомфорт, шины ускоренно изнашиваются, ухудшается управляемость автомобиля, а детали трансмиссии могут получить повреждения. Поэтому вместо одной оси устанавливают две полуоси, которые соединяются дифференциалом. Дифференциал дифференцирует, то есть допускает вращение правого и левого колес с разной частотой (поэтому он имеет такое название).
Дифференциал работает следующим образом: при движении по прямой, когда колеса имеют одинаковое сцепление с дорогой, крутящий момент от двигателя через карданный вал подводится к ведущей шестерне главной передачи. Благодаря зубчатому зацеплению конической пары главной передачи начинает вращаться ведомая шестерня. Оба сателлита размещены в корпусе дифференциала, который прикручен к ведомой конической шестерне, поэтому вращаются вместе с ней. Вместе с тем, сателлиты расположены в корпусе дифференциала так, что могут вращаться также вокруг своей оси. Полуосевые шестерни находятся в зацеплении с сателлитами, вращение которых в корпусе дифференциала приводит к вращению пар шестерен в противоположном направлении. Вместе с тем, полуосевые шестерни жестко соединены с полуосями колес, поэтому при движении автомобиля сила сцепления колес с дорогой препятствует взаимному вращению сателлитов и этих шестерен (если только автомобиль не поворачивает). В результате шестерни вращаются вместе с корпусом дифференциала как одно целое: это соответствует прямолинейному движению автомобиля вперед или назад. При повороте автомобиля сателлиты начинают обкатываться по полуосевым шестерням, что приводит к появлению разницы угловых скоростей правого и левого колес автомобиля, необходимой для прохождения ими разных расстояний. Если одно из колес попадает на поверхность с низким коэффициентом сцепления, то крутящий момент, подводимый к нему от двигателя, может превышать силу сцепления с дорогой. Это приведет к тому, что колесо, имеющее хорошее сцепление с дорогой, не будет вращаться, а другое, потеряв сцепление с дорогой, станет вращаться с удвоенной частотой. В этом случае оба сателлита также вращаются в противоположных направлениях. При таких условиях автомобиль не может двигаться.
Блокирующиеся дифференциалы
- Блокирующиеся дифференциалы
- Screenshot_20.jpg (161.05 КБ) 247 просмотров
Основным недостатком обычного дифференциала является то, что из-за него автомобиль может легко «застрять». Для решения этой проблемы были разработаны так называемые блокирующиеся дифференциалы. В настоящее время существует несколько типов таких дифференциалов: полностью блокируемые дифференциалы, обычно имеющие механизм принудительной блокировки. На рисунке изображен дифференциала такого типа, который полностью блокируется путем механического соединения одной из полуосевых шестерен с корпусом дифференциала. В результате блокировки обе полуоси соединяются друг с другом и вращаются как одно целое. В этом случае автомобиль может двигаться, даже если одно из колес потеряло сцепление с поверхностью дороги. Другим типом блокирующихся дифференциалов являются самоблокирующиеся дифференциалы. На нижних рисунках изображены такие дифференциалы разной конструкции. Чаще всего в них применяются фрикционные диски, которые позволяют перебрасывать крутящий момент с буксующего колеса на неподвижное, и автомобиль может двигаться даже при полной потере сцепления одного из колес с поверхностью дороги. Самоблокирующиеся дифференциалы не соединяют полуоси абсолютно жестко. Они могут поворачиваться друг относительно друга. Об этом подробнее на следующей странице.
Многодисковый самоблокирующийся дифференциал
- Многодисковый самоблокирующийся дифференциал
- Screenshot_21.jpg (163.87 КБ) 237 просмотров
Многодисковый дифференциал повышенного трения реагирует на изменение крутящего момента. Это означает, что для блокировки дифференциала на буксующее колесо должен передаваться хотя бы небольшой крутящий момент. Поэтому блокировка не сработает, если одно колесо полностью потеряет сцепление или если оно будет чрезвычайно малым, как на льду. Принцип действия дифференциала следующий: при возникновении пробуксовки колеса с передачей на него некоторого крутящего момента наклонные поверхности нажимных дисков дифференциала, взаимодействуя с наклонными поверхностями осей сателлитов, расходятся друг от друга. Это происходит благодаря специальному кулачковому профилю нажимных дисков. Под воздействием профилированной оси сателлитов нажимные диски расходятся. В результате они сжимают пакет фрикционных дисков, расположенных с обеих сторон между нажимными дисками и корпусом дифференциала. Так как пакет фрикционных дисков крепится к корпусу дифференциала, то происходит его частичная блокировка. Поэтому на неподвижное колесо автомобиля передается более высокий крутящий момент и автомобиль начинает двигаться.
Червячный самоблокирующийся дифференциал
- Червячный самоблокирующийся дифференциал
- Screenshot_22.jpg (275.54 КБ) 236 просмотров
Дифференциал этого типа частично блокируется в результате трения, возникающего между сателлитами и корпусом дифференциала. Так же, как в обычном дифференциале, сателлиты не вращаются вокруг своих осей, когда автомобиль едет прямо. Как только появляется разница угловых скоростей вращения левой и правой полуосей, сателлиты начинают вращаться. Благодаря особому профилю зубьев полуосевые шестерни смещаются в направлении корпуса дифференциала или, наоборот, друг к другу. В результате происходит «расклинивание» червячной пары. Она блокируется на корпус дифференциала, и крутящий момент передается на одно из колес, даже если другое буксует. Основным преимуществом дифференциала этого типа является то, что степень его блокировки при торможении двигателем ниже, чем во время движения, что повышает эффективность работы антиблокировочной системы тормозов.
Привод передних колес
- Привод передних колес
- Screenshot_23.jpg (223.06 КБ) 234 просмотра
Все, что было рассмотрено ранее, находит применение в передне- и заднеприводных автомобилях. Но есть определенные отличия, например, в переднеприводном автомобиле дифференциал расположен в коробке передач. Поэтому обычно на переднеприводных автомобилях применяется не коническая, а цилиндрическая главная передача. Вместе с тем, принцип работы дифференциала тот же самый, как на заднеприводном автомобиле. Передняя ось автомобиля не только служит элементом подвески, но и является частью системы его управления. Поэтому используются специальные приводные валы, которые при движении по дороге могут смещаться и дают возможность колесам поворачиваться вправо и влево. Смещение вверх-вниз требует изменения длины приводного вала. Компенсацию изменения длины обеспечивает внутренний шарнир вала, как показано на нижнем левом рисунке. Наружный шарнир приводного вала позволяет колесам автомобиля поворачиваться, поэтому его конструкция отличается от конструкции внутреннего шарнира. Используются приводные валы разной конструкции. Основное внимание при визуальном осмотре следует обратить на состояние защитных чехлов, так как в случае их повреждения шарниры быстро выходят из строя из-за потери смазки, которая вымывается водой (например, при движении по влажной дороге), или попадания грязи. Изношенные шарниры могут вызывать повышенные вибрации, особенно при разгоне автомобиля, но чаще всего являются источником шума.