Трансмиссия автомобиля, компоновочные схемы

Трансмиссия автомобиля Назначение: передача крутящего момента от двигателя к колесам автомобиля для создания тягового усилия. Должна удовлетворять следующим требованиям: • осуществление перехода от неподвижного состояния к движению; • преобразование крутящего момента и скорости вращения колес; • обеспечение прямого и обратного направлений движения. Состав: • сцепление (или гидротрансформатор); • коробка передач (механическая или автоматическая); • дополнительные коробки передач (делитель, демультипликатор, раздаточная); • главная передача; • дифференциал; • приводы к колесам. Компоновочные схемы В зависимости от расположения двигателя и ведущего моста различают следующие схемы: Схема – Расположение ДВС – Ведущая ось • Классическая – переднее – задняя (-ие) Преимущества: Удобство компоновки; привод на задние колеса позволяет полнее реализовать силу тяги при разгоне, из-за перераспределения масс; Недостатки: Низкий КПД трансмиссии, т.к. требуется угловой редуктор, склонность к заносу. • Переднеприводная – переднее – передняя Преимущества: Снижается масса на 10%, трудоемкость на 13%, себестоимость на 6% при улучшении устойчивости, управляемости и более рациональном использовании объёма автомобиля. Недостатки: Большая нагрузка на переднюю ось. • С центральным ДВС – центральное – задняя Преимущества: Равномерная загрузка всех колес. Недостатки:Уменьшается полезный объем пассажирского салона. • Заднемоторная – заднее – задняя Преимущества: Большая нагрузка на задние ведущие колеса позволяет полнее реализовать силу тяги. Недостатки: Избыточная поворачиваемость, малый объем багажника. • Полноприводная – переднее – обе а) 4х4 Автомобили повышенной проходимости (Off Road). 4 Принципы "4х4". Предназначены для уверенного преодоления бездорожья. Характеризуются: - хорошей геометрической проходимостю с большим дорожным просветом; - наличием демультипликатора (понижающей передачи) в раздаточной коробке; - принудительной блокировкой дифференциалов. Практически на всех 4х4 используется мощная рама, т.к. при движении на бездорожье кузов испытывает большие нагрузки. Кстати, именно рама позволяет без особых проблем выпускать открытый вариант кузова. Для управления требуются специальные навыки и определенный уровень квалификации водителя (достигается специальным обучением). Две концепции: "РartТime 4х4" - временный полный привод, с отключаемой или подключаемой осью. "FullТime 4х4"- постоянный (неотключаемый) полный привод с заданным или автоматическим распределением крутящего момента между осями. Примеры: Jeep Cherokee с вариантами трансмиссий: - Selec Trac - с отключаемой передней осью (в первую очередь внедорожник); - Command Trac - с подключаемой передней осью (в первую очередь дорожный "моноприводник"). Jeep Grand Cherokee с вариантами трансмиссий: - Quadra Trac - постоянный (неотключаемый) полный привод; - Quadra Trac II - прогрессивная блокировка межосевого и межколесных дифференциалов с помощью гидроприводов, позволяет перебросить весь крутящий момент на одно колесо, если оно единственное, сохранившее надежный контакт с покрытием. "РartТime 4х4" Определение: термин "part-time"("частичное время") - непостоянный привод на все колеса означает, что при движении по дорогам с твердым покрытием включен привод только одной оси, а полный привод можно включать только кратковременно на скользкой поверхности, по причине отсутствия в таких системах межосевого дифференциала. Принцип действия: от раздаточной коробки карданные валы идут ко всем осям, но момент на передние колеса от полуосей передается через подключаемые на бездорожье (автоматически или вручную) кулачковые муфты. Преимущества: - жестко подключаемые мосты обеспечивают долговременную передачу высоких крутящих моментов (в условиях преодоления бездорожья или повышенного сопротивления движению); - раздаточная коробка одновременно выполняет роль (одно-, двух-, трехступенчатого) демультипликатора - дешевле постоянного привода. Недостатки: - худшие характеристики управляемости (зависимые рессорные подвески); 5 - худшая плавность хода; - высокий расход топлива (большая масса). Особенности: Полноприводные системы с ручным подключением полного привода как правило не имеют центрального дифференциала, поэтому их использование на сухой дороге связано с определенными неудобствами. Причина — в циркуляции мощности между осями. В повороте передние колеса проходят больший путь, а значит, и вращаются быстрее задних и тяга на передних колесах падает, а на задних —растет. В некоторых случаях тяговый момент может смениться тормозным, то есть передние колеса будут увеличивать сопротивление движению автомобиля. При этом автомобиль получает излишнюю поворачиваемость, что для среднестатистического водителя является небезопасным. Для корректировки этого передним колесам придается большой положительный угол развала. В результате передние колеса имеют меньшее пятно контакта с дорогой и соответственно меньшее сцепление в повороте. И все это только для того, чтобы обеспечить автомобилю нейтральную поворачиваемость при включенном полном приводе. Когда полный привод отключен, что в общем-то является более частой ситуацией, автомобиль приобретает значительную недостаточную поворачиваемость, поскольку тенденция к проскальзыванию задних колес в повороте уменьшается. АБС в режиме полного привода, когда она бывает нужна, тоже будет отключена. 1) "РartТime 4х4" ("временный полный привод ") - с отключаемым мостом и блокированным полным приводом - категоричное выражение вездеходных возможностей Примеры: УАЗ-31512, Jeep Wrangler, Suzuki Jimny, Land Rover Defender Характеризуется: - рамной конструкцией, - упрощенными панелями кузова; - короткой базой и малой длиной, - неразрезными мостами; - рессорной подвеской; - муфтами свободного хода с ручным включением (для механического подключения передних колес к приводу); - отсутствием межосевого дифференциала; - открытым кузов с легким тентом и примитивными сиденьями. Историческая справка. Jeep - легковой утилитарный автомобиль повышенной проходимости, потомок Willys МВ времен второй мировой войны. Свое название получил в 1941г. от произношения официальной аббревиатуры GP (General Purpose - "общего назначения, многоцелевой"). После войны фирма Willys Overland продолжила выпуск джипов. Первый "гражданский" - Jeep CJ2A, где буквы CJ означали «Civilian Jeep» - "гражданский джип" (кстати, эти буквы применяются в маркировке Jeep до сих пор). В дальнейшем его производство перешло к фирме Kaiser Jeep, а затем к сегодняшнему производителю - American Motor Company (АМС). 6 2) "РartТime 4х4" - с подключаемым мостом и блокированным полным приводом (редко с дифференциальным приводом) – специально сконструированы для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием Примеры: Ford Excursion, Honda Passport / Isuzu Rodeo, Hyundai Galloper, Jeep Cherokee (с трансмиссией Command Trac), Mitsubishi Montero Sport/Mitsubishi Pajero Sport, Nissan Pathfinder (Terrano), Nissan Terrano II (Ford Maverick), Nissan Patrol, Nissan X-Тrаil, Nissan Murano, Suzuki Vitara/Chevrolet Tracker, Kia Sportage, Opel Frontera, Ssang Yong Musso, Mercedes G (до 1989 года), Toyota 4-Runner (до 1999 года), Toyota Land Cruiser (в комплектации STD и GX) Характеризуется: - рамной конструкцией; - жестким закрытым кузовом; - часто независимой передней подвеской; - улучшенной плавностью хода и комфортабельностью за счет увеличения длины автомобиля (больше количество мест и дверей, размеры багажника). - автоматическими муфтами свободного хода. Система электронного полного привода All Mode 4х4 "Ниссан Х-Трейл". В обычных условиях автомобиль переднеприводный. Если потребуется, водитель поворачивает ручку из положения "2WD" в "Auto" - многодисковое сцепление, управляемое электроникой, подключит задний мост. Для серьезного бездорожья предусмотрен режим "Lock", при котором блокируется межосевой дифференциал. "FullТime 4х4" Определение: автомобили сконструированы для работы в режиме постоянного полного привода на дорогах с любым покрытием и имеют отличные внедорожные качества. Распределение крутящего момента между осями - с помощью дифференциалов повышенного трения или с автоматически изменяемым распределением силовых потоков. Центральный (межосевой) дифференциал предупреждает циркуляцию мощности между осями и позволяет колесам передней и задней оси вращаться с разными угловыми скоростями (блокировка выключена). Режим жесткой связи между осями, необходимый для достижения максимального тягового усилия и преодоления сложных дорожных условий, обеспечивается блокировкой дифференциала. Наличие в трансмиссии трех дифференциалов (двух межколёсных и межосевого) может привести к обездвиживанию автомобиля при буксовании (потере сцепления) одного колеса, как у моноприводных автомобилей. Когда межосевой дифференциал заблокирован, то для обездвиживания автомобиля необходимо, чтобы сцепление с дорогой потеряли одно переднее и одно заднее колесо. Обычно используют блокировки центрального и заднего дифференциалов. При двух заблокированных дифференциалах для обездвиживания необходима потеря сцепления уже трех колес - двух задних и одного переднего. Блокировку переднего дифференциала, как правило, не используют. 7 Принцип действия: крутящий момент через межосевой конический дифференциал или планетарный механизм распределяется на обе оси в заданной или автоматически изменяемой пропорции. Распределение момента между осями в условиях, когда ни одно из колес не проскальзывает, остается постоянным у всех автомобилей с полным приводом. Наиболее распространенным отношением является 50:50, хотя бывают и варианты 40% - на переднюю ось, 60% - на заднюю. Вторая пропорция обычно применяется на автомобилях, которые изначально были заднеприводными. Mercedes ML- 320 имеет свободный центральный дифференциал и систему контроля тяги на всех четырех колесах. Машина оснащена системой 4ETS (4 Wheel Drive Electronic Traction System), которая считывает показания индивидуальных сенсоров колес и притормаживает проскальзывающее колесо, перебрасывая крутящий момент на колеса, сцепление которых с дорожным покрытием в данный момент надежнее. Когда перед или зад полностью потеряют сцепление с дорогой система перебросит весь момент на другую сторону. Теоретически, если поднять заднюю часть автомобиля домкратом, то система передаст 100% крутящего момента на переднюю ось, превращая автомобиль в переднеприводный и наоборот. В действительности, поскольку контроль тяги просто повышает давление в соответствующем тормозном контуре, а не блокирует колесо полностью, на переднюю ось будет передаваться меньше, чем 100% момента. Toyota RAV4. При распределениии силового потока учитываются несколько факторов: скорость автомобиля, степень пробуксовки колес, угол поворота передних колес. Причем, чем больше скорость движения и чем больше повернуты передние колеса, тем больше момента передается на переднюю ось и автомобиль приобретает переднеприводный характер, что благоприятно сказывается на управляемости. При небольшой же скорости, положении передних колес "прямо" и при интенсивной пробуксовке колес одной из осей силовой поток распределяется между осями поровну, обеспечивая почти жесткую связь между ними, что позволяет обеспечить максимальную проходимость. "Фольксваген-Туарег"/"Порше-Кайенна" с самой большой, пожалуй, из ныне представленных вседорожников понижающей ступенью - 2,7:1. Пластинчатая цепь передает момент от коробки передач на "раздатку", которая делит его пополам между передней и задней осью. Съехав с асфальта, водитель включает режим для бездорожья. Электромотор приводит в движение рычаги, включающие пониженную передачу и блокировку дифференциала. Если нет необходимости, электроника не включит жесткую блокировку, чтобы излишняя тяга с буксующей оси ушла на колеса, которые зацепились за грунт. В сложных ситуациях компьютер полностью блокирует дифференциал, если этого не успел сделать водитель. Преимущества: - хорошая устойчивость и управляемость на дорогах с недостаточным коэффициентом сцепления, т.к. уменьшается возможность срыва колес в буксование или юз (тяга двигателя постоянно распределяется на четыре колеса, оставляя больший запас по сцеплению), и в повороте такой автомобиль оказывается намного более устойчивым при разгоне или при торможении двигателем; 8 - возможность использования демультипликатора без блокировки дифференциалов на любых дорогах без ограничения по сцеплению; - максимальная тяга на бездорожье может быть получена только принудительной блокировкой дифференциалов, так как любая автоматика подключит второй мост после начала пробуксовки колес, т.е. после застревания. Недостатки: - на асфальте трансмиссия шумная; - повышенный расход топлива. Блокировка межосевого дифференциала подразумевает, что каждая ось должна иметь запас прочности для передачи 100% мощности двигателя (хотя большую часть времени они загружены частично). Удвоение вращающихся масс приводит к увеличению сопротивления движению. - необходимы специфические навыки вождения. Теряется однозначность реакций на подачу топлива. Если на заднеприводном автомобиле в повороте резко нажать на газ- начнется занос задней оси, на переднеприводном в скольжение сорвутся передние колеса - начнется снос. Водитель в таком случае использует соответствующие приемы удержания автомобиля на курсе. На полноприводном автомобиле худшие условия по сцеплению могут оказаться у любой оси. Если в данный момент под передними колесами более скользкое покрытие, то начнется снос, а если под задними, то машина уйдет в занос. 3) Городской "FullТime 4х4" - ("полное время") – постоянный полный с заданным распределением крутящего момента между осями Примеры: Daihatsu Terios (понижающая передача отсутствует), Ford Explorer, Hyundai Santa Fe (несимметричный дифференциал 60:40), Land Rover Freelander, Land Rover Discovery, Jeep Grand Cherokee (трансмиссия Quadra Trac), Toyota RAV4, BMW X5 (понижающая передача отсутствует), VW Touareg/Porsche Cayenne, Toyota Land Cruiser Prado, ШевиНива. Характеризуются: - снижением уровня шумов и вибраций; - передней независимой подвеской. 4) "FullTime 4х4" - постоянный полный с автоматическим перераспределением крутящего момента между осями Примеры: Range Rover(1970 год), Land Rover Discovery/Defender(1983), Toyota Land Cruiser 80 (1990)/Prado/4-Runner, Mitsubishi Montero/Pajero, Mitsubishi Pajero iO, Jeep Grand Cherokee (трансмиссия Quadra Trac II), Mercedes G 463 (1989), Mercedes ML-320 (электронная блокировка), Hummer I(1991), Toyota Fun Cruiser RAV4 Характеризуются: - электронное управление распределением момента, настоенное на конкретный автомобиль; - приближение скоростных характеристик к легковому автомобилю; - высокой ценой. б) 4WD ("Four Wheel Drive" - 4 ведущих колеса) - полноприводные автомобили с повышенной силой тяги 9 В конце восьмидесятых годов 20 века почти все автопроизводители предлагали полноприводные версии легковых автомобилей. Однако они не оправдали себя в коммерческом плане и в этом сегменте рынка прочно укрепились только Audi и Subaru, характеризующиеся изначально передним приводом при продольном расположении двигателя. Историческая справка:Кузова легковых автомобилей на полноприводном рамном шасси имели японский "Куроган" (1935 г.), немецкий "средний внедорожный" автомобиль "Хорьх-91" (1937 г.), М-61 на базе "Эмки" (1939 г.). Победа ГАЗ-М72, Москвич-410. Различают два направления: "4WD country" – фермерское и "4WD sport" – спортивное. Направление "country" определялось полноприводными модификациями серийных легковых автомобилей с кузовом «универсал». Занимают промежуточное положение между обычными легковыми автомобилями и вседорожниками. В концепции этих машин проходимость занимает второстепенное значение, после комфортабельности. Эти автомобили имеют возможность двигаться по плохим дорогам (при отсутствие колеи), и преодолевать подъемы недоступные "моноприводным" аналогам. Демультипликатор отсутствует, так как для преодоления небольших подъемов при мощном двигателе достаточно "короткой" 1-ой передачи и увеличенной главной пары. Чтобы обеспечить потяжелевшей машине достаточную динамику, применяют более короткие 2-ю и 3-ю передачи. Преимущества: - улучшенная проходимость; - хорошая динамика; - отменная управляемость на скользком покрытии. Недостатки: - раздаточная коробка, дополнительный карданный вал и главная передача утяжеляют автомобиль; - требуется специальная подготовка водителя. 5) "РartТime 4WD country "- полный привод с подключаемой вручную осью Примеры: Subaru Leone 4WD (1972 г), Subaru GLs, Ford Tempo, Subaru Justy Историческая справка: В 1972 году японская фирма Subaru представила автомобиль Subaru Leone 4WD с подключаемой задней осью. Это был комфортабельный легковой автомобиль со "слегка вездеходными" возможностями. Легковые дорожные автомобили с подключаемым вручную приводом на вторую ось в настоящее время не выпускаются. 6) "FullTime 4WD country " – постоянный полный привод Примеры: Subaru Forester/ Legacy /Outback, Volvo Cross-Country, VW Golf Syncro Характеризуются: - несущим универсальным кузовом со значительными свесами; - независимыми подвесками; 10 - дорожными шинами стандартных размеров. Определение: автомобиль эксплуатируется в режиме монопривода, пока ведущие колеса не начнут проскальзывать. В этом случае система подключает второй мост и передает на него часть крутящего момента. Отличие "FullTime 4х4" от "FullTime 4WD country " в том, что в первом случае мы имеем постоянный полный привод с автоматической блокировкой дифференциала, а во втором - автоматически включаемый и отключаемый полный привод. Состав: машины с автоматически подключаемым приводом на задние колеса имеют раздаточную коробку в виде углового редуктора в одном картере с основной. Между осями имеется карданный вал и автоматически блокирующееся устройство. Разработка конструкций вязкостных муфт и самоблокирующихся дифференциалов позволила упростить конструкцию постоянного полного привода и отказаться от рычагов или кнопок управления им. Проходимость и управляемость автомобиля в значительной степени зависят от характеристики блокирующегося устройства. "Жесткая" (дифференциал Torsen) характеристика улучшает проходимость, ухудшая управляемость, а "мягкая" (вязкостная муфта) не ухудшает управляемость, но и не улучшает проходимости. А) «мягкие» - вязкостная муфта Вискомуфта — это корпус с ведущим и ведомым пакетами фрикционных дисков, заполненный вязкой кремнийорганической жидкостью (силоксан). При пробуксовке колес ведущей оси пакеты дисков в вискомуфте проворачиваются относительно друг друга, температура внутри возрастает, вязкость силоксана растет и муфта «схватывается», что приводит к передаче части крутящего момента на заднюю ось. Историческая справка: В конце 60-х годов Тони Ролт и Дерек Гарднер занялись экспериментами с силиконовой жидкостью, использовавшейся в муфтах привода вентиляторов. После оформления патентов на вискомуфту Тони Ролт в 1971 году образовал фирму FF Developments — специально для того, чтобы оснащать автомобили полноприводными трансмиссиями своей разработки. Для систем с подключаемым полным приводом с ВМ распределение момента обычно выбирается как 95% - на переднюю ось, 5% - на заднюю. При такой схеме ВМ всегда "думает", что передние колеса слегка проскальзывают относительно задних, даже если все колеса вращаются с одинаковой скоростью, что достигается различными отношениями главной передачи для передних и задних колес. Основной причиной этого является желание обеспечить некоторое скольжение в ВМ и тем самым поддерживать ее в состоянии начала блокировки, для того, чтобы минимизировать ее "задумчивость" при начале скольжения передних колес. Преимущества: - низкозатратный путь получить полноприводную систему. Недостатки: 11 - Наличие в трансмиссии механизма, который пытается выровнять скорости вращения всех четырех колес создает серьезные проблемы для АБС, т.к. антиблокировочная система тормозов определяет начало блокировки одного из колес. Для преодоления этой проблемы инженеры вынуждены идти на разные ограничения. Специалисты Mitsubishi отложили внедрение АБС на первом поколении модели GSX, а в дальнейшем АБС и ВМ в заднем дифференциале ограниченного трения стали взаимоисключающими опциями. В системе VW Syncro полный привод при нажатии на педаль тормоза просто отключался посредством второго сцепления. Подобную же особенность имеет большинство других автомобилей использующих схожую схему с ВМ. Доходило даже до того, что управляющий компьютер победителя мирового чемпионата по ралли Lancia Delta Integrale увеличивал крутящий момент двигателя, чтобы уменьшить сопротивление ВМ при торможении. В самых примитивных системах использовалась обгонная муфта. В результате с одной стороны при торможении полный привод отключался, с другой - он не работал при движении задним ходом. - вискомуфта способна передать 25-40% тяги - медленно реагирует на проскальзывание колес. ВМ начинает помогать после начала буксования колес, т.е. слишком поздно. невозможность регулирования степени блокировки. Б) «жесткие» - дифференциал Torsen (сокращение от «torque sensing», -"чувствительность к крутящему моменту") Примеры: Hummer (передний и задний дифференциал), Audi Quattro (центральный и задний дифференциал), Lancia Delta HF 4WD Evoluzione (задний дифференциал), Peugeot 505 и 405 Mil6x4 (задний дифференциал), Citroen BX 4WD (задний дифференциал). Для автомобилей Jeep существует аналог дифференциала Torsen - дифференциал Detroit Truetrac компании «TracTech». Историческая справка: Принцип работы механического самоблокирующегося дифференциала Torsen, был запатентован в 1958 году инженером Верном Глезманом. В 1982 году патент выкупила фирма Gleason Corporation, которая наладила серийное производство. Дифференциал повышенного трения представляет собой механическое устройство, в котором блокировка происходит за счет трения поверхностей деталей (чаще всего сухарей и звездочек), изготавливаемых из особопрочных материалов. Блокировка у этого устройства срабатывает не от разности скоростей вращения валов (как это происходит в вискомуфтах или во многих других дифференциалах повышенного трения), а от изменения баланса крутящих моментов на валах, причем совершенно без запаздываний. В зависимости от условий отношение моментов между валами может плавно изменяться от 50/50 до 75/25 или 25/75. В середине 90-х годов был создан электронный комплекс, способный заменить все сложные механические блокировки трансмиссии. Эта задача была успешно решена с помощью электронной системы управления тягой (Traction Control System), впервые появившейся на шведском Saab 9000 в 1988 году. Инженеры 12 компаний, выпускающих АБС (среди которых наиболее известны Bosch и ITT), модернизировали и заставили ее действовать иным образом: датчики отслеживают не заблокированное колесо, а буксующее, после чего оно должно притормаживаться до прекращения проскальзывания. Таким образом, большее значение крутящего момента будет передаваться на ведущее колесо, обладающее лучшим сцеплением с покрытием. Версия полного привода от Volvo тоже построена по этой схеме - система управления тягой (traction control) в передней оси и механический дифференциал повышенного трения - в задней. 7) "FullTime 4WD sport" – постоянный полный привод Примеры: Subaru Impreza, Mitsubishi Eclipse GSX, Audi quattro/ TT, BMW325iX, Mercedes 4Matic, Toyota Celica turbo, Nissan Skyline GTR, Porsche 911 Turbo/Carrera 4, Lamborghini Diablo VT Историческая справка Первое поколение "Аudi ", дебютировавшее в 1981г. на практике доказало, что полный привод нужен не только на бездорожье. От коробки передач, одновременно служащей "раздаткой", момент поровну распределялся на обе оси. Quattro имело простые блокировки центрального и заднего дифференциалов. Вместо вискомуфты гораздо удобнее использовать просто фрикционную муфту, пакеты которой сжимаются гидроприводом. А управлять сжатием фрикционов и, соответственно, регулировать величину подаваемого к задним колесам крутящего момента отлично может электроника. многодисковая гидравлическая муфта с электронным управлением Haldex. (VW), VTM-4 (Honda), Примеры: Audi A3, S3, Audi TT, Volvo-XC90, Subaru Legacy и Impreza (включая и Outback) с автоматической коробкой передач. Первым применил управляемые муфты Daimler-Benz — в трансмиссии автомобиля Mercedes-Benz 4Matic Е-класса с кузовом W124 образца 1986 года. Причем муфт там было три — при необходимости электроника сперва подключала привод на передние колеса, а потом последовательно задействовала блокировки межосевого и заднего межколесного дифференциалов. Принцип ее работы заключается в следующем: на сухом покрытии ведущими являлись задние колеса, а при их пробуксовке центральный компьютер через гидравлический привод включал многодисковое сцепление и перераспределял крутящий момент на передние колеса. Материал, из которого изготавливались фрикционные накладки дисков, не боится пробуксовки, а как раз благодаря пробуксовке и может работать применяемое в подобных схемах многодисковое сцепление. Электронная система через гидропривод изменяет степень прижимания дисков друг к другу, постепенно перебрасывая крутящий момент к оси, колеса которой обладают лучшим сцеплением с дорогой. На практике система 4MATIC работала не хуже, но и не лучше полноприводных трансмиссий конкурентов, а ее дороговизна и сложная конструкция скорее была минусом, чем плюсом Принцип действия: многодисковое сцепление, работающее в масле. Оно включается, как только появляется даже незначительная разница в скоростях вращения двух валов — подводящего крутящий момент к муфте и передающего 13 его далее на задний мост. Достаточно отставания выходного вала всего на 45 градусов, чтобы мгновенно сработала кулачковая шайба насоса, создающая давление жидкости на поршни, сжимающие диски сцепления между собой. Время до полной блокировки сцепления составляет не более 0,2 с (на порядок меньше, чем в вискомуфтах). Для изменения степени блокировки, электроника с помощью перепускных клапанов уменьшает давление на поршни. Доля передаваемого на задние колеса крутящего момента зависит от алгоритма работы блока управления. Устройство через центральный блок общается с другими системами, например, антиблокировочной или курсовой устойчивости. Если передние колеса начинают буксовать, электроника подключает заднюю ось и одновременно, прикрывая дроссельную заслонку, сбрасывает обороты двигателя, а чересчур быстрые колеса "успокаивает" при помощи тормозных механизмов.А как только пробуксовка колес прекращается, давление в системе исчезает, и муфта отключается. На сухом асфальте на передние колеса передается 90% крутящего момента, а на задние — всего лишь 10%. Преимущества: широкие возможности по настройке управляемости в режиме реального времени. Например, при входе в поворот бортовой компьютер может «распустить» муфты во всех трех дифференциалах, превратив их в «свободные» — чтобы автомобиль легче заходил в вираж. А когда пилот начнет ускоряться при выходе на прямую, электроника даст команду, и сервопривод «зажмет» муфты в дифференциалах таким образом, чтобы добиться минимальной пробуксовки всех колес и в то же время не перейти грань приемлемой недостаточной поворачиваемости, за которой болид вынесет наружу виража. Недостатки: Муфты с электронным управлением не выдерживают долгой пробуксовки. Температура масла растет, и предусмотрительный термодатчик отключает устройство - автомобиль становится моноприводным. Направление "sport" основывалось на базе легковых автомобилей. Привод на все колеса позволяет более полно реализовать возможности двигателя при разгоне, улучшить устойчивость и управляемость, в первую очередь на дорогах с низким коэффициентом сцепления. В трансмиссии Audi V8/ A8 с АКПП используется управляемая микропроцессором муфта, которая блокирует центральный дифференциал. Одной из причин использования такой схемы является то, что АКПП предоставляет готовый источник гидрожидкости под давлением, которая необходима для блокировки муфты. Эта система представляет собой первый успешный опыт Audi по совмещению автоматической трансмиссии с полноприводной схемой quattro. Принципы “AWD” Развитие направления "4WD sport " стимулировало применение полноприводных машин на твердых дорогах. С тех пор многие фирмы переключились на производство высокоприбыльных автомобилей для активного отдыха SUV (Sport Utility Vehicles) с более простой и дешевой альтернативой трансмиссией. Автомобили сконструированы для эксплуатации на хороших дорогах, Характеризуются: 14 - несущим кузовом с независимыми подвесками - хорошей геометрической проходимостью - высокой посадкой и хорошим обзором - колесами большого диаметра - уверенное преодолении препятствий на дороге или зимней эксплуатации - возможность с помощью автомобиля продемонстрировать свой жизненный стиль 8) Оn demand four wheel drive ("по требованию") - автоматически подключаемый при необходимости полный привод без межосевого дифференциала Примеры: Acura SLX / Isuzu Trooper/Opel Monterey, Chevy Tahoe / Yukon / Suburban, Ford Explorer/ Mercury Mountaineer, Ford Expedition/Lincoln Navigator, Infinity QX-4, Isuzu VehiCross, Honda CR-V, Honda HR-V, Honda MDX, Jeep Grand Cherokee (с раздаточной коробкой “Quadra Trac -II” c 1999 года). Люксовое подразделение "Хонды" выпустило на рынок вседорожник Acura MDX. Его трансмиссия, сохранив достоинства предыдущих систем, получила электронное управление. Внутри корпуса дифференциала разместили два пакета электромагнитных фрикционов, индивидуально контролируемых компьютером. В качестве "входной" информации поступают показания колесных датчиков антиблокировочной системы тормозов. Таким образом, механизм включается не только при пробуксовке передних колес, но и при разгоне, заносе и многих других ситуациях. Водитель "Акуры" может нажатием кнопки принудительно заблокировать дифференциал - и тогда трансмиссия будет работать в режиме постоянного полного привода. Определение: автомобиль эксплуатируется в режиме монопривода, пока ведущие колеса не начнут проскальзывать. В этом случае система подключает второй мост и передает на него часть крутящего момента. Разработка конструкций вязкостных муфт и самоблокирующихся дифференциалов позволила упростить конструкцию постоянного полного привода и отказаться от рычагов или кнопок управления им. Автоматическое подключение второго моста осуществляется вискомуфтой, как на автомобилях Subaru, механическим дифференциалом Torsen, как на моделях Audi A4—A6—A8 Quattro, Passat 4Motion и VW Phaeton, или электронноуправляемыми муфтами (Lancer Evo VII). Состав: машины с автоматически подключаемым приводом на задние колеса имеют раздаточную коробку в виде углового редуктора в одном картере с основной. Между осями имеется карданный вал и автоматически блокирующееся устройство. Проходимость и управляемость автомобиля в значительной степени зависят от характеристики блокирующегося устройства. "Жесткая" (крутая) характеристика улучшает проходимость, ухудшая управляемость, а "мягкая" (пологая) не ухудшает управляемость, но и не улучшает проходимости. Принцип действия: Технический английский язык все самоблокирующиеся дифференциалы называет единым понятием LSD (Limited Slip Diff. - ограниченного проскальзывания или повышенного трения), однако на самом деле они разделяются, как минимум, на блокирующиеся с "закрытой" вискомуфтой, с "открытой" вискомуфтой и механические. "Закрытая" вискомуфта заполнена силиконо15 вой жидкостью или LSD-маслом, но ее внутренняя полость не сообщается с картером редуктора. В "открытой" - диски и пластины муфты работают непосредственно в среде рабочей жидкости дифференциала, где в этом случае и применяется LSD-масло Вместо вискомуфты гораздо удобнее использовать просто фрикционную муфту, пакеты которой сжимаются гидроприводом. А управлять сжатием фрикционов и, соответственно, регулировать величину подаваемого к задним колесам крутящего момента отлично может электроника. Многодисковая гидравлическая муфта с электронным управлением Примеры: Haldex. (VW), VTM-4 (Honda), Audi A3, S3, Audi TT, Volvo-XC90, Subaru Legacy и Impreza (включая и Outback) с автоматической коробкой передач. Первым применил управляемые муфты Daimler-Benz — в трансмиссии автомобиля Mercedes-Benz 4Matic Е-класса с кузовом W124 образца 1986 года. Причем муфт там было три — при необходимости электроника сперва подключала привод на передние колеса, а потом последовательно задействовала блокировки межосевого и заднего межколесного дифференциалов. Принцип ее работы заключается в следующем: на сухом покрытии ведущими являлись задние колеса, а при их пробуксовке центральный компьютер через гидравлический привод включал многодисковое сцепление и перераспределял крутящий момент на передние колеса. Материал, из которого изготавливались фрикционные накладки дисков, не боится пробуксовки, а как раз благодаря пробуксовке и может работать применяемое в подобных схемах многодисковое сцепление. Электронная система через гидропривод изменяет степень прижимания дисков друг к другу, постепенно перебрасывая крутящий момент к оси, колеса которой обладают лучшим сцеплением с дорогой. На практике система 4MATIC работала не хуже, но и не лучше полноприводных трансмиссий конкурентов, а ее дороговизна и сложная конструкция скорее была минусом, чем плюсом Принцип действия: многодисковое сцепление, работающее в масле. Оно включается, как только появляется даже незначительная разница в скоростях вращения двух валов — подводящего крутящий момент к муфте и передающего его далее на задний мост. Достаточно отставания выходного вала всего на 45 градусов, чтобы мгновенно сработала кулачковая шайба насоса, создающая давление жидкости на поршни, сжимающие диски сцепления между собой. Время до полной блокировки сцепления составляет не более 0,2 с (на порядок меньше, чем в вискомуфтах). Для изменения степени блокировки, электроника с помощью перепускных клапанов уменьшает давление на поршни. Доля передаваемого на задние колеса крутящего момента зависит от алгоритма работы блока управления. Устройство через центральный блок общается с другими системами, например, антиблокировочной или курсовой устойчивости. Если передние колеса начинают буксовать, электроника подключает заднюю ось и одновременно, прикрывая дроссельную заслонку, сбрасывает обороты двигателя, а чересчур быстрые колеса "успокаивает" при помощи тормозных механизмов.А как только пробуксовка колес прекра16 щается, давление в системе исчезает, и муфта отключается. На сухом асфальте на передние колеса передается 90% крутящего момента, а на задние — всего лишь 10%. Преимущества: широкие возможности по настройке управляемости в режиме реального времени. Например, при входе в поворот бортовой компьютер может «распустить» муфты во всех трех дифференциалах, превратив их в «свободные» — чтобы автомобиль легче заходил в вираж. А когда пилот начнет ускоряться при выходе на прямую, электроника даст команду, и сервопривод «зажмет» муфты в дифференциалах таким образом, чтобы добиться минимальной пробуксовки всех колес и в то же время не перейти грань приемлемой недостаточной поворачиваемости, за которой болид вынесет наружу виража. Недостатки: Муфты с электронным управлением не выдерживают долгой пробуксовки. Температура масла растет, и предусмотрительный термодатчик отключает устройство - автомобиль становится моноприводным. Модель Выпуск КПП Corolla 90, 100, 110 19872000 A241H Corona 195, 215 199212.1997 A540H Carina 195, 215 199208.1998 A540H Caldina 195 199208.1997 A540H Caldina 215W 08.199 7-2002 U140F Caldina 246 GT4 2002-.. U140F Vista 30,40 19901998 A540H 199604.1998 A540H Alphard 2001-.. U140F RAV4 10 19942000 A540H Ipsum 17 Блокировка центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - вискомуфта центральный - вискомуфта, задний - Torsen (опция) центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением центральный - вискомуфта, задний - Torsen (опция) центральный - гидромеханическая муфта с электронным управлением, задний - Torsen (опция) RAV4 20 2000-.. U140F Harrier 1997-.. U140F Kluger 2000-.. U140F центральный - вискомуфта, задний - Torsen (опция) центральный - вискомуфта, задний - Torsen (опция) центральный - вискомуфта, задний - Torsen (опция) Сцепление Сцепление предназначено для: • Перехода к движению, за счет компенсации разницы частот вращения валов ДВС и трансмиссии; • Кратковременного прерывания передачи Мкр при переключении передач (отсоединяя ДВС). Назначение: позволяет отключать двигатель от трансмиссии и осуществлять с необходимостью плавность его включения. Требования к сцеплению: 1. полное отключение; 2. плавное и полное включение; 3. минимальные инерционные массы ведомых частей; 4. надежность работы без перегрева и износов; 5. предохранение двигателя и трансмиссии от перегрузок; 6. легкость обслуживания и ремонт. Классификация: 1. по способу связи: а) пружинные (с периферийным расположением пружин и центральной пружиной); б) центробежные; в) электромагнитные; 2. по способу управления: а) управляемые водителем (за счет мускульной энергии); б) автоматизированные управляемые водителем (с усилителем); в) автоматические (нет педали) – управляется в зависимости от работы двигателя и движения автомобиля. 3. по форме трущихся деталей фрикционные сцепления делятся на: a) конусные; б) дисковые; в) специальные (ленточные, колодочные и т. д.). 4. по характеру связи: а) фрикционные; б) гидравлические; 5. в) электромагнитные. Сцепления, по сути являющиеся соединительными муфтами, могут быть фрикционными и гидравлическими. Фрикционные сцепления в свою очередь бывают одно и двухдисковые сухие, или многодисковые в масляной ванне. 18 История Предшественником нынешнего сухого однодискового сцепления считают конструкцию английского профессора Хеле-Шоу (Hele-Shaw). Англичанин был первым, кто начал эксперименты с многодисковым сцеплением, но в анналы истории оно вошло под именем первого производителя серийных агрегатов — как «сцепление Вестона». По сравнению с конусным многодисковое имеет меньшие размеры и вес, но способно передавать больший крутящий момент. К маховику жестко крепится цилиндрический полый корпус с продольными канавками на внутренней поверхности. Ведущие диски своими выступами на наружной окружности входят в корпус. Они вращаются вместе с маховиком, но сохраняют подвижность по оси. Ведомые диски, чередующиеся с ведущими, имеют выступы на внутренней окружности, которыми сцепляются со ступицей, соединенной с валом сцепления. Пакет дисков сжимается в осевом направлении пружиной через специальный нажимной диск. Наращивая число пар дисков, сцепление можно приспособить для двигателя любой мощности. Работает оно очень мягко. Корпус сцепления либо заполняется жидкой смазкой (масло, керосин), либо оставляется сухим, и тогда к дискам приклепываются накладки из антифрикционного материала. Основной изъян многодискового пластинчатого сцепления — большая инерционность, особенно в масляной среде. Медленное и недостаточное размыкание усложняло переключение передач. Еще в 1904 году фирма De Dion & Bouton разработала принципиальную схему однодискового сцепления, но из-за отсутствия подходящих материалов не смогла воплотить идею в работоспособном агрегате. Заработало однодисковое сцепление только во время автомобильного бума в США в 20-е годы прошлого века. Говорят, что не в последнюю очередь — из-за давления со стороны местных производителей автокомплектующих, передавших в конце 20-х лицензии на европейские заводы-изготовители. За несколько лет конусные и пластинчатые сцепления были вытеснены с рынка. De Dion & Bouton использовал графит в качестве смазки фрикционных поверхностей. Переворот в конструкции произошел с выпуском в 1920 году английской компанией Ferodo асбестовых накладок, которые ныне почти повсеместно заменены на безасбестовые. Основное достоинство однодискового сцепления — малая инерция. Наконецто стало возможно отказаться от тормоза коробки передач. Первые однодисковые сцепления простотой конструкции не отличались. К маховику за фланец крепился картер сцепления с ввинченной в него крышкой. В крышку входили рычаги, подпружиненные радиально (!) расположенными пружинами. Рычаги через промежуточный диск прижимали ведомый к маховику. Фрикционный диск сидел на ступице вала КП (или промежуточного). Рычаги отжимались от дисков перемещением конуса назад. Толкало свободно вращающийся конус неподвижное кольцо скольжения. Узлу требовалась периодическая смазка. Основные усовершенствования конструкции однодискового сцепления связаны с изменением числа и места расположения нажимных пружин. Попытка ис19 пользовать одну большую витую пружину на оси вращения успехом не увенчалась. Пришлось расставлять по периметру несколько винтовых пружин меньшего размера. При нажатии на педаль сцепления выжимная муфта через рычаги сжимала их, высвобождая ведомый диск. Разновидности такой конструкции доминировали в мире до 60-х годов (в СССР — значительно дольше). С ростом мощности и числа оборотов двигателей выявились и недостатки сцеплений с периферийными винтовыми пружинами. Под действием центробежных сил пружины все сильнее прижимались к стенкам направляющих стаканов. Из-за трения изменялись характеристики сжатия, рос износ деталей, в т.ч. подшипников постоянно нагруженных рычагов. Революционным можно считать переход на диафрагменную (мембранную) пружину, которая впервые была использована в крупносерийном производстве в 1965 году на автомобиле Opel Rekord. Но первые рабочие образцы такого сцепления появились еще в 1936 году в испытательной лаборатории General Motors. В конце тридцатых такие агрегаты уже выпускались в США сериями, правда, небольшими. В Европе диафрагменное сцепление стало известно после Второй мировой войны, прежде всего, благодаря военным грузовикам GMC. В конце сороковых мелкосерийное производство было налажено и в Европе. Первые немецкие автомобили с таким сцеплением — Porsche 356, Goggomobil, BMW 700 и DKW Munga. Почему же перелом произошел именно в шестидесятые? Основное достоинство диафрагменного (мембранного) сцепления — вращательно-симметричное устройство. Его действие не зависит от скорости вращения коленвала. Оценить такое преимущество стало возможно лишь с серьезным ростом рабочих оборотов серийного двигателя. Этот час настал, когда высокооборотные двигатели с верхним расположением распредвала (BMW, Alfa Romeo и др.) стали вытеснять моторы с «верхними» клапанами, но с «боковым» или «нижним» распределительным валом. Диафрагменная пружина дала много преимуществ: простую механическую схему, постоянное прижимное усилие, малые габариты при значительном прижимном усилии, независимость от числа оборотов. Определенную законченность приобрел и ведомый диск. От былого сплошного конуса не осталось следа. Собранная на шлицевой втулке ажурная конструкция имеет минимальные габариты и вес. Но эти явные достоинства обернулись недостатком. Двигатель в силу своего устройства и назначения работает неравномерно, с изменением числа оборотов и величины крутящего момента. Возникают колебания, передающиеся через коленвал, сцепление и первичный вал КП на шестерни, у которых быстро изнашиваются боковые поверхности зубьев. Замедлить износ позволило введение пружинных сегментов между накладками и гасителей крутильных колебаний. Свой путь прошел привод механизма сцепления. Сложная система тяг и рычагов, подвластная только атлетам, в тридцатые годы сменилась тросами. Гидропривод получил распространение в пятидесятые. К приводам управления сцеплением предъявляется ряд требований: 20 - удобство и легкость управления; - оптимальная эргономика (усилие не должно превышать 15 кг, ход не должен превышать 130 – 200 мм) Fichtel&Sachs, LuK, Borg&Beck, Ferodo. Двигатели внутреннего сгорания способны выдавать полезную мощность только в определенном, довольно ограниченном диапазоне частот вращения коленчатого вала. Как правило, соотношение минимальных и максимальных оборотов не выходит за пределы 1:10. Восемьсот оборотов холостого хода — маловато, а восемь тысяч для максимальных — очень неплохой результат. Значения скорости движения автомобиля обычно лежат в более широких пределах. Машина должна стоять с включенным двигателем и разгоняться до максимума, определяемого водителем исходя из его потребностей. Ясно, что без изменения передаточного числа трансмиссии мотор не создаст необходимый диапазон вращения колес. Следовательно, без коробки передач не обойтись. На большинстве современных автомобилей двигатель соединяется с коробкой при помощи сухого однодискового сцепления. Нетрадиционные решения используются редко. На сверхтяжелые грузовики и гоночные модели ставят сухое двухдисковое сцепление. Мокрое (работающее в масле) применяют в автоматических КП, строительных машинах и мотоциклах. Диафрагменное сцепление сегодня устанавливают на абсолютное большинство легковых автомобилей и все чаще — на грузовики и автобусы. Оно обладает рядом преимуществ над старыми конструкциями: меньшей высотой, независимостью от числа оборотов, легкостью выключения, долговечностью. Помимо главной задачи — соединять и разъединять двигатель и КП — современное сцепление выполняет ряд других функций: позволяет плавно трогаться с места и быстро переключать передачи, гасит крутильные колебания на пути к коробке (снижая шум и износ), защищает трансмиссию от перегрузок. Диафрагменное сцепление долговечно и несложно в ремонте. Основными элементами механизма сцепления (см. рис. 1, 2 и 3) являются корзина (ведущий диск) 1, включающая в себя картер (крышку) 2, нажимной диск 3 (пару трения ведомого диска), диафрагменную прижимную пружину 4, тангенциальные пластинчатые пружины 5, служащие для упругого соединения картера с нажимным диском, а также опорное 6 и распорное 7 кольца, позиционирующие и фиксирующие диафрагменную пружину. Ведомый диск 8 состоит из ступицы 12, гасителя крутильных колебаний 9 с фрикционным устройством 10 и упорными пальцами 23, сегментных пружин 22, подпружинивающих фрикционные накладки 11 и поддерживающих их с помощью заклепок. К маховику 13, служащему для крепления корзины, прижимается своими накладками ведомый диск. На опорный подшипник 15, расположенный в центре маховика (торце коленчатого вала), опирается первичный вал КП (вал сцепления). Выжимное устройство включает в себя направляющую втулку 18, выжимной подшипник 19 и вилку выключения сцепления 20. Наибольшее распространение получили сухие однодисковые муфты. Состав: 21 • привод; • нажимной диск и маховик с поверхностями трения; • ведомый диск с фрикционными накладками. Измерялось следующее: твердость по Бринеллю, плотность, впитываемость (изменение массы) в воде и моторном масле, коэффициент трения и износ. Плотность – это косвенный показатель жесткости накладки. При прочих равных условиях можно ожидать, что более плотная накладка меньше разбухнет в воде или масле. Точную характеристику этому «разбуханию» дает впитываемость: чем она меньше, тем лучше. А вот твердость должна держаться в рамках «от и до»: малая говорит о том, что смола, скорее всего, не полимеризовалась, а большая предвещает скорое растрескивание. С коэффициентом трения все ясно – чем выше, тем лучше. В противном случае появится букет неприятностей: повышенная температура, пробуксовка и др. Маховик и нажимной диск связаны с ДВС, а ведомый диск, находящийся между ними, установлен на валу КПП. Принцип действия сцепления показан на рис. 1. Когда оно включено, диафрагменная пружина прижимает нажимной диск к ведомому и к маховику. За счет трения между деталями этот «пакет» в исправном состоянии и при нагрузках, не превышающих расчетные, ведет себя как единая деталь. Крутящий момент передается от коленчатого вала 14 на маховик и ведущий диск (корзину) сцепления. Далее – ведомый диск, его ступица и первичный вал 17 коробки передач. Когда силовой поток необходимо прервать, водитель нажимает на педаль сцепления. Усилие через привод (гидравлический, тросовый и т.д.) передается на вилку сцепления. Другой конец вилки прижимает выжимной подшипник к язычкам (лепесткам) диафрагменной пружины. Те играют роль рычагов и имеют промежуточную опору на опорном кольце, поэтому при дальнейшем нажатии «выворачивают» диафрагму, имеющую особый профиль. Вектор силы пружины изменяется на противоположный, и нажимной диск отходит от ведомого. Момент не передается, сцепление выключено. Обратите внимание на пружинящие сегменты на выноске к рис. 1. Именно они, обеспечивая равномерность передачи давления, отвечают за плавность включения сцепления. Пружинный механизм (диафрагменная пружина) создает усилие прижима нажимного диска к ведомому диску и маховику с целью обеспечения их совместного вращения (сцепление включено). Для выключения сцепления через выжимной подшипник воздействуют на пружинный механизм, высвобождая ведомый диск, что обеспечивает рассоединение ДВС и КПП. При трогании автомобиля с помощью педали сцепления дозируют усилие прижатия нажимным ведомого диска и за счет проскальзывания выравнивают скорости вращения двигателя и вала КПП. Приводы управления сцеплением: а) механический – состоит из системы рычагов связанных тросом. Преимущества - простота и дешевизна конструкции. Недостатки - меньшая надежность. 22 б) гидравлический – главными узлами в этой конструкции являются два цилиндра (главный и рабочий) и соединяющий их трубопровод. Преимуществами конструкции являются большой КПД, удобство расположения. Недостатки – высокая стоимость. В связи с ограниченностью усилия на педаль у человека в большегрузных автомобилях используют усилители. а) сервопружинный усилитель - повышает усилие в начальной стадии нажатия на педаль и уменьшает на конечной; б) пневматический усилитель (рис. 2.6) – состоит из силового цилиндра с поршнем, пневматической системы, распределителя. Преимуществом является уменьшение работы на педали, а недостатком громоздкость и замерзание зимой влаги в системе, вследствие чего происходит отказ, возникает коррозия. в) гидроусилитель – состоит из силового цилиндра, следящей системы, насоса и т.д. Преимуществом является компактность, а недостатком высокая стоимость. г) комбинированные усилители (пневмогидравлические) – объединяют в себе все преимущества пневматических и гидравлических усилителей, но имеют и аналогичные недостатки. Коробки передач ( Тенденции КПП ЗР 12\03-90, Ликбез КПП ЗР8\01-74,АКПП ЗР5\01164,Секвентальная ЗР4\01-64) В условиях реальной эксплуатации сила тяги Рт на колесах автомобиля должна изменяться в широких пределах. Это достигается изменением передаточного числа Uтр в трансмиссии: Рт=(Мкр двс*Rкол) *Uтр. Для регулирования передаточного отношения используют редукторы, называемые коробками передач. По назначению КП подразделяются на: - Основные – изменяют передаточные числа в основном диапазоне: 3-7 передач; - Дополнительные – мультипликаторы (делители) и демультипликаторы, для увеличения количества передач у автомобилей-тягачей: 10,16,24,32 передач; Для улучшения тяговых и экономических свойств желательно чтобы двигатель постоянно работал в выгодном, но узком диапазоне оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту и минимальному расходу топлива (3000…4000об\мин у легковых и 1500…2000об\мин у грузовых автомобилей); - Раздаточные – служат для раздачи силовых потоков по ведущим мостам полноприводных автомобилей и увеличения силы тяги при преодолении бездорожья с помощью понижающих передач. 2.1.1 ОСНОВНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Предназначена для: - Изменения скорости движения в широком диапазоне. При эксплуатации частота вращения колес должна изменяться в 30-50 раз (5..250км\ч). У двигателя внутреннего сгорания частота вращения коленчатого вала изменяется только в 8 раз (800..6500об\мин.). Р=М*w - Регулирования величины крутящего момента, подводимого к колесам. 23 Переменное сопротивление движению требует изменения тягового усилия на колесах при сравнительно постоянном крутящем моменте двигателя. - Длительного отсоединения ДВС от трансмиссии (нейтральная передача). - Обеспечения движения автомобиля задним ходом. По характеру изменения передаточного числа основные КП могут быть: - Механические ступенчатые (фиксированное количество передач) - с цилиндрическими зубчатыми колесами. - Гидромеханические ступенчатые - с планетарными механизмами Симпсона, Равино, Лепельтье. - Фрикционные бесступенчатые (непрерывное изменение передаточного числа) – клиноремённый вариатор СVT (Continous Variable Transmission – бесступенчато варьируемая трансмиссия). По способу управления основные КП делятся на: - Неавтоматические (ручные): водитель вручную переключает передачи рычагом, механически связанным с КП, одновременно управляя фрикционной муфтой сцепления. - Полуавтоматические: водитель дистанционно управляет режимом переключения передач кнопками управления или рычажком селектора, а работу по перемещению зубчатых муфт в КП выполняют пневматические, гидравлические, электрические или электромагнитные исполнительные устройства. Управление сцеплением при движении – автоматизировано - Автоматические: переключение передач выполняется без участия водителя, по командам электронной системы управления. Ступенчатые КП с цилиндрическими зубчатыми колесами Широкое распространение коробок с цилиндрическими колесами обусловлено: - наилучшими габаритно-весовыми характеристиками; - возможностью передавать неограниченный по величине крутящий момент; - высокой надежностью и долговечностью; - малыми потерями при передаче крутящего момента; - низкими требованиями к технологии изготовления и себестоимостью. Число ступеней (5..7) позволяет удовлетворить требованиям к разгонной динамике и экономичности, без ущерба для скоростных возможностей. Они характеризуются: - неподвижными осями валов; - постоянным зацеплением косозубых зубчатых колес; - наличием синхронизаторов - устройствами уравнивания угловых скоростей соединяемых элементов; - разрывом потока мощности (прерыванием передачи крутящего момента) при переключении передач. 24 На переднеприводных автомобилях применяют двухвальные КП. Для компактности их обычно совмещают в одном корпусе с главной передачей и дифференциалом. Конструкция двухвальной пяти-скоростной КП ВАЗ-2110 включает в себя: • Ведущий вал с блоком шестерен 1…5 передач + шестерня заднего хода. Носок вала через шлицевое соединение связан с ведомым диском сцепления; • Ведомый вал, установленный параллельно ведущему, с закрепленной на нем ведущей шестерней главной передачи; • Шестерни 1…5 передачи с зубчатыми венцами, свободно вращающиеся на ведомом валу на подшипниках и колесо передачи заднего хода, связанное с ведомым валом; • Каретка, которая при необходимости вводится между шестернями заднего хода; • 3 зубчатые муфты выбора передачи, связанные шлицевыми соединениями с ведомым валом; • 5 конических инерционных синхронизаторов; • Механизм выбора передачи. Преимущества: удобная компоновочная схема, малый вес, КПД=0,98 (мощность передается одной парой зубчатых колес). Недостатки: передаточное число не более 4 (по соображениям компактности). На заднеприводных и полноприводных автомобилях применяют трехвальные КП. Отличительной особенностью такой коробки является наличие прямой передачи, обеспечиваемой жесткой связью ведущего и ведомого валов без участия зубчатых колес. Конструкция 3-х вальной 4-х скоростной КП ВАЗ-2105 включает в себя: • Ведущий (первичный) вал, связанный шлицевым соединением с ведомым диском сцепления, и имеющий шестерню постоянного зацепления с промежуточным валом; • Промежуточный вал с блоком шестерен 1… 3 передач + шестерня зацепления с первичным валом + шестерня заднего хода; • Ведомый (вторичный) вал, соосный с ведущим и связанный с трансмиссией. • Шестерни 1…3 передачи с зубчатыми венцами, свободно вращающиеся на ведомом валу на подшипниках и колесо передачи заднего хода, связанное с ведомым валом; • Каретка, которая при необходимости вводится между шестернями заднего хода; • 2 зубчатые муфты выбора передачи, связанные шлицевыми соединениями с ведомым валом; • 4 конических инерционных синхронизатора; • Механизм выбора передачи. Преимущества: передаточное число до 9, так как момент передают две пары шестерен, КПД=0,99 на прямой передаче. Недостатки: КПД=0,96 на промежуточных передачах, значительный вес. 25 Принцип работы От маховика двигателя вращение передается сцеплению и связанному с ним ведущему (первичному) валу коробки передач. Через пару постоянно сцепленных шестерен, приводится во вращение промежуточный вал (блок шестерен), а от него - свободно вращающиеся относительно ведомого (вторичного) вала ответные шестерни с зубчатыми венцами. При включении передачи смещается вилка 2 и зубчатая муфта 1 скользит по шлицам ведомого вала 10, в то же время вращаясь вместе с ним как одно целое. Скользящая зубчатая муфта 1 может перемещаться вправо или влево. Частично "съехав" со шлицев ступицы 3, жестко связанной с ведомым валом 10, муфта соединяется с зубчатым венцом шестерни 7, при условии, что скорость вращения шестерни совпадает со скоростью вращения муфты. Скорость выравнивают с помощью синхронизатора – конусной фрикционной муфты, кольцо 5 которой связано с шестерней 7 и поджимается пружиной 6 к конусной поверхности муфты. Чтобы продлить срок службы синхронизаторов рекомендуется переключать передачи с небольшой паузой между выключением одной и включением другой при переходе с низшей на высшую, и без паузы - с высшей на низшую. Полуавтоматические ступенчатые КП с цилиндрическими зубчатыми колесами. При большом числе ступеней в КП управление осуществляется путем последовательного перебора передач, и осуществляется в полуавтоматическом или автоматическом режиме. Такие коробки получили название «секвентальные» от латинского ”sequentia” – последовательность. Полуавтоматическое управление коробкой подразумевает, что водитель дистанционно управляет выбором нужной передачи, а процесс переключения осуществляют пневматические, гидравлические или электрические исполнительные устройства. При этом управление подачей топлива выполняет водитель. Полуавтоматическая гидроуправляемая ступенчатая КП включает в себя: - базовую неавтоматическую механическую КП; - гидронасос; - гидроаккумулятор; - кнопки управления или селектор + / -; - центральный электромагнитный блок управления клапанами; - гидравлические цилиндры включения передач; - гидравлический цилиндр выключения сцепления; - устройство защиты двигателя от чрезмерно высоких оборотов при включении пониженной передачи. Центральный клапанный блок КП преобразует управляющие электрические сигналы в гидравлическое давление. Процесс переключения передач и управление сцеплением при движении выполняют гидравлические цилиндры. Начало движения осуществляется с помощью педали сцепления. Преимущества: простая автоматизация базовой неавтоматической КП. Недостатки: медлительность привода (прерывание потока мощности на 0,5…0,8 с), грубое включение сцепления, интенсивный износ синхронизаторов. 26 ми. Автоматизированные ступенчатые КП с цилиндрическими зубчатыми колеса- На полностью автоматизированных ступенчатых КП автоматическим является выбор передачи с микрокомпьютерной системой управления. Первая полностью автоматизированная механическая коробка для грузовиков «Оптикруиз» появилась в начале 90-х годов ("Скания"). Электронный блок управления коробки «Оптикруиз» работает совместно с: - системой управления двигателем EDC (Elektronic diesel сontrol); - системой «E-Gas» (электронная педаль подачи топлива); - антиблокировочной системой ABS; - противобуксовочной системой ASR; - ретардером (запасным трансмиссионным гидротормозом). При необходимости смены передачи, на основании данных, полученных от датчиков: - скорости движения (электронного спидометра); - частоты вращения коленвала; - № включенной передачи; - угловой скорости валов в коробке; - положения электронной педали подачи топлива; - состояния ретардера и моторного тормоза, электронный блок управления дает команду на выключение сцепления, корректирует подачу топлива, чтобы синхронизировать скорости вращения коленчатого и вторичного в КП валов и дает команду исполнительному устройству на перемену передачи. Переключение передач «вверх» осуществляется по схеме «двойного выжима», "вниз" - автоматически сопровождается "перегазовкой". После включения передачи обороты двигателя плавно увеличиваются до заданных положением педали подачи топлива или «темпоматом» (круиз-контролем). Управление коробкой - с помощью селектора переключения режимов (и передач - на случай отказа автоматики), кнопки "горы" (переключение при повышенных оборотах), рычага моторного тормоза, педалей тормоза, подачи топлива, а при начале движения – и сцепления. У появившихся позже автоматизированных механических коробок "Мерседес" и ИВЕКО педаль сцепления при начале движения не нужна (сделана убирающейся на случай отказа автоматики). Они содержат узел гидротрансформаторсцепление, позволяющий сгладить рывки в трансмиссии и увеличить крутящий момент при трогание. Автоматизированная пневмоуправляемая многоступенчатая КП включает в себя: - основную механическую КП, делитель и демультипликатор; - пневморесивер; - центральный электромагнитный блок управления клапанами; - кнопки управления или селектор + / -; - устройство «kick-down» (переключение на пониженную передачу), связанное с педалью подачи топлива; 27 - пневматические цилиндры переключения передач; - клапан управления пневмоцилиндром сцепления; - клапана управления пневмоцилиндрами делителя и демультипликатора; - электронный блок управления. ИВЕКО совместно с ZF первыми разработали рассчитанную только на электронное управление коробку передач грузового автомобиля без синхронизаторов. Быстродействие современных КП (0,3…0,5с) обеспечивается высоким давлением в гидросистеме исполнительных гидроцилиндров (8.5 Мпа). Использование многоступенчатых автоматизированных КП для легковых автомобилей так же позволяет уменьшить расход топлива. Разработанная ЛуК и "Бош" коробка передач "Изитроник" отличается вшестеро (!) меньшим весом и размером, и в два раза дешевле планетарной коробкой передач с гидротрансформатором, при одинаковых потребительских свойствах (педаль сцепления отсутствует). Для переключения передач служат три шаговых электродвигателя, обеспечивающих лучшее быстродействие (менее 0,3с) по сравнению с гидравлическим приводом. В автоматическом режиме обеспечивается экономия топлива не менее 0,1 л/100км по сравнению с механической коробкой, за счет эффективной синхронизации работы двигателя с процессом переключения передач. В ручном режиме управления можно "перескакивать" через ненужные передачи. При резком торможении, когда в работу вступает АБС, сцепление автоматически выключается. Возможен принудительный режим пробуксовки сцепления (позволяющий двигаться очень медленно), т.к. его диски сжимаются с минимально необходимой для передачи крутящего момента силой. Общим недостатком ступенчатых КП с цилиндрическими зубчатыми колесами является длительный период переключения и прерывание потока мощности при каждом переключении. Коробка передач DSG (Directschaltgetriebe - коробка прямого включения), установленная на "Ауди-ТТ 3,2 Кваттро", имеет два механизма сцепления. В отличие от обычной механической коробки, в DSG первичный вал двойной: внутренний - сплошной, наружный - полый. На первом стоят шестерни I, III, V передач и заднего хода. На втором - шестерни II, IV и VI передач. Каждый из первичных валов подсоединен к двигателю через отдельное многодисковое сцепление, работающее в масляной ванне. При движении в коробке одновременно включены две последовательные передачи, но пока шестерни одной передачи передают крутящий момент, вторая отсоединена дополнительным сцеплением. По мере набора скорости электронный блок выключает первое сцепление и одновременно включает второе. Переключение происходит плавно, без разрыва потока мощности. После включения второй передачи электроника заранее подключает следующую ступень. Зубчатые муфты и многодисковые сцепления приводят в действие гидравлические исполнительные механизмы. Управление имеет три режима: спортивный, обычный или ручной. В последнем случае команду на повышение или понижение передачи задают с помощью подрулевых рычажков. Передаваемый крутящий момент - 350 Н.м, ускорение "Ауди-ТТ" до 100 км/ч за 6,4 с, расход топлива 9,8 л/ 100 км. 28 Карданная передача Определение: является элементом трансмиссии, обеспечивающим силовую связь силового агрегата с ведущим мостом. Назначение: для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к главным передачам ведущих мостов автомобиля под изменяющимся углом. Состав: - карданный вал (промежуточный, передний и задний) - промежуточная опора с подшипником, - шлицевое соединение - эластичная муфта - карданные шарниры с вилками и крестовинами Принцип действия: ведущие мосты автомобиля расположены ниже коробки передач, поэтому момент приходится передавать под некоторым углом. Этот угол постоянно изменяется вследствии эластичной подвески моста. При этом также изменяется расстояние между неподвижно закрепленной коробкой и качающимися ведущими мостами. Поэтому в карданной передаче имеются элементы, укорачивающие или удлиняющие ее, а также изламывающиеся на определенный угол: шлицевое соединение и карданные шарниры. Карданный вал - тонкостенная труба, к торцам которой приварены шлицевые наконечники или вилки карданных шарниров. При балансировке карданных валов к их трубам привариваются балансировочные пластины. Эластичная муфта (упругий полукарданный шарнир) - снижает шум и вибрации карданной передачи и допускает передачу крутящего момента под небольшим (8…10град) углом. Муфта выполнена в виде резинового диска к которому привулканизированы металлические вкладыши. Крепление валов к муфте – через фланцы. Карданный шарнир (неравных угловых скоростей): - две вилки шарнирно соединенные между собой крестовиной, при этом шипы крестовины заходят в отверстия вилок. Используются при углах наклона вала не более 20 град. На шипы устанавливаются игольчатые подшипники. Корпуса подшипников удерживаются в отверстиях вилок стопорными кольцами. ШРУС. Сегодня у подавляющего большинства легковых моделей, выпускаемых мировыми автомобилестроительными фирмами, — передние ведущие колеса (с обязательной независимой подвеской). Угловое положение этих колес относительно главной передачи постоянно изменяется в двух плоскостях — по вертикали и по горизонтали. У внедорожников и грузовиков повышенной проходимости ведущее и в то же время управляемое колесо должно не только передавать крутящий момент, но и поворачиваться. Следовательно, как и у переднеприводных автомобилей, между колесом и полуосью необходим шарнир. Обыкновенный карданный? Нет. И вот почему. Любой карданный шарнир, установленный между ведущим элементом (полуосью) и ведомым (ступицей колеса), передает вращение циклически. При посто29 янной угловой скорости полуоси вращение колеса каждую четверть оборота то нарастает, то замедляется. Такие пульсации приводят к возникновению периодически меняющихся инерционных нагрузок, которые резко увеличиваются при росте угла между ведущими и ведомыми элементами. Как следствие, в результате этих пульсирующих нагрузок ускоряется износ шарниров. На автомобилях, где двигатель соединен с задним ведущим мостом валом с двумя карданными шарнирами, переменные нагрузки испытывает только этот карданный вал. Когда обе вилки вала лежат в одной плоскости, а углы ведущего вала с карданом и кардана с ведомым одинаковы, то к главной передаче пульсации, о которых шла речь, не передаются. К сожалению, при независимой подвеске колес добиться такого равенства углов не удается. Представим себе автомобиль с передними ведущими колесами, подвешенными независимо одно от другого. Рычаги подвески практически никогда, вне зависимости от их конфигурации и конструкции, не обеспечивают упомянутого равенства углов, и на управляемое, перемещающееся в двух плоскостях колесо всегда будут передаваться пульсирующие нагрузки. Это означает, что необходимо специальное сочленение, которое скрадывало бы эти нежелательные пульсации. Подобные сочленения называются шарнирами равных угловых скоростей (сокращенно — ШРУСами), а также синхронными или гомокинетическими шарнирами. Для машины с передними ведущими управляемыми колесами ШРУС — залог полноценного существования. Эти шарниры играют в конструкциях автомобилей такую же важную роль, как механизм перекоса винта в вертолете. Простейшее решение — объединить два обычных карданных шарнира «спина к спине» так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущий вилкой другого. Частота вращения валов на входе и выходе такого сдвоенного шарнира будет одинаковой, если, во-первых, внутренние вилки разместить в одной плоскости, а, вовторых, если входной и выходной валы шарнира станут образовывать угол, на биссектрисе которого окажется точка пересечения осей его вилок. Для этого между вилками размещают два делительных рычажка со сферическим соединением. Такой сдвоенный шарнир первоначально казался идеальной конструкцией. ШРУС имел хорошую долговечность (60-70 тыс. км), работал при углах до 45 градусов, но... был довольно громоздким и на ранних моделях переднеприводных легковых машин 20-х годов («Альвис-ФА», «Корд-Л29», «Миллер-91») не оставлял в ступице переднего колеса места для тормоза. (Приходилось выносить тормоз к картеру главной передачи.) Однако год от года ШРУС в виде сдвоенного карданного шарнира совершенствовался, становился более компактным и в 60-е годы встречался и на «Рено-Р4», и на «Пежо-204». Но чаще всего этот шарнир находил применение на тяжелых переднеприводных грузовиках, например, таких, как МАЗ-509. Одними из первых в 1932 г. подошли к разработке теоретических основ ШРУСов французы Жан-Альбер Грегуар и М. д’Оранж. При этом Ж.-А. Грегуар разработал и запатентовал собственную конструкцию ШРУСа, применявшуюся уже с 1925 г. на автомобилях «Тракта», конструктором которых он сам и являлся. 30 Кулачковые шарниры «Тракта» получили в 20-30-е годы широкое распространение и использовались на переднеприводных моделях фирмы «Ситроен», «Штевер», ДКВ, «Адлер». Все эти компании должны были платить изобретателю «королевские сборы» — по 5 немецких марок за каждый автомобиль, оснащенный «грегуаровскими» шарнирами. Это означает, что только «Адлер» в течении лишь одного года выплачивал французу сумму, равную стоимости 20 своих машин. Шарнир «Тракта» состоял из простых по механической обработке деталей — кулачков, которые соприкасались по довольно большим поверхностям. Следовательно, удельное давление на эти детали было невелико, а износ — мал. Кроме того, ШРУС «Тракта» хорошо работал при больших углах (до 50 градусов). Дальнейшая эволюция сочленения «Тракта» привела к созданию кулачководискового шарнира, который нашел применение на тяжелых внедорожных грузовиках с постоянным, неотключаемым приводом на все колеса. Постоянная работа такого ШРУСа не приводила к чрезмерно большому износу деталей конструкции, а при мощном моторе низкий КПД практически не ощущался. Кулачководисковые шарниры можно увидеть на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ. Условия, которые поставил Грегуар, не устраивали, в частности, фирму ДКВ, изготовлявшую в середине 30-х годов по 30-40 тыс. малолитражек с передними ведущими колесами. Инженер фирмы Г. Юнг в 1931 г. разработал оригинальную разновидность сдвоенного шарнира. Этот ШРУС получился очень компактным и применялся на довоенных моделях ДКВ и «Ауди», а также на джипах «Хорьх» и закончил свою карьеру на машинах «Трабант» производства ГДР. Недостатки сдвоенных шарниров и ШРУСов кулачкового типа были преодолены в 20-е годы, когда два изобретателя Карл Вейсс, а затем Альфред Рцеппа создали шариковые ШРУСы. Шарнир Вейсса, придуманный и запатентованный в 1923 г., передает крутящий момент шариками. На внутренней поверхности вилок сделаны четыре канавки полукруглого сечения, которые лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Там, где канавки обеих вилок перекрещиваются, находится шарик. Средние линии канавок равноудалены от центра шарнира и при его вращении образуют две сферические поверхности, которые пересекаются по окружности. Эта окружность лежит в плоскости биссектрисы того угла, под которым располагаются вилки шарнира. Центры шариков всегда лежат в этой плоскости, чем и обеспечивается равномерность вращения. Чтобы исключить осевое смещение вилок, ведущее к изменению плоскости катания шариков, в ШРУС «Вейсс» введен центрирующий шарик, который иногда фиксируется штифтом. Патент на столь «хитрую» конструкцию купила американская фирма «Бендикс», и в годы второй мировой войны «виллисы», «студебекеры», «доджи» комплектовались ШРУСами «Бендикс-Вейсс». Шарниры такого типа получили широкое распространение и в отечественном автомобилестроении (ГАЗ-69, УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗИЛ-131, БТР-70). Сочленения «Бендикс-Вейсс» очень технологичны и дешевы в производстве, имеют высокий КПД и обеспечивают угол между вилками не более 35 градусов. 31 Высокие контактные напряжения в зоне шарик-канавка (только два шарика передают крутящий момент в каждое мгновение) заметно сокращают срок службы этих ШРУСов (15-25 тыс. км). Другой изобретатель, Альфред Рцеппа, в 1927 и 1936 гг. оформил два патента на шариковый ШРУС, в котором крутящий момент передавался шестью шариками, которые работали по равнорасположенным канавкам полукруглого сечения. Специальный делительный рычажок, соединенный с охватывающим шарики сепаратором, постоянно выставляет его в биссекторной плоскости. Более долговечный (100-200 тыс. км) шарнир Рцеппа, который может работать при углах до 40 градусов, вдобавок и компактней, чем ШРУС «Бендикс-Вейсс». Неудивительно, что именно эта конструкция получила наибольшее распространение на современных переднеприводных автомобилях. Различные фирмы («Бирфильд», «Сэгиноу», ГКН, «Льобро») приобрели лицензии на производство «рцепповских» шарниров. Вторичную лицензию приобрел в 1975 г. и ВАЗ для производства «Нивы» и переднеприводных моделей. Дальнейшее развитие идей А. Рцеппы представляют собой шарниры с тремя сферическими роликами («Льобро», «Трипод», «Уникардан»). Здесь удалось упростить конструкцию и отказаться от делительного рычажка. Канавки (с измененным сечением), теперь разместили не параллельно оси шарниров, а под углом к ней. Сегодня мы можем с уверенностью говорить, что право на жизнь в трансмиссии легковых переднеприводных моделей завоевали шарниры «Рцеппа» и производные от них, а на мощных тяжелых переднеприводных автомобилях — кулачково-дисковые сочленения или сдвоенные карданы Главная передача Определение: механический понижающий редуктор, изменяющий передаваемый крутящий момент по величине и по направлению. Назначение: обеспечивает: - увеличение величины крутящего момента после передачи - передачу момента от карданного вала к ведущим колесам под прямым углом - уменьшение величины крутящего момента в агрегатах трансмиссии до главной передачи (способствует уменьшению веса и габаритов последних) Классификация: 1. по числу передач редуктора: а) одинарные главные передачи (передаточное число 2,2…5,0) б) двойная центральная главная передача (передаточное число до 9,0) в) двойная разнесенная главная передача, состоящая из главного и двух цилиндрических или планетарных бортовых редукторов (передаточное число до 12,0) 2. по типу передач: а) с коническими шестернями с пересекающимися осям; б) с коническими шестернями с перекрещивающимися осями (гипоидные); в) с цилиндрическими шестернями 32 Одинарные главные передачи Используются на легких дорожных автомобилях. а) Коническая передача Распространена передача со спиральным круговым зубом. Число зубьев шестерни z =5…6. Угол наклона b=30…40 град. Направление спирали – левое (осевая сила направлена к основанию конуса). Достоинства – высокий КПД=0,97, - низкие требования к качеству масла -GL-4 (ТМ-4) Недостатки – высокое расположение карданного вала и соответствующая высота трансмиссионного тоннеля − ограничение по прочности ведущего зубчатого колеса − шумность. б) Гипоидная передача Гипоидная передача характеризуется тем, что оси ведущей и ведомой шестерен не пересекаются и теоретически представляют собой переходный этап к червячным передачам. Ведущая шестерня смещена относительно ведомой на величину гипоидного смещения. Форма зубьев гипоидной передачи обеспечивает одновременное и плавное зацепление нескольких зубьев, что повышает запас прочности. Достоинства - бесшумность - обеспечивает передачу большего крутящего момента в сравнении со спиралью конической передачи - при одинаковом передаточном числе гипоидная передача будет меньших габаритов - снижает высоту расположения карданной передачи, а значит и пола кузова, вследствие чего достигается более удобное размещение пассажиров в кузове и частично снижается центр тяжести автомобиля, Недостатки – низкий КПД=0,96, - требуют повышенной точности в изготовлении - смазке (ТМ-5), - увеличенные осевые усилия, - высокие требования к точности регулировки - склонны к заклиниванию при изменении направления крутящего момента - высокое относительное скольжение зубьев (до15 м/с), требует применения трансмиссионных масел GL-5. (ТМ-5). Такие масла содержат большое количество присадок, в т.ч. органические соединения хлора и фосфора, вызывающих коррозию цветных металлов (нельзя применять в механических коробках передач во избежание выхода из строя синхронизаторов). в) Цилиндрическая передача Применяется при поперечном расположении двигателя в переднеприводных автомобилях, при этом размещается в общем картере с коробкой передач и дифференциалом. Шестерня главной передачи имеет прямые, косые (ВАЗ) или шевронные (Honda) зубья и закрепляется на ведомом валу коробки передач. Достоинства – высокий КПД=0,98. 33 - низкие требования к качеству масла (ТМ-4, моторное) - низкая стоимость. Недостатки – небольшая величина передаточного числа (3,5…4,2), т.к. для обеспечения зацепления число зубьев ведущей шестерни должно быть не менее десяти. Двойная центральная главная передача Сочетание конической или гипоидной пары с дополнительной цилиндрической, объединенных в общем картере. Двойная разнесенная главная передача Центральный редуктор в виде конической или гипоидной передачи и два цилиндрических или планетарных редуктора, размещенные возле колес. Достоинства – увеличение дорожного просвета, - расширение диапазонов передаточных чисел, - снижение крутящего момента, передаваемого дифференциалом и полуосями. Недостатки – увеличение числа зубчатых колес, неподрессоренной массы. 6. ДИФФЕРЕНЦИАЛ Определение: механическое устройство, распределяющее крутящий момент от одного источника (главной передачи или коробки передач) на два независимых потребителя (ведущих колеса или моста при полноприводной компоновке) так, что их угловые скорости могут быть разными относительно друг друга. Назначение: вращение ведущих колес без сопротивления и пробуксовки при движении автомобиля в повороте. Классификация: 1. по назначению: а) межколесный (симметричный) б) межосевой (симметричный, несимметричный) в полноприводном автомобиле 2. по величине внутреннего трения или коэффициенту блокировки: Коэффициент блокировки - отношение моментов на отстающем и забегающем колесах Кб= Мотс/М заб *100% а) с малым внутренним трением (Кб =0,5 – 2%); б) повышенного трения (Кб =25 – 40%); в) с полной блокировкой (Кб =100%). 3. по способу блокировки: а) свободные б) зубчатые с фрикционными муфтами; в) зубчатые с гидромуфтой; г) червячные; д) кулачковые; Конический дифференциал Состав: - корпус (коробка, чашка), - ось (или крестовина) сателлитов, 34 - конические сателлиты, - полуосевые конические шестерени Принцип действия: Сателлиты установлены на общую ось, которая вставлена в отверстия коробки дифференциала. Своими зубьями сателлиты находятся в постоянной зацеплении с зубьями полуосевых шестерен, которые установлены в гнездах коробки дифференциала. При движении ведомая шестерня главной передачи вращает коробку дифференциала с осью и сателлитами, через которые приводятся во вращение полуосевые шестерни. Преимущества: - малые размеры и масса; - хорошая управляемость и устойчивость автомобиля. Недостатки: дифференциал передает большую часть крутящего момента на то колесо, у которого в данный момент хуже сцепление с дорогой; если колесо полностью теряет сцепление, на него передается весь крутящий момент. В этом случае разница во вращении колес становится опасной, так как может вывести дифференциал из строя. Устранить этот недостаток можно частичной или полной блокировкой межосевого дифференциала, то есть принудительно заставляя обе полуосевых конических шестерни вращаться с одинаковой скоростью, соединив их между собой или одну из них с корпусом дифференциала, либо заблокировать возможность вращения сателлитов. 1. Полная (100%-я) ручная блокировка При таком типе блокировки, дифференциал фактически превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Дифференциалы с ручной блокировкой не оказывают отрицательного влияния на управляемость автомобиля в обычном режиме, и в то же время обеспечивают максимально эффективную работу колес при блокировке. Такая блокировка реализуется при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для межколесных, так и для межосевых дифференциалов. Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Самоблокирующиеся дифференциалы с частичной блокировкой. 2. Автоматическая блокировка с использованием вискомуфты Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой – к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, привода вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать более высокую угловую 35 скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. 3. Диференциалы повышенного трения (Limited Slip Differentials - дифференциалы с ограниченным "проскальзыванием" одной полуоси относительно другой). Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты подпружиненных блоков фрикционных пластин. Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и возникает разница в угловых скоростях полуосей и чашки, то пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов. +Такой дифференциал недорог и его легко установить. Он улучшает сцепление с дорогой и не требует от водителя дополнительных действий (кроме повышенного внимания при маневрировании). К тому же он не может передать весь крутящий момент на одно колесо, что снижает вероятность поломки полуосей неопытным водителем, что может произойти при использовании дифференциала с полной блокировкой. -Этот дифференциал не может полностью предотвратить пробуксовку колес без серьезного и непредсказуемого влияния на управление. При вхождении в поворот дифференциал старается крутить ведущие колеса с одинаковой скоростью и автомобиль стремится ехать прямо. Для дифференциалов повышенного трения необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков. 4. Torque sensitive differentials Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары "расклиниваться" . В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье - винтовые). Обычный дифференциал, только шестерни-сателлиты в нем с винтовым зубом. Когда одно из ведущих колес начинает проскальзывать относительно другого, в винтовом зацеплении появляются осевая и радиальная силы, которые стремятся "сдвинуть" с места сателлиты и полуосевые шестерни. Однако деваться им в тесном корпусе некуда, и они станут тереться своими торцами о корпуса дифференциала, заставляя его проворачиваться, а значит, "тащить" за собой второе колесо. Первый тип. Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные 36 пары "сателлит / ведущая шестерня" либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента - от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка. Второй тип. Оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Проходимость и управляемость автомобиля в значительной степени зависят от характеристики блокирующегося устройства. "Жесткая" (дифференциал Torsen) характеристика улучшает проходимость, ухудшая управляемость, а "мягкая" (вязкостная муфта) не ухудшает управляемость, но и не улучшает проходимости. Дифференциал повышенного трения представляет собой механическое устройство, в котором блокировка происходит за счет трения поверхностей деталей (чаще всего сухарей и звездочек), изготавливаемых из особопрочных материалов. Блокировка у этого устройства срабатывает не от разности скоростей вращения валов (как это происходит в вискомуфтах или во многих других дифференциалах повышенного трения), а от изменения баланса крутящих моментов на валах, причем совершенно без запаздываний. В зависимости от условий отношение моментов между валами может плавно изменяться от 50/50 до 75/25 или 25/75. В середине 90-х годов был создан электронный комплекс, способный заменить все сложные механические блокировки трансмиссии. Эта задача была успешно решена с помощью электронной системы управления тягой (Traction Control System), впервые появившейся на шведском Saab 9000 в 1988 году. Инженеры компаний, выпускающих АБС (среди которых наиболее известны Bosch и ITT), модернизировали и заставили ее действовать иным образом: датчики отслеживают не заблокированное колесо, а буксующее, после чего оно должно притормаживаться до прекращения проскальзывания. Таким образом, большее значение крутящего момента будет передаваться на ведущее колесо, обладающее лучшим сцеплением с покрытием. Версия полного привода от Volvo тоже построена по этой схеме - система управления тягой (traction control) в передней оси и механический дифференциал повышенного трения - в задней. Трансмиссионные масла Определение: масла, специально предназначенные для механических коробок передач и ведущих мостов. В трансмиссии масло работает иначе, чем в моторе: не загрязняется продуктами сгорания, меньше перегревается, почти не соприкасается с окружающим воздухом (влагой и кислородом). 37 Назначение: создавать прочную смазывающую пленку, выдерживающую большие нагрузки в контакте деталей. Требования: Масло должно: - снижать вероятность задиров и питтинга, - уменьшать износ и потери на трение, - не окисляться и не воздействовать агрессивно на детали агрегатов (в том числе уплотнители), - не пениться, - не реагировать на воду, - сохранять работоспособность в широком температурном диапазоне (приблизительно от минус 50 до 150 градусов Цельсия), - не терять физической стабильности после длительного хранения, - не оказывать вредного воздействия на человека и окружающую среду. Вязкость: классификация SAE J306 (США) Преимущественное распространение получили загущенные (всесезонные) масла. Они сочетают в себе свойства летнего и зимнего масла, маркировки которых присутствуют в его индексе (75W-90, 85W-140). Требования к вязкости трансмиссионных масел Класс вязкости Свойства масел 7 80 85 14 25 90 5W W W Вязкость кинематическая при 100 С, кв.мм/с 4,1 7,0 11,0 13,5 24,0 41,0 min 24 41 max Мин. температура эксплуатации (Макс. температура ( С) при вязко-26 -12 40 сти 150 000 сП (сантиПуаз) Температура потери подвижности, -35 -20 ( С), не выше 45 Масла класса "140" и "250" по SAE предпочтительны для жаркого климата. В зоне умеренного климата лучше ориентироваться на класс "90": - 75W-90- позволяет съэкономить 2-3% топлива (в холодное время при коротких поездках 5-6%), но слабо защищает при высоких нагрузках - 80W-90 – универсально в нашем климате - 85W-90 - не подходит для суровой зимы Эксплуатационные свойства Пять категорий трансмиссионных масел по классификации API, показывают применяемость и качественный уровень продуктов. Отечественный ГОСТ 17479.2-85 практически совпадает с классификацией API. 38 Эксплуатационные свойства трансмиссионных масел Со КатегоответТип Применение рия по API ствие ГОСТ Минеральное масло Т GL-1 Цилиндрические передачи без присадок М1 Содержит жирные Червячные передачи Т GL-2 продукты (индустриальное оборудование) М2 Спирально-конические передаСодержит противозаТ GL-3 чи (механические КП, задние мосты дирные присадки М3 грузовых автомобилей) Спирально-конические передаСодержит противозачи Т GL-4 дирные (механические КП) М4 и другие присадки Гипоидные и другие типы переСодержит противозадач Т GL-5 дирные, противоизнос(ведущие мосты легковых авто- М5 ные и другие присадки мобилей) - Противоизносные присадки (соединения серы, фосфора, бора и т.п.), вступают под воздействием высокой температуры в химическую реакцию с металлом, образуюя на его поверхности тончайшие слои сульфидов, оксидов, фосфатов (и т.д.) железа, менее стойких к сдвигу, чем сам материал зуба. - Антиокислительные присадки вступают в химическую реакцию с гидроперекисями и свободными радикалами. Образовавшиеся нейтральные вещества либо выпадают в осадок, либо растворяются в масле. - Антикоррозионные (щелочные) присадки защищают черные и цветные металлы от воздействия кислот. - Ингибиторы коррозии взаимодействуют с защищаемыми поверхностями, образуя на них защитную пленку. - Противоржавейные присадки –связывают и вытесняют воду. - Антипенные присадки гасят пену, понижая поверхностное натяжение. Используемая категория трансмиссионного масла определяется заводомизготовителем. Использование масел более низкой категории недопустимо из-за возможного выхода агрегата из строя, а более высокой - нецелесообразно по экономическим соображениям (существенная разница в цене). В общем случае: масло класса GL 4 - для механических коробок передач, класса GL 5 - для ведущих мостов с гипоидными передачами. 39