Какая коробка передач лучше. Раздаточные коробки грузовых автомобилей повышенной проходимости В каких автомобилях вводятся колесная передача

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

Принцип работы

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

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

Устройство и основные требования к главной передаче

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

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:

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

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

Классификация главных передач

По числу пар зацеплений

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

По виду зубчатого соединения

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

По компоновке

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

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

Преимущества и недостатки

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

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

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

А вот сейчас не плохо бы задуматься! Как же он движется по земле, наш любимец, автомобиль? Двигатель уже знаем как работает, а колеса крутятся в другую сторону, да еще вперед и назад. И сегодня поговорим о трансмиссии и её устройстве. Что входит в трансмиссию и о конструктивных особенностях этой системы.

Если коротко, то все механизмы, которые находятся между двигателем и ведущими колесами и есть трансмиссия автомобиля. Она выполняет такие функции:

• транслирует крутящий момент с движка на ведущую ось;
• изменяет значение и направление кр.момента;
• распределяет кр.момент по ведущим колесам.

Что входит в трансмиссию автомобиля и какие бывают её виды

В зависимости от того, какой вид энергии преобразуется, такого вида трансмиссия и может быть:

• механическая (преобразует и передает механическую энергию);
• электрическая (преобразует мех. энергию в электроэнергию, а после подачи ее на ведущие колеса, обратно – электрическую в механическую);
• гидрообъемная (преобразует мех. энергию в энергию движения жидкости, а после подачи на ведущие колеса, обратно – энергию движения жидкости в механическую);
• комбинированной или гибридной (сочетание электромеханической и гидромеханической).

Наиболее часто в современных автомобилях применяют первый вариант. Если изменение кр.момента идет в автоматическом режиме, тогда ее называют автоматической.

Конструкция

Конструкция устройства может предполагать использование в качестве ведущих переднюю и заднюю пары колес.

Если как ведущие используются задняя пара колес, то автомобиль получается заднеприводным, а если передняя – переднеприводным. Если авто имеет привод одновременно на задние и передние колеса 4х4, то полноприводные.

Авто с разным типом привода имеют свою конструкцию трансмиссии, которая часто существенно отличается по составу элементов и их исполнению.

Так в заднеприводной машине это последовательно расположенные элементы: сцепление, КП, карданная и главная передачи, дифференциал, полуоси.

Сцепление

Служит для непродолжительного отсоединения движка от трансмиссии и последующего плавного соединения этих элементов после переключения передачи, а также защиты деталей от избыточных нагрузок.

Изменяет крутящий момент, скорость и направление движения, а также разъединяет на продолжительное время двигатель и трансмиссию. Коробки бывают механические, и (гидротрансформатор — планетарные передачи)

Карданная передача

Нужна для трансляции кр.момента со вторичного вала коробки на вал гл.передачи, которые находятся под углом друг относительно друга.

Главная передача

ГП необходима, чтобы увеличить кр.момент, изменить направление и передать его на полуоси. Обычно в авто применяют гипоидную главную передачу (зубы передачи не прямые как обычно, а радиальные).

Дифференциал

Дифференциял раздает кр.момент по ведущим колесам, и позволяет полуосям вращаться с отличными друг от друга угловыми скоростями, в процессе поворота транспортного средства.

ШРУС

Трансмиссия переднеприводного авто оснащена шарнирами равных угловых скоростей (сокращённо ШРУС) и приводными валами (полуосями).

Первые необходимы для снятия кр.момента с дифференциала и подачи его на ведущую ось. Как правило, это 2 шарнира для связи с дифференциалом (так называемые внутренние шарниры) и еще 2 шарнира для связи с колесами (так называемые внешние шарниры).

Между этими шарнирами находятся приводные валы.

Трансмиссия авто с полным приводом предполагает различные варианты конструкций, рассмотренных ранее, которые в совокупности образуют полноприводную систему.

Вот так все просто. Теперь вы знаете что входит в трансмиссию автомобиля и нам остается подробно разобраться как работают каждый из узлов механизма трансмиссии. Следите за публикациями и не скупитесь знаниями, делитесь со всеми.

И до новых встреч на страницах блога.

Существующие разновидности коробок переключения передач, по сути, являются ответом на спрос автолюбителей. Коробка совместно с рулевым колесом дает возможность эффективно управлять возможностями современного автомобиля. Кому-то нравится комфорт, кто-то быстро устает от управления, кто-то вообще ничего не умеет и всего боится. В современной классификации различают три основных вида коробок передач и их варианты:

• механическая система, ручного способа переключения передач;
• автоматическая многоступенчатая КПП;
• бесступенчатая система вариатора;
• роботизированная коробка.

Несмотря на то, что последний вид считают вариантом механической коробки передач, существующие отличия от классической схемы позволяют ее выделять в отдельной строке. Можно смело определять ее в отдельный вид коробки передач.

Двигатель внутреннего сгорания не способен эффективно работать в широчайшем диапазоне оборотов вращения, поэтому используют различные виды коробок передач, понижающие скорость вращения рабочих валов трансмиссии. Это происходит либо с помощью набора зубчатых шестерен и колес, как в основных видах коробок передач, либо с помощью толкающих ремней и шкивов - в вариаторной схеме коробки.

Вариаторная КПП более всего отвечает образу жизни современного человека и позволяет вообще отказаться от управления трансмиссией. Первая требует максимального участия водителя в управлении скоростью и крутящим моментом колес. Автомат сильно облегчил жизнь человека за рулем, но требует тщательного отношения к своей работе.

Прежде чем ответить на вопрос - какой вид коробки передач лучше выбрать, следует определить свое отношение к машине и степень своего участия в управлении автомобилем.

Простые и надежные ручные системы

Механическая система переключения, именуемая еще «механикой» или «ручкой» - самый распространенный и простой вид коробки переключения передач. В современных автомобилях она представлена двумя видами:

• многовальной, в которой шестерни находятся на двух или трех параллельных валах и входят в зацепление поочередно в зависимости от требуемого передаточного числа;
• планетарной, в которой шестерни и зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении в нескольких рядах, выбор пары с необходимым передаточным числом выполняется с помощью фрикционов или фрикционных пакетов.

В колесном транспорте планетарный вид механики используется только в автоматических коробках, в горных велосипедах и военной технике. Планетарка компактнее и легче многовального вида механизма, но значительно дороже в производстве.

Современные легковые машины с приводом на передние колеса имеют двухвальную схему и минимум 5 ступеней передач для движения вперед и одну назад. Более дорогие модели авто могут быть оснащены шестиступенчатыми коробками передач. При этом 5-я и 6-я являются повышающими - выходной вал коробки передач вращается с более высокими оборотами коленвала двигателя. Этого более чем достаточно для ручного управления.

Основная проблема механической коробки передач состоит в том, чтобы при переключении по команде ручки плавно и безударно вводить в зацепление пары косозубых шестерней, имеющих разные угловые скорости. Для выравнивания оборотов в коробке каждая пара шестерней оснащена кольцом синхронизации, изготовленным из бронзы.

При переключении передачи водитель выключает сцепление, тем самым дает возможность синхронизаторам выровнять скорости вращения шестерен. После чего ручкой переключения либо напрямую, либо через систему тяг или тросовых приводов, перемещают зубчатую муфту включения внутри корпуса коробки, тем самым введя в зацепление необходимую пару шестерен. Остается только отпустить педаль сцепления и продолжить движение.

Такие механические коробки называются синхронизированными. Управлять ими достаточно просто и удобно при наличии определенного навыка вождения автомобиля. Правда, неполное выключение сцепления, пробуксовка или иные проблемы с отключением трансмиссии приводят к тому, что синхронизаторы механики начинают интенсивно изнашиваться, вплоть до невозможности включения передачи без промежуточной постановки ручки на нейтральное положение. Переход на следующую передачу происходит после повторного выжимания сцепления. Подобный способ переключения широко использовался ранее и используется сейчас на грузовом транспорте с механикой, не оснащенной системой синхронизаторов.

Важно! Изношенные синхронизаторы, кроме затрудненного включения передачи, ведут к интенсивному износу венцов шестерен, местному выкрашиванию отдельных участков зубьев.

Механическая коробка передач - самая надежная и экономичная, требует от водителя достаточной квалификации и тяжелого труда по постоянному переключению передач в паре с отработкой педалью выключения сцепления. Но, как ни странно, многими водителями сознательно делается выбор в пользу механики. По их мнению, механика, даже при повышенной физической нагрузке, доставляет большее удовольствие от управления авто, чем роботизированные или автоматические коробки.

Секвентальная КПП, как высшая точка развития механики

Точнее будет назвать эту коробку - механической коробкой передач с секвентальным, или рядным способом переключения. Идея пришла из области разработок для спортивных скоростных машин. Современная секвентальная коробка передач построена по схеме обычной механической коробки с электронным управлением привода сцепления и гидравлическим приводом переключения передач. Особенностью секвентальной коробки является соблюдение строгой последовательности передач.

Из преимуществ секвентального механизма можно отметить:

• высочайшая скорость переключения передачи;
• соблюдение последовательности переключения дает возможность «безболезненно» работать с очень большими оборотами двигателя и мощностями;
• способ управления с помощью подрулевых лепестков позволяет достаточно комфортно контролировать движение даже на больших скоростях или в непростых дорожных условиях.

В подобных коробках используют прямозубые шестерни и не применяют синхронизаторы включения. Выравнивание скоростей вращения шестерни и колеса осуществляется компьютером по датчику скорости. Вместо зубчатой муфты стоит кулачковый механизм включения передач. Благодаря этому время включения скорости примерно на 70-80% меньше, чем у обычной механики. Для работы гидроприводов используют отдельный узел - аккумулятор рабочей жидкости высокого давления.

Роботизированные системы коробки передач

В отличие от секвентальных систем, роботизированный вид коробки имеет электромеханический привод включения пары шестерен. Основу схемы составляет механическая коробка передач, построенная на системе двух рабочих валов-рядов передач. Четные номера собраны на одном валу, нечетные - на другом. Каждый из валов имеет собственный диск сцепления и может включаться-выключаться независимо.

Такой вид коробки использует преселективный режим. Хитрость конструкции состоит в том, что компьютер заранее, используя данные о режиме работы трансмиссии, вычисляет наиболее подходящую для включения следующую передачу. С помощью соленоида выполняет ее зацепление на противоположном ряду передач при выключенном сцеплении. В момент переключения останется только включить сцепление и продолжить движение. Благодаря этому переключение происходит с очень высокой скоростью.

В своем роде коробки-роботы занимают промежуточное положение между автоматическими коробками и механикой. При этом по выполняемым функциям и степени компьютеризации этот вид коробки можно назвать более автоматическим, чем существующие гидромеханические системы.

Наиболее известным и разрекламированным роботизированным видом КПП называют семиступенчатые коробки системы DSG, устанавливаемые на модели VW с небольшим объемом двигателя. Отзывы о работе - от рекламно-хвалебных восторгов до открыто негативных.

Если вы надумали купить авто с подобной системой передач, стоит учитывать следующее:

1. Роботизированная коробка - очень сложный механизм, меньше всего этот вид коробки предназначен для скоростного прожига резины в сумасшедших гонках. Коробки сложно управляются, обслуживаются и ремонтируются.
2. К управлению на DSG следует привыкать не менее двух недель. Поклонникам механики этот вид кажется медленным и непредсказуемым, водителям, пересевшим с гидромеханических коробок - дергающим невпопад.
3. Уже сейчас качество роботов позволяет предоставлять 5-ти летнюю гарантию и 150 тыс. пробега.

Интересно! При всех критических замечаниях роботы дешевле в изготовлении, имеют более высокий КПД и, по заявлениям экспертов, возможно, именно этот вид вытеснит устаревшую гидромеханику с рынка легковых автомобилей.

Самый сложный вид трансмиссии - автоматы и вариаторы

Чем больше функций выполняет коробка передач, тем сложнее ее производство, ниже надежность и выше стоимость. Наиболее дорогими и неэкономичными всегда были и остаются все виды автоматических коробок передач автомобиля. Конструкция этого вида представлена гидромеханическими и адаптивными коробками передач. В основе схемы лежат два основных агрегата - гидротрансформатор и планетарная коробка передач.

В современных автоматических коробках передач гидротрансформатор исполняет роль компенсатора, увеличивающего или уменьшающего на небольшую величину основную передачу планетарного механизма. Таким образом, совместная работа двух агрегатов обеспечивает оптимальное число передачи трансмиссии в конкретных условиях.

Большие потери в гидравлике заставили инженеров несколько усовершенствовать работу этого вида автомата. Теперь работа гидротрансформатора на скоростях более 20 км/ч блокируется муфтой, а передача крутящего момента выполняется напрямую через фрикционы на планетарную коробку.

В ряде случаев, вместо подключения гидротрансформатора, его функции на переходных режимах обеспечиваются пробуксовкой пакетов фрикционных накладок, что проще и эффективнее.

Одной из разновидностей автоматической трансмиссии является адаптивная автоматическая коробка, в которой компьютерным блоком управления осуществляется подбор наиболее подходящего передаточного числа в планетарной коробке.

Этот вид автоматической коробки пока остается вне конкуренции в трансмиссии авто повышенной проходимости, внедорожниках и машинах с большим объемом двигателя. В обслуживании и ремонте сложен, требует высокой квалификации и качественных расходных материалов.

Вариаторные системы

В результате 30 лет эволюции первых вариаторов для маломощных мотоколясок и скутеров технологам удалось довести уровень надежности и долговечности толкающего ремня (основного элемента бесступенчатого вариатора) до вполне приемлемой величины пробега в 150 тыс. км. Сам толкающий ремень представляет чудо инженерной мысли. Он изготовлен из большого числа абсолютно одинаковых металлических элементов, благодаря чему ремень может быть гибким и жестким одновременно.

В работе он взаимодействует с двумя шкивами - входным и выходным, обеспечивая практически любое передаточное значение коробки передач. Современные вариаторы получили приемлемо высокий КПД и возможность работать с двигателями мощностью до 100 л.с. Вариатор можно назвать первой из систем, по-настоящему способных непрерывно изменять передаточное число трансмиссии.

Этот вид автоматики не любит пробуксовки, крайне уязвим при низком качестве гидравлической жидкости. В большинстве случаев вариатор комплектуют с гидротрансформатором.

Преимущества - очень точный подбор необходимого передаточного числа трансмиссии. Этот вид коробки капризен, дорог в изготовлении и обслуживании и в ближайшем будущем вряд ли выйдет из ниши малолитражных автомобилей.

Еще информации о различных видах КПП на видео:

При этом для большинства КПП актуально такое понятие, как главная передача автомобиля. Далее мы поговорим о том, что такое главная передача и для чего нужна.

Читайте в этой статье

Для чего нужна главная передача и что это такое

Как известно, сегодня на автомобили устанавливаются следующие типы КПП:

• (выбор передачи осуществляется вручную);
• (обеспечивает автоматический выбор передачи, соответствующей текущим условиям движения);
• (обеспечивает плавное изменение передаточного числа.);
• (механическая коробка передач, функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы).

Основная задача КПП — передача и изменение крутящего момента от двигателя к ведущим колесам с возможностью изменения передаточных чисел. На выходе из коробки крутящий момент небольшой, а скорость вращения выходного вала высокая.

Для повышения крутящего момента и снижения скорости вращения служит главная передача автомобиля, имеющая определенное передаточное число. Передаточное число главной передачи зависит от типа, назначения автомобиля и оборотистости двигателя. Обычно передаточные числа главных передач легковых автомобилей находятся в диапазоне 3,5-5,5, грузовых 6,5-9.

Устройство главной передачи в автомобиле

Главная передача автомобиля представляет собой шестеренчатый зубчатый редуктор постоянного зацепления, состоящий из ведущей и ведомой шестерен разного диаметра. Расположение главной передачи автомобиля зависит от конструктивных особенностей самого ТС:

• автомобили с передним приводом – главная передача устанавливается с дифференциалом в едином корпусе коробки передач;
• автомобили с задним приводом – главная передача устанавливается как отдельный узел в картер ведущего моста;
• автомобили с полным приводом – главная передача может быть установлена как в коробке передач, так и отдельно в ведущем мосту. Все зависит от расположения ДВС автомобиля (поперечное или продольное).

Еще существует классификация главных передач по числу ступеней редуктора. В зависимости от назначения и компоновки на автомобилях применяют как одинарные, так и двойные главные передачи.

Одинарная главная передача состоят из одной пары шестерен ведущей и ведомой. Применяется на легковых и грузовых автомобилях. Двойная главная передача состоит из двух пар шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности для увеличения крутящего момента или для увеличения клиренса на внедорожных автомобилях. КПД передачи 0,93-0,96.

Двойные передачи можно разделить на два вида:

• двойная центральная главная передача — обе ступени расположены в одном картере в центре ведущего моста;
• двойная разнесенная главная передача — коническая пара находится в центре ведущего моста, а цилиндрическая в колесных редукторах.

При разделении главной передачи на две части снижаются нагрузки на и детали . Еще уменьшаются размеры картера средней части ведущего моста, в результате увеличивается дорожный просвет и проходимость автомобиля. Однако разнесенная передача более дорогая и сложная в изготовлении, имеет большую металлоемкость, ее сложнее обслуживать.

Типы главной передачи по виду зубчатого соединения

Если разделить типы главных передач, тогда можно выделить:

• цилиндрическую;
• коническую;
• червячную;
• гипоидную;

Цилиндрическая главная передача применяется на легковых переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач. Ее передаточное число находится в пределах 3,5-4,2.

Шестерни цилиндрической главной передачи могут быть прямозубыми, косозубыми и шевронными. Цилиндрическая передача имеет высокий КПД (не менее 0.98) но она уменьшает дорожный просвет и довольно шумная.

• Коническая главная передача применяется на заднеприводных автомобилях малой и средней грузоподъемности с продольным расположением ДВС, где габаритные размеры не имеют значения.

Оси шестерней и колеса такой передачи пересекаются. В этих передачах применяют прямые, косые или криволинейные (спиральные) зубья. Снижение шума достигается применением косого или спирального зуба. КПД главной передачи со спиральным зубом достигает 0.97-0.98.

• Червячная главная передача может быть как с нижним, так и с верхним расположением червяка. Передаточное число такой главной передачи находится в пределах от 4 до 5.

По сравнению с другими типами передач, червячная передача компактнее и менее шумная, но имеет низкий КПД 0.9 — 0.92. В настоящее время применяется редко по причине трудоемкости изготовления и дороговизны материалов.

• Гипоидная главная передача представляет собой один из популярных видов зубчатого соединения. Эта передача своего рода компромисс между конической и червячной главной передачей.

Передача применяется на заднеприводных легковых и грузовых автомобилях. Оси шестерней и колеса гипоидной передачи не пересекаются, а скрещиваются. Сама передача может быть как с нижним, так и с верхним смещением.

Главная передача с нижним смещением позволяет расположить ниже карданную передачу. Следовательно, смещается и центр тяжести автомобиля, повысив его устойчивость при движении.

Гипоидная передача по сравнению с конической имеет большую плавность, бесшумность, меньшие габариты. Ее применяют на легковых автомобилях с передаточным числом от 3,5-4,5, и на грузовых вместо двойной главной передачи с передаточным числом от 5-7 . При этом КПД гипоидной передачи составляет 0.96-0.97.

При всех своих плюсах гипоидная передача имеет один недостаток – порог заклинивания при обратном ходе автомобиля (превышение расчетных оборотов). По этой причине водителю необходимо проявлять особую осторожность при выборе скорости движения задним ходом.

Подведем итоги

Итак, разобравшись с тем, для чего нужна главная передача автомобиля и какие типы главных передач используются в трансмиссии, становится понятно ее назначение. Как видно, устройство и принцип работы этого узла относительно простые.

При этом важно понимать, что данный элемент трансмиссии в значительной степени влияет на расход топлива, динамику и целый ряд других характеристик и показателей автомобиля.

Читайте также

Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.

Общее устройство и принцип работы легкового автомобиля по структурной схеме

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

Структурная схема заднеприводного автомобиля показана на рис. 6.1.1.

В состав автомобиля входят:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В его составе:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Полуоси 6 передают крутящий момент ведущим колесам 7.

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.1.11. Схема амортизатора:

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

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

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

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

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

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

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