Трансмиссия автомобиля и мотоцикла — назначение и устройство

Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам автомобиля, мотоцикла. Изменение крутящего момента в трансмиссии оценивается ее передаточным числом — отношением угловой скорости вала двигателя, к угловой скорости ведущих колес. Разделив крутящий момент, подведенный к ведущим колесам, на их радиус качения, получим силу тяги, обеспечивающую движение автомобиля, мотоцикла. Сила тяги затрачивается на преодоление сил сопротивления движению: силы сопротивления качению колес, силы сопротивления воздуха, силы сопротивления подъему и силы сопротивления разгону. Сумма сил сопротивления движению может изменяться в широких пределах в зависимости от условий движений. Сила тяги ограничивается сцеплением ведущих колес с дорогой. Максимальная сила тяги равна произведению коэффициента сцепления колеса с дорогой на сцепной вес, т. е. на часть веса автомобиля (мотоцикла), приходящуюся на ведущие колеса. Более полно силу тяги можно реализовать, если сделать все колеса ведущими. При движении автомобиля главным образом по дорогам с твердым покрытием достаточно двух ведущих колес.

Наибольшее распространение на современных автомобилях (мотоциклах) получили механические трансмиссии, которые выполняют по различным схемам в зависимости от назначения транспортного средства, расположения на нем двигателя, числа ведущих колес и других факторов.



Рассматриваемые нами автомобили имеют колесную формулу 4X2 (первое число показывает общее количество колес автомобиля, а второе — количество ведущих колес). Наиболее часто на таких автомобилях применяется схема с передним размещением двигателя, задними ведущими колесами и с центральным (относительно продольной оси) расположением основных агрегатов трансмиссии.

Крутящий момент от двигателя через сцепление передается к коробке передач, в которой крутящий момент изменяется в соответствии с включенной передачей. Водитель выбирает передачу в зависимости от дорожных условий. Сцепление и коробка передач, как правило, конструктивно объединены в один блок с двигателем, образуя силовой агрегат. От коробки передач крутящий момент через карданную передачу передается к главной передаче, в которой он увеличивается, и далее через дифференциал и полуоси подводится к ведущим колесам автомобиля. Главная передача, дифференциал и полуоси размещены в общем картере и составляют ведущий мост.

Сцепление

Сцепление предназначено для кратковременного разобщения вала двигателя от трансмиссии и последующего их плавного соединения при трогании автомобиля (мотоцикла) с места и после переключения передач во время движения.

Вращающиеся детали сцепления относят либо к ведущей части, соединенной с валом двигателя, либо к ведомой, разобщаемой от ведущей части при выключении сцепления.

Наиболее распространены фрикционные сцепления, у которых крутящий момент передается с ведущей части на ведомую силами трения, действующими на поверхностях соприкосновения этих частей.



К ведущей части фрикционного сцепления относят маховик 3 (рис. 31) двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, к ведомой — ведомый диск 4. Нажимной диск 2 соединен с кожухом 1 шарнирами 5. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемещение нажимного диска 2 в осевом направлении при включении и выключении сцепления.



Включение сцепления обеспечивается силой, создаваемой пружинами 6, а выключение — преодолением этой силы при повороте рычагов 7 относительно точек их крепления к кожуху 1. Поскольку рычаги 7 вращаются вместе с кожухом, то для воздействия на них невращающимися деталями установлена муфта выключения с выжимным подшипником 8. Муфта перемещается вилкой 9. К приводу сцепления относят педаль 10, тягу 12 и пружину 11.

При отпущенной педали 10 сцепление включено, так как ведомый диск 4 зажат между маховиком 3 и нажимным диском 2 усилием пружин 6. Крутящий момент с помощью сил трения передается от ведущей части на ведомую через поверхности соприкосновения ведомого диска с маховиком и нажимным диском. При нажатии на педаль 10 сцепление выключается, так как муфта выключения с подшипником 8, перемещаясь по направлению к маховику, поворачивает рычаги-7, и они отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4.



Рассмотрим процесс трогания автомобиля с места. Выключив сцепление, включают необходимую для движения (как правило, первую) передачу в коробке передач. Отпуская педаль сцепления, соединяют вращающийся маховик и нажимной диск с неподвижным ведомым диском. За счет сил трения на ведомый диск передается крутящий момент. Когда он станет достаточным для преодоления сил сопротивления движению, ведомый диск и колеса начнут вращаться, автомобиль (мотоцикл) тронется с места и будет разгоняться.

Фрикционные сцепления по числу ведомых дисков делят на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. Привод фрикционного сцепления на большинстве отечественных автомобилей — механический или гидравлический.

Гидравлический привод сцепления применяется обычно на легковых и некоторых грузовых автомобилях. В нем усилие от педали к вилке выключения сцепления передается через жидкость, находящуюся в главном цилиндре 5 (рис. 32), рабочем (исполнительном) цилиндре 1 и соединяющем их трубопроводе 2. При нажатии на педаль сцепления поршень 4 главного цилиндра перемещается справа налево и вытесняет жидкость в трубопровод и рабочий цилиндр. Поршень 3 рабочего цилиндра через шток 6 поворачивает вилку 7 выключения сцепления.





Силовая передача мотоцикла включает в себя переднюю (моторную) и заднюю (главную) передачи, сцепление и коробку передач.

В зависимости от общей компоновки мотоцикла и условий работы меняется конструкция сцепления и место его установки. Так, на мотоциклах, оснащенных четырехтактным двигателем с продольно расположенным коленчатым валом, одно- или двухдисковое сухое сцепление размещается обычно непосредственно в маховике двигателя. На мотоциклах с двухтактным двигателем наибольшее распространение получило многодисковое сцепление, работающее в масле. Его располагают обычно на первичном.валу коробки передач. Однако независимо от расположения функции сцепления остаются теми же — при всех условиях обеспечить надежную передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. А это возможно лишь при правильном выборе площади и числа поверхностей трения (т. е. ведущих и ведомых дисков), а также материалов для их изготовления. Поэтому сухое сцепление мотоциклов с четырехтактными двигателями имеет, как правило, один-два ведомых диска, размеры которых ограничены диаметром Маховика. А. диаметр дисков сцепления, работающих в масле, не может быть большим — он ограничен размерами картера. Поэтому для обеспечения надежной передачи крутящего момента в таком сцеплении используют до пяти-семи дисков. Ведомые и ведущие диски в рабочем состоянии постоянно прижаты друг к другу значительным усилием, создаваемым пружинами, что и обеспечивает силу трения, достаточную для того, чтобы диски не проскальзывали относительно друг друга.



Сцепление 4 (рис. 33) обычно устанавливают на первичном валу коробки передач 3 мотоцикла. В этом случае его ведущий барабан связан с коленчатым валом 6 с помощью передней (моторной) передачи 5 (чаще всего цепной). Передняя цепная передача обычно закрыта. Она работает в масле и не подвергается воздействию пыли и грязи. Однако из-за постоянного роста мощности двигателя и увеличения частоты вращения коленчатого вала такая передача недостаточно долговечна.

Неисправности сцепления

Для сцепления характерными являются следующие неисправности: неполное выключение (сцепление ведет), неполное включение (сцепление пробуксовывает).

Причинами неполного выключения могут быть: увеличенный свободный ход педали сцепления, заедание ступицы ведомого диска на первичном валу коробки передач, коробление ведомого диска, повышенная деформация нажимных пружин или их разрушение. При эксплуатации автомобиля неполное выключение сцепления затрудняет переключение передач.



Причинами неполного включения могут быть: недостаточный свободный ход педали сцепления, износ или замасливание фрикционных накладок дисков. В этом случае автомобиль плохо разгоняется, не развивает необходимой скорости.

Коробка передач

Коробка передач предназначена для изменения сил тяги на ведущих колесах и скорости движения автомобиля (мотоцикла) путём увеличения или уменьшения передаточного числа. Кроме того, она позволяет осуществлять движение автомобиля задним ходом и разобщать вал двигателя от ведущих колес во время стоянки автомобиля (мотоцикла).

Передаточное число коробки передач равно отношению угловых скоростей первичного и вторичного валов. Необходимость изменения передаточного числа определяется тем, что сопротивление движению автомобиля (мотоцикла), зависящее от дорожных условий, изменяется в широких пределах. На большой части автомобилей (мотоциклов) устанавливаются механические ступенчатые коробки передач, которые различают по числу передач переднего хода (двух-, трехступенчатые и т.д.). Обычно в коробках передач имеется три — пять передач переднего хода и одна передача заднего хода. Чем больше количество передач, тем лучше, используется мощность двигателя, выше его топливная экономичность, однако это значительно усложняет коробку передач и затрудняет водителю выбор передачи, оптимальный для данных условий движения.

Обычно коробки передач бывают двух- или трехвальными. На валах располагается набор подвижных и неподвижных шестерен. В наиболее распространенных схемах при включении передач соединение шестерен и валов осуществляется кулачками, выполненными заодно с подвижными шестернями, которые перемещаются на валах коробки на шлицах. Зубчатые механизмы коробок передач состоят обычно из цилиндрических шестерен. Переключение передач осуществляется передвижением шестерен, которые вводят поочередно в зацепление с другими шестернями, или блокировкой шестерен на валу с помощью синхронизатора. В последнем случае частота вращения включаемой шестерни вначале выравнивается синхронизатором до частоты вращения вала, на котором она вращается свободно, после чего шестерня блокируется на валу. Передвижение шестерен или синхронизаторов осуществляется водителем при выключенном сцеплении с помощью механизма переключения передач.



Рассмотрим устройство четырехступенчатой коробки передач легкового автомобиля ВАЗ. Для включения передачи переднего хода в ней имеется два синхронизатоpa 3 и 6 (рис. 34). В задней крышке 8 коробки передач на вторичном и промежуточных валах установлены ведомая 9 и ведущая 11 шестерни заднего хода. При включении передачи заднего хода с этими шестернями входит в зацепление промежуточная шестерня, перемещаемая вдоль- своей оси. Механизм переключения смонтирован в верхней части задней крышки. Переключение передач осуществляется рычагом 10, который размещен на полу кузова автомобиля.



Познакомимся с устройством коробки передач мотоцикла «Восход». Начнем с механизма переключения передач. Его основание 5 (рис. 35) закреплено на левой половине картера силового агрегата с помощью болтов и штифтов 2. На центральной оси 3 установлены корпус 6 собачек, диск 8 и вилки 4, передвигающие шестерни коробок. Ход собачки 10 ограничен штифтом 7, проходящим сквозь корпус и вырез в собачке и раскерненным с обоих концов. В криволинейных пазах диска перемещается две оси 1, несущие вилки механизма. При повороте валика переключения передач до упора, расположенного в левой половине картера, поводок 11 валика своей сферической головкой поворачивает корпус 6, а одна из его собачек, входя в окно, поворачивает диск. Одновременно другая собачка вдвигается в корпус утопителем 9, приклепанным к основанию механизма. Диск перемещает оси 1 с вилками 4, которые, входя в кольцевые проточки подвижных шестерен коробки, перемещают их вдоль валов. Диск при включенной передаче или в нейтральном положении стопорится фиксатором 14, который попадает в прорези на наружной поверхности диска.



Коробка передач мотоцикла состоит из первичного, промежуточного, вторичного валов и набора шестерен. Свободно вращающиеся на валах шестерни третьей и второй передач предохранены от осевого перемещения стопорными кольцами. Шестерни этих передач связаны с валами посредством шлицев, по которым они передвигаются вилками механизма переключения, и с обеих сторон снабжены кулачками, которые при включении передач входят в окна соседних шестерен, заставляя их вращаться вместе с валами.

Неисправности коробки передач

Основные неисправности коробки передач — повышенный шум при работе, самовыключение или затрудненное включение передач.

Причинами повышенного шума при работе коробки передач могут быть: недостаточное количество масла, повышенный износ или разрушение зубьев шестерен или подшипников шестерен.

Причинами самовыключения передач, являются: заедание фиксаторов механизма переключения или поломка их пружин, повышенный износ зубчатых муфт на шестернях или каретках синхронизаторов.

Причинами затрудненного включения передач могут быть: неполное выключение сцепления, повышенный износ или поломка синхронизаторов, разрушение подшипников шестерен вторичного вала, отсутствие смазки в механизме переключения.

Карданная передача

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного механизма к другому, оси валов которых изменяют свое взаимное положение или не лежат на одной прямой. С помощью карданной передачи обычно соединяют вторичный вал коробки передач с ведущим валом главной передачи заднего моста автомобиля.

Карданная передача состоит из карданных шарниров 1, 4 и 6 (рис. 36), карданных валов 2 и 5, промежуточной опоры 3 и подвижного соединения 7.



На автомобилях ВАЗ карданную передачу образует передний и задний карданные валы, промежуточная опора и три карданных шарнира, из которых передний представляет собой упругую муфту. Промежуточная опора заднего конца переднего вала упругая, с шариковым подшипником, крепится к поперечине кузова. Передний карданный шарнир универсальный, обеспечивающий продольное перемещение карданного вала в шлицах упругой муфты, что необходимо при изменении угла наклона карданного вала и расстояния между коробкой передач и задним мостом.

Карданная передача автомобилей «Москвич» и ГАЗ-24 состоит из двух карданных шарниров и одного карданного вала. Передний карданный шарнир универсальный, он обеспечивает продольное перемещение карданного вала с помощью шлицевого соединения вилки карданного шарнира с вторичным валом коробки передач.

Неисправности карданной передачи

Основными неисправностями карданной передачи являются: повышенный износ шлицевых соединений и игольчатых подшипников, повреждения сальников или карданных валов. Признаками повышенного износа деталей являются шум в карданной передаче, особенно хорошо прослушиваемый при движении автомобиля накатом, вибрация валов. Причинами повышенного износа деталей могут быть недостаточная их смазка и ослабление креплений. Повреждение сальников, как правило, вызывает течь смазки из уплотнений.

Главная передача

На современных автомобилях применяют быстроходные двигатели, развивающие значительную мощность при относительно небольших размерах и массе. Максимальный крутящий момент на их валах в несколько раз меньше того, который необходимо приложить к ведущим колесам для обеспечения движения автомобиля.

Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам. Передаточное число главной передачи зависит в основном от мощности и быстроходности двигателя, назначения и общей массы автомобиля. У грузовых автомобилей оно обычно составляет 6...10, у легковых — 3...6. Главные передачи могут быть с коническими, гипоидными или червячными шестернями. Для обеспечения правильного зацепления шестерен устанавливают регулируемые подшипники, создают дополнительные опоры для валов и шестерен, увеличивают жесткость картера.

В гипоидной главной передаче оси ведущей и ведомой шестерен не пересекаются. Ось ведущей шестерни обычно расположена ниже оси ведомой. Это позволяет ниже разместить карданную передачу и снизить центр масс автомобиля, повысив его устойчивость.

Гипоидная главная передача устанавливается на всех отечественных легковых автомобилях и на некоторых грузовых. Ось ведущей шестерни 2 (рис. 37) смещена относительно оси ведомой шестерни 1. Угол спирали зубьев ведущей шестерни больше угла спирали ведомой. Конические роликовые подшипники ведущей и ведомой шестерен установлены с предварительным натягом. При вращении шестерни 1 масло забрасывается в карман картера 3, чем обеспечивается надежная смазка подшипника 4. От подшипника масло удаляется по каналу 5.



Последнее звено силовой передачи мотоцикла — задняя (главная) передача. Наиболее часто в ней используется цепь (см. рис. 33). У тяжелых мотоциклов, имеющих четырехтактные- двигатели с продольно расположенным коленчатым валом, задняя передача состоит из двух звеньев — карданной и главной 2 (рис. 38) передач. По надежности такая передача выше цепной, требует и меньше ухода. Но она тяжелее, сложнее.

Дифференциал

Дифференциал передает крутящий момент от главной передачи к полуосям (ведущим колесам) и позволяет им вращаться с разной скоростью при повороте или движении автомобиля по неровностям дороги. Ведущие колеса проходят в этих случаях разные расстояния. Ес-1И бы оба колеса были жестко между собой связаны и вращались с одинаковой угловой скоростью, то одно из них в таких условиях непременно бы проскальзывало. Установленный между колесами дифференциал как раз и позволяет избежать этого. Дифференциал может иметь конические шестерни, как у большей части автомобилей, или цилиндрические.

При повороте автомобиля внутренее ведущее колесо проходит меньший путь, а связанная с ним через полуось шестерня дифференциала вращается медленнее. В свою очередь, сателлиты дифференциала перекатываются по замедлившей свое вращение шестерне и одновременно вращаются вокруг своих осей. При этом они сообщают дополнительную скорость вращения другой дифференциальной шестерне и внешнему ведущему колесу.

Работа дифференциала характеризуется двумя свойствами. Первое — сумма чисел оборотов шестерен равна удвоенному числу оборотов коробки дифференциала. Это означает, что при одном неподвижном колесе автомобиля другое вращается вдвое быстрее. А если остановить автомобиль с помощью трансмиссионного тормоза (т. е. сообщить коробке дифференциала число оборотов, равное нулю), колеса будут вращаться с одинаковой скоростью в разные стороны. Этим свойством иногда пользуются водители, чтобы развернуть автомобиль на месте, не прибегая к помощи рулевого колеса. Второе свойство — распределение между шестернями дифференциала подведенного к ним крутящего момента в заданном соотношении. В большей части конструкций он распределяется поровну, и подобные дифференциалы называют симметричными. Соотношение порой делают и иным — пропорциональным нагрузке на колеса. В этом случае дифференциал называют несимметричным. Такой дифференциал применяется на тяжелом мотоцикле «Днепр-12», у которого колесо бокового прицепа является ведущим.

В силу второго свойства, когда одно из колес машины буксует из-за отсутствия сцепления с грунтом, механизм неумолимо сообщает другому колесу такой же крутящий момент, т. е. нулевой. При этом свободное от нагрузки буксующее колесо быстро набирает обороты, а колесо, находящееся на твердом грунте, в соответствии с первым свойством механизма уменьшает скорость своего вращения и в конце концов останавливается. Как видно, со вторым свойством дифференциала связан недостаток, который ограничивает проходимость автомобиля. Для его устранения на некоторых автомобилях используется механизм для блокировки дифференциала в момент буксования колеса.

На легковом автомобиле повышенной проходимости ВАЗ-2121 колеса ведущих мостов работают в различных (по сцеплению колес с дорогой) условиях; перекатываясь через неровности, колеса вместе с тем преодолевают разный по длине путь. Это означает, что возможны вращение колес одного ведущего моста относительно колес другого и их пробуксовка. Поэтому в трансмиссию таких машин включают дифференциал между ведущими мостами так же, как и между ведущими колесами. По той же причине предусмотрено устройство для их блокировки. Это позволяет улучшить условия работы ведущих мостов, уменьшить износ покрышек, обеспечить автомобилю более высокие тяговые качества на скользких дорогах, повысить проходимость по мягким грунтам.

Неисправности ведущего моста

Основные неисправности ведущего моста — нарушение регулируемых зазоров, повышенный шум при работе, течь масла через уплотнительные элементы.

Слишком тугая затяжка подшипников и отсутствие нужного зазора в зацеплении шестерен приводят к чрезмерному нагреву картера главной передачи.

Повышенный шум при работе моста может возникать при увеличенном зазоре в зацеплении шестерен, отсутствии предварительного натяга в подшипниках, недостаточном количестве масла в картере.

Течь масла через сальники и другие уплотнительные элементы происходит, как правило, из-за износа рабочих поверхностей крышек и сальников, повышенного уровня масла в картере моста.

Трансмиссионные масла

Чтобы агрегаты трансмиссии могли длительно, надежно и с минимальными затратами мощности выполнять свои функции, в них заливают специальные масла. Основное требование к трансмиссионному маслу — оно должно обладать настолько высокими смазывающими свойствами, чтобы масляная пленка между контактирующими зубьями не выдавливалась, иначе неизбежны повреждения и ускоренное изнашивание шестерен. В особенно тяжелых условиях работают шестерни гипоидных передач. По сравнению с цилиндрическими и коническими зубчатыми передачами для них характерно значительное проскальзывание вдоль линии контакта зубьев. Это способствует более спокойной работе такого редуктора, но в то же время ограничивает его возможности из-за интенсивного выделения тепла. Трансмиссионное масло должно также обеспечить передачу мощности с минимальными потерями, величина которых зависит от коэффициента трения зубьев и вязкости масла. Это качество трансмиссионное масло должно сохранять в широком интервале температур, оставаться стабильным и не оказывать коррозионного воздействия на детали. Температурный интервал использования трансмиссионного масла определяется минимальной температурой окружающего воздуха и максимальной температурой (которая может доходить до 150°C) самого масла при длительной работе в тяжелых условиях. Нижний предел вязкости масла зависит не столько от несущей способности пар трения, сколько от работоспособности уплотнений. Слишком жидкое масло быстро вытечет через сальники. Верхний же предел вязкости определяется возможностью трогания автомобиля с места и движения на первой передаче со скоростью 10...15 км/ч без предварительного разогрева масла.

Большую часть трансмиссионных масел готовят из смеси масел, полученных перегонкой, и остаточных масел сернистых нефтей, последние имеют неприятный серный запах. Для улучшения смазывающей способности в них обычно оставляют асфальто-смолистые вещества. Кроме того, в масла добавляют антифрикционные, про-тивоизносные и противозадирные присадки.

Наиболее высококачественным трансмиссионным маслом, применяемым на современных легковых автомобилях, является ТАД-17И. Его можно использовать во всех агрегатах трансмиссии и рулевом механизме.