Трансмиссия (силовая передача) в машиностроении, это совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колесами транспортного средства (автомобиля), а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колесам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач) входит в состав силового агрегата.

 

 

 

Индексы величин трансмиссии

 

eff — эффективная; tot — общая, hydr — гидравлическая; max — максимальная; min -минимальная; fd — главная передача,

eng -двигатель о — относится к макс, мощности; dt — трансмиссия; G — коробка передач; Р -насос; R -реактор; Т -турбина.

 

Назначение трансмиссии

 

Автомобильная трансмиссия создает тяго­вое усилие, необходимое для преодоления сопротивления движению. Химический (то­пливо) или электрический (гальванические батареи, солнечные элементы) вид энергии преобразуется в механическую энергию в си­ловом агрегате (двигатель внутреннего сго­рания карбюраторного или дизельного типа, либо электрический двигатель), работающем в пределах определенного диапазона оборо­тов, ограниченного частотой холостого хода и максимальной частотой вращения коленча­того вала двигателя.

 

Тяговый баланс между движущей силой и силами сопротивления движению

 

 

Расчет характеристик движения

 

Динамические характеристики автомобиля, описываемые уравнением тягового баланса, устанавливают равновесие между движущей силой и силами сопротивления движению.

Из уравнения тягового баланса рассчиты­ваются ускорение, максимальная скорость движения, сопротивление подъему. Один из важных оценочных параметров коробки пе­редач диапазон передаточных чисел равен:

I = (i/r)_max / (i/r)_min = tan a_max v₀ / (P/mg)_eff φ

Коэффициент повышающей передачи φ оп­ределяется следующим образом:

φ = (j/r) _min / (ω₀/v₀)

Данное уравнение устанавливает равенство между движущей силой и силами сопротивления движению, и может быть применено для нахождения различных величин, таких, как, например, ускорение, максимальная скорость движения, способность преодолевать подъемы и т д. (рис. «Рабочая характеристика двигателя с кривыми сопротивления движению»)

 

 

Вычисление эффективной удельной мощ­ности базируется на значении мощности Р, связанной с величиной тягового усилия (полезная мощность двигателя минус мощность, затрачиваемая на привод вспомогательного оборудования, и потери мощности). (рис. «Тягово-скоростная характеристика автомобиля)

При φ = 1 диапазон передаточных чисел для легковых автомобилей равен 3…4, для грузовых автомобилей — 8…10. Поскольку коэффициент φ служит для определения относительных положений кривых сопротив­ления движению и выходной мощности дви­гателя во время работы на высших передачах, с его помощью можно также определить уро­вень эффективности работы двигателя.

При φ > 1 происходит смещение в неэф­фективный диапазон работы двигателя, но в то же время это создает запас для разгона и повышает тяговую способность автомобиля на подъемах на высших передачах. При φ < 1 улучшается топливная экономичность, од­нако только за счет значительно меньших ус­корений и меньшего запаса тяговых свойств при движении на подъемах. Минимальный расход топлива достигается при оптималь­ном к.п.д. η_opt. При φ > 1 диапазон переда­точных чисел уменьшается, при φ < 1 — воз­растает.

 

Схемы трансмиссий

 

Изменяются в соответствии с расположением двигателя и ведущего моста (табл. «Схемы трансмиссии»).

 

Элементы трансмиссии

 

Должны удовлетворять основным требова­ниям, связанным с эксплуатацией автомо­биля:

• Обеспечение неподвижного состояния да­же при работающем двигателе;
• Осуществление перехода от неподвижного к подвижному состоянию;
• Преобразование крутящего момента и ско­рости вращения;
• Обеспечение прямого и обратного направ­лений движения;
• Гарантирование того, что эксплуатацион­ные режимы соответствуют минимальным расходу топлива и эмиссии вредных ве­ществ в отработавших газах.

 

Переход к движению и прерывание пере­дачи крутящего момента выполняются с по­мощью сцепления. В целях компенсации разницы частот вращения валов двигателя и трансмиссии в сцеплении предусмотрено проскальзывание в тот момент, когда авто­мобиль начинает движение. Когда при изме­нении условий движения необходимо пере­ключить передачу, сцепление отсоединяет вал двигателя от трансмиссии.

В автоматических трансмиссиях гид­родинамическое сцепление или гидро­трансформатор отвечают требованиям автоматического включения привода.

Трансмиссия изменяет крутящий момент двигателя с целью получения необходимых тяговых усилий автомобиля и поддержания мощности на сравнительно постоянном уровне.

Суммарное передаточное число трансмис­сии обычно представляет собой произведе­ние одного из передаточных чисел ступенча­той коробки передач и передаточного числа главной передачи.

Механические коробки передач обычно подразделяются на две категории: с цилин­дрическими зубчатыми колесами, ручным переключением, ведомым (основным) и про­межуточным валами. либо с планетарным механизмом, характеризующимся переклю­чением без разрыва потока мощности (в ав­томатических коробках передач). Коробка передач также предоставляет возможность выбора различных направлений вращения для прямого и обратного (задним ходом) ре­жимов движения.

Дифференциал позволяет ведомым валам и колесам вращаться с различными угловыми скоростями во время совершения автомоби­лем поворота и распределяет подводимый к нему крутящий момент между колесами или мостами. Дифференциал повышенного трения реагирует на величину буксования одного из колес, передавая дополнительную мощность на отстающее колесо.

Для ослабления высокочастотных вибра­ций служат гасители крутильных колебаний, системы согласования масс и гидравлические элементы трансмиссии. Они позволяют защищать силовой агрегат от чрезмерных на­грузок и повышать комфортабельность дви­жения путем уменьшения вибраций.

 

Сцепления и муфты

 

Сухое фрикционное сцепление

 

Сухое фрикционное сцепление cостоит из нажимного диска с поверх­ностью трения, ведомого диска, имеющего фрикционные накладки, и второй поверхности трения, представленной маховиком двигателя. Маховик и нажимной диск непосредственно связаны с двигателем, а ведомый диск устано­влен на ведущем валу коробки передач. (рис. «Устройство сухого фрикционного сцепления»)

Пружинный механизм, часто выполняемый в виде диафрагменной пружины, создает уси­лие, которое объединяет работу маховика, нажимного диска и ведомого диска с целью обеспечения их совместного вращения; в этом случае сцепление включается для передачи крутящего момента. Для выключения сцеп­ления выжимной подшипник передает центру пружины определенное усилие, высвобождая, таким образом, усилие включения на периферии. Управление сцеплением осуществляется непосредственно под действием педали сце­пления либо с помощью электрогидравлических или электромеханических элементов управления. Для поглощения колебаний дополнительно к ведомому диску может присое­диняться одно- или многорежимный гаситель крутильных колебаний как с предваритель­ным гасителем, так и без него.

Двухсекционный (сдвоенной массы) махо­вик имеет в качестве отличительной особенно­сти упругий промежуточный элемент, который может быть установлен впереди сцепления для обеспечения максимального гашения колебаний. (рис. «Сцепление со сдвоенной массой маховика»)

Автоматическое сцепление позволяет осу­ществлять плавное троганье автомобиля с места, а также может применяться совместно с сервомеханизмом включения с целью обес­печения полностью автоматического переключения передач. К другим функциям автомати­ческого сцепления можно отнести действия по управлению тяговым усилием во время ускорения автомобиля и по прерыванию по­тока мощности во время торможения. Также в процессе торможения возможны контроль силы тяги и отсоединения силовой передачи.

Подробнее об устройстве механизма сцепления можно почитать здесь.

 

Фрикционное сцепление, работающее в масле

 

Преимущество мокрого фрикционного сце­пления перед сухим состоит в обеспечении лучших тепловых характеристик, благодаря тому. что масло активно способствует рассеи­ванию тепла. Однако, потери тяги у мокрого фрикционного сцепления во время отсоеди­нения двигателя значительно выше, чем у су­хого. Использование мокрого сцепления в со­четании с синхронизированными коробками передач представляет собой проблему из-за повышенной синхронной нагрузки во время переключения передач. Мокрые сцепления используются в легковых автомобилях, ос­нащенных трансмиссией с бесступенчатым изменением передаточного отношения.

 

Гидромуфты и гидротрансформаторы

 

Гидродинамические муфты и гидротранс­форматоры служат для передачи крутящего момента двигателя посредством циркулиру­ющей в их рабочей полости жидкости. Эти устройства, обеспечивающие компенсацию разности частот вращения двигателя и транс­миссии, идеально подходят для перехода от неподвижного состояния к движению. Гидро­трансформатор также позволяет повышать крутящий момент. Насосное колесо гидро­трансформатора преобразует механическую энергию, получаемую от силового агрегата, в гидравлическую энергию рабочей жидкости (ATF), а повторное преобразование обратно в механическую энергию происходит на ло­пастях турбинного колеса. (рис. «Гидротрансформатор с блокировочной муфтой (радиальное сечение)») и (рис. «Разрез гидротрансформатора с блокировочной муфтой и пружиной демпфера»).

Входной крутящий момент насосного ло­пастного колеса (насоса) М_Р и входная мощ­ность насоса Р_Р подсчитываются следующим образом:

М_Р = λ p D₅ ωp² , Pp = λ p D₅ ωp³

Где:

λ — коэффициент крутящего момента;

р — плотность среды (≈ 870 кг/м³ для рабочей жидкости);

D-наибольший диаметр круга циркуляции, м;

_ωp — угловая скорость насоса, рад/с.

Реактор, расположенный между насосом и турбиной, направляет жидкость снова ко входу в насос.Отношение момента турбины М_Т к мо­менту насоса М_Р называется коэффициен­том трансформации: μ=-М_Т/М_Р, который возрастатет в функции отношения частот вращения насоса и турбины.

Передаточное отношение определяется от­ношением угловой скорости турбины к угло­вой скорости насоса: v = ω_т/ω_p; от этого па­раметра зависят как коэффициент момента λ, так и коэффициент трансформации μ.

Коэффициент скольжения s = 1 — v и ко­эффициент трансформации определяют гид­равлический к. п. д.:

η_hydr = μ (1 -s) = μv.

Максимальное увеличение крутящего момента происходит при v = 0, то есть при остановлен­ной турбине (стоповый режим). Повышение частоты вращения турбины фактически со­провождается линейным уменьшением коэф­фициента трансформации до тех пор, пока не достигается режим с соотношением моментов 1:1. Реактор, связанный с неподвижным корпу­сом через механизм свободного хода, начинает свободно вращаться в потоке жидкости.

 

Двухфазный преобразователь крутящего момента Феттингера

 

Двухфазный преобразователь крутящего момента Феттингера с центростремитель­ной турбиной (преобразователь типа Trilok) является стандартом для применения в ав­томобиле. Геометрическая схема разме­щения лопастей этого агрегата выбирается с целью обеспечить коэффициент трансформации 1,7-2,5 на стоповом режиме (v=0) (рис. «Преобразователь типа Trilok«). Кривая гидравлического к.п.д. η_hydr = v·μ в диапазоне преобразования явля­ется близкой к параболической. За режимом гидромуфты, который характеризуется сколь­жением 10…15%, к.п.д. соответствует передаточному отклонению п и достигает 97% при высоких угловых скоростях двигателя.

Гидротрансформатор обеспечивает бес­ступенчатое изменение величины крутящего момента, демпфирование крутильных коле­баний, поглощение пиковых значений мо­ментов и передачу мощности фактически без какого-либо заметного износа.

Диапазон преобразования и к.п.д. гидро­трансформаторов не являются достаточными для применения их на транспортных средст­вах. Эти устройства могут обеспечивать эко­номичный режим работы только при исполь­зовании вместе с многоступенчатыми или бесступенчатыми коробками передач. Однако работа с неполным включением (скольже­нием) приводит к снижению к.п. д.

 

Блокировочная муфта

 

Обеспечивает фрикционную связь между на­сосом и турбиной с целью избежать потерь к.п.д, связанных со скольжением. Она имеет поршень со специальной поверхностью тре­ния. Все это подсоединено к ступице турбины через гаситель крутильных колебаний.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: