Механизмы трансмиссии и компоновка на автомобиле

Национальный фонд содействия автомобильному образованию

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТРАНСМИССИИ

СИСТЕМЫ ПРИВОДА НА ВЕДУЩИЕ КОЛЕСА (ТРАНСМИССИИ)

Система привода, широко известная, как трансмиссия автомобиля, предназначена для преобразования и передачи вращения от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля. Конфигурация привода может варьироваться в зависимости от конструкции автомобиля. Наиболее распространенными конфигурациями привода являются: привод на передние колеса; привод на задние колеса; полный привод (привод на все колеса автомобиля).

Компоновка автомобиля с передним продольным расположением двигателя и приводом на задние ведущие колеса (см. рис 1-58A) до сих пор называется «классикой», пользующейся заслуженной популярностью, поскольку передняя часть автомобиля в целях безопасности «защищена» двигателем. Техническое наименование такой компоновки – (FR) Front Engine, Rear–Wheel Drive.

У автомобилей с приводом на задние колеса более удачное распределение нагрузки по осям, чем у автомобилей с передним приводом, поэтому они имеют более чуткое и отзывчивое рулевое управление. Кроме того, при разгоне автомобиль «приседает» на задние колеса, обеспечивая лучшее сцепление ведущих колес с дорогой. Однако при торможении не нагруженные весом двигателя колеса задней оси легко срывается в скольжение, что чревато заносом и потерей управляемости.

Привод на передние колеса автомобиля – наиболее распространенный вариант привода автомобилей малого и среднего класса. Переднеприводные автомобили имеют хорошее сцепление колес с дорожным полотном, поскольку вес наиболее тяжелых агрегатов автомобиля ложится на передние ведущие колеса. В переднеприводных автомобилях применяется «ленивая» задняя ось, которая играет роль поддерживающей оси. Смотри рисунок 1-58B. Техническое наименование такой компоновки – (FF) Front Engine, Front–Wheel Drive.

Рисунок 1-59: Обратите внимание на расположение двигателя в автомобилях с различными вариантами привода на ведущие колеса. A – Продольное расположение двигателя над передней осью. Привод на задние ведущие колеса. В настоящее время применяется на автомобилях среднего и полноразмерного класса. B – Переднее, поперечное расположение двигателя над передней осью. Привод на передние ведущие колеса в таком варианте расположения двигателя получил наибольшее распространение из-за относительной простоты трансмиссии, и наиболее короткого пути передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля. C – Двигатель расположен продольно за задней осью. Привод на задние ведущие колеса происходит по кратчайшему расстоянию. Автомобиль такой компоновки имеет недостатки в управляемости. D – Двигатель расположен перед задней осью – в базе автомобиля. Наиболее удачная компоновка, позволяющая получить хорошую управляемость при отличном распределении весовой нагрузки по осям. E – Полный привод (все ведущие колеса) распространен на автомобилях среднего и полноразмерного класса, не претендующего на «звание» внедорожника или кроссовера; F – Полный привод (все колеса – ведущие) получил распространение на автомобилях-внедорожниках. В настоящее время полный привод – частый вариант компоновки кроссоверов.

Заднемоторная конструкция автомобиля имеет наименьший путь передачи крутящего момента от двигателя к задним ведущим колесам, однако распределение весовой нагрузки по осям автомобиля – неудачное. Колеса передней управляемой оси слабо-нагружены, поэтому автомобиль такой компоновки трудно управляем. Техническое наименование такой компоновки – (RR) Rear Engine, Rear–Wheel Drive.

Некоторые спортивные автомобили имеют так называемую «средне-моторную» конструкцию.

При такой компоновки двигатель располагается сразу за спинкой сиденья водителя, а коробка передач в блоке с главной передачей и дифференциалом, располагается сразу за двигателем. Это предполагает наилучшее распределение веса по осям автомобиля, что, в свою очередь, обеспечивает наилучшую управляемость и лучшее сцепление всех колес автомобиля с дорогой. Смотри рисунок 1-59D. Техническое наименование такой компоновки – (MR) Mid–Engine, Rear–Wheel Drive.

Автомобиль с приводом на четыре колеса (полноприводной автомобиль) как правило, имеет продольно расположенный двигатель в передней части автомобиля, и две ведущих оси, укомплектованным двумя главными передачами и двумя дифференциалами, распределяющими крутящий момент по колесам автомобиля. Кроме того, автомобиль должен комплектоваться одним межосевым дифференциалом, который пропорционально распределяет крутящий момент по осям автомобиля. Это обеспечивает высокую проходимость автомобиля на заснеженных и мокрых грунтовых дорогах. Смотри рисунок 1-59E.

Однако автомобиль с приводом на четыре колеса, имеющий далеко выдвинутый вперед двигатель не может иметь высокую проходимость, и не претендует на «звание» кроссовера или внедорожника. Обычно – это автомобили полноразмерного или среднего класса. Такую компоновку можно встретить и на пикапах. Техническое наименование такой компоновки – (FA) Front Engine, All–Wheel Drive.

Автомобили внедорожники и кроссоверы, имеющие конструкцию «кузов над рамой», оснащены полным приводом с двигателем, расположенным над передней осью. Как правило, подобные автомобили имеют большой дорожный просвет (клиренс). Автомобили такой компоновки имеют раздаточную коробку, в которой может быть предусмотрено отключение передней оси. Техническое наименование такой компоновки – (MA) Mid–Engine, All–Wheel Drive. Смотри рисунок 1-59F.

Подробная информация о системах привода изложена в главе 126.

АГРЕГАТЫ ТРАНСМИССИИ

Знакомство с агрегатами трансмиссии начнем с рассмотрения автомобиля с передним, продольным расположением двигателя и с приводом на задние ведущие колеса. Подобная компоновка автомобиля в обиходе называется классической, или «классика». В состав такой трансмиссии входят: сцепление, коробка передач, карданная передача (карданный вал) и задний ведущий мост в сборе.

В автомобиле с передним поперечным расположением двигателя и приводом на передние колеса, в состав трансмиссии входят: сцепление, ведущий мост в блоке с коробкой передач (транзаксл), и карданный привод на передние ведущие колеса.

Рисунок 1-60 иллюстрирует наиболее распространенные варианты современных коробок передач легковых автомобилей с приводом на задние колеса.

Вариант трансмиссии, в которой в едином корпусе расположена коробка передач, главная передача и дифференциал, часто встречающийся на переднеприводных автомобилях, называется Transaxle = Транзаксл = в переводе: «Ведущий мост в блоке с коробкой передач».

Рисунок 1-60: Разновидности коробок передач автомобилей: A – Manual Transmission = Коробка передач с ручным переключением; B – Semi–automatic transmission = Роботизированная коробка передач; C – Automatic Transmission = Автоматическая трансмиссия; D – Dual–clutch gearbox = Коробка передач с двумя сцеплениями и электрогидравлическим переключением; E – CVT (Continuous variable transmission) = Вариатор; F – Hybrid Automatic Transmission = Трансмиссия гибридного автомобиля

Коробка передач с ручным (мануальным) переключением (см. рисунок 1-60A) в просторечье именуют «Механической трансмиссией», неверно прочтя наименование M/T = Manual Transmission. Не будем оспаривать сложившееся название, но, в принципе, каждая из представленных на рисунке трансмиссий является механической. В M/T производится выбор передачи вручную. Водитель отсоединяет двигатель от трансмиссии с помощью сцепления, и затем переключает передачу в восходящем или нисходящем порядке. Переключение сопровождается так называемым «разрывом потока мощности», поскольку в период переключения передач передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам не производится.

Как правило, в легковых автомобилях используются 4-х; 5-ти и 6-ти ступенчатые коробки передач.

Роботизированная коробка передач (см. рисунок 1-60B) – это та же M/T = «механическая трансмиссия», дооснащенная гидравлическими исполнительными устройствами (бустерами), которые производят переключение передач по команде оператора. В автомобиле с роботизированной коробкой передач используется джойстик, перемещение которого вперед вызывает переключение передач в восходящем порядке. Перемещение джойстика назад – в нисходящем порядке. Сцепление отключает двигатель и плавно соединяет двигатель с коробкой передач с помощью гидравлического исполнительного устройства.

Как и у коробки передач с ручным управлением, у роботизированной коробки передач при переключениях происходит разрыв потока мощности.

Количество передач в роботизированных трансмиссиях – от 5 до 7.

Автоматическая трансмиссия (A/T) используется в легковых автомобилях многие десятилетия. Смотри рисунок 1-60C. Эта трансмиссия выгодно отличается от двух описанных выше тем, что при переключениях передач не происходит разрыва потока мощности. Вместо сцепления, использующего сухое трение, в автоматической трансмиссии применяется гидравлический преобразователь крутящего момента (гидротрансформатор). Передача крутящего момента в автоматической трансмиссии производится планетарными рядами, либо однорядными, либо двухрядными. Применение двухрядных планетарных механизмов позволило довести количество передач в автоматической трансмиссии до восьми.

В конце ХХ века появились роботизированные трансмиссии с двумя сцеплениями (см. рисунок 1-60D). Эти коробки для передачи вращения используют зубчатые пары, но переключение передач может производиться только последовательно в восходящем или нисходящем порядке. Конструкция подобной коробки передач позволяет включить сразу две передачи, например, первую и вторую, а с помощью двух сцеплений происходит плавная передача вращения с одной передачи на другую. Разрыва потока мощности в данной трансмиссии не происходит, что значительно упрощает работу водителя, улучшает приемистость и топливную экономичность автомобиля.

Представленная на рисунке 1-60E бесступенчатая трансмиссия с гибким передаточным звеном редко применяется на заднеприводных автомобилях, скорее – это хорошее оснащение легких автомобилей с приводом на передние колеса. Удобство управления и плавный разгон без разрыва потока мощности выгодно отличает бесступенчатую трансмиссию от других видов трансмиссий, однако широкого применения этот вид трансмиссии не находит из-за снижения топливной экономичности автомобиля. Гибким передаточным звеном в бесступенчатой трансмиссии является цепная передача, расположенная между двумя парами конических дисков.

Трансмиссия гибридных автомобилей, представленная на рисунке 1-60F, кроме коробки автомата оснащена электрическим мотор-генератором. Коробка передач имеет сцепление, которое может отключать двигатель, позволив использовать электрическую тягу, соединять двигатель с трансмиссией для обеспечения движения обычным двигателем внутреннего сгорания, и соединение двигателя только с высоковольтной генераторной установкой.

Подробная информация об автоматических коробках передач изложена в главах 127…130.

Коротко ознакомим Вас с компонентами автомобильной трансмиссии, набор которых может меняться в зависимости от марки и модели автомобиля, и организации привода к ведущим колесам.

СЦЕПЛЕНИЕ

Сцепление позволяет водителю осуществлять кратковременное отсоединение двигателя от коробки передач или транзаксла (коробки передач в едином корпусе с главной передачей и дифференциалом). Когда педаль выключение сцепления отпущена, ведомый диск сцепление за счет сил трения заставляет входной вал коробки передач вращаться вместе маховиком коленчатого вала двигателя. Входной вал коробки передач заставляет вращаться зубчатые колеса коробки, и другие составные части передаточных механизмов, осуществляющих вращение ведущих колес автомобиля.

Если водитель нажимает на педаль сцепления, механизм сцепления освобождает ведомый диск, и маховик коленчатого вала двигателя больше не передает вращение входному валу коробки передач.

Изучите рисунок 1-61, и запомните названия основных элементов сухого фрикционного сцепления.

Рисунок 1-61: Сухое однодисковое сцепление с диафрагменной пружиной; источник: Westermann

Подробная информация о видах автомобильных сцеплений изложена в главе 121 этого учебника.

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Коробка передач использует различные наборы зубчатых колес, имеющие различные передаточные числа, для увеличения или снижения скорости вращения выходного вала коробки передач по отношению к скорости вращения коленчатого вала двигателя (входного вала коробки передач). Увеличение скорости вращения выходного вала коробки передач по отношению к скорости вращения её входного вала – снижает величину крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Снижение скорости вращения выходного вала коробки передач по отношению к скорости вращения её входного вала – увеличивает величину крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам

Низкие передаточные числа позволяют автомобилю быстро разгоняться.

Высокие передаточные числа позволяют автомобилю ехать быстро при невысоких оборотах коленчатого вала двигателя.

Manual Transmission (M/T) = Коробка передач с ручным управлением (в обиходе именуемая «механической коробкой передач» или «механической трансмиссией») позволяет водителю в ручном режиме осуществлять выбор передаточных чисел для наилучшей адаптации к условиям движения.

Сцепление используется для кратковременного отключения коробки передач при изменении передаточных чисел и скорости движения автомобиля.

Рисунок 1-62: Устройство 6-ступенчатой коробки передач с мануальным переключением; источник: Westermann

Увеличение количества передач, переключаемых в «ручном/мануальном» режиме нецелесообразно, поскольку водитель начинает попросту «перескакивать» через передачу.

Подробная информация о коробках передач с ручным переключением изложена в главе 122 этого учебника.

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Рисунок 1-63: Роботизированная коробка передачи принцип её управления; источник: Daimler Chrysler Ru

Для управления полуавтоматической (роботизированной) трансмиссией (Semi–Automatic Transmission) в качестве рычага переключения передач может использоваться джойстик, позволяющий производить переключение передач, как в ручном, так и в автоматическом режиме. Могут использоваться кнопочные переключатели, расположенные на руле, нажатие на которые позволяет произвести переключение передач в восходящем или нисходящем режиме. Переключение передач осуществляется компьютером, который согласует обороты двигателя с частотой вращения соединяемых звеньев кинематической цепи, отключает сцепление, и переключает зубчатые колеса коробки передач с помощью гидравлических исполнительных цилиндров, включаемых электромагнитными клапанами.

Подробная информация об автоматизированных (роботизированных) коробках передач изложена в главах 127…130 этого учебника.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Рисунок 1-64: Основные составные части 7-ступенчатой автоматической коробки передач 722.9 автомобиля Mercedes Benz; источник: Daimler Chrysler Ru

Автоматическая трансмиссия (Automatic Transmission) исключает выбор передачи водителем, поручая подбор оптимального передаточного числа модулю управления автоматической трансмиссией. Как правило, в автоматической трансмиссии для изменения передаточного числа используются планетарные механизмы, а переключения звеньев планетарных механизмов осуществляется гидравлической системой включений/выключений фрикционных муфт и тормозов. Электронный модуль управления автоматической трансмиссией контролирует скорость движения автомобиля и нагрузку на двигатель, и управляет гидравликой автоматической трансмиссии посредством электромагнитных клапанов.

Входной вал автоматической коробки передач соединен не с ведомым диском фрикционного сцепления, а с турбинным колесом гидравлического преобразователя крутящего момента, в обиходе именуемого гидротрансформатором.

Рисунок 1-65: Роботизированная коробка передач ос спаренным (двойным) сцеплением позволяет получить переключения в восходящем и нисходящем порядке без разрыва потока мощности; источник: VAG

Dual–clutch gearbox = Коробка передач с двумя сцеплениями и электрогидравлическим переключением, является разновидностью автоматической трансмиссии, в которой выбор передаточного числа пар зубчатых колес осуществляется электронным модулем управления трансмиссией. Особенностью этой много-вальной коробки передач является наличие двух фрикционных сцеплений, передающих вращение двум входным валам коробки передач. Один входной вал передает вращение нечетным передачам (1; 3, 5, есть варианты коробок с 7 передачами), второй входной вал – четным передачам (2; 4, 6 и R). В коробке передач с двумя сцеплениями включены одновременно 2 передачи, например, 1 и 2. Одно их сцеплений начинает разгон автомобиля, и при достижении заданной частоты вращения выходного вала, происходит плавная передача вращения от первого сцепления – второму, отвечающему за четные передачи. Как только произойдет полное включение второго сцепления, модуль управления подает команду на переключение первой передачи на третью.

После разгона на второй передаче произойдет передача крутящего момента от второго сцепления – первому, и поток мощности начнет течь через третью, раннее включенную передачу. Модуль управления тотчас даст команду на переключение со второй передачи на четвертую. И так далее.

Рисунок 1-66: Схематическое отображение принципа действия двойного сцепления коробки передач DGS; источник: Luk

При увеличении сопротивления движению модуль управления коробкой передач с двумя сцеплениями начнет переключение передач в нисходящем режиме, пока передаточное число трансмиссии и выбранная водителем скорость движения автомобиля ни придут в соответствие новым условиям движения.

В коробке передач с двумя сцеплениями переключение передач в восходящем или нисходящем направлении может осуществляться только последовательно (не «перескакивая» через передачу), поэтому подобные коробки передач часто именуют секвентальными (от англ. sequence — последовательность, англ. sequential manual gearbox) — коробка передач, допускающая только последовательное их переключение.

Бесступенчатая трансмиссия (англ. Continuously Variable Transmission, CVT) — вид коробки передач, которая способна плавно изменять передаточное число (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и ведущих колес автомобиля) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Рисунок 1-67: Бесступенчатая коробка передач с гибкой кинематической связью (вариатор); источник: Mercedes Benz

В качестве бесступенчатой автомобильной трансмиссии применяется так называемый вариатор, в котором передача вращения осуществляется посредством гибкой механической связи – цепной передачи. Один или оба шкива (ведущий и ведомый) оборудованы раздвижными боковинами; зазор между боковинами шкивов регулируется электронным модулем управления бесступенчатой трансмиссией. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Рисунок 1-68: Принцип действия гибкого передаточного звена бесступенчатой трансмиссии; источник: Images_auto.cz

Подробная информация об автоматизированных (роботизированных) коробках передач изложена в главах 127…130 этого учебника.

ТРАНСМИССИЯ ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ

Трансмиссия гибридного автомобиля (Hybrid Automatic Transmission) представляет собой автоматическую коробку передач, доукомплектованную электрическим мотором-генератором, который способен вращать входной вал автоматической трансмиссии за счет запасенной в высоковольтной батарее электрической энергии.

Рисунок 1-69: Автоматическая коробка передач, оснащенная электрическим мотором-генератором; источник: BMW

В режиме рекуперативного торможения электрический мотор-генератор вырабатывает электрическую энергию, направляемую для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи.

Рекуперативное торможение — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая электрическим мотором-генератором, работающим в генераторном режиме, возвращается в электрическую систему зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи.

Подробная информация о трансмиссии гибридных автомобилей изложена в главах 89…90 этого учебника.

КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА

Карданная передача, или карданный вал, направляет поток мощности от коробки передач к ведущему валу в сборе.

Смотри рисунок 1-70.

Рисунок 1-70: Карданный вал передает вращение от коробки передач к задней ведущей оси (ведущему мосту) в сборе. Задняя ведущая ось (мост) содержит так называемую главную передачу, которая разворачивает вращение под углом 90°, и дифференциал, обеспечивающий независимое вращение двух ведущих колес одной оси; источник: AMG

Карданный вал представляет собой полую тонкостенную трубу, оснащенную двумя или более универсальными шиповыми карданными шарнирами.

Универсальные шиповые шарниры позволяют ведущему мосту автомобиля перемещаться относительно кузова/рамы вверх-вниз, не вызывая повреждения карданного вала.

Подробная информация о карданных передачах и иных устройствах передачи вращения изложена в главе 124 этого учебника.

ЗАДНЯЯ ВЕДУЩАЯ ОСЬ В СБОРЕ

Ведущая ось (ведущий мост) в сборе содержит главную передачу и дифференциал, к которому с двух противоположных сторон подключаются полуоси.

Главная передача – это пара конических зубчатых шестерен, основное назначение которых обеспечить вращение ведущих колес, оси вращения которых расположены под углом 90° по отношению к карданному валу.

Дифференциал – делитель крутящего момента между ведущими колесами одной оси автомобиля, или делитель крутящего момента между двумя ведущими осями автомобиля. По назначению дифференциал может быть меж-осевым, или меж-колесным. Дифференциал позволяет двум колесам при движении на повороте преодолевать различный по длине путь.

Полуоси – стальные валы обеспечивающие передачу вращения от дифференциала к ведущим колесам

Рисунок 1-71: Ведущая ось (ведущий мост) автомобиля содержит главную передачу, дифференциал и две полуоси, передающие вращения от дифференциала к ведущим колесам; источник: AMG

Подробная информация о ведущих осях легковых автомобилей изложена в главах 123…125 этого учебника.

ВЕДУЩИЙ МОСТ В БЛОКЕ С КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ (TRANSAXLE = ТРАНЗАКСЛ)

В транзаксл (от англ. Transaxle) входят коробка передач, главная передача с дифференциалом, расположенных в одном картере (корпусе).

Транзаксл обычно применяется на переднеприводных автомобилях, однако у части полноприводных автомобилей привод на задние ведущие колеса осуществляется от транзаксла.

В современных автомобилях транзаксл может содержать любой вид коробки передач: от коробки с ручным переключением, до трансмиссии гибридных автомобилей.

На рисунке 1-72 представлен транзаксл полноприводного автомобиля, в состав которого входит коробка передач с двумя сцеплениями, коническая главная передача, дифференциал с механизмом блокировки дифференциала и отбор мощности на задние ведущие колеса.

Рисунок 1-72: Как правило, транзаксл содержит коробку передач, главную передачу и дифференциал; источник: AMG

Подробная информация о коробках передач переднеприводных легковых автомобилях изложена в главах 122…126 этого учебника.

ПЕРЕДНИЕ ВЕДУЩИЕ ОСИ

Передние ведущие колеса автомобиля могут подключаться непосредственно к дифференциалу транзаксла, но могут представлять собой комбинированный ведущий мост с главной передачей, дифференциалом и полуосями, передающими вращение на передние ведущие колеса.

Рисунок 1-73: Механизмы передачи вращения к передним ведущим колесам автомобиля; источник: Land Rower

Поскольку передняя ось комплектуется управляющими колесами, передача крутящего момента к ведущим колесам передней оси производится с помощью так называемых шарниров равных угловых скоростей (в просторечье – ШРУСами). ШРУСы позволяют передним колесам поворачиваться и перемещаться вверх-вниз по отношению к кузову/раме автомобиля.

Подробная информация карданных передачах и ШРУСах изложена в главах 124 этого учебника.

Зачем мы массово пересели с заднего привода на передний и почему в будущем все будет совсем по-другому?

Фото автора и из открытых источников

Фото автора и из открытых источников

Классическая, переднеприводная, заднемоторная, среднемоторная… Почему применяются столь разные компоновки, почему только некоторые из них стали массовыми и что изменится с переходом на электротягу?

На заре автомобильной истории компоновочные решения были самыми разными, тот же двигатель часто располагался не только в передней части автомобиля, но и по центру, и сзади. Что, впрочем, неудивительно: конструкторы находились в творческом поиске, причем касалось это не только взаимного расположения агрегатов, но и их конструкции.

Достаточно вспомнить, что наравне с поршневыми моторами активно применялись и паровые двигатели, и электрические. Это также рождало самые разнообразные схемы их размещения и реализации привода (до появления карданного вала — ременная и цепная передачи). Тем не менее уже к 20-м годам ХХ века типовым решением стала схема, получившая название…

Классическая компоновка

Двигатель с коробкой передач расположен спереди, а привод посредством карданного вала осуществляется на задние колеса. С технологической точки зрения это едва ли не самое простое решение, посему на протяжении десятков лет его массово применяли практически все производители во всех классах легковых автомобилей, начиная с малолитражек и заканчивая представительскими лимузинами.

Лишь с 1970-х начался массовый переход на передний привод, да и то сначала лишь для компактных моделей. Более крупные автомобили среднего и бизнес-класса стали переводить на него ближе к 1990-м, но ряд производителей (например, BMW и Mercedes) остался верен классической компоновке.

Причины массового ухода от «классики» и сохранения ей верности отдельными марками кроются в плюсах и минусах этой компоновочной схемы. Коробка передач состыкована с продольно расположенным мотором и во многих моделях уже находится на уровне салона, что уменьшает его внутреннее пространство. Наличие карданного вала означает высокий трансмиссионный тоннель, что также сказывается на внутреннем пространстве. Добавим к этому дополнительную массу, избыточную поворачиваемость и худшую проходимость в зимних условиях.

Для массовых моделей этих минусов более чем достаточно, чтобы перевести их на более «компактный», «легкий» и «дешевый» передний привод. А вот для крупных автомобилей, к тому же премиальных марок, многие из этих недостатков вовсе не критичны, зато классическая компоновка обеспечивает оптимальную развесовку по осям — получить идеальные 50:50 проще, чем с передним приводом. Ну а с развитием современных систем активной безопасности добиться «послушности» заднего привода и улучшить проходимость за счет электронных имитаций межколесной блокировки не проблема.

Разумеется, не забудем сказать пару слов про схему Transaxle со сдвинутой к задней оси коробкой передач, совмещенной с главной передачей. Опять же все ради лучшей развесовки. Такая компоновка была применена, например, на довоенной Skoda Popular (на фото), а в 1980-х ее использовали и на Alfa Romeo 75.

Несмотря на свои преимущества, есть у Transaxle и недостатки. Во-первых, коробку как-то надо «подружить» с кузовом, чтобы не пострадала практичность. Во-вторых, при такой схеме карданный вал вращается со скоростью коленвала двигателя, что означает повышенные требования к подшипникам и увеличивает стоимость всего узла. В-третьих, усложняется конструкция механизма переключения передач, а ведь у «классических» машин рычаг КП обычно «растет» прямо из коробки.

Переднеприводная компоновка

Двигатель размещен в моторном отсеке продольно или поперечно, скомпонован с коробкой передач и главной передачей — и все! Не нужен карданный вал, нет и отдельно вынесенного редуктора, а это экономия на размерах и массе автомобиля при минимальном влиянии на пространство салона. Добавим хорошую проходимость за счет постоянно нагруженных ведущих колес и высокую курсовую устойчивость (правда, только под «тягой»). Плюс экономия на задней подвеске — на переднем приводе отлично становится примитивная «балка», тогда как автомобили с приводом на задние колеса требуют более сложных схем.

Преимуществ у этой схемы действительно много — почему же она стала применяться массово так поздно, лишь во второй половине ХХ века? Главная причина чисто технологическая. Долгое время не было достаточно дешевого и долговечного решения для передачи тяги к передним колесам, и лишь с появлением отвечающих этим требованиям ШРУСов мировой автопром начал массовый переход на данную компоновочную схему.

Но даже на современных автомобилях принципиальные недостатки и особенности переднего привода никуда не исчезли. К ним можно отнести прежде всего неравномерную нагрузку по осям (обычно она составляет от 60:40 до 65:35 в пользу передней), разгрузку передних колес при интенсивном разгоне, а также действие паразитных сил в этой же ситуации, что приводит к боковому уводу, «рысканью». Также ШРУСы ограничивают выворот колес, что на некоторых моделях приводит к увеличенному радиусу разворота. Тем не менее основные преимущества (меньшая стоимость, масса и габариты) обеспечивают данному типу компоновки лидерство в массовом секторе. Но тем интереснее для «петролхэдов» возможные альтернативы.

Заднемоторная компоновка

Это сейчас такая схема применяется разве что на суперкарах. Но можно ведь вспомнить еще и Smart, и делящий с ним платформу «третий» Twingo, которые напоминают нам о том, что раньше эта компоновка считалась вполне пригодной для массовых моделей — достаточно назвать Volkswagen Beetle, Fiat 500 и даже наш «запорожец».

Как и в случае с передним приводом, здесь обходится без лишних деталей в виде карданного вала и вынесенного отдельно редуктора, что позволяет экономить на размерах и массе автомобиля. Плюс это достаточно недорогое и простое решение, так что неудивительно, что часто оно применялось как раз на маленьких дешевых машинках.

Тем не менее для малолитражек более актуальным оказался передний привод, предпочтительный с точки зрения технологий (не надо «заморачиваться» по поводу управления отнесенной назад коробкой, мудрить с системами охлаждения и климат-контроля), практичности (с расположенным сзади мотором размеры и функциональность багажного отделения падают), наконец, безопасности.

Ведь у заднемоторных машин характер «капризный». В первую очередь из-за характерной развесовки, где большая часть массы приходится на заднюю ось, а передние колеса оказываются недогруженными. И на скользких покрытиях это оборачивается проблемой недостаточной поворачиваемости и даже тормозных качеств. Но здесь мы повторимся: современные системы активной безопасности частично решают эту проблему.

Стоп, а как же Porsche 911? Там тоже проблемы с управляемостью и торможением? Эти вопросы решаются за счет различных технических решений (шин, аэродинамики, компоновки узлов), применение которых оправдано на дорогой эксклюзивной технике, но для массового использования на дешевых машинах просто нецелесообразно.

Центральномоторная компоновка

Расположенный сзади мотор хорош тем, что он загружает ведущие колеса, что позволяет реализовать максимум тяги при разгоне, а попутно наделяет автомобиль потрясающей проходимостью. Но если двигатель вывешен за задней осью, он мало того что ухудшает развесовку, так еще и сам работает как маятник — характер у такого автомобиля очень сложный, что особенно опасно на больших скоростях.

Другое дело, если двигатель установлен перед задней осью, что позволяет достичь идеальной развесовки, что важно для спортивных автомобилей. Но здесь и главная цель — эффективность, а не практичность, поэтому среднемоторная компоновка — удел спорткаров, но точно не обычных машин. Ведь даже машинки вроде Renault 5Turbo или Clio V6 превращались из семейных хэтчбеков в гоночные болиды, которые — исключительно для пилотов, а не для пассажиров и их багажа.

Впрочем, из любого правила есть исключения. Достаточно вспомнить минивэн Toyota Previa первого поколения, у которого двигатель был расположен практически по центру, но это не помешало обеспечить достаточно вместительный салон. Однако обслуживание и ремонт такого автомобиля были куда сложнее, чем при традиционной компоновке.

А как же полный привод?

Собственно говоря, он применим для любой компоновочной «моторной» схемы, что и подтверждают многочисленные примеры (даже у схемы Transaxle есть полноприводное воплощение в лице Nissan GT-R). «Все ведущие» нивелируют некоторые принципиальные недостатки — и, например, с проходимостью, курсовой устойчивостью и достижением более сбалансированной развесовки вопросов становится куда меньше. Но появляются другие.

Скажем, если мы берем переднеприводный автомобиль и делаем из него полноприводный, то практически лишаем его многих преимуществ — он теперь не такой уж легкий и дешевый, у него есть карданный вал (и трансмиссионный тоннель в салоне). Если же «подключаем» переднюю ось на заднеприводном автомобиле, то лишаемся «чистоты» на руле и «перчинки» в ездовом характере.

Впрочем, современные автомобили, как правило, лишены лишнего «железа» (тех же механических дифференциалов и блокировок), полный привод нынче автоматически подключаемый, да еще и контролируемый многочисленными электронными системами. Все это отчасти нивелирует вопросы компоновки — нынче важнее собственно качество настройки этих систем.

«Электрички» все изменят

Традиционные компоновочные схемы применимы для автомобилей с ДВС, с оговорками — даже для гибридов.

Но если говорим про чистые электромобили, то там другие вопросы. Во-первых, мы отчасти видим повторение истории. Компактные и недорогие модели имеют, условно говоря, средне- или заднемоторную компоновку: один-единственный двигатель расположен у (или на) задней оси, а привод — на задние колеса. И в этом отношении Volkswagen ID3 отчасти перенял гены «деда» Beetle.

Более дорогие и мощные модели имеют два мотора, по одному на каждую ось. А есть еще различные концептуальные разработки, где имеется три, а то и четыре двигателя. Не будем забывать и про эксперименты с мотор-колесами…

Впрочем, куда важнее не число и расположение моторов (хотя это позволяет отказаться от полноприводных трансмиссий в их привычном понимании и обеспечивать управление тягой в очень широких диапазонах). Куда более принципиально, что сами электродвигатели намного компактнее и легче традиционных ДВС, что позволяет реализовывать самые смелые компоновочные решения.

Ну а главное — даже их суммарная масса ничто в сравнении с весом тяговой батареи. Именно она, а точнее — ее расположение в итоге задает развесовку и центр масс. А здесь все просто: тяжелая «плита» размещается у днища, так что с точки зрения поведения на дороге практически все электрокары близки как раз к среднемоторным автомобилям с традиционным ДВС.

Определились с компоновкой? Теперь найдите свой вариант в базе объявлений Автобизнеса

Трансмиссия машины, конструктивные особенности

Назначение трансмиссии автомобиля заключается в преобразовании, передаче и распределении по ведущим колесам момента вращения от маховика автодвигателя, таким образом, указанный агрегат выступает промежуточным устройством, позволяющим снизить момент вращения до нужных оборотов, а также перераспределить их на ведущие колеса авто.

Правильно крутим колеса

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.

Определение понятия «трансмиссия»

Согласно научным изданиям машиностроения, трансмиссия – это совокупность механизмов и сборочных единиц, которые соединяют двигатель с ведущими колесами, в данном случае, автомобильного транспорта, а также совокупность системы, которая обеспечивает работу трансмиссии.

Трансмиссия является совокупностью агрегатов и узлов, которые передают крутящий момент от мотора к ведущим колесам, при этом могут изменяться тяговые усилия, скорость и направление движения. Автомобильная трансмиссия включает в себя механизмы, которые в науке относят к составу силового агрегата – это коробка передач и сцепление.

Назначение. Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. При этом передаваемый крутящий момент изменяется по величине и распределяется в определенном соотношении между ведущими колесами.

Крутящий момент на ведущих колесах автомобиля зависит от передаточного числа трансмиссии, которое равно отношению угловой скорости коленчатого вала двигателя к угловой скорости ведущих колес. Передаточное число трансмиссии выбирается в зависимости от назначения автомобиля, параметров его двигателя и требуемых динамических качеств.

В транс­миссию входят:

• сцепление,
• коробка передач,
• карданная передача,
• главная передача, устанавливаямая в картере ведущего моста,
• дифференциал
• полуоси.

Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями — межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Трансмиссии по способу передачи крутящего момента разделяют на механические, гидравлические, электрические и комбинированные (гидромеханические, электромеханические). На отечественных автомобилях наиболее распространены механические трансмиссии, в которых передаточные механизмы состоят из жестких недеформируемых элементов (металлических валов и шестерен). На автобусах Ликинского и Львовского заводов, а также на большегрузных автомобилях БелАЗ применяют гидромеханические трансмиссии с автоматизированным переключением передач. Часть большегрузных автомобилей БелАЗ имеют электромеханическую трансмиссию с моторколесами.

Схема трансмиссии автомобиля. Она определяется его общей компоновкой: размещением двигателя, числом и расположением ведущих мостов, видом трансмиссии.

Схемы трансмиссий: а — автомобиля 4X2, б — переднеприводного автомобиля 4X2, в — автомобиля 4X4, г — автомобиля 6X4

Автомобили с механической трансмиссией и колесной формулой 4X2 имеют чаще всего переднее расположение двигателя, задние ведущие колеса и центральное размещение агрегатов трансмиссии (автомобили ЗИЛ-130, МАЗ-5335, ГАЗ-24 и др.). Здесь двигатель 1, сцепление 2 и коробка передач 3 (рис. а) объединены в один блок и образуют силовой агрегат. Крутящий момент от коробки передач 3 передается карданной передачей 4 на ведущий задний мост 5.

Существенные отличия имеет трансмиссия переднеприводного автомобиля ВАЗ-2108 с колесной формулой 4X2 (рис. 6). Особенностью этой схемы является выполнение ведущим переднего моста с управляемыми колесами. Это потребовало объединения в единый силовой агрегат двигателя 1, сцепления 2, коробки передач 3, механизмов ведущего моста 5 (главную передачу и дифференциал), карданных шарниров 6 равных угловых скоростей, соединенных с передними управляемыми колесами.

На (рис. в) представлена схема трансмиссии автомобиля с передним и задним ведущими мостами (автомобиль УАЗ-469). Отличительной особенностью этой схемы является применение в трансмиссии раздаточной коробки 7, которая через промежуточные 9 карданные валы передает крутящий момент переднему 8 и заднему 5 ведущим мостам. В раздаточной коробке имеется устройство для включения и выключения переднего моста и дополнительная понижающая передача, позволяющая значительно увеличить крутящий момент на колесах автомобиля в необходимых случаях.

Схема механической трансмиссии трехосных грузовых автомобилей КамАЗ представлена на (рис. г). На этих автомобилях средний 10 и задний 5 мосты являются ведущими. Крутящий момент к ним передается одним карданным валом 4, а в главной передаче среднего моста предусмотрен межосевой дифференциал и проходной вал, передающий крутящий момент на карданный вал 11 привода заднего моста. В других схемах трансмиссий трехосных автомобилей передача крутящего момента к ведущим мостам может производиться раздельно карданными валами от раздаточной коробки (автомобиль Урал-375).

Схемы гидромеханических трансмиссий предусматривают объединение в едином блоке двигателя и гидромеханической коробки передач, крутящий момент от которой передается ведущим колесам через карданный вал и механизмы заднего моста как в обычной механической трансмиссии.

На автомобилях (БелАЗ) с электромеханической трансмиссией дизельный двигатель приводит во вращение генератор постоянного тока, энергия от которого передается по проводам в электродвигатели колес. Колесный электродвигатель монтируют в ободе колеса совместно с понижающим механическим редуктором. Такая конструкция называется электромотор-колесом.

Виды механических КПП

По количеству ступеней механическая коробка передач в основном подразделяется на:

• 4-х ступенчатую;
• 5-и ступенчатую;
• 6-и ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается трансмиссия 5МТ, т.е. пятиступенчатая коробка передач.

В зависимости от количества валов различают следующие виды КПП:

• двухвальные механические трансмиссии, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные МКПП, которые применяются в основном на заднеприводных автомобилях, а также на грузовых машинах.

Электромеханическая трансмиссия

Такой тип трансмиссии отличается тем, что в ней в качестве силового агрегата применяется электромотор. В состав трансмиссии электромеханического типа также входят следующие элементы: системы управления, токовый генератор, электропроводка для соединения всех ведущих элементов.

К недостаткам такой трансмиссии возможно отнести высокий вес, пониженный КПД и большую стоимость. Но с каждым годом электромеханические трансмиссии совершенствуются. Они чаще всего применяются в морском транспорте, сельскохозяйственной технике, в электротранспорте.

Основные понятия

Что такое трансмиссия? Это совокупность механизмов, имеющих следующие функции:

• смена направленности, а также величины момента вращения;
• перераспределение момента вращения от мотора к колесам;
• распределение момента вращения на ведущие колеса.

Принцип работы агрегата основывается на преобразовании энергии. По этому критерию различают такие типы трансмиссий:

1. Механическую. Происходит преобразование и передача механической энергии. Это классические планетарные КПП.
2. Электрическую. Механическая энергия превращается электрическую, затем после передачи энергии на колеса происходит ее превращение в обратной последовательности от электрической энергии к механической.
3. Гидрообъемную. Механическая энергия превращается в энергию потока жидкости, затем после ее поступления на основные автоколеса осуществляется преобразование энергии в обратной последовательности.
4. Комбинированную. Различают электромеханические либо гидромеханические типы устройств. Такие конструкции объединяют несколько способов преобразования энергии.

Конструктивно автомобили разделяются по типу привода:

1. Передний привод. Основными есть передние колеса машины.
2. Задний привод. Основными становятся задние колеса авто.
3. Полноприводные. Такой транспорт имеет привод на все полуоси (передние, а также задние).

Для автотранспорта с различными видами моторов используются разные трансмиссии, имеющие определенные конструктивные особенности. Составляющими частями трансмиссии заднеприводной машины есть такие основные узлы: КПП, сцепление, главная и карданная передачи, полуоси, дифференциал.

Все основные узлы трансмиссии для переднеприводных машин, располагаются под капотом транспортного средства. Для полноприводных автомобилей характерны следующие типы трансмиссий:

1. Полноприводная конструкция, включаемая с помощью водителя. Обязательным условием функционирования таковой системы есть присутствие раздаточной коробки, посредством нее происходит распределение момента вращения между передней и задней осью.
2. Конструкция, оборудованная автоматикой для включения. Часто основными колесами служит передняя пара. Вместо дифференциала размещается муфта с электрическим управлением.
3. Постоянная полноприводная система. Основной особенностью такой системы есть наличие межосевого дифференциала. Увеличивается проходимость машины, а также ее разгоночные показатели. Достигаются такие результаты благодаря перераспределению силы тяги.

Рекомендуем посмотреть видео о назначении и принципе работы трансмиссии:

Принцип работы механической коробки передач

Принцип работы механической КПП следующий: крутящий момент от двигателя через сцепление передается на первичный вал коробки передач, далее преобразуется при помощи пар взаимодействующих между собой шестерен и затем передается на колеса. Каждая пара шестерен (ступень) имеет определенное передаточное число, которое преобразует скорость вращения и крутящий момент коленвала двигателя. Причем если передача увеличивает крутящий момент, то скорость вращения уменьшается и наоборот. В первом случае передача будет называться понижающей, а во втором — повышающая.

Передаточное число определяется отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. В свою очередь, количество зубьев напрямую зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Например, у первой передачи самое большое передаточное число, и, следовательно, входная шестерня (на первичном валу) имеет минимальный размер, а выходная — максимальный. Переключение скоростей в механической КПП происходит только при нажатии на педаль сцепления, поскольку необходимо прервать поток мощности, передающийся от двигателя.

Движение автомобиля, оснащенного МКПП, всегда начинается с первой передачи. Исключение составляют тяжелые грузовики — там это можно делать со второй передачи. Для этого необходимо вручную перевести селектор рычага в соответствующее положение. Переход на повышенные передачи осуществляется последовательным переключением передач друг за другом. Сам момент переключения скорости зависит от показаний спидометра и тахометра, поскольку каждая передача рассчитана на работу в определенном диапазоне оборотов двигателя.

Рекомендации по эксплуатации КПП

Выход трансмиссионной системы из строя нередко становится неприятной неожиданностью для автовладельцев, так как её ремонт может влететь в копеечку. Чтобы этого не произошло, при езде на авто с АКПП необходимо придерживаться следующих рекомендаций.

1. При езде в холодное время года необходимо 5 — 15 минут ехать медленно, чтобы произвести тщательный прогрев АКПП. Данное правило следует соблюдать, если температура воздуха на улице ниже 25 градусов по Цельсию.
2. Если происходит непродолжительная остановка, не следует ставить рычаг в нейтральное положение, так как это ведёт к сбою в работе автоматической КПП.
3. Всегда выжидайте несколько минут после запуска двигателя. Это нужно, чтобы коробка передач достигала своего рабочего состояния.
4. В случае смены направления вперёд и назад осуществлять переключение рычага нужно только после полной остановки машины.

Соблюдение этих простых рекомендаций позволит вам избежать аварийных ситуаций на дороге, а также больших затрат на ремонт АКПП в случае поломки авто из-за неправильного обращения.

http://www.autospecialist.info/%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B8/
https://www.abw.by/novosti/experience/215226
https://nivovod.ru/ekspluatatsiya-i-obsluzhivanie/transmissiya-avtomobilya-i-eyo-konstruktivnye/