Тема 1.8. Сцепление, коробка передач и раздаточная коробка

Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача крутящего момента обеспечивается силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем.

Сцепление служит для временного разъединения двигателя с трансмиссией и плавного их соединения. Временное разъединение двигателя и трансмиссии необходимо при переключении передач, торможении и остановке автомобиля, а плавное соединение – после переключения передач и при трогании автомобиля с места. Применяемые на автомобилях сцепления делятся:

по связи ведущих и ведомых колёс:

- фрикционные;

- гидравлические;

- электромагнитные;

по созданию нажимного усилия:

- с периферийными пружинами;

- с центральной пружиной;

- центробежные;

- полуцентробежные;

по числу ведомых дисков:

- однодисковые;

- двухдисковые;

- многодисковые;

по типу привода:

- с механическим приводом;

- с гидравлическим приводом.

Общее передаточное число трансмиссии в любой момент времени можно определить отношением частоты вращения коленчатого вала двигателя к частоте вращения ведущих колес.

Крутящий момент, передающийся на ведущее колесо, определяет тяговое усилие, действующее в контакте колеса с дорогой. Это усилие определяется делением величины крутящего момента на радиус колеса. Для движения автомобиля необходимо, чтобы тяговое усилие было больше суммы сил сопротивления движению. Максимальное тяговое усилие ограничивается не возможностью двигателя и трансмиссии, а сцеплением колеса с дорогой. Это усилие не должно превышать силу сцепления, иначе ведущие колеса будут проскальзывать.

Механическая трансмиссия должна иметь возможность кратковременного разъединения от работающего двигателя. Это необходимо при остановке автомобиля и при переключении передач в механической ступенчатой коробке передач. Кроме того, при троганье автомобиля с места и переключении передач соединение вала двигателя и трансмиссии должно происходить плавно, без резких рывков. В качестве устройства, обеспечивающего постепенное нагружение двигателя, применяют сцепление. Использование сцепления необходимо для переключения передач, так как если трансмиссия находится под нагрузкой крутящим моментом, переключение невозможно. Прежде чем переключить передачу, необходимо выключить сцепление.

Коробка передач предназначена для изменения в широком диапазоне крутящего момента, а следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах автомобиля и скоростей движения, для обеспечения задним ходом, а также для длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.

К коробке передач предъявляются следующие требования:

- обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;

- бесшумность в работе и переключении передач;

- легкость управления;

- высокий КПД.

Передаточное число коробки передач равно отношению частот вращения ее ведущего и ведомого валов. Необходимость изменения передаточного числа определяется тем, что сопротивление движению автомобиля, зависящее от дорожных условий, меняется в широком диапазоне, а крутящий момент поршневого двигателя при максимальной подаче топлива – всего на 10 - 30%. Для быстрого разгона при трогании автомобиля с места и для преодоления значительных сил сопротивления движению, например, при движении на подъеме, нужно увеличить силу тяги в несколько раз по сравнению с тем значением, которое соответствует максимальному моменту двигателя. Такое увеличение силы тяги обеспечивает изменение передаточного числа.

По принципу действия коробки передач различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные. Ступенчатые коробки передач имеют механический привод перемещения шестерен по валам, а бесступенчатые позволяют изменять крутящий момент на ведущих колесах не меняя положения педали газа.

По характеру связи между ведущим и ведомым валами коробки передач делят на механические, гидравлические, электрические и комбинированные, а по способу управления – на автоматические и неавтоматические.

На большинстве легковых и грузовых автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач. Число изменяемых передаточных чисел (передач) в таких коробках обычно равно четырем – пяти, а иногда восьми и более. Чем больше число передач, тем лучше используется мощность двигателя и выше топливная экономичность, однако при этом усложняется конструкция коробки передач и затрудняется выбор передачи, оптимальной для данных условий движения.

Для переключения передач необходимо обеспечить возможность жёсткого соединения отдельных шестерён ведомого вала непосредственно с самим валом.

Для безударного включения передач необходимо, чтобы угловые скорости вращения шестерен на ведомом вале и скорость самого вала были равны.

Зубчатые механизмы автомобильных коробок передач состоят обычно из цилиндрических зубчатых колес и выполняются или с неподвижными геометрическими осями зубчатых колес или планетарными (геометрические оси некоторых зубчатых колес могут вращаться вокруг общей оси механизма). Из двух находящихся в зацеплении зубчатых колес меньшее называют шестерней, большее – колесом.

Передаточное отношение – отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Если в передаче несколько пар, то для определения передаточного отношения надо перемножить значения этих пар.

Трехвальные коробки передач характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время как у двухвальной – одна. Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передапч.

Многовальные коробки передач представляют собой четырех– шестиступенчатую трехвальную коробку передач со встроенным или совмещенным редуктором. Редуктор может быть повышающим или понижающим. Повышающий редуктор (делитель) устанавливается перед коробкой передач и предназначен для уменьшения разрыва между передаточными числами соседних передач, незначительно увеличивая диапазон. Делитель имеет обычно две передачи – прямую и повышающую, что позволяет увеличить число передач вдвое.

Понижающий редуктор (демультипликатор) размещается за коробкой передач. Демультипликатор выполняют двух или трёхступенчатым и обычно с большим передаточным числом, благодаря чему ещё больше расширяется диапазон возможных передаточных чисел.

Гидромеханическая передача (ГМП) успешно применяется в автомобилях уже более полувека и дает возможность заметно облегчить управление автомобиля. Она позволяет получить следующие преимущества:

- обеспечение автоматизации переключения передач и отсутствие необходимости иметь педаль сцепления;

- повышение проходимости автомобиля в условиях бездорожья за счет отсутствия разрыва потока мощности при переключении передач;

- повышение долговечности двигателя и агрегатов трансмиссии за счет способности гидротрансформатора снижать динамические нагрузки.

В то же время как недостатки необходимо отметить потерю мощности и повышение расхода топлива за счет более низкого КПД ГМП по сравнению с автомобилем, имеющим механическую коробку передач.

Гидромеханическая передача включает в себя три основные части:

- гидротрансформатор;

- механическую коробку передач;

- систему управления.

Компоновочная схема с раздаточной коробкой наиболее часто применяется для вседорожных автомобилей. При такой компоновке крутящий момент от коробки передач поступает на входной вал раздаточной коробки, а затем передаётся на выходные валы. Внутри раздаточной коробки размещается межосевой дифференциал и может располагаться понижающая передача.

В трансмиссии полноприводного автомобиля без раздаточной коробки используются коробки передач специальной конструкции.

Если базовый автомобиль имеет привод только на задние колёса, а двигатель расположен впереди, то при его переоборудовании в полноприводный вариант не обойтись без раздаточной коробки с межосевым дифференциалом, которая может быть объединена с коробкой передач.

Дата добавления: 2015-07-15