Системы питания двигателей 6 страница

4.1. Назначение и типы

Общие сведения. Трансмиссией называется силовая передача, осуществляющая связь двигателя с ведущими колесами автомо­биля.

Трансмиссия служит для передачи от двигателя к ведущим ко­лесам мощности и крутящего момента, необходимых для движе­ния автомобиля.

Крутящий момент М_к (рис. 4.1), подведенный от двигателя к ведущим колесам, стремится сдвинуть их относительно поверхно­сти дороги в сторону, противоположную движению автомобиля. Вследствие этого из-за противодействия дороги на ведущих коле­сах возникает тяговая сила Р_т, которая направлена в сторону дви­жения и является движущей силой автомобиля. Тяговая сила Р_г вызывает возникновение на ведущем мосту толкающей силы Р_х, которая от моста через подвеску передается на кузов и приводит в движение автомобиль.

В зависимости от того, какие колеса автомобиля являются ве­дущими (передние, задние или те и другие), мощность и крутя­щий момент могут подводиться только к передним, задним или передним и задним колесам одновременно. В этом случае автомо­биль является соответственно переднеприводным, заднепривод-ным и полноприводным.

Переднеприводные и заднеприводные автомобили имеют огра­ниченную проходимость и предназначены для эксплуатации на

дорогах с твердым покрытием, на сухих грунтовых дорогах. Такие автомобили имеют колесную формулу, т.е. соотношение между общим числом колес и числом ведущих колес, с обозначением 4 х 2. В этой формуле первая цифра представляет собой общее чис­ло колес автомобиля, а вторая — число ведущих колес. Если веду­щие колеса двухскатные (грузовые автомобили, автобусы) и, сле­довательно, общее их число равно шести, то колесная формула этих автомобилей имеет также обозначение 4x2.

Полноприводные двухосные автомобили и трехосные автомо­били с двумя задними ведущими мостами обладают повышенной проходимостью. Они способны двигаться по плохим дорогами и вне дорог. Их колесные формулы имеют соответственно обозначе­ния 4x4 и 6x4.

Полноприводные трехосные и четырехосные автомобили име­ют высокую проходимость. Они могут преодолевать рвы, ямы и подобные препятствия. Их колесные формулы обозначаются соот­ветственно 6 х 6 и 8 х 8.

Колесная формула характеризует не только проходимость ав­томобиля, но и тип его трансмиссии.

На автомобилях применяются трансмиссии различных типов (рис. 4.2).

Наибольшее распространение на автомобилях получили меха­нические ступенчатые трансмиссии и гидромеханические транс­миссии. Другие типы трансмиссий на автомобилях имеют ограни­ченное применение.

Конструкция трансмиссии зависит от типа автомобиля, его назначения и взаимного расположения двигателя и ведущих ко­лес. Характер изменения передаваемого крутящего момента в раз­ных типах трансмиссий различен (рис. 4.3).

		т
	■
			■
	По конструкции	По изменению крутящего момента
	Механическая	Ступенчатая	^-
	Гидрообъемная	Бесступенчатая	■+ —
	Электрическая	Комбинированная	-«—
	Гидромеханическая

Электромеханическая

Рис. 4.1. Движущие силы автомобиля

Рис. 4.2. Типы трансмиссий автомобилей

Рис. 4.3. Графики изменения крутящего момента в трансмиссиях:

а — ступенчатой; б — бесступенчатой, в — гидромеханической; I — IV — ступени скоростей; М_к — крутящий момент; V — скорость автомобиля

Трансмиссия и ее техническое состояние оказывают значитель­ное влияние на эксплуатационные свойства автомобиля. Так, при ухудшении технического состояния механизмов трансмиссии и нарушении регулировок в сцеплении, главной передаче и диффе­ренциале повышается сопротивление движению автомобиля и ухудшаются тягово-скоростные свойства, проходимость, топлив­ная экономичность и экологичность автомобиля.

Механические ступенчатые трансмиссии. В механических ступен­чатых трансмиссиях передаваемый от двигателя к ведущим коле­сам крутящий момент изменяется ступенчато в соответствии с передаточным числом трансмиссии (см. рис. 4.3, а), которое равно произведению передаточных чисел шестеренных (зубчатых) ме­ханизмов трансмиссии. Передаточным числом шестеренного меха­низма называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни.

На автомобиле с колесной формулой 4><2, передним располо­жением двигателя и задними ведущими колесами (рис. 4.4, а) в трансмиссию входят сцепление 2, коробка передач 3, карданная передача 4, главная передача 6, дифференциал 7 и полуоси 8. Крутящий момент от двигателя / через сцепление 2 передается к коробке передач 3, где изменяется в соответствии с включенной передачей. От коробки передач крутящий момент через карданную передачу 4 подводится к главной передаче 6 ведущего моста 5, в которой увеличивается, и далее через дифференциал 7 и полу­оси 8 — к задним ведущим колесам.

Для легковых автомобилей такое взаимное расположение дви­гателя и механизмов трансмиссии обеспечивает равномерное рас-' пределение нагрузки между передними и задними колесами и возможность размещения сидений между ними в зоне меньших колебаний кузова. Недостатком является необходимость примене­ния сравнительно длинной карданной передачи с промежуточ­ной опорой.

Рис. 4.4. Схемы механических трансмиссий автомобилей с различными

колесными формулами:

с — «_ 4x2; г — 4x4; д — 6x4; е — 6x6; ж — 8* 8;/ — двигатель; 2 —

сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная передача; 5— ведущий мост; 6 —

главная передача; 7 — дифференциал; 8 — полуоси; 9 — карданный шарнир;

10 — раздаточная коробка; // — межосевой дифференциал

Механические трансмиссии легковых автомобилей с колесной формулой 4x2 могут иметь и другое расположение двигателя, сцепления и коробки передач у ведущего моста — задние ведущие колеса и двигатель / сзади (рис. 4.4, б) или передние ведущие колеса и двигатель 1 спереди (рис. 4.4, в). Такие трансмиссии не имеют карданной передачи между коробкой передач и ведущим мостом и включают в себя сцепление 2, коробку передач 3, глав­ную передачу, дифференциал и привод ведущих колес, который осуществляется не полуосями, а карданными передачами. При этом в приводе к ведущим управляемым колесам применяются карданные шарниры 9 равных угловых скоростей.

Эти трансмиссии просты по конструкции, компактны, имеют небольшую массу и экономичны.

Заднее расположение двигателя и трансмиссии (см. рис. 4.4, б) обеспечивает лучшие обзорность и размещение сидений в кузове между мостами автомобиля, лучшую изоляцию салона от шума Двигателя и отработавших газов. Однако ухудшаются управляемость, Устойчивость автомобиля и безопасность водителя и переднего пассажира при наездах и столкновениях.

Переднее расположение двигателя и трансмиссии (см. рис. 4.4, в) улучшает управляемость и устойчивость автомобиля, но при дви­жении на скользких подъемах дороги возможно пробуксовывание ведущих колес вследствие уменьшения на них нагрузки.

Механическая трансмиссия автомобиля с колесной формулой 4 х 4 с передним расположением двигателя / (рис. 4.4, г) кроме сцепления 2, коробки передач 3, карданной передачи 4 и заднего ведущего моста 5 дополнительно включает в себя передний веду­щий управляемый мост и раздаточную коробку 10, соединенную с этим мостом и коробкой передач 3 карданными передачами. Кру­тящий момент от раздаточной коробки подводится к переднему и заднему ведущим мостам. В раздаточной коробке имеется устрой­ство для включения привода переднего ведущего моста или меж­осевой дифференциал, распределяющий крутящий момент меж-. ду ведущими мостами автомобиля.

Передний ведущий мост имеет главную передачу, дифферен­циал и привод колес в виде карданных передач с шарнирами равных угловых скоростей, обеспечивающих подведение крутя­щего момента к передним ведущим управляемым колесам.

У автомобилей с колесной формулой 6x4 (рис. 4.4, д) крутя­щий момент к среднему (промежуточному) и заднему ведущим мостам может подводиться одним общим валом. В этом случае глав­ная передача среднего моста имеет проходной ведущий вал.

У автомобиля с колесной формулой 6x6 (рис. 4.4, е) крутя­
щий момент к среднему и заднему ведущим мостам может подво­
диться и раздельно — двумя валами. В раздаточной коробке эти
автомобилей имеется специальное устройство для включения при­
вода переднего моста или межосевой дифференциал 11, распре­
деляющий крутящий момент между ведущими мостами. >

Автомобили с колесной формулой 8x8 обычно имеют поте-лежечное расположение ведущих мостов, при котором сближе ны ведущие мосты — первый со вторым и третий с четвертым При этом первые два моста являются и управляемыми.

При установке двух двигателей 1 (рис. 4.4, ж) трансмиссия та автомобилей имеет два сцепления 2, две коробки передач 3 и дв раздаточные коробки 10 с межосевыми дифференциалами 11. Пр этом автомобиль может двигаться при одном работающем двигателе

По сравнению с другими типами трансмиссий механически трансмиссии проще по конструкции, имеют меньшую массу, бо лее экономичны, надежнее в работе и имеют высокий КПД, рав ный 0,8... 0,95. Недостатком их является разрыв потока мощност' при переключении передач, что снижает тягово-скоростные свой­ства и ухудшает проходимость автомобиля. Кроме того, правиль­ность выбора передачи и момента переключения передач зависи от квалификации водителя, а частые переключения передач в ус ловиях города приводят к сильной утомляемости водителя. Меха

нические трансмиссии также не обеспечивают полного использо­вания мощности двигателя и простоты управления автомобилем.

Механическая бесступенчатая трансмиссия. Это фрикционная трансмиссия, в которой для плавной передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам используется сила трения.

На рис. 4.5 приведена схема клиноременной передачи, которая представляет собой фрикционную бесступенчатую передачу.

Крутящий момент от двигателя через сцепление передается конической шестерне 74 реверс-редуктора. Эта шестерня находит­ся в зацеплении с шестернями 13 и 10, соединяемыми с валом 12 муфтой 11, перемещающейся на шлицах вала.

На концах вала 12 установлены ведущие шкивы 9 передачи, от которых крутящий момент через зубчатые ремни 8 трапецеидаль­ного сечения передается на ведомые шкивы 7и далее через колес­ные редукторы 5 на ведущие колеса автомобиля.

Передаточное число клиновой передачи, равное отношению рабочих радиусов К₂:Е[ шкивов, зависит от положения ремня 8. Оно регулируется пружиной 6, соответственно сдвигающей поло­вины ведомого шкива 7, и пружиной 3, раздвигающей половины ведущего шкива 9, в зависимости от частоты вращения коленча­того вала двигателя и вакуума в полости 2, соединенной трубо­проводом / с впускным коллектором двигателя.

При трогании автомобиля с места пружины 3 и 6 обеспечива­ют наибольшее передаточное число, и в этом случае половины ведомого шкива сдвинуты, а ведущего — раздвинуты.

Рис. 4.5. Схема клиноременной передачи:

/ — трубопровод; 2 — полость; 3, 6 — пружины; 4 — груз; 5 — редуктор; 7, 9 — Шкивы; 8 — ремень; 10, 13, 14 — шестерни; // — муфта; 12 — вал; Л,, Я2 — радиусы шкивов

При разгоне автомобиля действующие силы от грузов 4 цент­робежного регулятора и вакуума в полости 2 преодолевают силу пружин 3 и 6, сдвигают половины ведущего шкива 9 и раздвигают

половины ведомого шкива 7 Таким образом осуществляется бес­ступенчатое изменение передаточного числа и, следовательно, крутящего момента.

Эта передача выполняет также функции межколесного диффе­ренциала. Передача применяется на некоторых моделях легковых автомобилей.

Механические бесступенчатые передачи не получили широко­го распространения и имеют ограниченное применение на авто­мобилях из-за недостаточной надежности их работы.

Гидрообъемная трансмиссия. Этот вид трансмиссии представ­ляет собой бесступенчатую передачу автомобиля.

В гидрообъемной трансмиссии (верхняя половина рис. 4.6) дви­гатель 1 внутреннего сгорания приводит в действие гидронасос 2, соединенный трубопроводами с гидромоторами 3, валы которых связаны с ведущими колесами автомобиля. При работе двигателя гидродинамический напор жидкости, создаваемый гидронасосом в гидромоторах ведущих колес, преобразуется в механическую работу. Ведущие колеса с гидромоторами, установленными в них, называются гидромотор-колесами.

Рабочее давление в системе в зависимости от конструкции гид- ' роагрегатов — 10...50 МПа.

На рис. 4.7 представлена простейшая схема устройства и рабо­ты гидрообъемной передачи, в которой используется гидростати­ческий напор жидкости. При вращении коленчатого вала двигате­ля через кривошип 2 и шатун 3 производится перемещение порш­ня 4 гидронасоса. Жидкость из гидронасоса через трубопровод 9, подается в цилиндр гидродвигателя, поршень 8 которого переме­щает через шатун 7 кривошип 5 и приводит во вращение ведущее колесо 6.

В действительности гидрообъемные передачи, применяемые на автомобилях, гораздо сложнее, чем представленная на рис. 4.7. Так, они включают роторные гидронасосы плунжерного типа, ко­лесные гидродвигатели, магистрали высокого и низкого давления, редукционные клапаны, охладитель, дренажную и подпитывающую системы (резервуар, фильтр, охладитель, насос, редукционный и предохранительный клапаны).

Преимуществом гидрообъемной трансмиссии является бессту­пенчатое автоматическое изменение ее передаточного числа и передаваемого крутящего момента, что обеспечивает плавное тро-

сз

гШ

Рис. 4.6. Схема гидрообъемной (верхняя полови­на схемы) и электрической (нижняя половина) трансмиссии:

сэ

*-&ъ

/ — двигатель; 2 — гидронасос; 3 — гилромотор; 4 — электродвигатель; 5 — генератор

Рис. 4.7. Схема гидрообъемной передачи:

/ — двигатель; 2, 5 — кривошипы;

3, 7 — шатуны; 4, 8 — поршни; 6 —

колесо; 9 — трубопровод

гание автомобиля с места, облег­чает и упрощает управление ав­томобилем и снижает утомляе­мость водителя и, следовательно, повышает безопасность движения. Она также повышает проходи­мость автомобиля в результате не­прерывного потока мощности и плавного изменения крутящего момента.

По сравнению с механической гидрообъемная трансмиссия имеет большие габаритные размеры и массу, меньшие КПД, дол­говечность и более высокую стоимость. Она сложна в изготовле­нии и требует надежных уплотнений.

Электрическая трансмиссия. Это бесступенчатая передача, в которой крутящий момент измеряется плавно, без участия води­теля, в зависимости от сопротивления дороги и частоты враще­ния коленчатого вала двигателя.

В электрической трансмиссии (см. нижнюю половину рис. 4.6) двигатель } внутреннего сгорания приводит в действие генератор 5. Ток от генератора поступает к электродвигателям 4 ведущих ко­лес автомобиля.

Ведущее колесо (рис. 4.8) с уста­новленным внутри электродвига­телем 1 называется электромотор-колесом. Крутшций момент от элек­тродвигателя к колесу передается через колесный редуктор 2. При применении быстроходных элек­тродвигателей в ведущих колесах используются понижающие зубча­тые передачи.

Преимуществом электрических трансмиссий является бесступен-

Рис. 4.8. Электромотор-колесо: / — электродвигатель; 2 — редуктор

чатое автоматическое изменение ее передаточного числа. Это обес­печивает плавное трогание автомобиля с места, упрощает и об­легчает управление автомобилем и снижает утомляемость водите­ля, в результате повышается безопасность движения. Кроме того, повышается проходимость автомобиля вследствие непрерывного потока мощности и плавного изменения крутящего момента. По­вышается также долговечность двигателя из-за уменьшения дина­мических нагрузок и отсутствия жесткой связи между двигателем и ведущими колесами. Однако у электрических трансмиссий КПД не превышает 0,75, что ухудшает тягово-скоростные свойства ав­томобиля. Кроме того, расход топлива по сравнению с механи­ческими трансмиссиями повышается на 10...20 %. Электрические трансмиссии также имеют большую массу и высокую стоимость.

Гидромеханическая трансмиссия. Это комбинированная транс­миссия, которая состоит из механизмов механической и гидрав­лической трансмиссий. В гидромеханической трансмиссии переда­точное число и крутящий момент изменяются ступенчато и плавно (см. рис. 4.3, в).

В гидромеханическую трансмиссию (рис. 4.9) входят гидроме­ханическая коробка передач 2, включающая гидротрансформатор и механическую коробку передач, карданная передача 3, главная передача 4, дифференциал 5 и полуоси 6.

Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления, и в нем передача крутящего момента от двигателя / к трансмиссии про­исходит за счет гидродинамического (скоростного) напора жид­кости. Гидротрансформатор плавно автоматически изменяет кру­тящий момент в зависимости от нагрузки. При этом крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической ко­робке передач, в которой передачи включаются с помощью фрикционных механизмов. Применение гидротрансформатора обеспечивает плавное трогание автомобиля с места, уменьшает число переключений передач, что снижает утомляемость водителя, улучшает проходимость автомобиля, почти в два раза повышается долговечность двигателя и механизмов трансмиссии вследствие уменьшения в трансмиссии динамических нагрузок и крутильных колебаний. Снижается также вероятность остановки двигателя при резком увеличении нагрузки.

ЧР

/ 2

Рис. 4.9. Схема гидромеханической трансмиссии:

°>|ЩгР5

С^Э

/ — двигатель; 2 — гидромеханическая ко­робка передач; 3 — карданная передача; 4 — главная передача; 5 — дифференциал; 6 — полуоси

Недостатком гидромеханической трансмиссии являются более низкий КПД, что ухудшает тягово-скоростные свойства и топ­ливную экономичность автомобиля, более сложная конструкция и большая масса, а также высокая стоимость в производстве, ко­торая составляет около 10 % стоимости автомобиля.

Электромеханическая трансмиссия. Это комбинированная транс­миссия, которая состоит из элементов механической и электри­ческой трансмиссий.

На рис. 4.10 показана схема электромеханической трансмиссии автобуса большой вместимости. Двигатель 4 внутреннего сгорания расположен в задней части автобуса и приводит в действие гене­ратор 5. Ток, вырабатываемый генератором, подводится к элект­родвигателю /. Крутящий момент от электродвигателя через кар­данную передачу 2 подводится к ведущему мосту 3 и далее через главную передачу, дифференциал и полуоси к ведущим колесам автобуса. Сцепление и коробка передач в трансмиссии отсутству­ют, так как при возрастании сопротивления дороги уменьшается частота вращения электродвигателя и автоматически увеличива­ется крутящий момент, подводимый к ведущим колесам автобуса.

Рис. 4.10. Схема электромеханической трансмиссии: / — электродвигатель; 2 ~ карданная передача; 3 — ведущий мост; 4 — двига­тель; 5 — генератор

Режим работы двигателя в различных дорожных условиях зави­сит только от подачи топлива, которая осуществляется педалью. Отсутствие педали сцепления и рычагов переключения коробки передач существенно облегчает работу водителя автобуса, кото­рый в условиях города работает с частыми остановками. Кроме того, электромеханическая трансмиссия повышает проходимость и безопасность движения. Недостатками электромеханической трансмиссии по сравнению с механической являются меньший КПД, не превышающий 0,85, что ухудшает тягово-скоростные свойства и топливную экономичность (расход топлива увеличива­ется на 15...20 %), а также большие габаритные размеры и масса.

Сцепление

Трансмиссии автопоездов. Автопоезда, состоящие из автомоби­ля-тягача и прицепов или полуприцепов, могут иметь различного типа трансмиссии в зависимости от назначения автопоезда. Так, на автопоездах, предназначенных для работы по дорогам с твердым покрытием, трансмиссию имеет только автомобиль-тягач. На ав­топоездах, рассчитанных на работу в условиях бездорожья, для повышения их проходимости прицепы и полуприцепы обычно обо­рудуются ведущими мостами. Мощность и крутящий момент к этим мостам могут подводиться от двигателя автомобиля-тягача через механическую, гидравлическую или электрическую передачи.

Для привода дополнительного оборудования автопоезда (ле­бедки, насоса подъема грузового кузова и др.) в трансмиссии имеется коробка отбора мощности, которая присоединяется к коробке передач.

Контрольные вопросы

1. Что такое трансмиссия, ее определение, назначение и типы?

2. Почему происходит движение автомобиля при подводе трансмис­сией к ведущим колесам мощности и крутящего момента от двигателя?

3. Что характеризует колесная формула автомобиля?

4. Каковы основные механизмы механических трансмиссий автомо­билей с различными колесными формулами?

5. Какие эксплуатационные свойства автомобиля зависят от транс­миссии и ее технического состояния?

4.2. Сцепление

Назначение и типы. Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача крутящего момента обеспечивается силами тре­ния, гидродинамическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты называются соответственно фрикционными, гид­равлическими и электромагнитными.

Сцепление служит для временного разъединения двигателя и трансмиссии 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.

При движении автомобиля сцепление во включенном состоя­нии передает крутящий момент от двигателя к коробке передач и предохраняет механизмы трансмиссии от динамических нагрузок, возникающих в трансмиссии. Так, нагрузки в трансмиссии возра­стают при резком торможении с двигателем, при резком включе­нии сцепления, неравномерной работе двигателя и резком сни­жении частоты вращения коленчатого вала, наезде колес на не­ровности дороги и т.д.

По числу | | ведомых дисков

Г3__

По созданию нажимного усилия

По связи ведущих и ведомых частей

По приводу

Однодисковое

Фрикционное

С периферийными пружинами

Двухдисковое

Гидравлическое

С центральной пружиной

С механи­ческим приводом

Много­дисковое

Электро­магнитное

С гидравли­ческим приводом

Центробежное

Полу­центробежное

Рис. 4.11. Типы сцеплений, классифицированных по различным

признакам

На автомобилях применяются различные типы сцеплений (рис. 4.11).

Все указанные сцепления, кроме центробежных, являются постоянно замкнутыми, т.е. постоянно включенными и выключа­емыми водителем при переключении передач, торможении и ос­тановке автомобиля.

На автомобилях наибольшее применение получили фрикцион­ные сцепления. Однодисковые сцепления применяются на легковых автомобилях, автобусах и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а иногда и большой грузоподъемности.

Двухдисковые сцепления устанавливают на грузовых автомоби­лях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости.

Многодисковые сцепления используются очень редко — толь­ко на автомобилях большой грузоподъемности.

Гидравлические сцепления, или гидромуфты, в качестве отдель­ного механизма на современных автомобилях не применяются. Ранее они использовались в трансмиссии автомобилей, но только совмес­тно с последовательно установленным фрикционным сцеплением.

Электромагнитные сцепления имели некоторое применение на автомобилях, но широкого распространения не получили в связи со сложностью их конструкции.

Фрикционные однодисковые сцепления. Фрикционным сцепле­нием называется дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения.

Широкое распространение на современных автомобилях полу­чили однодисковые сухие сцепления. Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в которой для передачи крутя­щего момента применяется один ведомый диск.

Однодисковое сцепление (рис. 4.12, а) состоит из ведущих и ведомых деталей, а также из деталей включения и выключения

Рис. 4.12. Однодисковое фрикционное сцепление:

а — включено; б — выключено; / — кожух; 2 — нажимной диск; 3 — маховик; 4 —

ведомый диск; 5 — пластина; 6 — пружина; 7 — подшипник; 8 — педаль; 9 ~

вал; 10 — тяга; 11 — вилка; 12 — рычаг

сцепления. Ведущими деталями являются маховик 3 двигателя, кожух / и нажимной диск 2, ведомыми — ведомый диск 4, деталя­ми включения — пружины 6, деталями выключения — рычаги 12 и муфта с подшипником 7. Кожух 1 прикреплен болтами к маховику. Нажимной диск 2 соединен с кожухом упругими пластинами 5. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на на­жимной диск и перемещение нажимного диска в осевом направ­лении при включении и выключении сцепления. Ведомый диск 4 установлен на шлицах первичного (ведущего) вала 9 коробки пе­редач.