Схема трансмиссии автомобиля 4х4

В Мире Моторов

блог о автомобилях

Трансмиссия автомобиля, принципиальные схемы

Коробка переменных передач, взаимодействуя с другими механизмами и агрегатами, осуществляющими передачу крутящего момента от двигателя автомобиля к его ведущим колесам, составляют один из наиболее важных узлов под названием трансмиссия автомобиля.

Во время движения автомобиля крутящий момент коленчатого вала может достигать 7000 об/мин при том, что ведущие колеса в тот момент вращаются более, чем в четыре раза медленнее и этот показатель постоянно меняется, в зависимости от дорожных условий. Кроме этого, эксплуатация авто подразумевает изменение как скорости движения, так и необходимость выполнять различные маневры, движение задним ходом, останавливаться. Все это было бы выполнять затруднительно без трансмиссии.

На сегодняшний день автомобили оснащаются различными трансмиссиями трех основных компоновок:переднеприводной, заднеприводной и полноприводной.

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля

При производстве автомобилей с передним приводом устанавливаются следующие узлы и агрегаты, передающие крутящий момент от коленвала к колесам:

• Сцепление;
• Коробка переменных передач;
• Главная передача;
• Дифференциал;
• Шарнир равных угловых скоростей, вал привода колес.

Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения трансмиссии от двигателя и плавного ее подключения во время начала движения автомобиля или переключения передач.

Коробка переменных передач используется для изменения передаваемого карданному валу крутящего момента о двигателя и тем самым, получения тяговых усилий на ведущих колесах. Также с помощью КПП осуществляется изменение направления ведущих колес и отключение трансмиссии от мотора на длительное время.

Помимо того, что главная передача передает усилие от карданного вала полуосям под прямым углом, с ее помощью происходит уменьшение по отношению к карданному валу числа оборотов ведущих колес. Таким образом, сила тяги на ведущих колесах увеличивается, за счет уменьшения крутящего момента механизмов трансмиссии после главной передачи.

Дифференциал обеспечивает разную скорость вращения правого и левого ведущих колес, с учетом дорожных условий (повороты, неровности и т. д.). К ведущим колесам крутящий момент передается через полуоси от дифференциала посредством полуосевых шестерен. Такие дифференциалы называют межколесными. Другой вид дифференциалов – межосевые, когда они остановлены между разными осями автомобиля.

Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля

Составными данной трансмиссии (ее еще называют классической) являются:

• Сцепление;
• Коробка переменных передач;
• Карданная передача;
• Главная передача;
• Дифференциал;
• Полуоси.

Как видно, в состав узлов заднеприводной трансмиссии входит карданная передача, которая является промежуточным узлом между выходным валом коробки передач и задним мостом, и служит для передачи крутящего момента, вне зависимости от угла между осями вала коробки передач и главной передачи.

Переднеприводные машины в карданной передаче не нуждаются, т. к. у них все узлы и агрегаты трансмиссии объединены в один общий узел агрегатов под капотом автомобиля. Благодаря тому, что в корпусе коробки передач находится дифференциал с главной передачей, из самого картера КПП выходят валы привода передних ведущих колес.

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Схемы трансмиссий машин с полным приводом пестрят большим разнообразием и условно разделяются на три группы:

Постоянный полный привод. Обязательный атрибут автомобилей с такой схемой трансмиссии – межосевой дифференциал.Автомобильная трансмиссия с передачей мощности на все четыре колеса является эффективной как при создании автомобилей с повышенной проходимостью, так и при улучшении разгона машины. Достижение обоих эффектов возможно, благодаря распределению силы тяги – уменьшение тяги на каждом колесе исключает вероятность пробуксовки.
Полный привод, подключаемый вручную, который предусматривает наличие раздаточной коробки, но межосевой дифференциал в большинстве моделей отсутствует. Вся ответственность по распределению крутящего момента между задней и передней осями автомобиля в этой схеме возложена на “раздатку”.
Автоматически подключаемый полный привод присущ автомобилям с передними ведущими колесами, а функции дифференциала выполняет вискомуфта либо фрикционная муфта с электронным управлением. Что касаетсявискомуфты (вязкостной муфты), передача крутящего момента с ее помощью осуществляется, за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками, заключенными в корпусе. Данную муфту могут также, использовать для автоматической блокировки дифференциала, установив ее между осями или встроив непосредственно в корпус дифференциала. При использовании же фрикционных муфт передача крутящего момента осуществляется за счет сжатия пакета дисков и возникающего, вследствие этого, трения.

Анимационный видео ролик принципа построения трансмиссии автомобиля.

Схема трансмиссии автомобиля 4х4

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.

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.

Полный привод (4х4) – обзор, устройство, принцип работы

Многодисковая муфта

Можно с уверенностью сказать, что именно благодаря разработке многодисковой муфты наблюдается огромная экспансия SUV и полноприводных легковых автомобилей. Это решение прекрасно отвечает потребностям большинства водителей. Так как в «жестком» подключении нет особого смысла, а центральный межосевой дифференциал значительно увеличивает стоимость конструкции и требует дополнительного места.

В настоящее время схема с муфтой реализована следующим образом. Тяга от двигателя передается на одну из осей (обычно переднюю). Вторая ось соединена через многодисковую муфту, которая запускается автоматически (вязкостная муфта или ранний Haldex) либо управляется компьютером (в настоящее время практически все решения). В момент включения муфты крутящий момент (полностью или частично) передается на другую ось (на схеме задняя).

Под концепцией многодисковой муфты скрываются различные технические решения. Самое простое из них – вязкостная муфта (вискомуфта). Работает она автоматически, но имеет большую задержку и с этим трудно справиться.

Применяли ее, например, в VW Golf III Syncro и Land Rover Freelander I. Огромную популярность завоевал Haldex. Первое поколение вышло неудачным, но второе уже было значительно улучшено (установлен клапан регулирования давления). Третий Халдекс работает отлично благодаря аккумуляторам давления.

Haldex IV и V функционируют блестяще. Вы найдете их в большинстве полноприводных моделей VW, Audi, Volvo и Ford с поперечным расположением двигателя.

Еще одно решение – электронно-управляемая муфта. Ее преимущество – полностью автоматическая работа и низкие затраты на обслуживание. На дороге устройство работает достаточно хорошо, но в полевых условиях хуже. Муфта быстро перегревается, и электроника вынуждена ее отключать.

Центральный (межосевой) дифференциал

Автомобили с постоянным полным приводом, безусловно, более ценны, чем автомобили с автоматическим подключением второй оси. Центральный дифференциал действительно имеет свои преимущества. Чаще всего он необходим, когда речь идет о постоянном распределении между осями большого крутящего момента, не опасаясь, что в критический момент одна из осей отключится.

Классическая схема реализована следующим образом. Тяга от двигателя передается через коробку передач на центральный (межосевой) дифференциал. Он, в свою очередь, делит тягу между передней и задней осями. Оба приводных вала (кардана) вращаются постоянно, а соединение чисто механическое. Благодаря этому нет задержек или перегрева. В зависимости от типа дифференциала распределение выходной мощности составляет 50:50 или любое другое (планетарный, торсен).

Однако, межосевой дифференциал работает как и межколесный, т.е. когда одно из колес теряет контакт с дорогой (проскальзывает), машина останавливается. Следовательно, дифференциал нужно заблокировать. Это делается с помощью фрикционного замка (блокировка в виде вязкостной или электронно-управляемой муфты).

Внедорожники дополнительно оснащены полными блокировками в обход дифференциала. Тогда автомобиль работает как с жестко подключенным приводом. Центральный дифференциал типа Torsen работает, как дифференциал с блокировками.

Межосевой дифференциал обычно используется в легковых автомобилях и внедорожниках премиум-класса. Причем, в действительно дорогих машинах – это сложный механизм с интеллектуальным управлением.

В спортивных автомобилях (некоторые версии Subaru Impreza STi или Mitsubishi Lancer Evo) водитель может менять режим работы дифференциала (гравий, песок, снег и т.д.). Во многих кроссоверах можно увидеть кнопку с крестиком между осями – она обозначает возможность полной блокировки дифференциала.

Как правило, дифференциал передней оси (передний мост) лишен блокировок, а задний дифференциал может быть свободным (без блокировок), работать с ограниченным проскальзыванием или иметь возможность полной блокировки. Зачастую функцию блокировок берет на себя тормозная система.

Постоянный полный привод встречается в автомобилях Volkswagen и Audi с продольным расположением двигателя, в Subaru (но только с механической коробкой передач), в большинстве Land Rover и внедорожниках Toyota.

Жесткое подключение

Автомобили с такой трансмиссией стоит рекомендовать водителям, часто передвигающимся по труднопроходимым местам либо проводящим свободное время в походах, на охоте или рыбалке. Именно там они сумеют реализовать весь потенциал автомобиля и смогут закрыть глаза на его недостатки.

Для асфальта такие машины мало подходят. Приходится «таскать» ненужную технику, и снижается безопасность при попадании на обледенелый участок, где легко потерять контроль над автомобилем.

На бездорожье недостатки превращаются в достоинства. Жесткая блокировка исключает взаимное проскальзывание колес, поэтому мы можем быть уверенны, что, по крайней мере, одно переднее и одно заднее колесо будут вращаться (при блокировке всей оси – все колеса).

Схема реализации довольно простая. Тяга от двигателя через коробку передач передается к раздаточной коробке. Здесь момент прямо передается на заднюю ось (позиция Н2). Когда активируется режим 4Н, передняя ось жестко подключается к раздаточной коробке (без дифференциала или муфты). С этого момента приводные валы (карданы), идущие на переднюю и заднюю ось, вращаются с одинаковой скоростью. В подавляющем большинстве подобных схем предусмотрен режим 4L – пониженная передача, предназначенная для действительно тяжелых участков.

Жесткое подключение имеет ряд важных особенностей. Здесь нет межосевого дифференциала, который компенсирует разность скоростей передней и задней оси. Поэтому при движении по асфальту или твердым поверхностям с большим коэффициентом сцепления, в трансмиссии возникают огромные напряжения, способные повредить механизмы. На рыхлой поверхности (песок, снег, гравий, грязь и т.п.) такой опасности нет, так как колеса легко проскальзывают. Степень вредного воздействия больше зависит не от скорости, а от траектории — машина движется по прямой или поворачивает. Даже при повороте на низкой скорости возникают огромные напряжения. Поэтому данная схема подходит только для полевых условий.

В то же время, отсутствие в трансмиссии промежуточной электроники и элементов, которые могут перегреваться (как в многодисковой муфте), означает, что вы можете месить грязь часами, не беспокоясь об эффективности привода.

Еще один плюс – долговечность и устойчивость к суровым условиям эксплуатации. Достаточно регулярно менять масло в раздаточной коробке. Даже если внутрь попадет вода, авто сможет довезти вас до дома.

Список автомобилей, использующих простое жесткое подключение полного привода, неуклонно сокращается. В этом нет ничего удивительного, так как желающих купить простой автомобиль с высокими внедорожными способностями становится все меньше.

Чаще всего такой тип привода используется в рамных автомобилях. Например, в пикапах, ориентированных на простоту и низкую стоимость – Nissan Navara, Toyota Hilux, Ford Ranger. В то же время, Mitsibishi L200 и Volkswagen Amarok предоставляют водителю выбор – помимо простых версий с жестким подключением оси предлагаются модификации с центральным дифференциалом.