В любом автомобиле, имеющем привод на четыре колеса, независимо от расположения двигателя, необходимо разделить крутящий момент , получаемый на ведомом вале коробки передач , на два направления и передать один к переднему мосту, а другой к заднему. Кроме того, требуются две главные передачи : одна для привода передних колес, а другая задних соответственно.
Схема поворота полноприводного автомобиля
:
R1, R2 - радиусы поворотов внутреннего и наружного управляемых колес
При движении автомобиля по криволинейной траектории каждое из четырех колес автомобиля проходит различный путь. Следовательно, каждое колесо совершает при повороте разное число оборотов.
То же самое происходит при прямолинейном движении автомобиля, если диаметры колес отличаются (различный износ шин, разное давление в шинах). Для уменьшения неизбежных потерь при движении автомобиля необходимо применять дифференциал . Автомобиль с четырьмя ведущими колесами должен иметь три дифференциала, по одному между колесами передней и задней осей (межколесные дифференциалы
) и один между осями автомобиля (межосевой дифференциал
). Межколесные дифференциалы симметричные, т. е. они делят крутящий момент между колесами поровну, а межосевые дифференциалы могут быть как симметричными, так и несимметричными. В некоторых конструкциях трансмиссий с приводом на четыре колеса встречаются устройства, которые изменяют распределение крутящего момента между осями автомобиля в зависимости от условий движения. Иногда в полноприводных трансмиссиях с подключаемым вручную приводом с целью удешевления конструкции отказываются от межосевого дифференциала, но в этом случае полный привод используется только на скользких дорогах и бездорожье и не допускается при движении автомобиля по дороге с хорошим покрытием.
Схемы полноприводных трансмиссий
:
а - с раздаточной коробкой (полный привод, подключаемый водителем);
б - полный привод, подключаемый автоматически вискомуфтой;
в - c постоянным полным приводом;
1 - раздаточная коробка;
2 - межколесный дифференциал;
3 - вискомуфта;
4 - межосевой дифференциал
На рисунке показаны наиболее типичные схемы полноприводных трансмиссий.
Раздаточная коробка автомобиля ВАЗ-21213 «Нива»
:
1 - фланец ведущего вала;
2 - передняя крышка;
3 - сальник ведущего вала;
4 - упорное кольцо подшипника;
5 - передний подшипник ведущего вала;
6 - шестерня высшей передачи;
7 - муфта переключения передач;
8 - картер раздаточной коробки;
9 - шестерня низшей передачи;
10 - задний подшипник ведущего вала;
11 - установочное кольцо заднего подшипника ведущего вала;
12 - ведущий вал;
13 - втулка;
14 - ступица;
15 - задняя крышка;
16 - задний подшипник промежуточного вала;
17 - промежуточный вал;
18 - подшипник вала привода
заднего моста;
19 - задний подшипник дифференциала;
20 - фланец;
21 - сальник вала привода заднего моста;
22 - задний корпус дифференциала;
23 - опорная шайба шестерни;
24 - шестерня привода заднего моста;
25 - ось сателлитов;
26 - стопорное кольцо;
27 - пружинная шайба;
28 - кронштейн подвески;
29 - упорная шайба сателлита;
30 - картер привода переднего моста;
31 - сателлит;
32 - ведомая шестерня дифференциала;
33 - передний корпус дифференциала;
34 - стопорное кольцо;
35 - пружинная шайба;
36 - передний подшипник корпуса дифференциала;
37 - муфта блокировки дифференциала;
38 - установочное кольцо переднего подшипника дифференциала;
39 - маслоотражатель;
40 - сальник вала привода переднего моста;
41 - подшипник вала привода переднего моста;
42 - фланец вала привода переднего моста;
43 - вал привода переднего моста;
44 - пробка слива масла;
45 - ведомая шестерня привода спидометра;
46 - роликовый подшипник промежуточного вала;
47 - заливная пробка;
48 - ведущая шестерня привода спидометра
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 передается на выходные валы. Выходной вал привода задних колес располагается на одной оси с входным валом раздаточной коробки и соединяется карданной передачей с главной передачей задней оси. Другой выходной вал соединен карданной передачей с главной передачей передней оси. Выходные валы раздаточной коробки связаны между собой цилиндрическими шестернями или чаще цепной передачей с зубчатой цепью Морзе. Внутри раздаточной коробки размещается межосевой дифференциал и может располагаться понижающая передача.
У полноприводного автомобиля Mercedes-Benz 4-matic S-класса трансмиссия и двигатель практически составляют одно целое
В трансмиссии полноприводного автомобиля без раздаточной коробки используются коробки передач специальной конструкции.
Полноприводные версии легковых автомобилей, которые не предназначены для движения по бездорожью, имеют в своей основе стандартную версию легкового автомобиля. Некоторые легковые автомобили выпускаются только в полноприводном варианте и не имеют аналогов с приводом на одну ось. Примером могут послужить многие автомобили Subaru или автомобиль Jaguar типа Х . Наиболее просто переоборудовать в полноприводный вариант переднеприводный автомобиль с продольным расположением двигателя и коробки передач (большинство автомобилей Audi). В таком варианте крутящий момент к задней оси поступает от коробки передач через карданную передачу. Задняя ось дополняется главной передачей, а межосевой дифференциал устанавливается в картере коробки передач.
Автоматическая трансмиссия автомобиля Audi Quattro
:
1 - дифференциал переднего моста;
2 - ведомая шестерня главной передачи;
3 - ведущая шестерня главной передачи;
4 - кожух вала;
5 - вал привода переднего моста;
6 - ведомая шестерня привода переднего моста;
7 - масляный насос раздаточной коробки;
8 - турбинное колесо;
9 - реактор;
10 - насосное колесо;
11 - масляный насос;
12, 14 - планетарные передачи;
13 - фрикционные муфты (фрикционы);
15 - вторичный вал;
16 - ведущая шестерня раздаточной коробки;
17 - сапун;
18 - межосевой дифференциал повышенного трения (типа Torsen);
19 - вал привода заднего моста;
20 - ведомая шестерня раздаточной коробки;
21 - ведущая шестерня привода переднего моста;
22 - пробка масляного фильтра;
23 - блок управления;
24 - маслозаборник;
25 - картер гидротрансформатора
Если базовый автомобиль имеет привод только на задние колеса, а двигатель расположен спереди, при его переоборудовании в полноприводный вариант не обойтись без раздаточной коробки с межосевым дифференциалом, которая может быть объединена с коробкой
передач. В таких автомобилях обычно используют несимметричное распределение крутящего момента, большая часть которого передается на заднюю ось. Главная передача при независимой подвеске передних колес крепится к кузову.
Переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя гораздо труднее переделать в полноприводный вариант. Обычно картер главной передачи располагают за двигателем и используют карданную передачу, соединяющую переднюю главную передачу с дополнительной главной передачей задней оси.
Полноприводные версии автомобилей с задним расположением двигателя (Porshe Carrera) в полноприводном варианте имеют трансмиссию, сходную с первым вариантом, но в зеркальном отображении.
Обеспечение привода на все колеса для автомобиля с центральным расположением двигателя представляет собой довольно трудную задачу, и поэтому такие компоновочные схемы встречаются редко.
Выбирая себе машину, довольно часто можно наткнуться на переднеприводные автомобили, например, ВАЗ. Каковы же особенности данной конструкции, какие еще фирмы отдают ей предпочтение и почему?
Первый переднеприводный автомобиль и современные представители
В таком авто крутящий момент, который создается движком, передается на передние колеса, другими словами, они являются ведущими. На сегодняшний день практически каждый производитель имеет в своем списке авто с таким устройством: это Mercedes , Audi , Renault , Skoda , Citroen , Volkswagen , Peugeot , Toyota , в общем, этот перечень можно продолжать очень долго. И все эти автомобили нам хорошо знакомы и ежедневно встречаются на улицах города.
Первый переднеприводный автомобиль был создан еще в 1897 году братьями Грэф. Данный эффект достигался за счет самых обыкновенных карданных шарниров, которые располагались на каждой оси. Это был первый пробный вариант, далее свое развитие такой тип привода обрел уже в 1920 году в США при сборке гоночных автомобилей.
Сегодня самым мощным переднеприводным автомобилем, имеющим серийное производство, смело можно назвать Ford Focus . Его мощность достигает 305 л.с., а крутящий момент целых 440 Нм.
Как устроена трансмиссия переднеприводного автомобиля?
Трансмиссия переднеприводного автомобиля состоит из следующих основных частей: , которая обеспечивает перераспределение и передачу крутящего момента и мощности к колесам; сцепления, благодаря которому отсутствует либо возникает связь между КП и непосредственно двигателем; и приводных валов.
Одним из важнейших элементов трансмиссии является дифференциал переднеприводного автомобиля, который расположен в КПП вместе с главной передачей. Он необходим, для того чтобы изменять, предавать и распределять крутящие моменты между потребителями, а также в случае необходимости обеспечить их вращение с различными угловыми скоростями.
Кроме того, отличительной особенностью устройства данных авто является и наличие шарниров равных угловых скоростей, посредством которых обеспечивается передача крутящего момента к передним колесам от дифференциала
. Чаще всего, используется четыре шарнира, два внутренних, прикрепленных к дифференциалу, и два внешних, расположенных на колесах. Между данными ШРУСами находятся приводные валы.
Переднеприводные автомобили – особенности поведения
К главным преимуществам таких машин можно отнести следующие факты :
- устройство переднеприводного автомобиля предполагает отсутствие карданного вала, что значительно увеличивает используемую площадь салона;
- себестоимость производства значительно ниже, чем в случае с классической компоновкой;
- небольшое количество узлов привода самым наилучшим образом сказывается на потерях энергии и его надежности;
- более эффективное торможение.
Но, несмотря на столь явные преимущества , стоит отметить и некоторые недостатки :
- прохождение поворотов на переднеприводном автомобиле может быть несколько затрудненно, так как углы поворотов колес ограничиваются шарнирами;
- резкий разгон может привести к пробуксовке колес, при этом тяга движка реализуется в значительно меньшей степени, чем у задне- и полноприводных авто;
- возможен занос задней оси переднеприводного автомобиля во время гололеда, а также при мокром дорожном покрытии, хотя выровнять ее все же легче, чем у заднеприводного;
- в некоторых условиях во время добавления газа на руль может передаваться реактивное усилие, конечно же, из рук он не вырвется, однако дергаться будет довольно сильно;
- малое сцепное усилие ведущих колес не самым лучшим образом влияет на проходимость, особенно на подъемах. В этом случае первыми застревают именно передние колеса, и тогда авто становится совершенно беспомощным. Владельцы же
Трансмиссия - это вспомогательное дополнение двигателю, без которого нормальная эксплуатация автомобиля абсолютно не возможна. В этой статье мы расскажем вам об устройстве и принципе действия трансмиссионной части автомобиля и раскроем их виды.
Для чего необходима трансмиссия в автомобиле?
Независимо от марки и модели автомобиля, в ней имеет трансмиссионная часть. В ее состав входит коробка передач, сцепление, ШРУС или карданный вал. Вращающий момент с коленчатого вала двигателя передается на маховик. Он имеет зацепление со специальным диском, находящимся в корзине. Этот узел получил название - сцепление. Система сцепления обеспечивает плавное включение и отключение передач и передает крутящий момент на первичный вал коробки передач. Последняя приводит в движение ШРУС или карданный вал, механизмы которых раскручивают колеса.
Трансмиссия обеспечивает постоянство оборотов на разной скорости автомобиля, что уменьшает износ двигателя, поддерживает нормальную температуру и снижает расход топлива при движении на большой скорости. Низкая частота оборотов достигается путем применения нескольких передаточных пар, переключение которых возможно прямо во время движения.
Трансмиссия автомобиля может быть автоматической или механической. Они имеют разный принцип действия и систему сцепления.
Механическая коробка передач получила свое название за счет ручного переключения передач. Передачей в МКПП называют пару шестерен, находящихся во взаимодействии и образующих определенное передаточное число. По-другому, передачи называют ступенями.
В состав механической коробки передач входят следующие элементы. Первичный вал - принимает крутящий момент со сцепления и имеет такую же угловую скорость вращения, что и маховик двигателя. Промежуточный вал - осуществляет передачу вращения на вторичный вал. Имеет блок шестерен, которые находятся в зацепление с первичным валом, и блок шестерен на другом конце, имеющий зацепление с вторичным валом. Промежуточный вал располагается ниже первичного и вторичного вала параллельно им. Вторичный вал - располагается на одной оси с первичным и принимают вращающий момент с уже другим передаточным числом от промежуточного. Далее, вторичный вал передает вращающий момент либо на ШРУС (переднеприводный автомобиль), либо на карданный вал (заднеприводный автомобиль). В автомобилях с переднеприводной компоновкой применяются, также, и двухвальные КПП.
Переключение передач осуществляется рукояткой в салоне водителя. Изменение передаточного числа осуществляется с помощью синхронизаторов (или муфт свободного хода), которые передвигаются по оси промежуточного вала.
Автоматическая трансмиссия
Она представлена , где переключение ступеней осуществляется без участия водителя, для обеспечения более комфортного и удобного управления автомобилем. Передача вращающего момента осуществляется с помощью гидротрансформатора - это более «мягкая» альтернатива сцеплению, имеющая в своем составе заполненную маслом турбину для плавного переключения передач и начала движения.
Видео - Принцип работы трансмиссии
- передается с ведомой турбины гидротрансформатора на первый вал коробки передач. Изменение передаточного числа осуществляется при помощи системы шестерней, управляют которыми специальные фрикционные муфты. Чтобы избежать ударов при переключении, в конструкции предусмотрены обгонные муфты с возможностью проскальзывания при вращении в обратную сторону.
- За осуществление автоматического переключения ступеней отвечает гидравлический исполнительный кольцевой цилиндр. Гидравлический привод приводит в действие определенную секцию фрикционов, которые включают требуемую передачу.
- Давление масла в АКПП поддерживается при помощи специальных соленоидов. При выборе режима работы, в электронный блок управления поступает соответствующий сигнал, который активирует нужную программу. Она, в свою очередь, открывает нужные для работы клапана.
Вот так работает автоматическая коробка переключения передач.
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.
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.
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.
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.
Не утихают споры в водительском соозабществе о том, передний привод автомобиля лучше или задний. Каждый приводит свои доводы. Но никто в здравом уме не станет отрицать, что без наличия положительных качеств в каком бы то ни было устройстве, ни один производитель не станет производить это себе в убыток. Нам же остается только разобраться во всем плюсах и минусах переднего привода у автомобиля.
Привод передних колес.
Начнем с устройства трансмиссии переднеприводной машины и истории ее появления. При переднеприводной конструкции крутящий момент от двигателя передается на передние колеса. Такой тип привода автомобиля или, в английской транскрипции, FWD (Front Wheel Drive) стал применяться массово в машинах несколько позднее заднего. В 1929 году его стал использовать в серийном производстве автомобиля Карл Ван Ранст «Cord L29». В 70-е и 80-е годы наблюдается резкий рост производства переднеприводных машин. Сегодня их количество значительно превышает выпуск заднеприводных моделей. Это, в основном, массовые и не дорогие модели автомобилей. В зависимости от типа установки двигателя, различают следующие компоновки автомобилей с передним приводом : продольная установка двигателя перед осью, продольная установка двигателя за осью, продольная установка двигателя над осью, поперечная установка двигателя перед осью, поперечная установка двигателя за осью, поперечная установка двигателя над осью.
Устройство переднего привода автомобиля.
Выделяют три типа компоновки силового агрегата при переднем приводе :
- Последовательная компоновка, при которой двигатель, главная передача и коробка передач размещены друг за другом на одной оси;
- При параллельной компоновка двигатель и трансмиссия расположены на параллельных друг другу осях на одном уровне по высоте;
- Последний тип - «этажная» компоновка — двигатель расположен над трансмиссией.
Современные технологии позволяют практически уравнять передне- и заднеприводные автомобили с точки зрения потребительских качеств, безопасности и управляемости, но мы все-таки разберем преимущества и недостатки переднеприводных автомобилей. Итак, о преимуществах:
- переднеприводные автомобили , как правило, более компактны, их сборка менее затратная, следовательно, они более экономичны и дешевы;
- в связи с тем, что передние ведущие колеса нагружены достаточно сильно за счет двигателя, проходимость у переднеприводного автомобиля в большинстве случаев значительно лучше, чем у машины с задним приводом ;
- при недостаточном опыте вождения, переднеприводный автомобиль легче освоить, особенно при парковке в зимнее время, так как его ведущие колеса направляют автомобиль более точно к месту стоянки;
- вырабатываемая двигателем энергия используется при повороте с большим КПД, так как передние приводящие колеса поворачиваются, а не движутся по касательной;
- в салоне нет необходимости размещать карданный тоннель, из-за отсутствия в конструкции кардана, в связи с чем увеличивается объем кабины.
Однако, не смотря на большое количество положительных моментов, автомобили с передним приводом обладают и достаточным количеством недостатков, а именно:
- у них плохая, в сравнении с задним приводом, маневренность в поворотах из-за ограниченности угла шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС);
- по причине одновременного выполнения передними колесами двух функций - тяги и поворота, задние колеса просто «тащатся» за ними, что приводит к недостаточно «острой» управляемости;
- двигатель жестко закреплен с кузовом автомобиля, а это приводит к передаче вибраций от силового агрегата на кузов;
- при разгоне машины на ее рулевое колесо передается реактивное усилие;
- из-за перераспределения при старте нагрузки назад, передние колеса разгружаются, что приводит к пробуксовке автомобиля;
- для переднеприводного автомобиля действует ограничение по мощности. При установке двигателя мощнее 200 л.с. значительно увеличивается нагрузка на узлы ходовой части, что приводит к плохой управляемости машины.
Все сказанное выше говорит о том, что прежде чем начать управлять переднеприводным автомобилем , нужно досконально изучить теорию, по возможности с опытным инструктором. Особо внимательным нужно быть при вождении по скользкой дороге и помнить, что выход из заноса на заднеприводных и переднеприводных машинах отличаются кардинальным образом.
