Текст книги "Автомобиль. 1001 совет"

Трансмиссия

Механизмы трансмиссии автомобиля предназначены для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, при этом крутящий момент может быть изменен по величине, соотношению между ведущими колесами и направлению. Трансмиссии могут быть механическими, электрическими, гидравлическими, комбинированными. На легковых автомобилях применяют механические, на грузовиках и автобусах механические и гидромеханические трансмиссии, на большегрузных автомобилях часто применяют электромеханические трансмиссии.

К агрегатам и узлам трансмиссии относят сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, приводные валы (полуоси).

Механизм сцепления. Сцепление предназначено для передачи крутящего момента двигателя коробке передач, кратковременного отсоединения двигателя от коробки передач и плавного их соединения. Сцепление предохраняет детали двигателя и трансмиссии от повреждений и перегрузок при быстром включении передач и резком торможении; в действие приводится через тросовую тягу от педали сцепления.

Основными деталями механизма сцепления являются ведомый диск, закрепленный на ведущем колесе коробки передач, ведущий (нажимной) диск с пружинами, который жестко прикреплен к маховику коленчатого вала двигателя.

П р и н ц и п р а б о т ы механизма сцепления заключается в следующем. При невыжатой педали сцепления нажимной диск, который называют крышкой сцепления, прижимает через мембранную пружину ведомый диск к маховику, обеспечивая таким образом передачу усилия от двигателя к коробке передач. При выжатой педали сцепления педаль через трос привода воздействует на подшипник выключения сцепления, который передвигается по валу коробки передач и нажимает на рычаги выключения сцепления. Рычаги отводят назад ведущий диск, пружины сжимаются, ведомый диск перестает прижиматься к маховику и передавать крутящий момент от двигателя к ведущему валу коробки. Плавность включения сцепления обеспечивается за счет проскальзывания дисков до момента полного прижатия их друг к другу.

Сцепление с двумя ведомыми дисками отличается от однодискового фрикционного механизма сцепления наличием среднего нажимного диска, который расположен между двумя ведомыми дисками.

На большинстве российских грузовых автомобилей применяют механический привод выключения сцепления, который состоит из педали, возвратной пружины, тяги, валика с рычагом, рычага вилки выключения сцепления, вилки, оттяжной пружины, муфты с упорным шариковым подшипником.

Выключают сцепление путем нажатия на педаль. В этом случае все детали привода приходят во взаимодействие, в результате чего подшипник муфты нажимает на внутренние концы рычагов выключения, отводится нажимной диск, а ведомый диск освобождается от усилия зажимающих пружин. Когда педаль отпускают, сцепление включается: муфта с упорным подшипником занимает исходное положение, освобождая рычаги выключения, и ведущий диск под действием пружин прижимает ведомый диск к маховику.

Коробка передач. Коробка передач служит для изменения силы тяги на ведущих колесах, изменяя крутящий момент, который передается от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса при трогании с места, движении на подъем, разгоне и движении автомобиля задним ходом. Происходит это путем зацепления шестерен с различным числом зубьев.

Кроме того, коробка передач обеспечивает разобщение двигателя и сцепления от других механизмов трансмиссии при переключении коробки в нейтральное положение, например при движении на холостом ходу или во время длительной стоянки. В зависимости от модели автомобиля коробки передач могут быть четырех– и пятиступенчатые.

В общем случае коробка передач состоит из картера, ведущего вала с шестерней, ведомого вала, промежуточного вала, оси шестерни заднего хода, блока передвижных шестерен, механизма переключения передач.

Ведущий, ведомый и промежуточный валы изготавливают из стали и устанавливают на роликовых подшипниках; картер имеет верхнюю и боковую крышки. В нижней стенке картера есть отверстие для слива отработанного масла, а в боковой крышке находится отверстие для заполнения коробки свежим маслом. Картер отливают из чугуна.

В настоящее время на некоторых моделях автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач с автоматизированным переключением на базе микропроцессоров, а также бесступенчатые передачи фрикционного типа. На автомобилях большой грузоподъемности (75 т и выше) применяют электромеханические передачи.

Раздаточная коробка. На автомобилях повышенной проходимости с передним и задним ведущими мостами применяют раздаточные коробки. Раздаточная коробка служит для передачи крутящего момента к ведущим мостам, а также для включения и выключения переднего ведущего моста. Обычно она устанавливается за коробкой передач и соединена с ней карданным валом. В зависимости от назначения раздаточная коробка может выполняться с дополнительной понижающей передачей или без нее. Она может состоять из картера, ведущего моста, промежуточного вала, ведомого вала и вала привода переднего моста.

В раздаточной коробке простого типа без понижающей передачи вал заднего моста постоянно соединен с механизмами привода. Для включения переднего моста имеется зубчатая муфта. При таком включении крутящий момент на ведущих колесах переднего и заднего мостов определяется в соответствии с силами сцепления дорожного покрытия с колесами автомобиля.

Межосевой дифференциал, который устанавливают в более сложных раздаточных коробках, дает возможность вращаться валам привода переднего и заднего мостов с разными угловыми скоростями. Такое вращение устраняет проскальзывание передних колес при повороте, позволяет избежать потерь мощности и экономит топливо. Сбоку раздаточной коробки размещен механизм переключения передач. Он состоит из двух ползунов и вилок, которые приводятся в действие рычагами, размещенными в кабине автомобиля.

Карданная передача. Для передачи крутящего момента механизмам, валы которых не соосны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения из-за неровностей дороги, применяют карданные передачи. Применяют их также и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом, и для привода некоторых вспомогательных механизмов.

Карданная передача состоит из карданных шарниров, основного карданного вала, промежуточного карданного вала, промежуточной опоры. В автомобилях, где главная передача установлена в кузове («Вольво-600»), связь коробки передач и главной передачи осуществляется торсионным валом, а карданные шарниры отсутствуют. На автомобилях российского производства используют жесткие вильчатые шарниры неравных угловых скоростей, асинхронные на игольчатых подшипниках. В приводе к передним ведущим колесам, которые являются управляемыми, применяют шарниры равных угловых скоростей – синхронные. В них вращение от ведущей вилки к ведомой передается через шарики, которые перекатываются по круговым желобам вилок. Для центрирования вилок служит центральный шарик.

Карданная передача на автомобилях повышенной проходимости передает крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке и уже от нее к ведущим мостам. Использование автоматической коробки передач обеспечивает уменьшение расхода топлива, более высокое качество переключения передач и большой выбор режимов езды.

В карданных передачах легковых автомобилей обычно устанавливают упругие полукарданные шарниры. Для компенсации неточности в сборке соединяемых механизмов в случае их установки на недостаточно жестком основании применяют жесткие полукарданные шарниры.

Главная передача. Для увеличения крутящего момента и изменения его направления под прямым углом к продольной оси автомобиля, а также для передачи вращательного движения от карданной передачи к ведущим колесам служит главная передача. Главные передачи могут быть одинарными коническими и двойными. Одинарные главные передачи состоят из одной пары шестерен, двойные – из пары цилиндрических шестерен и пары конических шестерен. Двойные главные передачи устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности для повышения передаваемого крутящего момента.

Простые одинарные конические главные передачи применяют на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. При использовании одинарных передач с гипоидным зацеплением ось ведущей шестерни расположена ниже ведомой, что дает возможность опустить ниже карданную передачу, убрав из салона автомобиля канал расположения карданной передачи, а утолщенная форма основания зубьев шестерен гипоидной передачи повышает их износостойкость и нагрузочную способность. Кроме того, гипоидное зацепление шестерен обеспечивает снижение центра тяжести автомобиля. Ведущая малая коническая шестерня установлена на двух конических и одном цилиндрическом подшипниках. Выполнена она вместе с валом. Ведомая большая коническая шестерня закреплена на коробке дифференциала и вместе с ней установлена на двух конических подшипниках в картере заднего моста. Шестерни со спиральными зубьями применяют для обеспечения бесшумной и плавной работы.

Для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям автомобиля служит дифференциал. Он позволяет вращаться ведущим колесам с различной частотой вращения при поворотах, на неровностях дороги или при различной степени сцепления с дорожным покрытием, например при пробуксовке, когда одно колесо находится на мягком, рыхлом грунте, а другое – на твердом.

Шестеренчатые конические дифференциалы, применяемые на автомобилях, состоят из полуосевых шестерен, сателлитов с крестовиной, коробки дифференциала, ведомой шестерни главной передачи. При движении по бездорожью при повышенной проходимости автомобиля применяют дифференциалы с принудительной блокировкой или самоблокирующиеся дифференциалы. Корпус дифференциала при включении блокировки жестко соединяется с полуосевой шестерней зубчатой муфты, что обеспечивает вращение колес с одной угловой скоростью независимо от сцепления с дорогой. Для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам служат полуоси, которые в зависимости от изгибающей нагрузки могут быть полунагруженными или полуразгруженными. Полностью разгруженные полуоси устанавливаются свободно внутри моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси. Такие полуоси применяют в автобусах, а также на автомобилях средней и большой грузоподъемности. Полуразгруженные полуоси опираются на подшипник, расположенный внутри балки моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси. Их применяют в легковых автомобилях и в задних мостах грузовых автомобилей средней и малой грузоподъемности.

Ведущие мосты. Мосты автомобиля выполняют функции осей, на которых установлены колеса. Мосты автомобиля могут быть ведущими, ведомыми с управляемыми колесами, ведущими с управляемыми колесами, поддерживающими. Ведущий мост в одном агрегате объединяет главную передачу, дифференциал, полуоси, которые располагаются в одном картере ведущего моста. При передаче крутящего момента механизмами ведущего моста его картер испытывает усилия, которые стремятся провернуть мост против вращения колес. От такого проворачивания ведущий мост удерживается подвеской и ее направляющими элементами, которая передает на картер моста осевые усилия, возникающие при движении автомобиля.

У автомобилей повышенной проходимости с двумя осями ведущими являются оба моста, у трехосных автомобилей ведущими могут быть три моста или два задних.

Привод ведущих колес. Для передачи крутящего момента от выходных валов дифференциала к ведущим передним колесам служит привод управляемых ведущих колес. Кроме того, он обеспечивает возможность управления движением автомобиля. На легковых автомобилях привод состоит из двух валов: для правого и левого колес. Каждый из валов имеет наружный и внутренний шарниры равных угловых скоростей. Применение двух шарниров обусловлено использованием независимой подвески передних колес. Внутренние шарниры обеспечивают перемещение колес при вертикальных ходах подвески в зависимости от дорожного покрытия, а наружные обеспечивают перемещение колес при их повороте относительно вертикальной оси для изменения направления движения автомобиля.

Ходовая часть

В ходовую часть автомобиля входят рама, передняя ось (передний мост), задняя ось (задний мост), передняя подвеска, задняя подвеска, ступицы колес, колеса и шины. Основным несущим элементом автомобиля является рама или кузов.

Кузова грузовых автомобилей обычно состоят из кабины водителя и кузова для груза. В зависимости от компоновки автомобиля существуют капотные и бескапотные кабины. На раме кабину закрепляют так, чтобы перекосы рамы не вызвали ее разрушения. На современных грузовых автомобилях крепление кабины водителя выполняется с рессорами и амортизаторами. Кузов грузового автомобиля имеет основание, соединенное с полом. Оно образует платформу, откидные борта и жестко закрепленный передний борт.

Фургоны имеют основание, каркас и облицовку, для которой используют фанеру, пластик, дюралюминий и другие материалы.

Для изготовления кузовов легковых автомобилей применяют рамные и безрамные конструкции. Рамные конструкции обеспечивают лучшую изоляцию кузова от вибрационных нагрузок, безрамные конструкции – наименьшую массу автомобиля. Тип кузова легковых автомобилей определяется объемом функциональных отсеков и конструктивным выполнением. По числу объемов кузова выполняют трехобъемными, двухобъемными и однообъемными.

В трехобъемный кузов входят моторный отсек, салон и багажник, в двухобъемный – моторный отсек и салон, в однообъемный объединены все три функциональных объема. Кузова легковых автомобилей могут быть следующих типов: закрытый, полностью открывающийся и грузопассажирский.

Для установки управляемых колес у грузовых автомобилей служит передний мост (передняя ось). Он передает через подвеску на раму от колес продольные и боковые силы, возникающие при движении автомобиля. Передний мост представляет собой стальную балку двутаврового сечения с отогнутыми вверх концами.

На концах оси к проушинам шкворнями закреплены поворотные цапфы. На их оси через два конических роликовых подшипника устанавливают ступицы колес, которые крепятся гайкой со стопорным шплинтом. Чтобы облегчить управление автомобилем шкворни поворотных цапф имеют продольный и поперечный наклоны, которые позволяют колесам автомобиля занять положение, соответствующее движению по прямой. Для разгрузки наружного подшипника ступицы колеса оси цапф наклонены концами вниз (развал колес).

Чтобы при движении колеса не проскальзывали, их устанавливают с некоторым схождением, т. е. расстояние между колесами спереди должно быть меньше, чем расстояние на ободах сзади. На легковых автомобилях с классической компоновкой трансмиссии с независимой подвеской передний мост образуется короткой балкой, прикрепленной к кузову. Эта балка служит и для крепления двигателя.

Задний мост состоит из картера главной передачи и кожухов полуосей. Он воспринимает на себя и передает через подвеску на раму или кузов автомобиля толкающие усилия от ведущих колес в режиме движения и тормозные усилия при торможении. В автомобилях с тремя мостами картеры среднего и заднего мостов сварены из стальных штампованных элементов, к которым приварены крышки картеров, фланцы крепления главных передач и суппортов тормозных механизмов, цапфы ступиц колес, опоры рессор и кронштейны для крепления реактивных штанг.

На полуоси через два конических роликовых подшипника устанавливают ступицы колес.

Передняя и задняя подвески. Подвеска соединяет колеса с кузовом, смягчает и поглощает удары колес по неровностям дороги, обеспечивает плавность хода и гасит колебания кузова. Подвеска бывает зависимой и независимой. При зависимой подвеске перемещение одного колеса зависит от перемещения другого колеса. При независимой подвеске каждое колесо соединяется с кузовом по отдельности. В качестве упругого элемента, который смягчает соединение кузова и колес, можно использовать листовые рессоры, торсионы и винтовые пружины.

Амортизаторы. Когда колеса автомобиля наезжают на неровности дорожного покрытия, возникают колебания кузова. Для гашения этих колебаний в конструкции подвески предусмотрены жидкостные амортизаторы телескопического типа или иные.

П р и н ц и п р а б о т ы амортизатора основан на сопротивлении протеканию жидкости из одной полости амортизатора через тонкие каналы в другую.

Применяют телескопические амортизаторы двойного действия, которые гасят колебания при сжатии и в ходе отдачи рессор или пружины.

Телескопический амортизатор состоит из кожуха, цилиндра с днищем, поршня со штоком, направляющей втулки с уплотнениями, впускного клапана, клапана сжатия с пружиной, клапана отдачи с пружиной, перепускного клапана. При сжатии пружины происходит сжатие амортизатора, поршень под действием штока перемещается вниз, и жидкость через перепускной клапан перетекает в полость под поршнем. Так как в этой оси находится шток, занимающий определенный объем, и вся жидкость здесь поместиться не может, то часть жидкости из полости под поршнем, преодолевая сопротивление пружины, откроет клапан сжатия и перетечет в полость между кожухом и стенкой цилиндра. Сопротивление перетеканию жидкости, создаваемое клапанами и каналами, обеспечивает нужное при сжатии сопротивление.

При отдаче рессоры или пружины амортизатор растягивается, и в полости над поршнем создается давление, под действием которого перепускной клапан закрывается и в поршне открывается клапан отдачи, часть жидкости поступает в полость под поршнем. Кроме того, часть жидкости из резервуара поступает в ту же полость через впускной клапан. При ходе отдачи сопротивление перетеканию жидкости в 2–3 раза больше, чем при сжатии. Достигается это путем подбора сечения отверстий клапанов и силы сжатия их пружин. Амортизаторы для передней и задней подвесок могут отличаться ходом и длиной штоков и креплением амортизатора к деталям кузова и подвески.

Колеса и шины. Конструкция, состоящая из обода и соединительного диска с деталями крепления, называется колесом. На колесо монтируют шину и затем закрепляют его на ступице. Колеса передают нагрузку от массы автомобиля к дороге, участвуют в создании и направлении движения, обеспечивают контакт с дорожным покрытием. По размерам, конструкции обода и жесткости колесо должно соответствовать применяемой шине, должно быть прочным, долговечным, удобным при сборке и разборке шины, надежно крепится к ступице.

Колеса могут быть ведущими, управляемыми, поддерживающими, комбинированными.

Ведущие колеса преобразуют крутящий момент от трансмиссии в силу тяги, вследствие чего возникает поступательное движение автомобиля. Управляемые колеса воспринимают усилия от кузова и с помощью рулевого управления задают направление движения. Поддерживающие колеса создают опору качения для задней части кузова или рамы и преобразуют толкающие усилия в качение колес. Комбинированные колеса выполняют функции ведущих и управляемых колес одновременно.

По конструкции обода и его соединению со ступицей колеса могут быть дисковыми и бездисковыми. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса. Бездисковые колеса применяют на автобусах и большегрузных автомобилях. На автомобилях повышенной проходимости используют дисковые колеса с разъемным ободом. Типовая конструкция колеса для автомобилей грузоподъемностью до 1,5 т выполняется неразъемной, сварной из двух частей – обода и диска. Диски изготавливают сплошными, с ребрами, с вырезами. Вырезы делают для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Обод состоит из боковых упоров для бортов шины (закраин), полок – посадочных мест, бортов шины для передачи сил в окружном направлении и ручья для облегчения монтажа шины. Расстояние между закраинами равняется ширине обода.

Из-за удобства компоновки тормозного механизма преимущественное распространение имеет обод со смещением ручья. Дисковые колеса с разборным ободом и распорным кольцом, которое прижимает борт шины к закраинам обода, применяют для шин с регулируемым давлением воздуха, бездисковые колеса – для крупногабаритных шин.

Крепление колеса должно обеспечивать точность центрирования колес, возможность контроля состояния крепления, стабильность затяжки, надежность, простоту установки и снятия колеса. Дисковые колеса к фланцу ступицы крепятся гайками на болтах или запрессованными в ее фланец шпильками.

Центрируют крепление колес по сферическим или коническим фаскам крепежных отверстий, центральному отверстию диска и цилиндрической поверхности крепежных отверстий диска.

Балансировка колес. В процессе балансировки устраняют неуравновешенность колеса. Разбалансировка шин проявляется в вибрации и подпрыгивании автомобиля, ухудшении комфортабельности, возрастании расхода топлива, сокращении срока службы шин, амортизаторов, рулевого управления. Влияние этих отрицательных явлений возрастает с ростом скорости движения автомобиля.

Шины. Шина состоит из каркаса, брекера, протектора, боковин, вентиля, камеры или герметизирующего слоя, ободной ленты. Камерные и бескамерные шины, смонтированные на ободе, должны быть герметичными и обеспечивать заданную стабильноть внутреннего давления по времени; сцепление шин с покрытием дороги должно быть достаточным, а сопротивление качению – минимальным; шина должна обеспечивать низкую удельную нагрузку в контакте с дорогой; биение шин не должно превышать допустимых значений по типам шин, а уровень шума при движении должен быть в пределах допустимого; шина должна быть удобной для сборки и разборки; она должна обладать достаточной прочностью, противостоять проколам и другим видам повреждений, быть долговечной; рисунок протектора шины должен соответствовать дорожному покрытию.

Шины классифицируют по назначению (для легковых, грузовых автомобилей, для автомобилей высокой проходимости); по способу герметизации (камерные, бескамерные); по профилю (обычного профиля, низкопрофильные, широкопрофильные, пневмокаток, арочные, сверхнизкопрофильные); по размерам (крупногабаритные, среднегабаритные, малогабаритные); по конструкции (диагональные, радиальные, со съемным протектором в каркасе, бескаркасные, с регулируемым давлением).

Важное значение для шин имеет срок службы, надежность, малое сопротивление качению, безопасность, экономичность, обеспечение оптимального диаметра при заданной грузоподъемности, комфортабельности. Пневматические радиальные и диагональные шины на каждой покрышке носят маркировку, которая включает товарный знак предприятия-изготовителя, обозначение шины, модель.

В настоящее время разрабатывают, совершенствуют и применяют бескамерные радиальные шины. Для бескамерных шин требуется специальный глубокий обод, который обеспечивает полное уплотнение при простоте сборки. Если устанавливают шины с регулируемым давлением, автомобиль должен быть оснащен устройством для подвода к шине воздуха на стоянке и на ходу. Это устройство использует сжатый воздух от компрессора тормозной системы.