Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий
Вопрос 11. Назначение трансмиссии грузовых и легковых автомобилей. Их компоновочные схемы.
Ответ 11. Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Крутящий момент изменяется как по величине, так и по направлению, и так же распределяется в определенном соотношении между ведущими колесами.
Крутящий момент, воспринимаемый ведущими колесами, зависит от передаточного числа трансмиссии, которое равно отношению угловой скорости коленчатого вала к угловой скорости ведущих колес:
.
Передаточное число трансмиссии выбирается в зависимости от назначения автомобиля, параметров движения и требуемых динамических характеристик автомобиля.
По способу передачи крутящего момента трансмиссии подразделяются на механические, гидравлические, электрические, гидро- и электромеханические. Схема трансмиссии автомобиля определяется общей его компоновкой: размещением двигателя, числом и расположением ведущих мостов, видом трансмиссий. Автомобили с механической трансмиссией с передним расположением двигателя и колесной формулой 42 могут быть как передне- так и заднеприводными. Двигатель, сцепление и коробки перемены передач (КПП) расположены у них в одном блоке и образуют силовой агрегат. У заднеприводных крутящий момент от КПП передается с помощью карданной передачи, имеющей шарниры неравных угловых скоростей, редуктору заднего ведущего моста. Переднеприводные имеют ведущий передний мост и управляемые колеса. Крутящий момент в них передается с помощью валов с шарнирами равных угловых скоростей. Трансмиссия автомобилей с передним и задним ведущими мостами и колесной формулой 44 включает в себя раздаточную коробку, которая через промежуточные карданные валы передает крутящий момент мостам. С помощью раздаточной коробки включается и отключается передний мост, а так же дополнительная понижающая передача, позволяющая увеличить крутящий момент на всех ведущих колесах автомобиля. Механическая трансмиссия трехосных автомобилей, имеющих колесную формулу 66, оборудуют раздаточной коробкой и дополнительными карданными валами. Каждая пара колес имеет главную передачу, дифференциал и полуоси. Крутящий момент может передаваться от среднего к заднему ведущему мосту через проходной карданный вал и межосевой дифференциал. Также крутящий момент может передаваться к каждому ведущему мосту карданными передачами раздельно от раздаточной коробки (непроходной карданный вал). В гидромеханических трансмиссиях предусмотрено в едином блоке двигатель и гидромеханическая КПП, крутящий момент от которой передается ведущим колесам как и в механической трансмиссии. Электромеханическая трансмиссия включает в себя дизельный двигатель, приводящий в действие генератор постоянного тока. Электроэнергия от генератора постоянного тока передается электродвигателям колес, монтирующихся в ободе колеса совместно с понижающим редуктором (электромотор-колесо).
Вопрос 12. Назначение сцеплений и карданных передач. Их компоновочные решения.
Ответ 12. Сцепление автомобиля служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и их плавного соединения во время переключения передач и трогания автомобиля с места.
Наибольшее распространение получили сцепления фрикционного типа, подразделяющиеся на одно-, двух- и многодисковые. Однодисковые сцепления просты по конструкции, надежны в работе и повышают срок службы шестерен коробки перемены передач. Их недостатком является увеличение размеров дисков сцепления или число нажимных пружин при передаче увеличенного крутящего момента. Вследствие этого увеличиваются размеры сцепления и усилие для его выключения. Двухдисковые сцепления используются в большегрузных автомобилях для передачи увеличенного, по сравнению с однодисковыми, крутящего момента. Многодисковые сцепления устанавливаются в большегрузных автомобилях, имеющих планетарную коробку перемены передач. Механизм сцепления крепится на маховике двигателя, закрыт картером сцепления и состоит из основных частей:
ведущего нажимного диска в однодисковом сцеплении; в двухдисковом – ведущего (среднего) и нажимного дисков;
ведомых частей: ведомого диска (или двух в двухдисковом сцеплении) с фрикционными накладками и гасителями крутильных колебаний, ведомого вала сцепления (первичного вала КПП);
деталей механизма нажимного устройства – периферийно расположенных цилиндрических пружин или центральной мембранной пружины;
деталей механизма выключения – отжимные рычаги или мембранная пружина и муфта выключения сцепления с подшипником в сборе.
Управление сцеплением осуществляется при помощи механизма выключения, привод которого может быть механическим или гидравлическим. Для обеспечения выключения механического сцепления иногда в него встраивают вакуумный или пневматический усилители (МАЗ-5335, ВАЗ, КамАЗ, Урал-4320).
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от ведомого вала КПП или раздаточной коробки передач к ведущим мостам автомобиля при вертикальном перемещении мостов относительно рамы или кузова. То есть при движении автомобиля изменяется угол расположения оси карданного вала относительно горизонтали.
Карданная передача состоит из карданного вала, шарниров и промежуточной опоры. При движении автомобиля, в результате вертикального перемещения заднего моста, расстояние между КПП и задним мостом изменяется, что ведет к укорочению или удлинению карданного вала. Поэтому одну из вилок карданной передачи устанавливают на шлицах для компенсации изменения длины карданного вала.
В трансмиссии автомобилей применяют жесткие карданные шарниры равных или неравных угловых скоростей, а так же мягкие карданные шарниры неравных угловых скоростей, имеющих упругий элемент в виде эластичной муфты (легковые автомобили).
Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из ведущей и ведомой вилок, соединенных между собой крестовиной, на шипы которой устанавливаются игольчатые роликовые подшипники. Крутящий момент от одной карданной вилки к другой передается через крестовину.
При равномерном вращении ведущей вилки угловая скорость ведомой за один оборот кардана изменяется два раза, т.е. увеличивается и уменьшается. Для устранения неравномерности вращения в карданной передаче используются два шарнира неравных угловых скоростей. При этом вилки, расположенные на противоположных концах карданного вала, должны лежать в одной плоскости. Тогда неравномерность, вызываемая одним карданным шарниром, компенсируется неравномерностью другого. При двух карданных шарнирах угол между осями валов не должен быть менее 1о из-за опасности «бринеллирования» и не более 23о.
У автомобилей с передними ведущими управляемыми колесами угол между осями валов может достигать 40о. Поэтому в таких передачах применяют шарниры равных угловых скоростей (шариковые или кулачковые), обеспечивающие одновременно передачу крутящего момента, равномерное вращение ведомого вала и поворот управляемых колес.
Шариковый карданный шарнир (ВАЗ-2108(09), УАЗ-469) состоит из двух фасонных кулаков, с овальными канавками внутри, в которые закладываются ведущие шарики. Для центрирования вилок на их внутренних торцах имеются сферические впадины, в которые закладываются центрирующие шарики.
Кулачковый карданный шарнир (Урал-375) состоит из двух вилок в которые устанавливаются кулаки, имеющие внутри сферические пазы, в которые устанавливается стальной диск, передающий вращение от одной вилки к другой.
Для повышения равномерности вращения и снижения вибрации карданные валы динамически сбалансированы. Дисбаланс валов устраняют приваркой к его трубе балансировочных пластин определенной массы.