Характер изменения передаваемого крутящего момента в разных типах трансмиссий различен (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Графики изменения крутящего момента в трансмиссиях:

а - ступенчатой; б- бесступенчатой, в - гидромеханической;  

I- IV - ступени скоростей; Мк - 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.

Требования, предъявляемые к трансмиссиям: - обеспечение тяговых качеств и скоростных характеристик машины; - простота и лёгкость управления, исключающие утомляемость водителя; - высокая надёжность работы в течение длительного периода эксплуатации; - малые масса и габаритные размеры агрегатов; - высокий коэффициент полезного действия (КПД); - простота в производстве, обслуживании и ремонте машины.

Механические ступенчатые трансмиссии простые и планетарные применяются при мощности силовой установки до 150 кВт. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. В механических ступенчатых трансмиссиях передаваемый от двигателя к ведущим колесам крутящий момент изменяется ступенчато в соответствии с передаточным числом трансмиссии (рис. 4.3, а).

Рис. 4.4. Схемы механических трансмиссий автомобилей с различными колесными формулами: а – в - 4 x 2; г - 4 x 4; д - 6 x 4; е - 6 x 6; ж - 8 x 8;

1 - 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;  11- межосевой дифференциал

Для легковых автомобилей такое взаимное расположение двигателя и механизмов трансмиссии обеспечивает равномерное распределение 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. 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 1 сзади  (рис. 4.4, б) или передние ведущие колеса и двигатель 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 (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 (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 между ведущими мостами автомобиля. Передний ведущий мост имеет главную передачу, дифференциал и привод колес в виде карданных передач с шарнирами 9 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) крутящий момент к среднему и заднему ведущим мостам может подводиться и раздельно — двумя валами. В раздаточной коробке этих автомобилей имеется специальное устройство для включения привода переднего моста или межосевой дифференциал 11, распределяющий крутящий момент между ведущими мостами. Автомобили с колесной формулой 8x8 обычно имеют потележечное расположение ведущих мостов, при котором сближены 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 таких автомобилей имеет два сцепления 2, две коробки передач 3 и две раздаточные коробки 10 с межосевыми дифференциалами 11. При этом автомобиль может двигаться при одном работающем двигателе. По сравнению с другими типами трансмиссий механические трансмиссии проще по конструкции, имеют меньшую массу, более экономичны, надежнее в работе и имеют высокий КПД, равный 0,8 ÷ 0,95. Недостатком их является разрыв потока мощности при переключении передач, что снижает тягово-скоростные свойства и ухудшает проходимость автомобиля. Кроме того, правильность выбора передачи и момента переключения передач зависит от квалификации водителя, а частые переключения передач в условиях города приводят к сильной утомляемости водителя. Механические трансмиссии также не обеспечивают полного использования мощности двигателя и простоты управления автомобилем.

Гидромеханические трансмиссии применяются при мощности силовой установки от 150 до 500 кВт; имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят согласующий редуктор и гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор) (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема гидротрансформатора: 1 - блокировочная муфта; 2 - турбинное колесо;

3 - насосное колесо; 4 - реакторное колесо; 5 - механизм свободного хода

Гидротрансформатор был изобретен немецким профессором Феттингером в 1905г. Простейший гидротрансформатор выполнен в виде камеры тороидальной формы и включает в себя три лопастных колеса: насосное, вал которого соединен с коленчатым валом двигателя; турбинное, соединенное с трансмиссией, и реактор, установленный в корпусе гидротрансформатора. Гидротрансформатор заполняется специальной жидкостью. Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеканию жидкости препятствует специальное уплотнение. При вращении коленчатого вала двигателя вращается насосное колесо, которое перемещает жидкость, находящуюся между его лопастями. Жидкость не только вращается относительно оси гидротрансформатора, но и за счет воздействия на нее центробежных сил перемещается вдоль лопастей насосного колеса по направлению от входа к выходу, что сопровождается увеличением кинетической энергии потока. На выходе из насосного колеса поток жидкости попадает на турбинное колесо, оказывая силовое воздействие на его лопасти. Затем поток попадает в реактор, пройдя который возвращается к входу в насосное колесо. Таким образом, жидкость постоянно перемещается по замкнутому кругу циркуляции, образованному проточными частями всех трех лопастных колес, и находится с ними в силовом взаимодействии. При этом насос передает энергию двигателя потоку, а тот, в свою очередь, - турбине. Если бы между насосным и турбинным колесами отсутствовал реактор, то такая конструкция (гидромуфта) осуществляла бы перенос энергии от двигателя к трансмиссии гидравлическим способом, без возможности изменения крутящего момента. Расположенный между колесами гидротрансформатора неподвижный реактор имеет лопасти специального профиля, которые изменяют направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса, и направляют его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент. Любой гидротрансформатор характеризуется определенным КПД, передаточным отношением, которое показывает соотношение угловых скоростей его колес, и коэффициентом трансформации, показывающим, во сколько раз увеличивается значение крутящего момента. Максимальный коэффициент трансформации зависит от конструкции гидротрансформатора и может составлять до 2,4 (при неподвижном турбинном колесе). При увеличении частоты вращения вала двигателя увеличивается угловая скорость насосного и турбинного колес, а увеличение крутящего момента в гидротрансформаторе плавно уменьшается. Когда угловая скорость турбинного колеса приближается к угловой скорости насосного, поток жидкости, поступающей на лопасти реактора, изменяет свое направление на противоположное. Для того чтобы реактор на этом режиме не создавал помех потоку жидкости, его устанавливают на муфте свободного хода и он начинает свободно вращаться (гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты), что позволяет, в свою очередь, снизить потери. Такие гидротрансформаторы называют комплексными. КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значение КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, в возможности автоматизации переключения передач и облегчения управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии. Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД гидротрансформатора. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения.

Электрические трансмиссии применяются при мощности силовых установок свыше 500 кВт. Состоят из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электрической трансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы. Недостатками, препятствующими широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий. Такие трансмиссии применяются на тракторах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах и военной технике. Опытные образцы тракторов с электромеханической трансмиссией в различное время были выпущены различными фирмами-производителями, но серийными являются только тракторы ДЭТ-250 и ДЭТ-320 производства Челябинского тракторного завода.

Гидравлические трансмиссии в транспортной технике встречаются весьма редко. Однако для привода рабочего оборудования в дорожно-строительной технике гидрообъёмные трансмиссии применяются широко. Гидрообъемные трансмиссии (ГОТ) (рис. 4.6) состоят из гидравлического бака Б, гидронасоса Н, вращаемого двигателем, гидравлического цилиндра поступательного действия или гидродвигателя Ц, приводящих ходовую часть или исполнительный механизм. Для управления потоком жидкости в системе необходим распределитель Р. Жесткой механической связи между силовой установкой и исполнительными механизмами нет. Достоинство гидрообъемных трансмиссий: регулирование скорости, компактность, возможность встраивания гидродвигателей непосредственно в колёса, что упрощает ходовую часть. Недостатки - низкий КПД, необходимость иметь большой объем рабочей жидкости и ее охлаждения, значительное давление в гидросистеме и высокие требования к чистоте рабочей жидкости. Тем не менее в последние годы гидравлические объемные трансмиссии получают все большее распространение на тракторах и особенно на комбайнах, где большое расстояние между валами затрудняет применение других типов передач.

Рис. 4.6. Простейшая принципиальная схема гидропривода

4.3. Порядок проведения работы

В процессе изучения теоретического материала студенты пользуются плакатами, разрезами узлов трансмиссии автомобиля. Определяют их основные технические параметры и составляют кинематическую схему трансмиссии в соответствии с требованиями ГОСТ 2.703-2011 ЕСКД. 4.