Губарев А.В., Никифоров С.С. Конструкция автомобилей. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Схемы трансмиссии при продольном расположении двигателя показаны на

рис. 3.11 и 3.12.

а)

б)

Рис. 3.10. Состав ступенчатой механической трансмиссии: а – заднепривод-

ного автомобиля с расположением двигателя спереди, б – переднеприводного

автомобиля с поперечным расположением двигателя; 1 – двигатель, 2 – сцеп-

ление, 3 – коробка передач, 4 – карданная передача, 5 – главная передача и

дифференциал, 6 – приводные оси, 7 – ведущие колеса (относятся к ходовой

части автомобиля)

а)

б)

Рис. 3.11. Схемы трансмиссии двухосных автомобилей: а – с задним веду-

щим мостом, б – с двумя ведущими мостами; 1 – двигатель; 2 – сцепление;

3 – КПП; 4 – карданные передачи; 5, 7 – главные передачи; 6 – раздаточ-

ная коробка

1. Сцепление – обеспечивает соединение и разъединение двигателя и осталь-

ной части трансмиссии. Т.е. сцепление обеспечивает режимы начала движения и

его кратковременного отсутствия, а также дает возможность в процессе движения

изменять величину крутящего момента в последующих элементах трансмиссии.

Другая немаловажная функция сцепления – предохранение двигателя и остальных

элементов трансмиссии от динамических нагрузок, которые возникают как ре-

зультат быстро изменяющихся дорожных условий.

2. Механический редуктор (иногда в комбинации с мультипликатором), конст-

рукция которого позволяет ступенчато изменять его передаточное число (см. ни-

же). Поэтому этот редуктор в трансмиссии автомобиля называется коробкой пе-

ремены передач (КПП). Напомним, что в машиностроении под термином «редук-

тор» подразумевается механизм с зубчатыми шестернями, предназначенный для

передачи крутящего момента от одного вала к другому. Ведомый (выходной) вал

редуктора вращается с меньшей угловой скоростью (частотой вращения), чем ве-

дущий (входной). У мультипликатора – наоборот, угловая скорость ведомого вала

больше, чем у ведущего.

Назначение КПП – увеличение крутящего момента на ее выходном валу за

счет уменьшения частоты вращения выходного вала по сравнению с частотой

вращения входного вала КПП. В первом приближении (без учета к.п.д. коробки

перемены передач) во сколько раз уменьшается частота вращения, во столько раз

увеличивается крутящий момент. Отношение частот вращения входного и выход-

ного валов коробки перемены передач называется передаточным числом. Количе-

а)

)

в)

г)

Рис. 3.12. Схемы трансмиссии многоосных автомобилей: а – с двумя задними ве-

дущими мостами; б, в – с тремя ведущими мостами; г – с четырьмя ведущими мос-

тами и двумя двигателями; 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – КПП, 4 – карданные

передачи, 5, 6, 8 – главные передачи, 7 – раздаточная коробка

ство значений передаточного числа в КПП называется числом передач или ступе-

ней. Передача, при которой обеспечивается наибольшее передаточное число, на-

зывается низшей передачей. Передача, при которой обеспечивается наименьшее

передаточное число, называется высшей передачей. При одинаковой частоте вра-

щения входного вала КПП, выходной вал на низшей передаче вращается медлен-

нее, чем на высшей, крутящий момент на низшей передаче больше.

Одним из важных оценочных параметров КПП является отношение переда-

точных чисел низшей и высшей передач, которое называется диапазоном переда-

точных чисел

. Величина этого параметра для автомобилей разного назначения:

–

43...Д

– легковые автомобили, микроавтобусы,

–

85...Д

– грузовые автомобили,

–

139. ..Д

– тягачи, автомобили повышенной проходимости.

Конструкция коробок перемены передач обеспечивает:

– ступенчатое изменение крутящего момента по величине, т.е. переключение

передач,

– изменение крутящего момента по направлению, т.е. обеспечивается дви-

жения задним ходом,

– облегчение процесса переключения передач во время движения автомоби-

ля,

– долговременное разъединение двигателя и ведущих колес автомобиля, т.е.

обеспечивается режим отсутствия движения.

3. Карданная передача.

Выполняет функцию передачи крутящего момента на значительное расстояние

от КПП к другим элементам трансмиссии. В ряде конструкций выполняет функ-

цию частичного гашения динамических нагрузок.

4. Главная передача. Это механический редуктор, выходной вал (валы) кото-

рого связаны непосредственно с ведущими колесами. Главная передача обеспечи-

вает:

– увеличение крутящего момента на ведущих колесах,

– изменение направления крутящего момента (например, в заднеприводных

автомобилях).

Величины передаточного числа главной передачи для автомобилей разного

типа:

–

5453 ,...,i

– легковые автомобили

–

75...i

– автобусы, грузовые автомобили с одинарной главной передачей,

–

96...i

– грузовые автомобили с двойной главной передачей,

–

20i

– грузовые автомобили с разнесенной главной передачей.

5. Дифференциал – механизм, обеспечивающий распределение крутящего мо-

мента между ведущими колесами (осями) в требуемой пропорции.

6. Приводные оси – валы, обеспечивающие передачу крутящего момента к ве-

дущим колесам.

7. Раздаточные коробки – это дополнительные коробки передач, применяемые

в полноприводных автомобилях и обеспечивающие:

– распределение крутящего момента между ведущими осями, в некоторых

случаях отключение одной из ведущих осей (передней),

– изменение величины крутящего момента (обычно двухступенчатое),

– разъединение ведущих осей и коробки перемены передач (в некоторых

конструкциях), что необходимо для облегчения буксирования автомобиля

(валы КПП не вращаются, что важно в конструкциях с принудительной

смазкой подшипниковых узлов, а также для гидромеханических коробок

передач).

3.3. Сцепление

В принципе в качестве сцепления может быть использована любая управляе-

мая муфта, позволяющая соединять и разъединять коленчатый вал двигателя с ос-

тальными агрегатами трансмиссии, т.е. при необходимости прерывать или вос-

станавливать поток мощности от двигателя к ведущим колесам. Однако при вы-

боре конкретной конструкции сцепления учитывается ее соответствие комплексу

следующих требований.

Специальные требования, предъявляемые к автомобильному сцеплению:

– надежная передача крутящего момента от двигателя к коробке перемены

передач,

– плавность и полнота включения,

– чистота выключения,

– минимальный момент инерции ведомых элементов,

– хороший теплоотвод от поверхностей трения (для фрикционного сцепле-

ния),

– предохранение трансмиссии от динамических нагрузок (возможность про-

буксовки при пиковых нагрузках, гашение крутильных колебаний),

– поддержание заданного нажимного усилия в процессе эксплуатации (для

фрикционного сцепления),

– минимальные затраты усилий на управление,

– хорошая уравновешенность.

Общие требования, предъявляемые не только к автомобильному сцеплению,

но и к другим узлам и агрегатам автомобиля:

– минимально возможные размеры и масса,

– простота устройства и обслуживания,

– технологичность,

– надежность,

– ремонтопригодность,

– низкий уровень шума.

Любое сцепление состоит из ведущих, то есть связанных с двигателем эле-

ментов и ведомых, то есть связанных с трансмиссией элементов, а также может

иметь механизм выключения и его привод.

Включенное сцепление – двигатель и КПП соединены. Выключенное сцепле-

ние – двигатель и КПП разъединены.

Классификация сцеплений.

Конструкции сцеплений во всем своем многообразии, зависящем от типа

транспортного средства, подразделяются по следующим признакам:

1. По характеру работы:

– постоянно замкнутое, т.е. включенное,

– постоянно разомкнутое, т.е. выключенное.

2. По характеру связи между ведущими и ведомыми элементами:

– гидравлическое,

– электромагнитное (порошковое),

– фрикционное.

3. По типу привода:

– с механическим приводом,

– с гидравлическим приводом,

– с комбинированными приводами, в которых в качестве рабочего тела и ис-

полнительных сил применяются в различном сочетании воздух (пневмати-

ческие и вакуумные), электромагнитное поле (электроприводы).

4. По способу управления:

– неавтоматическое,

– автоматическое.

3.3.1. Сцепление гидравлического типа – гидромуфта (ГМ)

Корпус гидромуфты, рис. 3.13, пустотелый, торообразной формы, на 80…85%

заполненный жидким турбинным маслом или другой подобной рабочей жидко-

стью. Корпус гидромуфты прикручен к носку коленчатого вала двигателя и вы-

полняет также функцию маховика.

Изнутри к корпусу прикреплены радиальные лопатки (рис.3.14), в результате

чего образуется ведущее лопаточное колесо, поз. 1 на рис. 3.13. При вращении

корпуса вместе с коленчатым валом двигателя лопатки создают скоростной напор

рабочей жидкости, образующийся под действием центробежных сил. Жидкость

переносится на лопатки ведомого колеса 2. Ведомое колесо свободно вращается

на подшипниках вала ведущего колеса и соединено с первичным валом коробки

передач. Под действием напора жидкости ведомое колесо 2 вращается, поэтому

носит название турбинного колеса. Ведущее колесо называется насосным. Общий

вид лопаточных колес показан на рис. 3.14.

Передача мощности возможна только при отставании турбинного колеса от

насосного, т.е. при так называемом «проскальзывании» гидромуфты. На про-

скальзывание теряется 1…3% мощности, следовательно, снижается к.п.д. транс-

миссии в целом. Проскальзывание вызывает нагрев рабочей жидкости. Для охла-

ждения рабочей жидкости организуется ее циркуляция из гидромуфты в отдель-

ный теплообменник.

Гидромуфта обеспечивает плавную передачу крутящего момента, снижает ди-

намические нагрузки. Применялась на автомобилях в сочетании с дисковым

фрикционным сцеплением, рис. 3.13а, т.к. для остановки турбинного колеса, что

необходимо для остановки связанного с ним первичного вала КПП при переклю-

чении передач, требуется опорожнение гидромуфты.

3.3.2. Электромагнитное порошковое сцепление

По характеру связи между ведущими и ведомыми элементами относится к

электромагнитному типу сцепления. Ограниченно применяется на автомобилях

малого класса, так, например, сцепление этого типа устанавливалось на автомо-

биле ЗАЗ- 968Б для инвалидов из-за легкого его включения при ручном управле-

нии.

Схема порошкового сцепления показана на рис.3.15.

а)

б)

Рис. 3.13. Гидромуфта:

а – установленная на автомобиле перед однодисковым фрикционным сцеплени-

ем, б – схема гидромуфты; 1 – насосное колесо, 2 – турбинное колесо, 3 – веду-

щий диск фрикционного сцепления, 4 – коленчатый вал, 5 – первичный вал ко-

робки передач

а)

б)

Рис. 3.14. Насосное колесо (а) и турбинное колесо (б)

Ведущий диск – это маховик 1 с магнитопроводом, прикрепленный к коленча-

тому валу двигателя. Ведомый диск 4 прикреплен к первичному валу коробки пе-

редач. Диск изготовлен из немагнитного материала, к нему прикреплены магни-

топроводы. Между магнитопроводом ведущего и магнитопроводами ведомого

диска обеспечен зазор 7, который заполнен фрикционным порошком, обладаю-

щим высокими магнитными свойствами. При подаче напряжения на обмотки воз-

буждения 3 частицы порошка притягиваются друг к другу и к магнитопроводам

обоих дисков. Силовая цепь замыкается. Сила сцепления зависит от силы тока в

обмотках, то есть ее можно регулировать, что важно для момента начала движе-

ния автомобиля, когда сцепление должно пробуксовывать. При длительной про-

буксовке ферромагнитный порошок из-за нагрева теряет свои свойства и измель-

чается, поэтому необходимо периодически его заменять.

3.3.3. Сцепления фрикционного типа

Применяются с момента возникновения автомобиля, отличаются широким

многообразием конструкции. Кроме перечисленных признаков, по которым клас-

сифицируются сцепления механических транспортных средств, фрикционные

сцепления имеют ряд собственных признаков по способу создания нажимного

усилия и форме элементов трения, рис. 3.16. Принцип работы фрикционного сце-

пления проиллюстрирован на рис. 3.17.

На первых конструкциях автомобилей применялись фрикционные постоянно

выключенные сцепления типа лента-барабан. Впоследствии на автомобилях на-

шли применение постоянно включенные сцепления конусного типа, рис. 3.18.

Ведущим элементом в данной конструкции является ведущий диск 2 (он же

маховик двигателя) с внутренней конусной поверхностью обода. Маховик закре-

плен к фланцу коленчатого вала 1 болтами. Ведомым элементом является конус

сцепления 9, который центральной пружиной 8 поджимается через фрикционные

накладки 10 к маховику 2.

Рис. 3.15. Схема порошкового сцепления: 1 – ма-

ховик, 2 – неподвижный корпус, 3 – обмотка воз-

буждения, 4 – ведомый диск, 5 – коленчатый вал

двигателя, 6 – первичный вал коробки передач,

7, 8, 9 – зазоры

Рис. 3.16. Типы фрикционных сцеплений

ФРИКЦИОННЫЕ

СЦЕПЛЕНИЯ

ПРУЖИННЫЕ

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ

ПОЛУЦЕНТРО-

БЕЖНОЕ

ЭЛЕКТРО-

МАГНИТНОЕ

По способу создания нажимного усилия

С периферийными пружинами

С центральной пружиной

диафрагменной

цилиндрической

конической

По форме элементов трения

СПЕЦИАЛЬНЫЕ (конусное, барабанное и др.)

ДИСКОВЫЕ

С сухими дисками

С дисками в масле

однодисковое

двухдисковое

многодисковое

а)

б)

Рис. 3.17. Принцип работы сцепления фрикционного типа: а – сцепление вклю-

чено, б – сцепление выключено; 1 – коленчатый вал двигателя, 2 – маховик

(ведущий диск), 3 – ведомый диск, 4 – первичный вал коробки передач

Левый конец пружины упирается в стакан 7, связанный с конусом 9. Стакан

опирается в левой его части на удлинитель коленчатого вала через подшипник

скольжения. В автомобилях с дисковыми сцеплениями такой удлинитель отсутст-

вует. Правой опорой стакана 7 служит подвижное шлицевое соединение с пер-

вичным валом 6 коробки передач. Правый торец пружины 8 упирается на под-

шипник, установленный на удлинителе коленвала, обеспечивая усилие сжатия

пружиной ведущего 2 и ведомого 9 дисков. Выключение сцепления производится

нажатием на педаль 4: посредством муфты 3 стакан 7 и конусный диск 9 переме-

щаются вправо, кинематическая связь двигателя с коробкой передач разрывается.

Недостатком данного типа сцепления является сравнительно большой момент

инерции ведомого диска, который после выключения сцепления продолжает вра-

щаться некоторое время, что затрудняет включение передачи.

Следующей ступенью в развитии конструкции является многодисковое сцеп-

ление, работающее в масле. Состоит из чередующихся стальных и бронзовых

дисков, соединенных шлицами поочередно с ведущим и ведомым барабанами.

Основным недостатком этого типа сцеплений является большой момент инерции

ведомых элементов, а при увеличении вязкости масла возможно слипание дисков.

В настоящее время применяются на мотоциклах. Подобные конструкции приме-

няются в качестве устройств для затормаживания звеньев планетарных механиз-

мов в гидромеханических коробках передач (только используются диски с фрик-

ционными накладками) и в планетарных коробках передач тяжелых машин.

Позднее в автомобилях начали применять сухое многодисковое сцепление, но

при этом сохранился основной недостаток таких конструкций – большой момент

Рис. 3.18. Схема фрикционного ко-

нусного сцепления: 1 – фланец ко-

ленчатого вала двигателя, 2 – махо-

вик, 3 – муфта выключения сцепле-

ния, 4 – педаль, 5 – рычаг муфты

выключения сцепления, 6 – первич-

ный вал коробки передач, 7 – кожух

сцепления, 8 – пружина, 9 – ведо-

мый конусный диск сцепления,

10 – фрикционные накладки

инерции ведомых частей. Сцепления такого типа применяются в тяжелой техни-

ке.

Развитие конструкций сцепления фрикционного типа привело к появлению

однодисковых и двухдисковых сцеплений, которые в настоящее время являются

наиболее распространенными в ступенчатых механических трансмиссиях.

Из других видов фрикционных сцеплений рассмотрим следующие.

1. Центробежное сцепление, рис. 3.19

Это постоянно разомкнутое фрикционное сцепление. Если в сцеплении конус-

ного типа (см. рис. 3.18) сжатие ведущих и ведомых элементов осуществляется

пружинами, то в данном случае нажимное усилие создается центробежными гру-

зами.

При работающем двигателе вместе с маховиком 11 вращается прикрепленный

к нему кожух 3. Вместе с кожухом вращаются соединенные с ним диски 1 и 2, а

также пружины 4 и 8, грузы 9 и рычаги 5. Если частота вращения коленчатого ва-

ла двигателя низкая (например, на холостом ходу), реактивный диск 2 и нажим-

ной диск 1 находятся на некотором расстоянии друг от друга, т.е. сцепление вы-

ключено. Положение реактивного диска 2 фиксируется рычагами 5, которые ниж-

ними концами упираются в выжимной подшипник муфты выключения 6. Муфта

от перемещения удерживается упором 7. Нажимной диск 1 подтягивается к реак-

Рис. 3.19. Центробежное сцепление: а – кинематическая схема, б – конструк-

ция; 1 – нажимной диск, 2 – реактивный диск, 3 – кожух, 4, 8 – пружины,

5 – рычаг, 6 – муфта, 7 – упор, 9 – груз, 10 – ведомый диск, 11 – маховик

а)

б)