Трансмиссия автомобиля: устройство, назначение, принцип работы, виды, основные неисправности

Ремонт автомобиля

Что такое трансмиссия?

Сам термин пришел в русский язык из итальянского: существительное «transmissio» обозначает  переход, передачу. Глагол «transmittere» звучит как передавать, пересылать. Под трансмиссией в машиностроении в широком смысле понимают передачу энергии от ее источника (двигателя, силовой установки) к рабочим органам машины. В автомобиле независимо от его типа (легкового, грузового) трансмиссия — система узлов и механизмов, передающих вращательное, поступательное движение от двигателя к колесам.

трансмиссия автомобиля

От правильной работы каждого компонента системы зависят:

  • безопасность водителя, пассажира;
  • расход топлива;
  • износ трущихся, соприкасающихся друг с другом деталей;
  • соответствие технических характеристик сведениям, заявленным производителем.

Трансмиссионные детали, узлы и механизмы производят из износоустойчивых материалов, способных выдерживать высокие механические нагрузки, воздействие перепадов температур, химически активных веществ. Для уменьшения трения, охлаждения трансмиссии применяют специальные моторные масла, которые нужно регулярно менять согласно инструкции завода-производителя авто.

Что входит в трансмиссию автомобиля

Стандартный комплект трансмиссионной передачи состоит из нескольких компонентов:

  • сцепления;
  • коробки передач;
  • карданной передачи;
  • главной передачи;
  • дифференциала;
  • полуосей.

В зависимости от компоновки (передний, задний, полный привод) трансмиссия может включать другие узлы: ШРУСы (шарниры равных угловых скоростей), раздаточные коробки, фрикционные, вязкостные муфты.

Сцепление

Сцепление — набор деталей, который способен на некоторое время отделить передачу крутящего момента от двигателя к колесам. Узел устанавливают на машинах, оснащенных механическими коробками передач. Принцип действия — сухое трение дисков: Если крайняя левая педаль остается не нажатой, два диска ведомый (трансмиссия) и ведущий (двигатель) остаются плотно прижатыми друг к другу.

Механизм крайне чувствителен к неправильным действиям водителя и может часто выходить из строя из-за резкого включения сцепления («сгорают» соприкасающиеся детали). У большинства авто с автоматическими коробками переключения передач роль сцепления играют гидротрансформаторы — две турбины, связанные валами с двигателем и трансмиссией, которые вращаются в моторном масле. Ведущая турбина передает свою энергию вращения жидкости, от движения которой начинает вращаться ведомая.

Для простоты восприятия — это как два пропеллера, расположенные друг напротив друга. После включения одного струя воздуха начинает вращать лопасти второго. Вместо пропеллеров — турбины, вместо воздуха — вязкое моторное масло.

Ведущий мост

Мосты – опоры, на которых крепится рама машины. Мост может быть ведущим или ведомым. Соответственно, ведущий получает через остальную часть трансмиссии крутящий момент и заставляет колёса крутиться, а ведомый является простой опорой. Мосты бывают передними и задними, а у грузовых машин может быть ещё один мост – средний.

ведущий мост
Таким образом, трансмиссия вполне может состоять из трёх элементов. Но это примитивный вариант, который давно не используется. Сейчас устройство трансмиссии несколько сложнее. Для увеличения КПД в конструкцию добавляют дополнительные элементы.

Коробка передач (КПП)

Коробка передач отвечает за задний ход и скорость вращения колёс, а также позволяет отсоединять двигатель и трансмиссию друг от друга на длительный срок. Различают ступенчатые и бесступенчатые КПП. В ступенчатых механизмах изменение передачи происходит ступенчато, к таким конструкциям относятся механические и роботизированные КПП. Примером бесступенчатой коробки передач является вариатор.

Если машина оборудована механической коробкой передач, то автомобилист должен самостоятельно переключать передачи с помощью специального рычага. КПП с таким строением отличаются простотой и надёжностью. На данный момент — это самая распространённая конструкция, но в последнее время среди автомобилистов набирает популярность автоматическая коробка передач.
роботезированная коробка перемены передач
Роботизированные конструкции представляют собой простую КПП, в которой все необходимые действия автоматизированы и контролируются точной электроникой. Соответственно, водителю не нужно выжимать сцепление и переключать передачи. Такие КПП позволяют осуществлять более динамичный разгон и снижают расход топлива. В некоторых моделях установлено двойное сцепление, позволяющее переключать передачи без обрыва мощности.

Комбинированные (автоматические) КПП сочетают в себе элементы двух вышеуказанных систем. АКПП имеют длительный эксплуатационный срок и рационально используют мощность двигателя. Недостатками конструкции является медленный разгон и повышенный расход бензина.

Карданная передача

Представляет собой вал с двумя или несколькими шарнирами.

В качестве них могут быть применены:

  • классические крестовины, имеющие недостаток в виде неравномерности вращения на больших углах отклонения от оси;
  • сдвоенные крестовины, дающие меньшую вибрацию, но массивные и громоздкие;
  • шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), дающие минимум неравномерностей и вибраций, но относительно дорогие в производстве;
  • эластичные муфты, простые, дешёвые, но не очень надёжные, работающие только на небольших углах и неспособные передать значительный момент.

Карданных валов в автомобиле может быть несколько, в том числе и составных с промежуточными подвесными подшипниками.

Главная передача

Это устройство предназначается для передачи КМ непосредственно к ведущему мосту. Состоит узел из полуоси, ведомой и ведущей шестерней, полуосевых шестерней и шестерней-сателлитов.

Главная передача

Основная задача главной передачи — увеличивать КМ силового агрегата и уменьшать частоту вращения ведущих колёс. На переднеприводных автомобилях этот узел расположен в КПП рядом с дифференциалом, а на заднеприводных — в картере моста. Принято различать одинарную передачу и двойную, часто встречающуюся на грузовиках с увеличенным передаточным числом.

Дифференциал

Дифференциал — это механизм с двумя степенями свободы. Грубо говоря, конструкция разделяет механическую энергию двигателя на два потока и ведёт их к колёсам. Дифференциал контролирует вращение колёс и не допускает проскальзывания шин на неровной поверхности. Польза дифференциала проявляется при движении по некачественной дорожной поверхности или во время гололёда, дождя или снега.

В зависимости от колёсной формулы расположение этого механизма может отличаться. Основная характеристика дифференциала – коэффициент блокировки (КБ).

Он показывает соотношение крутящего момента одного из колёс к этому же показателю другого колеса. От этого параметра зависит проходимость автомобиля, чем он больше – тем выше проходимость. У обычного симметричного дифференциала эта характеристика всегда равна 1, в случае же со специальными механизмами коэффициент может доходить до 5.
Так что если кто-то спросит, из чего состоит трансмиссия, то можно сразу ответить.

Дифференциал

Назначение автомобильной трансмиссии

Назначение данного механизма несложное – передавать крутящий момент, поступающий от мотора, на ведущие колеса и изменять скорость вращения второстепенных валов. При запуске мотора маховик вращается в соответствии с оборотами коленвала. Если бы он имел жесткое сцепление с ведущими колесами, то на машине невозможно было бы плавно начинать движение, а каждая остановка транспортного средства требовала бы от водителя глушить мотор.

Всем известно, что для запуска двигателя используется энергия аккумулятора. Без трансмиссии автомобиль сразу же начинал бы свое движение, задействуя эту энергию, что приведет к очень быстрому разряду источника питания. Трансмиссия устроена так, что водитель имеет возможность отсоединить ведущие колеса машины от мотора, чтобы:

  • Запускать двигатель без перерасхода заряда АКБ;
  • Ускорять транспортное средство, не повышая обороты мотора до критического значения;
  • Использовать движение накатом, например, в случае буксировки;
  • Выбирать такой режим, который не вредил бы мотору и обеспечивал безопасное движение транспорта;
  • Останавливать машину без необходимости глушить двс (например, на светофоре или чтобы пропустить пешеходов, идущих по зебре).
Назначение трансмиссии автомобиля

Также трансмиссия автомобиля позволяет изменять направление крутящего момента. Это требуется для движения задним ходом. И еще одна особенность трансмиссии в том, чтобы преобразовывать скорость вращения коленвала мотора в приемлемую скорость вращения колес. Если бы они крутились со скоростью в пределах 7 тысяч, то либо их диаметр должен был быть очень маленьким, либо все машины были бы спортивными, и на них нельзя бы было безопасно ездить по людным городам.

Трансмиссия равномерно распределяет высвобождающуюся мощность двигателя так, чтобы момент трансформации делал возможным мягкий и плавный старт, движение в горку, но вместе с тем и позволял использовать мощность ДВС для разгона транспортного средства.

Принцип работы трансмиссии

На видео, выше, можно наглядно отследить, как трансмиссия автомобиля передает вращение коленвала двигателя на колёса ведущей оси. Пошагово этот процесс можно представить так.

  1. Коленвал двигателя соединен с маховиком, который, в свою очередь, подключен к сцеплению. В стандартном режиме сцепление соединено с маховиком, так что коробка передач постоянно подключена. Перед переключением передачи сцепление размыкает связь между валом коробки и маховиком двигателя, а после переключения – восстанавливает ее. Это может происходить в автоматическом режиме или при управлении самого водителя.
  2. КПП меняет передаточное число для изменения скорости движения. Это намного легче, чем постоянно менять режим работы двигателя, особенно при движении по городу. Также коробка передач переключает направление вращения для движения назад и может размыкать связь между первичным и вторичным валом (нейтральная передача).
  3. От КПП крутящий момент переходит на главную передачу, через карданный вал или напрямую. Главная передача понижает скорость вращения, которая слишком большая для колёс, и передает крутящий момент на дифференциал.
  4. Дифференциал распределяет скорость вращения между колесами ведущей оси или, в зависимости от компоновки автомобиля, между осями (раздаточная коробка или межосевой дифференциал в полноприводных автомобилях).
  5. От полуосей крутящий момент наконец-то доходит до колёс. Чтобы при поворотах или проезду по неровностям колесо продолжало вращаться с нужной скоростью, между полуосью и ступицей установлен ШРУС, который передает крутящий момент под углом.

Классификация 

Трансмиссии принято классифицировать в зависимости от способа передачи энергии (типа преобразователя крутящего момента, привода транспортного средства использованной коробки передач.
классификация.jpg

В зависимости от способа передачи энергии выделяются следующие виды трансмиссии автомобиля:

  • Механическая. Энергия передаётся посредством механического трения в сцеплении, взаимодействия шарниров, зубчатых колёс.
  • Гидромеханическая. Крутящий момент возникает за счёт механического трения и работы гидравлики. ТМ здесь работают благодаря гидромуфте, гидротрансформатору.
  • Гидравлическая. Вращение обязано нагнетания масла к гидротурбине под высоким давлением. То есть передача энергии осуществляется посредством жидкости.

В зависимости от привода выделяют переднеприводную, заднеприводную и полноприводную трансмиссию. О том, как они отличаются, можно судить, исходя из особенностей схемы устройств, приведённых в начале нашего материала.
В зависимости от коробки передач трансмиссия бывает: 
1. Механическая.
2.  Автоматическая. 
3. Роботизированная.
4. Вариативная (бесступенчатая) – с вариатором.

По типу привода

По данному критерию различают три вида узлов: с передним, задним, полным приводом.

В переднеприводной компоновке все составляющие трансмиссии помещаются под капотом авто, образуя большую систему механизмов. Мотор имеет повышенный КПД, что достигается за счет малого расстояния между силовым агрегатом и ведущими колесами. Небольшие размеры деталей и отсутствие карданного вала обеспечивают дополнительное пространство в салоне. Плюс автомобили с ведущей передней осью легче, более чувствительные в управлении.

Устройство системы переднего привода

Недостатки переднего привода:

  • Ощутимые вибрации от двигателя, независимо от его типа;
  • При резком трогании с места передние колеса начинают буксовать;
  • Большой радиус разворота за счет совмещения рулевого управления и шарнира равных угловых скоростей.

Энергия передается от двигателя на заднюю ось и задние колеса. Данный тип трансмиссии обеспечивает хорошую динамическую нагрузку, что улучшает проходимость автомобиля на низкокачественных дорогах, повышает управляемость авто на заносах и позволяет быстро ускоряться без лишней блокировки руля. Заднеприводная компоновка заняла нишу в спорткарах, автомобилях для экстремальных гонок и соревнований по дрифту.

Карданный вал в задней части добавляет веса машине, но не сказывается на динамике разгона. Плюс работа двигателя не сопровождается вибрациями, что обусловлено продольным расположением и установкой двигателя непосредственно на смягчающие компоненты. Основным недостатком заднего привода является сокращение полезного пространства в салоне из-за применения тоннелей, необходимых для установки карданного вала. Также по отзывам водителей, на автомобиле с ведущим задним мостом сложно ездить по бездорожью.

Устройство системы заднего привода

В полноприводных автомобилях крутящий момент одновременно подается на переднюю и заднюю ось, что делает все колеса ведущими. Это придает следующие преимущества:

  • Повышенная проходимость машины за счет равномерного распределения нагрузок между всеми колесами;
  • Высокая курсовая устойчивость;
  • Минимальный риск пробуксовки;
  • Опция переключения на передний или задний привод для экономии топлива при нормальных условиях езды.

Компоновка обычно используется во внедорожниках, кроссоверах или других кузовах автомобилей, рассчитанных на езду по бездорожью или регулярное движение по плохим дорогам. Минусы полного привода носят только финансовый характер. Данный вид трансмиссии имеет повышенный расход топлива и дорогой в ремонте, что обусловлено сложностью устройства.

Устройство системы полного привода

По типу коробки передач

За период развития автомобиля инженеры разработали несколько вариантов трансмиссии. Сегодня по способу передачи и изменения крутящего момента используется пять основных видов: механическая, гидромеханическая, гидравлическая, электромеханическая и автоматическая. А по типу привода бывают: переднеприводные, заднеприводные и полноприводные трансмиссии.

Гидромеханическая

Данная КПП состоит из механизма для передачи момента и специального преобразователя. Трансмиссии этого типа применяются в тракторах, железнодорожной технике, а также как вспомогательный регулятор поворота в танкостроении. Из-за применения такой системы значительно уменьшается КПД двигателя, но увеличивается эксплуатационный срок поршневого мотора.

Необходимость дополнительного питания трансмиссии и установки специальной системы охлаждения сильно увеличивает вес и габариты конструкции. Также гидромеханическая трансмиссия позволяет облегчить управление транспортным средством.

гидромеханическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия

Вместо сухого трения механических МТ задействован гидротрансформатор. Для передачи крутящего момента применяются планетарные ряды, помогающие создать идеальные условия для реализации широкого спектра передаточных отношений. В том числе, такие решения не боятся сильной вибронагруженности.
гидравлика.jpg

Огромные преимущества решения:

  • При переключениях передач не происходит разрыва потока мощности.
  • Решение отлично обеспечивает передачу крутящегося момента.
  • Для плавной работы с передачами не нужно прикладывать ударные усилия.

Но чтобы получить отдачу от агрегата с гидротрансформатором, приходится заботиться о монтаже 
своей гидромуфты для каждой передачи.

Гидростатическая трансмиссия

ГСТ передаёт энергию вращения от ДВС к колесу или шнеку через насос с помощью направления рабочей жидкости к гидромотору.  Решение чаще всего монтируется на транспорте, если важно обеспечить большое передаточное число. Главные объекты, где устанавливаются МТ такого типа – зерноуборочные комбайны, дорожно-строительные машины, бульдозеры.
ГСТ не препятствует пробуксовке машин на вязких грунтах, а при движении вперед-назад легко обеспечить прямолинейность движения. Даже если отвал бульдозера максимально отпущен, то при медленном продвижении вперёд транспортное средство не глохнет. При работе на бульдозере это особенно ценно.
Гидростатика.png
    
   
ГСТ не отличается высоким уровнем КПД, но ДВС у таких ТМ работает более экономично, если сравнивать с механической трансмиссией.

Электромеханическая

электромеханическая трансмиссия
Основной элемент электромеханической трансмиссии – тяговый электромотор. Также в неё входят генератор электрического тока, электрическая система контроля и провода, которые соединяют все части конструкции. Стоит отметить, что нередко в таких конструкциях используется несколько электромоторов для увеличения мощности.
Такая трансмиссия автомобиля не очень распространена из-за серьёзных недостатков. Это очень большой размер и масса, а также высокая стоимость.

Кроме этого, обычная механическая трансмиссия имеет больший КПД, чем электромеханический вариант. Тем не менее, электротехническая промышленность быстро развивается, и возможности таких механизмов постоянно увеличиваются. Сейчас электромеханическая трансмиссия используется в основном для армейских машин или тяжёлой техники вроде тракторов, троллейбусов, морских судов и некоторых военных машин.

Остальные виды трансмиссий очень редко используются в автомобилях. Тем не менее, специалисты постоянно исследуют возможности разных видов механизмов этого типа. Даже если учёным и инженерам удастся придумать перспективную конструкцию, для разработки технологии производства и модернизации производственных линий потребуются годы.

Трансмиссия механического типа

Среди автопроизводителей и потребителей наибольшей популярностью пользуются легковые машины, оснащенные механической трансмиссией. При передаче мощности от двигателя к ходовой части в трансмиссии данного вида участвуют шестерни с зубчатым зацеплением и фрикционные элементы. Благодаря этому, система обладает следующими преимуществами:

  • высоким КПД;
  • сравнительно небольшим весом;
  • компактными габаритами;
  • простотой обслуживания;
  • надежностью.
Механическая коробка передач

Вариатор (бесступенчатая КПП)

Крутящий момент передается на мост автомобиля при помощи ремня (цепи). Передаточное отношение регулируется по мере изменения диаметра шкива, величина которого определяется усилием при нажатии педали акселератора.

Плюсы коробки-вариатора:

  • Плавная смена скоростного режима;
  • Отсутствие толчков или рывков при переключении передачи;
  • Возможность использования на малолитражных двигателях.
  • Минимальный расход топлива.

Из минусов можно отметить только дорогостоящее обслуживание и медленный разгон автомобиля. Также стоит помнить о мерах предосторожности:

  • Старт с места должен быть плавным, без резких нажатий педали газа (для предупреждения буксировки);
  • Буксировка тяжелых прицепов приводит к сокращению ресурса ремня;
  • Не совместим с моторами большой мощности из-за ограничений крутящего момента.

Основные неисправности

Всё, что работает, может и выходить из строя, ничего с этим не сделаешь. И компоненты трансмиссии тоже подвержены поломкам в той или иной степени. Основные неисправности компонентов трансмиссии имеют свои характерные особенности:

  1. Механическое сцепление можно назвать расходником. Чаще всего в нём выходит из строя ведомый диск, так что при появлении таких проблем как проскальзывание, нечеткая работа, скрежет и т.д. диск меняют, а остальные компоненты осматривают на предмет выработки. Срок службы сцепления во многом зависит от манеры вождения.
  2. Коробка передач – самый сложный и дорогостоящий узел во всей трансмиссии. Самая частая причина ее неисправности – несвоевременная замена трансмиссионной жидкости, которая во время работы постепенно деградирует и перестает выполнять свои функции, и вместо защиты механизма начинает с удвоенной силой его изнашивать. Признаками неисправности коробки являются шум при работе, в том числе при установке в нейтральное положение, нечеткое переключение передач или вообще невозможность их переключить, утечка масла из коробки.
  3. Карданный вал – штука достаточно прочная, но там, где есть шарнир, есть и его износ. Проблемы с карданным шарниром проявляются скрипом и вибрацией во время движения.
  4. Поломки главной передачи и дифференциала вызваны, как правило, двумя причинами: утечкой масла и неадекватными нагрузками. При недостаточном уровне смазки ускоряется выработка шестерен, в них появляются зазоры, а во всём механизме – вибрация. В свою очередь масло утекает через изношенные сальники. Механические неисправности проявляются шумом во время работы или характерным постукиванием в начале движения.
  5. ШРУСы, несмотря на большую нагрузку, выходят из строя редко. Их главный враг – вода, которая попадает в механизм через порванные пыльники. Если владелец автомобиля следит за состоянием ходовой и вовремя меняет расходные материалы, он может никогда в жизни не узнать, как хрустит изношенный ШРУС. Если же пыльник порвался, это стопроцентная гарантия близкой замены шарнира, даже если с ним пока всё в порядке.
назначение трансмиссии автомобиля

Признаки поломки трансмиссии

Диагностируется трансмиссия в принципе проще, чем двигатель, но в последнее время она настолько усложнена, что потребуется те же приёмы использования специальных сканеров, но механические поломки достаточно наглядны:

  • отказы сцепления, которые проявляются в его пробуксовке или наоборот, передаче момента в выключенном состоянии;
  • поломки полуосей и приводов, случающиеся при их сильной перегрузке;
  • естественный износ подшипников, которых в трансмиссии очень много, проявляется как вой или хруст;
  • крестовины карданов и шарниры равных угловых скоростей проявляют свой износ начиная с треска при больших углах поворота;
  • механические коробки передач имеют синхронизаторы, которые по мере износа начинают препятствовать бесшумному переключению, после чего начинают «выпадать» передачи;
  • гидроавтоматы при переключениях начинают выдавать толчки, как говорят, «пинаться», что становится первым сигналом к ремонту;
  • главные передачи при начавшемся разрушении издают характерный вой;
  • дифференциалы могут начать стучать при ускорении или хрустеть при срыве одного из колёс в скольжение;
  • вариаторы просто отказывают при критическом износе ремня и конусов.

Основной причиной поломок почти у всех трансмиссий выступает злоупотребление максимальными режимами работы, это частые резкие разгоны, быстрое переключение и перегрев. Проблема усугубляется пренебрежением к регулярной замене масла. К сожалению, на это подталкивают и изготовители, слишком оптимистично формируя регламенты ТО.

Регулярной заменой масла на свежее и качественное можно довести срок службы трансмиссии до полного износа двигателя, а в отдельных случаях и до утилизации автомобиля в целом.

Какое масло выбрать?

Если вы думаете над тем, какое масло залить в трансмиссию, то вам точно следует знать, на какие три вида специалисты делят масла:

  • синтетическое;
  • минеральное;
  • полусинтетическое.

Если сравнивать масло на синтетической основе с маслом на натуральной основе, то стоит отметить, что первое имеет лучшую текучесть. Кроме того, главным преимуществом синтетических изделий является возможность использовать такие масла в достаточно обширном диапазоне температур.

Что же касается полусинтетических товаров, то тут уж очевидно, что они являются чем-то средним между синтетическими изделиями и минеральными маслами. Обратив внимание на свойства такого масла, точно стоит отметить, что оно лучше, чем минеральные изделия. Обсуждая масла для трансмиссии, нельзя не отметить изделия на минеральной основе. Они пользуются высоким уровнем спроса благодаря тому, что имеют приемлемые стоимость.

трансмиссия автомобиля
Kristian
Оцените автора