Трансмиссия автомобиля, виды и классификация

Кто не знаком с устройством автомобиля считают, что самая главная деталь в машине – его «сердце», то есть мотор. Но какой от него толк, если без водителя он не сможет никуда поехать. Как ни крути, но двигатель, даже самый мощный, работает только в команде с другими узлами и деталями. В латинском языке есть слово transmissio. Если его перевести, то становится ясно, что что-то куда-то передается или пересылается.

Чтобы крутящий момент (КМ) силового агрегата попал к ведущим колесам, в автомобиле предусмотрен особый механизм - трансмиссия. Она изменяет крутящий момент, его величину оборотов и направление. Многим более привычно словосочетание коробка передач, но понятие трансмиссия автомобиля намного шире.

Для чего в автомобиле нужна трансмиссия

Непосредственная задача трансмиссии – на каждом этапе регулировать КМ от маховика и раздавать его на ведущие колеса. Устройство расположено между мотором и колесами. Типы и конструкция трансмиссии разнятся. В зависимости от этих факторов, меняются динамика и показатели управляемости автомобиля, безопасность движения и эффективность расхода топлива. Когда весь механизм работает стройно, то на выходе имеем максимально высокий КПД с минимальными потерями мощности.

В теории транспортное средство может работать без трансмиссии, но поехать куда-либо без ее помощи автомобиль не сможет. Без этой системы колеса крутились бы одинаковое количество раз при каждом обороте коленвала. По сути, управлять таким авто было бы невозможно. При включении зажигания машина бы срывалась с места, а чтобы остановить ее, пришлось бы глушить мотор. Именно трансмиссия позволяет машине тронуться с места, набрать скорость и продолжить движение, не только вперед, но и назад.

Трансмиссия гарантирует оптимальное количество оборотов силового агрегата, повышение его производительности и возможность поставить на нейтральную передачу. «Нейтралка» при помощи сцепления отделяет частоту вращения мотора от частоты вращения ведущих колес.

Классификация трансмиссий

Современные автомобилисты знают, что, помимо «механики» и «автомата», существуют еще несколько разновидностей коробок переключения передач (КПП). Все они сгруппированы по двум характеристикам:

По способу передачи энергии

механическая, наиболее простой и надежный тип передачи энергии, за счет вращения и трения механических узлов. Чтобы эффективно переключать передачи требуется навык вождения.

гидромеханическая, механическое трение и работа гидравлики изменяют крутящий момент, наибольшую эффективность эта система показала в тандеме с автоматическим управлением

гидрообъемная (гидростатическая), к двигателю присоединен гидравлический насос, который создает давление в контуре и вращает вал гидравлического мотора. За счет вращения к гидротурбине нагнетается масло под высоким давлением. В итоге энергия передается посредством жидкости

электромеханическая, энергия двигателя трансформируется в электричество, которое подается в электромоторы, соединенные с колесами. Подобные трансмиссии можно встретить на тяжелых самосвалах, а также гибридных авто с ДВС и аккумуляторами.

Важно: Механический способ передачи энергии и МКПП – это разные понятия, хотя автомобили на «механике» чаще всего подразумевают механическую передачу энергии.

По способу изменения передаточного отношения

ступенчатая, несмотря на очевидные достоинства бесступенчатых трансмиссий, ступенчатая «механика» получила наибольшее распространение. В основном, за счет простоты изготовления и обслуживания, относительной бюджетности и надежности. МКПП передает крутящий момент от мотора через сцепление к КПП. В «коробке» КМ изменяется в соответствии с выбранной передачей

бесступенчатая (вариатор или CVT) – это коробка-автомат, так как педали сцепления в автомобиле не предусмотрено, и водителю не приходится заботиться о переключении передачи. Наиболее распространенный вид бесступенчатой трансмиссии – шкивной, с применением V-образного ремня или цепи для соединения конусов (один приводит в движение мотор, другой - соединен с ведущими колесами). Так как шкивы двигаются навстречу друг другу и в обратном направлении, изменяется передаточное отношение, что создает разное количество оборотов ведущих колес. Вариатор не имеет конкретного набора передач, а пользуется непрерывным набором передаточных чисел в общем диапазоне оборотов

автоматическая КПП разработана еще в 1940-х годах. Принцип ее работы предельно прост. Водителю достаточно поставить автомобиль в положение для движения, а КПП автоматически переключает передачи. В автомобилях с АКПП нет педали сцепления, только «газ» и тормоз. Современные АКПП более сложные агрегаты, с электроникой. Механизм сцепления в «автоматах» заменяет гидротрансформатор и вместо водителя плавно переключает передачи.

В реальной жизни мало кто произносит слово трансмиссия, а используют слова «коробка» или «коробка передач». Их различают на механические КПП и автоматические, причем вторые за последние десятилетия набрали больше бонусов среди потребителей, так как максимально просты в управлении. Один из весомых минусов «автоматов» - высокая стоимость ремонта и обслуживания.

Схема трансмиссии

В зависимости от типа привода и компоновки устройство трансмиссии может изменяться, но основные компоненты остаются неизменными:

коробка переключения передач (КПП)

сцепление

главная передача

кардан и/или ШРУС

дифференциал (от 1 до 2-3).

Конструкция может изменяться в зависимости от типа КПП и привода. Например, на авто с АКПП нет сцепления, а на машинах с задним приводом чаще всего не ШРУСов. Переднеприводные ТС не оборудуют карданами, а машины 4х4 имеют целых три дифференциала.

Как же все это работает внутри транспортного средства? Запуск коробки передач – процесс последовательный:

сначала водитель запускает мотор, подача топлива и система зажигания активируются синхронно

топливная смесь попеременно сгорает в цилиндрах силового агрегата и начинается вращение коленвала

от коленвала через маховик, с подключенной корзиной сцепления, к приводу коробки передач передается крутящий момент

далее крутящий момент передается на ведущие колеса, посредством подключаемых шестерен или через ремень/цепь, в зависимости от типа КПП

Если бы маховик был с ведущими колесами на жесткой сцепке, старт был бы резким, а чтобы остановить машину, потребовалось бы выключать мотор.

разъединение связи маховика с первичным валом КПП происходит нажатием педали сцепления в авто с МКПП, если авто с АКПП то процесс осуществляется автоматически

изменение передаточного числа в «механике» происходит за счет соединения шестерен с разным количеством зубьев и диаметров, когда водитель выбирает передачу, происходит соединение только одной пары шестеренок

по достижении крутящим моментом дифференциала, на колеса передается тяга различной интенсивности. Этот процесс необходим, чтобы компенсировать скорость вращения колес на поворотах и прямой дороге.

Если авто с задним приводом, то крутящий момент передается через карданный вал. В комплектацию полноприводных машин входит раздаточная коробка, которая задает движение всем колесам.

Из каких узлов и деталей состоит трансмиссия

Чтобы составляющие трансмиссии представить боле наглядно, охарактеризуем каждую деталь и узел отдельно:

сцепление отсоединяет мотор от трансмиссии и плавно присоединяет при переключении передачи или старте, в АКПП эту функцию выполняет гидротрансформатор

коробка передач изменяет КМ в широком диапазоне, адаптирует скорость вращения силового агрегата к разным режимам движения

карданная передача – передает КМ между валами в машинах с передним приводом, и от КПП к задним колесам в заднеприводных авто

главная передача может располагаться в КПП или ведущем мосту, увеличивает крутящий момент мотора, и который поступает на полуоси колес

дифференциал, деталь, при помощи которой пара ведущих колес может вращаться с разной скоростью, к примеру, на поворотах или, чтобы исключить пробуксовку

шарниры (ШРУС), бывают внешние и внутренние устанавливаются на авто с передним или полным приводом. Момент передается под изменяющимся углом (до 70°) относительно оси

раздаточная коробка – опциональная деталь, дает возможность передавать КМ на четыре колеса и применять понижающую передачу.

Чтобы повысить возможности, эргономику и конкурентоспособность автомобиля, устройство трансмиссии постоянно модернизируют.

Итог

Мировой автопром активно работает над развитием АКПП, их интегрируют в новый тип автомоторов – электрический. Для машин с ДВС, требующих КПП, вряд ли придумают что-то новое. Совсем скоро на дорогах будут действовать стандарты Еврпо-7, в которых не предусмотрена установка КПП в «чистые» двигатели. По сути, эра автомобилей с ДВС и «механикой», позволяющей почувствовать истинное удовольствие от непосредственного взаимодействия с механизмами, постепенно уходит в прошлое.