Конструкция автомобильных трансмиссий

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ

серия основана в 1 996 г.




В.И. ПЕСКОВ





                КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТРАНСМИССИЙ




УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



                                Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение»



znanium.com

Москва
ИНФРА-М
2023

УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
     П28



      Рецензенты:
        Слюсарев А.С., доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики и подъемно-транспортных машин Волжской государственной академии водного транспорта;
        Китов А.Г., кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильного транспорта Нижегородского государственного педагогического университета имени Козьмы Минина

      Песков В.И.
П28 Конструкция автомобильных трансмиссий : учебное пособие / В.И. Песков. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 146 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).


         ISBN 978-5-16-016247-8 (print)
         ISBN 978-5-16-108560-8 (online)

         Рассмотрены различные конструктивные варианты трансмиссий современных автомобилей и других колесных машин, а также составные части трансмиссий и их назначение. В этом плане подробно освещены конструкции сцеплений, коробок передач, раздаточных коробок, карданных передач, ведущих мостов, колес и шин. Особое внимание уделено рабочим процессам в перечисленных узлах при эксплуатации автомобиля, оценке положительных и отрицательных качеств различных вариантов конструкций. Рассмотрены также вопросы основных регулировок некоторых узлов.
         Предназначено для студентов автомобильных специальностей вузов и техникумов, может быть использовано специалистами автомобильных проектно-конструкторских, сервисно-эксплуатационных и тюнинговых предприятий.


УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73














ISBN 978-5-16-016247-8 (print)
ISBN 978-5-16-108560-8 (online)


© Песков В.И., 2013

            Введение











    «Конструкция автомобиля и трактора» является одним из основных учебных курсов, преподаваемых студентам учреждений среднего профессионального образования, обучающимся по укрупненной группе специальностей «Техника и технологии наземного транспорта» по специальностям «Автомобиле- и тракторостроение», «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», «Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)». В процессе изучения этого курса студенты знакомятся с общим устройством колесных транспортных и строительно-дорожных машин (см. рис. В.1), подробно изучают конструкцию их основных узлов и агрегатов, рабочие функции этих узлов, их обслуживание и необходимые регулировки в условиях эксплуатации. Изучение касается двигателя (см. рис. В.1, а), трансмиссии колесной машины (см. рис. В.1, в), ее управляемых мостов, подвески колес (см. рис. В.1, е), кузова (в случае легкового автомобиля или автобуса), кабины и рамы (в случае грузового или специального автомобиля) (см. рис. В.1, б и рис. В.1, е), рулевого управления (см. рис. В.1, д), тормозной системы (см. рис. В.1, г), а также подъемного устройства кузова самосвала, лебедки спецавтомобиля и ее привода и др.
    Особое внимание должно уделяться трансмиссии колесной машины, которая представляет собой совокупность большого числа узлов и агрегатов, обеспечивающих одну из основных функций транспортного или транспортно-технологического средства - его движение в заданном водителем направлении (вперед или назад). При этом трансмиссия должна обеспечивать движение с заданной техническим заданием для машин данного типа скоростью и с возможностью преодоления препятствий типа достаточно крутых подъемов (до 20-30°), одиночных выступов и порогов высотой до 0,5-0,8 радиуса колеса, неблагоустроенных дорог и бездорожья.

Введение

    Рассмотрению различных вариантов трансмиссий автомобилей и других колесных машин и посвящено данное учебное пособие. В нем подробно изучаются достоинства и недостатки различных конструктивных схем трансмиссий, назначение и основные требования к узлам трансмиссий (сцеплениям, гидромуфтам, коробкам передач, гидротрансформаторам, раздаточным коробкам, карданным передачам, ведущим мостам, колесам и шинам), классификация этих узлов, варианты конструкций и рабочие процессы в узлах при эксплуатации машины. Анализируются также процедуры управления этими узлами, используемые органы управления.
    В конце глав пособия, посвященных конкретному узлу трансмиссии, предусмотрены вопросы для самотестирования, помогающие студентам проверить степень усвоения материала.



Рис. В.1. Основные узлы и агрегаты грузового автомобиля: а - двигатель; б - кабина и грузовая платформа; в - трансмиссия; г - тормозная система; д - рулевое управление; е - рама, подвеска и передний управляемый мост;
1 - сцепление; 2 - коробка передач; 3 - карданная передача;
4 - ведущий мост; 5 - колеса и шины

Глава 1


            НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ВАРИАНТЫ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ








    Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам с одновременным обеспечением требуемого по условиям движения изменения величины и направления действия этого момента. По конструкции различают механические, гидромеханические и комбинированные трансмиссии. По способу управления в большинстве стран мира наиболее распространены трансмиссии с неавтоматизированным управлением. В США для легковых автомобилей чаще всего применяют автоматические трансмиссии, которые становятся все более популярными для этих транспортных средств и в других странах.
    Схема классической механической трансмиссии, управляемой водителем, изображена на рис. 1.1. Она применяется на автомобилях и колесных тракторах, имеющих один задний ведущий мост. Главными узлами такой трансмиссии, передающими крутящий момент от коленчатого вала двигателя 7, являются последовательно расположенные сцепление 2, коробка передач 3, карданная передача 4 (с одним или двумя последовательно расположенными карданными валами) и ведущий мост 5.


Рис. 1.1. Механическая трансмиссия автомобиля с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами:
/ — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная передача;
5 — ведущий мост

Глава 1. Назначение и конструктивные варианты трансмиссии...

    На современных легковых автомобилях очень популярным стал передний привод, т. е. передний ведущий мост. В этом случае трансмиссия несколько упрощается (рис. 1.2), поскольку главная передача 5 с дифференциалом 4 размещаются в картере коробки передач 3, и нет необходимости в карданной передаче, а крутящий момент к передним ведущим и одновременно управляемым колесам передается качающимися полуосями 6 с шарнирами равных угловых скоростей 7.


Рис. 1.2. Трансмиссия переднеприводного автомобиля: / — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — дифференциал; 5 — главная передача; 6 — качающаяся полуось; 7 — шарнир равных угловых скоростей

    Трансмиссия без карданной передачи получается и при расположении двигателя сзади в пределах базы автомобиля и при задних ведущих колесах (рис. 1.3), но в этом случае нет необходимости в применении шарниров равных угловых скоростей для неуправляемых колес, поэтому применяются более простые шарниры 7. Такие трансмиссии устанавливаются на спортивных и гоночных автомобилях, отсутствие карданной передачи позволяет использовать на них двигатели, развивающие очень большие обороты (более 7000 об/мин). При расположении двигателя в задней части автомобиля и задних ведущих колесах (заднемоторная компоновка, рис. 1.4) трансмиссия аналогична, но порядок расположения сцепления 2 и коробки передач 3 по ходу автомобиля — противоположный, а главная передача 6 с дифференциалом 4 располагаются в нижней части промежутка между коробкой передач и сцеплением, получая крутящий момент от вторичного вала коробки.
    Рассмотренные варианты конструкций механических трансмиссий соответствуют так называемой колесной формуле 4 х 2 (у машины четыре колеса, два из которых — ведущие). В случае механической автоматически управляемой трансмиссии автомобиля с колесной формулой 4x2 вместо коробки передач применяется вариатор, а если используется гидромеханический вариант автоматической трансмиссии, то вместо сцепления и коробки передач применяется гидро

Глава 1. Назначение и конструктивные варианты трансмиссии... 7

Рис. 1.3. Трансмиссия автомобиля с двигателем в пределах базы автомобиля:
7 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — качающаяся полуось; 5—дифференциал; 6 — главная передача; 7— шарниры

Рис. 1.4. Трансмиссия заднемоторного автомобиля:
1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — дифференциал; 5 — качающаяся полуось; 6 — главная передача; 7— шарниры

Рис. 1.5. Схема гидромеханической автоматической трансмиссии автомобиля 4x2 с задним ведущим мостом и двигателем спереди:
7 — двигатель; 2 — гидротрансформатор; 3 — автоматическая коробка передач;
4 — карданная передача; 5 — ведущий мост

трансформатор 2 в сочетании с автоматически управляемой коробкой передач 3 (на рис. 1.5 показана схема такой трансмиссии для автомобиля с передним расположением двигателя 1 и задним ведущим мостом 5).
    При наличии у автомобиля (колесного трактора или специальной машины) нескольких ведущих мостов трансмиссия существенно усложняется. В частности, для автомобилей с колесной формулой 4x4 применяется большое число различных схем трансмиссий. Одним из

Глава 1. Назначение и конструктивные варианты трансмиссии

Рис. 1.6. Схема трансмиссии автомобиля с колесной формулой 4x4: 1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданный вал; 5 — ведущий мост; 6 — раздаточная коробка

распространенных вариантов является схема, показанная на рис. 1.6. После коробки передач 3 здесь стоит раздаточная коробка 6, с помощью которой крутящий момент распределяется карданными валами 4 на оба ведущих моста 5.
    Для автомобилей, имеющих колесную формулу 6x6, возможные схемы трансмиссии показаны на рис. 1.7. При этом на рис. 1.7, а приведена схема с так называемым проходным мостом (передний из имеющихся двух задних ведущих), в котором обычно располагается межосевой дифференциал 7. На рис. 1.7, б приведена трансмиссия с раздельным приводом всех ведущих мостов, при этом увеличивается число карданных валов 4, и раздаточная коробка 6 должна быть более сложной конструкции, поскольку имеет три выходных вала и обычно снабжается межосевым дифференциалом.


Рис. 1.7. Схемы трансмиссий для автомобилей с колесной формулой 6x6: а — с общим приводом задних ведущих мостов; б — с раздельным приводом всех ведущих мостов; I — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданный вал; 5 — ведущий мост; 6 — раздаточная коробка; 7— межосевой дифференциал

    Один из возможных вариантов трансмиссии для автомобиля с колесной формулой 8x8 показан на рис. 1.8. Этот вариант использован на автомобиле, имеющем два силовых агрегата 1 (двигатель + сцепление + коробка передач) и две раздаточные коробки 6. Конструкция трансмиссии существенно упростится, если применить достаточно

Глава 1. Назначение и конструктивные варианты трансмиссии... 9

4           2

Рис. 1.8. Схема трансмиссии автомобиля с колесной формулой 8x8 при использовании двух силовых агрегатов:
/ — двигатели; 2 — сцепления; 3 — коробки передач; 4 — карданные валы; 5 — ведущие мосты; б — раздаточные коробки

мощный и развивающий большой крутящий момент единый силовой агрегат, но в этом случае необходимо создать сложную раздаточную коробку 6 с четырьмя выходными валами.
    Для автомобилей колесной формулы 4x4 возможны схемы трансмиссий без использования раздаточных коробок. На рис. 1.9 по

Рис. 1.9. Трансмиссия 4 х 4 с подключаемым задним мостом:
1 — двигатель; 2,3 — коробка передач со сцеплением; 4 — карданный вал; 5 — задний мост со своей главной передачей и дифференциалом; 6 — главная передача привода передних колес; 7— зубчатая муфта; 8 — качающаяся полуось; 9 — шарнир равных угловых скоростей; 10 — конический редуктор; 11 — простой шарнир

¹⁰ Глава 1. Назначение и конструктивные варианты трансмиссии...

казана такая схема для переднеприводного легкового автомобиля с подключаемым водителем задним мостом. Здесь главная передача 6 привода передних колес имеет дополнительный, подключаемый с помощью зубчатой муфты 7 конический редуктор 10 привода заднего моста 5, передающий крутящий момент на его главную передачу с помощью карданного вала 4. Вместо подключения водителем можно сделать автоматическое подключение заднего моста с помощью гидравлической или электромагнитной муфты 7(рис. 1.10, а). Возможен и постоянно включенный привод всех колес, если в трансмиссии предусмотрен межосевой дифференциал 8 (рис. 1.10, б).


Рис. 1.10. Схемы трансмиссий автомобилей с колесной формулой 4x4: а — автоматически подключаемый привод заднего ведущего моста; б — постоянный привод всех колес через межосевой дифференциал; 1 — двигатель; 2, 3 — коробка передач со сцеплением; 4 — карданная передача (вал); 5 — межколесные дифференциалы; б — качающиеся полуоси; 7— электромагнитная муфта; 8— межосевой дифференциал

     К разряду перспективных относятся комбинированные трансмиссии. Из них наибольшее распространение начинают получать комбинации тепловых двигателей с упрощенными механическими трансмиссиями в сочетании с питающимися от электрических источников (аккумуляторов, топливных элементов, мощных конденсаторов) электродвигателями, подключенными к одному из мостов автомобиля через редукторы или напрямую (конструкция типа мотор—колесо). Схема одной из таких комбинированных трансмиссий приведена на рис. 1.11. Здесь обычный двигатель внутреннего сгорания 1 соединен через сцепление 2 с коробкой передач 3, которая передает крутящий момент через главную передачу, дифференциал и полуоси колесам переднего ведущего моста 5. Электродвигатель 7 через дополнительный редуктор 8 соединен с приводом заднего ведущего моста. Он включается в работу только на режимах разгона и преодоления максимальных сопротивлений движению автомобиля, причем это подключение