Трансмісія автомобіля

У машинобудуванні трансмісією називається сукупність механізмів, покликана передавати момент, що крутить, від силового агрегату до робочого органу механічного пристрою. Автомобільна трансмісія виконує ту ж функцію і передає крутний момент від двигуна внутрішнього згоряння до ходової частини (колес) автомобіля для зміни тягових зусиль, швидкостей та напрямки руху транспортного пристрою.

Що таке трансмісія автомобіля

Автомобільна трансмісія - різновид трансмісії, що забезпечує рух автомобілем та його керування водієм. У загальних випадках до складу автомобільної трансмісії входять:

• зчеплення чи гидротрансформатор;
• коробка передач;
• головна передача;
• шарнір рівних кутових швидкостей.

Опціонально до складу трансмісії також можуть входити роздавальна коробка та передача кардану.

Класифікація автомобільних трансмісій заснована на різних принципах перемикання передач і передачі моменту, що крутить, до робочого органу автомобіля, тобто колесам. Виділяють такі види автомобільних трансмісій:

• механічна;
• автоматична;
• роботизована;
• трансмісія типу варіатор.

Пристрій механічної трансмісії

Механічна трансмісія - автомобільна трансмісія, призначена для передачі моменту, що крутить, від двигуна внутрішнього згоряння до колес, в якій вибір передачі здійснюється водієм в ручному режимі. Функції механічної трансмісії здійснюються за рахунок механічних пристроїв, тому вона отримала таку назву.

Принцип роботи механічної трансмісії наступний: момент, що крутить, від силового агрегату через зчеплення передається на первинний вал КПП. Зчеплення забезпечує роз'єднання двигуна і трансмісії для перемикання передач без вимкнення обертів двигуна. У механічній трансмісії зчеплення вичавлюється водієм шляхом натискання на педаль у салоні автомобіля. У момент, коли зчеплення вичавлене, водієм здійснюється вибір передачі і вручну перемикається важіль КПП.

У механічній трансмісії осі валів розташовані паралельно, ними розташовані шестерні. Пари взаємодіючих шестерень утворюють щаблі, кожна з них має певне передатне число, що визначається відношенням кількості зубів у вихідний та вхідний шестерень у парі. Кількість зубів залежить від розміру самої шестерні: що більше зубів — то більше вписувалося діаметр шестерні. Перша передача має найбільше передавальне число і, відповідно, вхідна шестерня має мінімальний розмір, а вихідна максимальна.

Передатне число визначає швидкість обертання і крутний момент, що передається від колінчастого валу двигуна. Якщо передача збільшує момент, що крутить, то вона є знижувальною, якщо зменшує - підвищує. У понижувальної передачі швидкість обертання шестерень знижується, у підвищує - підвищується.

Існують два основні різновиди механічної трансмісії: двовальні та тривальні КПП. У двовальних крутний момент передається безпосередньо від провідного валу до веденого, у тривальних між ними розташований проміжний вал, що підвищує загальний ККД механічної трансмісії і дозволяє реалізувати пряму передачу. Також механічна трансмісія класифікується за кількістю щаблів: 4, 5, 6 і навіть 7 на просунутих автомобілях. Найбільшого поширення зараз мають 5- та 6-швидкісні МКПП.

Механічна трансмісія задоволена проста, надійна та недорога в реалізації. Однак її основний недолік – ускладнення процесу керування автомобілем. Водій повинен повністю контролювати процес перемикання передач, що досить стомлюючим заняттям, особливо в режимі міської їзди. Помилки в перемиканні загрожують перевантаженням двигуна або пошкодженням зчеплення. Тому автовиробники пропонують альтернативні варіанти, в яких перемикання передач здійснюється без участі водія.

Пристрій автоматичної трансмісії

Автоматична трансмісія забезпечує перемикання передач у автоматичному режимі. Це означає, що людині, яка керує автомобілем, не потрібно вичавлювати зчеплення та перемикати важіль КПП. Коробка-автомат розробили ще на початку XX століття, основні принципи її роботи збереглися з того часу.

Класичним варіантом автоматичної трансмісії є гідротрансформаторна КПП, що складається з наступних вузлів:

• гідротрансформатора;
• планетарний механізм.

Останній включає наступні деталі

• гідравлічний або електронний блок керування АКПП;
• фрикційну муфту;
• обгінну муфту;
• стрічкове гальмо;
• масляний насос.

Гідротрансформатор забезпечує передачу моменту, що крутить, від силового агрегату і по своїй суті замінює зчеплення. Передача крутного моменту здійснюється за рахунок накопичення та використання кінетичної енергії рідини, що знаходиться всередині корпусу гідротрансформатора. Також він забезпечує гасіння поштовхів, що виникають при перемиканні передач, через відсутність жорсткого кінематичного зв'язку між своїми елементами.

Планетарний механізм забезпечує вибір швидкості та передачу крутного моменту від гідротрансформатора до приводів коліс. У планетарному механізмі здійснюється блокування одних шестерень та розблокування інших, що визначає вибір передавального числа. Управління коробкою здійснює гідравлічний або електронний блок керування, що збирає відомості від різних датчиків та визначає необхідний режим роботи.

Класична автоматизована трансмісія має безліч переваг: вона забезпечує комфортність керування автомобілем, має великий ресурс, що часто перевершує механічну трансмісію, запобігає банальним помилкам водія при перемиканні передач. Зрозуміло, є й мінуси: автомат досить дорогий, тому їм рідко оснащуються автомобілі економ-класу. Також трансмісія подібного типу збільшує вагу авто, знижує динаміку та максимальну швидкість, підвищує витрату палива та потребує ретельного догляду. У разі поломки ремонт автоматичної трансмісії коштуватиме власнику авто чималеньку суму.

Влаштування трансмісії типу варіатор

Варіатор, або CVT (Continuously Variable Transmission), – це різновид безступінчастої автомобільної трансмісії. Варіатор здатний плавно змінювати коефіцієнт передачі у всьому діапазоні швидкостей і тягових зусиль, тому в процесі такої трансмісії не спостерігається характерних поштовхів при перемиканні передач, властивих іншим видам трансмісії.

На сучасних автомобілях найпоширенішим видом є варіатор, заснований на роботі клинопасової передачі. У ньому передавальне число передається від ведучого шківа, з'єднаного з мотором, до веденого, пов'язаного з приводами коліс. Між собою вали з'єднуються ременем.

Принцип роботи варіатора заснований на зміні діаметра веденого та ведучого шківів при зменшенні або збільшенні частоти обертів двигуна. При торканні автомобіля, коли необхідно максимальне тягове зусилля, діаметр ведучого шківа мінімальний, ведений максимальний, що підвищує коефіцієнт передачі. З набором швидкості та збільшенням оборотів силового агрегату діаметр провідного шківа зростає, а веденого падає, що зменшує коефіцієнт передачі. Таким чином регулюється тягове зусилля, яке передається на приводи коліс. Як і на будь-яких сучасних автомобілях, за регуляцію діаметра шківів відповідає електроніка, яка отримує команди з електронного блоку керування.

Другий варіант безступінчастої трансмісії - тороїдальний варіатор, що зустрічається набагато рідше клинопасової схеми. При такому варіанті передача моменту, що крутить, регулюється роликами тороїдальної форми, затиснутими між валами. Зміна передавального числа здійснюється за рахунок збільшення або зменшення площі контактних поверхонь контакту роликів та валів. Для максимальної тяги роликові затискачі повертаються у бік валу, що збільшує площу зіткнення і тертя між веденим валом і роликом. При збільшенні швидкості ролики повертаються у зворотний бік. Тороїдні варіатори більш надійні та зносостійкі, проте дорожчі у виробництві.

Плюси безступеневої трансмісії типу варіатор очевидні: вона динамічніша і ефективніша, ніж автомат, повністю відсутні ривки, виграє вона й у економічності проти автоматом. Однак і мінуси варіатора також яскраво виражені: ненадійність, відносно малий ресурс, дорогий ремонт та необхідність додаткового обслуговування (потрібно купувати спеціальне трансмісійне масло).

Роботизована трансмісія

Роботизована трансмісія - ще один варіант трансмісії, що дозволяє перемикати передачі в автоматичному режимі і дозволяє позбавитися педалі зчеплення в салоні авто.

У більшості випадків роботизована трансмісія є однодисковою з одним зчепленням, альтернативою пропонується дводискова (преселективна) — з двома паралельними механічними коробками і двома зчепленнями. Як екзотичний варіант створена і тридискова роботизована коробка з трьома паралельними механічними коробками і трьома зчепленнями.

Роботизована КПП заснована на роботі класичної механічної КПП, проте перемикання передач проводиться не вручну, а завдяки сервоприводам, керованим електронікою. Один сервопривід вимикає та включає зчеплення, другий фізично переміщає шестерні в коробці передач. Сервоприводи можуть бути електричними (доступніший варіант, що зустрічається на автомобілях економ-класу) або гідравлічними, що забезпечують більш плавне перемикання передач і зближують робот з класичним автоматом. Такий варіант зустрічається на дорожчих автомобілях.

Принцип роботи роботизованої трансмісії з одним зчепленням (однодисковий) наступний. Крутний момент передається на провідний вал, який передає його на ведений, з'єднаний приводом з колесами. Силовий агрегат та провідний вал розділені зчепленням, перемиканням якого займається сервопривід під керуванням електроніки. При розриві зчеплення другий сервопривід переміщає синхронізатор коробки передач таким же чином, як це робить водій важелем КПП на механіці. Однак для такої системи характерні розриви в потужності та втрати в тязі в момент перемикання.

Для вирішення цієї проблеми була розроблена преселективна роботизована трансмісія (DCT) з двома дисками (валами) та двома зчепленнями для парних та непарних передач. Коли автомобіль їде на непарній передачі, друге зчеплення готує перемикання на парну передачу і т. д. Завдяки цьому зникають розриви в тязі під час перемикання передач, що здійснюється в рекордно швидкий період часу (час відкликання - до 0,2 секунд і навіть менше).

Загалом роботизована трансмісія має свої плюси порівняно з автоматом — вона дешевша, займає менше місця у підкапотному просторі, менше важить, досить економічна (на рівні механічної трансмісії). Також більшість роботів дозволяє перемикати передачі у ручному режимі.

Мінуси робота наступні – прості однодискові роботи з електричними сервоприводами не забезпечують плавність перемикання передач. Роботи з двома зчепленнями та з гідравлічними сервоприводами досить дорогі, недостатньо надійні та мають складності при ремонті. В окремих випадках при поломці доводиться змінювати коробку передач цілком.