Передача крутящего момента от двигателя к колесам: виды, из чего состоит, общее устройство, для чего нужна
От двигателя к колесам | Двигатель автомобиля
Не вся энергия, получаемая от двигателя, используется для преодоления сопротивлений движению автомобиля, т.е. непосредственно для движения автомобиля. Имеется еще и «накладной расход» на работу механизмов силовой передачи. Этот расход отнимает в отдельных случаях до 20% мощности, а у автомобиля обычной схемы — около 10%. Чем меньше этот расход, тем выше так называемый коэффициент полезного действия (к.п.д.) силовой передачи, обозначаемый греческой буквой у («эта»).
По существу коэффициент полезного действия передаточного механизма — это отношение мощности, отдаваемой механизмом, к мощности, им получаемой. Применительно к автомобилю — это отношение мощности, переданной колесам, к мощности двигателя, измеренной на его маховике.
Если к.п.д. силовой передачи равен 0,93 (93%), как это бывает у некоторых спортивных автомобилей или автомобилей высшего класса, то «накладные расходы» составляют всего 7%; если к.п.д. силовой передачи равен 0,8, как, например, у некоторых автомобилей с автоматическими передачами или у специальных автомобилей, то расходы достигают 20%.
Усилие от двигателя передается к ведущим колесам несколькими механизмами силовой передачи:
- сцеплением
- коробкой передач
- карданным валом
- главной передачей
- дифференциалом
Механическая энергия, переданная от двигателя, не только передается через эти механизмы, но и расходуется на трение (пробуксовка дисков сцепления, трение зубьев шестерен коробки передач, главной передачи и дифференциала, трение в подшипниках, трение в карданных сочленениях), а также на взбалтывание масла в картерах коробки передач и заднего моста. От трения и взбалтывания масла возникает тепло; механическая энергия превращается в тепловую, которая не может быть использована и рассеивается. Этот «накладной расход» непостоянен — он увеличивается, когда в работу включается дополнительная пара шестерен на низших передачах, когда карданные шарниры работают под большим углом, когда вязкость масла велика (в холодную погоду), на повороте, когда в работу активно включаются шестерни дифференциала (при движении по прямой их работа невелика). Поэтому трудно дать точную, годную для всяких условий движения оценку величины к.п.д. силовой передачи каждого автомобиля.
Опытным путем определены потери мощности в силовой передаче автомобилей и в отдельных ее элементах и вычислены к.п.д.
Рис. Усилие от двигателя передается ведущим колесам через сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, полуоси.
Таблица. Коэффициенты полезного действия силовой передачи автомобиля и ее механизмов
| Механизмы силовой передачи
| Передача в коробке передач
| Коэффициент полезного действия
| |
| автомобиль высшего класса | автомобиль массового выпуска | ||
| Механизмы силовой передачи | |||
| Сцепление | 0,99 | ||
| Коробка передач: | |||
| с прямозубыми шестернями | Прямая | — | 0,96 |
| Прочие | — | 0,94 | |
| с косозубыми шестернями | Прямая | 0,98 | 0,97 |
| Прочие | 0,96 | 0,95 | |
| Карданная передача: | |||
| с углом работы 0-7 градусов | 0,99 | ||
| с углом работы 7-20 градусов | 0,98 | ||
| Главная передача: | |||
| спирально-коническая | 0,95 | 0,94 | |
| гипоидная | 0,98 | 0,97 | |
| двойная (коническая и цилиндрическая) | — | 0,85 | |
| Силовая передача автомобиля | |||
| Коробка передач с прямозубыми шестернями: | |||
| спирально-коническая главная передача | Прямая | — | 0,88 |
| Прочие | — | 0,86 | |
| двойная главная передача | Прямая | — | 0,79 |
| Прочие | — | 0,77 | |
| Коробка передач с косозубыми шестернями: | |||
| спирально-коническая главная передача | Прямая | 0,91 | 0,89 |
| Прочие | 0,89 | 0,87 | |
| двойная главная передача | Прямая | 0,94 | 0,92 |
| Прочие | 0,92 | 0,9 | |
Приведенные в таблице величины к.п.д. всей силовой передачи автомобиля на повороте снижаются еще на 1—2%; при езде по очень неровной дороге (когда карданы работают под большими углами) — еще на 1—2%; зимой, когда масло слишком вязкое, — еще на 1—2%.
Рис. На работу механизмов передачи расходуется около 10% мощности, развиваемой двигателем.
Существуют автомобили, у которых к.п.д. силовой передачи снижен за счет наличия раздаточной коробки и переднего ведущего моста (автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами) или за счет необычной схемы коробки передач и заднего моста (некоторые автомобили с задним расположением двигателя, не имеющие прямой передачи в коробке передач, или автомобили с независимой подвеской задних колес, имеющие карданные шарниры на каждой полуоси, причем шарниры часто работают под большими углами).
В дальнейшем динамические и экономические показатели таких автомобилей рассматривать не будем, и поэтому примем к. п. д. силовой передачи приблизительно равным:
- для легковых автомобилей высшего класса — 0,93
- для прочих легковых автомобилей — 0,91
- для грузовых автомобилей с одинарной главной передачей — 0,89
- для грузовых автомобилей с двойной главной передачей — 0,85
Для учета этих «накладных расходов» во внешнюю характеристику двигателя следует внести поправки, чтобы получить характеристику мощности Nк и крутящего момента Мк, передаваемых на ведущие колеса автомобиля.
Может ли крутиться колесо, если крутящий момент на нем равен нулю? И куда вообще девается этот момент по дороге от маховика двигателя к колесам?
PRIVOD
Мы перестали спорить в курилках на технические темы. А жаль. Какой нормальный мужик откажется побазарить о том, как распределяется по колесам крутящий момент мотора? Или хотя бы постоять рядом, храня молчанье в важном споре. Не сериалы же нам обсуждать!
Про мощности и скорости спорить неинтересно, а вот момент — дело другое! Разброд мнений здесь гарантирован. По секрету скажем, что даже «доценты с кандидатами» сгоряча давали противоположные ответы на простые, казалось бы, вопросы. В итоге истину удалось постичь только после длительной дискуссии с представителями заводов ГАЗ и УАЗ и нескольких профильных вузов, а также в результате консультаций с зарубежными коллегами.
Предлагаем всем желающим попытаться найти правильные ответы в предложенных нами ситуациях. А предварительно перечислим условия, которые следует учитывать при выборе правильного варианта.
Во всех ситуациях условно считаем, что трение и прочие потери отсутствуют как класс. Нагрузки на колеса — одинаковые. Продольная и поперечная развесовки — равномерные. Условия сцепления шин с покрытием — одинаковые, если иное не оговорено. Все дифференциалы — симметричного типа. Момент, передаваемый двигателем на конкретный дифференциал, условно принимаем за 100%.* Для разминки — первый вопрос. В нем скрыта маленькая «нехорошесть»: если ответ на него останется непонятен, то ко второму вопросу переходить бессмысленно.
2-uslovn-Zalacha-diff-CP-222
Условные обозначения.
ВОПРОС № 1
2-1-Zalacha-diff-CP
Автомобиль сел на брюхо и беспомощно крутит ведущими колесами в воздухе. Чему при этом приблизительно равен момент на маховике двигателя?
А — нулю
Б — зависит от оборотов
В — заявленной паспортной величине
Г — зависит от включенной передачи
Правильный ответ: А
Тем, кому непонятен ответ, поясняем: момента без сопротивления не бывает! Представьте себе электрическую розетку, рядом с которой стоит неподключенный утюг. Напряжение в розетке есть, но отдаваемый ток — нулевой. Так и здесь: двигатель не совершает никакой полезной работы, колеса не встречают сопротивления, а потому и момент отсутствует.
* Если это понятно, то даем задание более сложное — уже с участием дифференциала. Тем, кто подзабыл, что это такое, рекомендуем заглянуть в подсказку ниже.
C чем его едят
1-2-Zalacha-diff-CP
Дифференциал (от лат. differentia — разность, различие) — механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес с разными скоростями (например, в повороте). Реальные условия движения автомобиля обусловливают разницу в угловых скоростях его колес. Почему? Потому, что они проходят пути разной длины (в повороте или по неровностям) и радиусы качения также различны. Поэтому ведущие колеса работают с участием межколесных и межосевых дифференциалов — чтобы не возникал так называемый паразитный (тормозящий) крутящий момент на одном из колес, как это бывает на поворотной оси телеги с цельной осью. Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами поровну, называют симметричным.
ВОПРОС № 2
Автомобиль ВАЗ‑2107 едет по кругу на четвертой передаче. Как приблизительно распределены моменты на его задних колесах?
2-2-Zalacha-diff-CP
А — поровну
Б — обратно пропорционально частоте вращения каждого из колес
В — в зависимости от силы сцепления с дорогой и от нагрузок
Г — прямо пропорционально частоте вращения каждого из колес
Правильный ответ: А
Моменты распределены поровну: по-другому симметричный дифференциал просто не умеет себя вести. Напоминаем, что трение и прочие потери мы условились не учитывать
*Если и это понятно, то усложняем вопросы.
ВОПРОС № 3
У ВАЗ‑2107 при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Как приблизительно распределены моменты на задних колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-3-Zalacha-diff-CP
А — 100% на вращающемся колесе и 0% на неподвижном
Б — на обоих колесах момент равен нулю
В — в зависимости от сцепления неподвижного колеса с дорогой
Г — пропорционально оборотам двигателя
Правильный ответ: Б
Почему нулю, если колесо крутится? Дело в том, что полезной работы двигатель не совершает. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому и момент на нем нулевой. На неподвижном колесе, само собой, момент также равен нулю.
*Теперь переходим к полноприводным автомобилям: здесь к межколесным дифференциалам добавлен межосевой.
ВОПРОС № 4
Chevrolet Niva едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка межосевого дифференциала. Каково приблизительное соотношение моментов на всех колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-4-Zalacha-diff-CP
А — по 25% на каждом
Б — по 50% на каждом
В — пропорционально оборотам двигателя
Г — на колесах каждой оси моменты делятся поровну, а распределение по осям — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: Г
Межколесные дифференциалы на каждой из осей делят моменты поровну, как и в предыдущих примерах. Если бы межосевой дифференциал оставался свободным, каждому колесу досталось бы по 25% крутящего момента. Но водитель его заблокировал, а потому распределение между осями стало зависеть от конкретной дорожной ситуации. В пределе (колеса одной из осей стоят на сухом асфальте, а колеса другой — на гладком льду) практически весь момент реализуется на асфальте.
*А теперь предположим, что мы немножко застряли.
ВОПРОС № 5
У вседорожника Chevrolet Niva при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Водитель заблокировал межосевой дифференциал. Как приблизительно распределены моменты на всех четырех колесах?
2-5-Zalacha-diff-CP
А — на вывешенном колесе 0%, на втором колесе той же оси 0%; на другой оси моменты на каждом из колес равны половине момента, поступающего на ее дифференциал от двигателя
Б — на вывешенном колесе 0%, на остальных — по 33,3% момента, поступающего от двигателя
В — на всех колесах по 25% момента, поступающего от двигателя
Г — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: А
Висящее в воздухе колесо не работает — следовательно, момент на нем нулевой. То же относится к другому колесу на этой оси: незаблокированный межколесный дифференциал обеспечил равенство. А вот другая ось работает в штатном режиме. И ненулевые моменты на ее колесах при свободном межколесном дифференциале равны между собой.
*Теперь попробуем заблокировать межколесный дифференциал!
ВОПРОС № 6
Полноприводный вседорожник едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково приблизительное соотношение моментов на колесах?
2-6-Zalacha-diff-CP
А — на каждом по 25% момента, поступающего к межосевому дифференциалу от двигателя
Б — на каждом по 50% момента, поступающего от двигателя
В — зависит от оборотов мотора
Г — на передних колесах по 25%. Остальные 50% распределяются между задними колесами пропорционально нагрузке на них и силам сцепления.
Правильный ответ: Г
Благодаря работающему межосевому дифференциалу задний мост получает столько же ньютон-метров, сколько и передний. Но реальное соотношение моментов на его колесах уже зависит от конкретной дорожной ситуации, поскольку блокированный межколесный дифференциал ничего не выравнивает. Если одно из колес зависнет в воздухе, то всё достанется второму колесу, а если сцепление одинаковое, то и дележ будет равным. Поэтому соотношение моментов определяется нагрузками и силами сцепления. ;
*Попытаемся застрять еще раз.
ВОПРОС № 7
У полноприводного вседорожника при включенной передаче одно заднее колесо вывешено в воздухе. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково примерное соотношение моментов на колесах, если условно принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-7-Zalacha-diff-CP
А — 100% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Б — 50% и 50%
В — 25% и 25%
Г — 50% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Правильный ответ: Г
Межосевой дифференциал поделил моменты между осями поровну. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому его момент равен нулю. За него отдувается другое колесо на этой оси, толкающее машину, — и весь передающийся назад крутящий момент (50% общего) достается именно второму колесу.
*Напоследок напомним основные принципы, которые помогут разобраться в моментах, осях и ди
О распределении моментов в полноприводных автомобилях любят поспорить. Подогревают страсти неграмотные фразы маркетологов типа той, что в заголовке. На практике все выглядит более приземленно.
Материалы по теме
Чтобы разобраться в блокировках и прочих дифференциалах, достаточно запомнить пару постулатов:
- Там, где нет сопротивления, момент всегда равен нулю.
- Симметричный дифференциал всегда выравнивает моменты: межосевой — на осях, межколесный — на колесах.
Особенные сложности в понимании вызывает первый постулат. Многим трудно осознать, что если, к примеру, автомобиль «сел на брюхо» и жалобно крутит колесами в воздухе, то при этом момент на маховике его двигателя равняется нулю! Но это именно так — разумеется, если не учитывать трение и аналогичные внутренние потери (вращение генератора и т п.). Если нет полезной совершаемой работы, то нет и никакого момента. А мотор, вращающий лишь сам себя, никакой работы не совершает.
Именно поэтому никакая хитроумная электроника не может по заданию свыше перебросить, например, 70% крутящего момента двигателя на буксующее колесо. Это то же самое, что говорить о затрате энергии при перетягивании каната, второй конец которого никто не держит. Но чтобы пояснить все это на конкретном примере, рассмотрим следующую ситуацию.
Нива едет по кольцевой дороге на четвертой передаче. Водитель включил блокировку межосевого дифференциала. Как распределяются крутящие моменты по колесам, если считать момент на маховике двигателя равным 100%?
Материалы по теме
Начинаем разбираться. На каждой из осей этой машины стоят межколесные дифференциалы — следовательно, моменты между правым и левым колесом на осях поделятся поровну. Если, например, правое переднее колесо зависнет в воздухе, то моменты на обоих передних колесах тут же станут нулевыми. Но осталось понять, в одинаковых ли условиях находятся передняя и задняя оси?
Если бы межосевой дифференциал не был заблокирован, тогда все было бы просто: все колеса находятся в равных условиях, получая от 0 до 25% крутящего момента. Но дифференциал заблокирован, а потому уравниловка кончилась: распределение по осям определяется конкретной дорожной ситуацией. Где больше нагрузка, там и момент выше. Если передние колеса оказались на льду, то момент на них станет нулевым — все достанется в равных долях колесам задней оси. Поэтому полный правильный ответ звучит так: на колесах каждой оси моменты делятся поровну, а распределение по осям осуществляется в зависимости от нагрузок и сил сцепления.
Есть вопросы? Задавайте! [email protected]
Крутящий момент
Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 133
Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.
Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.
Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.
Если простым языком отвечать на вопрос, что такое крутящий момент двигателя, то можно сказать, что КМ – сила, с которой агрегат крутит выходной вал. Например, при КМ, равном 130 Н*м и длине выходного вала 1 метр на его конец можно повесить груз весом 13 кг. При этом мотор должен провернуть вал.
Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.
Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.
Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:
Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.
При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.
Передача КМ к ведущим колесам
Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.
Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.
В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.
Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.
В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.
Максимальный и номинальный КМ
В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.
Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.
Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.
Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.
На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.
На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.
Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.
Как увеличить КМ
Как увеличить крутящий момент двигателя? Увеличение КМ осуществляется практически аналогично увеличению такого показателя, как мощность двигателя. Для этого необходимо произвести доработку самого мотора или его агрегатов.
- Замена распределительных валов, системы выпуска, фильтров на высокопроизводительные аналоги;
- Повышение пропускных возможностей впускного клапана или турбирование. Это дает возможность улучшить вентиляцию цилиндров;
- Коррекция фаз газораспределения с увеличением времени открытия впускных клапанов;
- Увеличение степени сжатия. Данный способ позволяет значительно повысить КМ, однако сопровождается существенными техническими трудностями.
- Замена поршней более легкими аналогами. Двигателю будет легче крутиться. Соответственно, динамика разгона вырастет.
Увеличения динамики разгона можно добиться и путем коррекции механизма передачи крутящего момента к ведущим колесам. Для этого необходимо установить в коробку передач шестерни с большим передаточным числом. Следует помнить, что увеличение КМ будет означать снижение максимальной скорости авто.
Увеличения динамики разгона можно добиться и с помощью чип-тюнинга. При этом заводская программа с блока управления двигателем заменяется на альтернативную, изменяющую параметры работы силового агрегата в ту или иную сторону.
25 ноября 2010г.
Передачи включаются следующим образом:
- первая передача (а) — перемещением муфты синхронизатора первой и второй передач назад, вследствие чего ее зубчатый венец блокирует шестерню первой передачи на ведомом валу. Крутящий момент передается парами шестерен постоянного зацепления с ведущего вала на промежуточный и далее на ведомый вал. Передаточное отношение первой передачи наибольшее из всех передач переднего хода;
- вторая передача (б) — перемещением муфты того же синхронизатора вперед, в результате чего на ведомом валу блокируется шестерня второй передачи. Усилие в этом случае проходит через соответствующие шестерни постоянного зацепления всех трех валов;
- третья передача (в) — по аналогии с первой перемещением муфты синхронизатора третьей и четвертой передач назад. При этом на ведомом валу блокируется шестерня третьей передачи;
- четвертая передача (г) — при перемещении муфты синхронизатора третьей и четвертой передач вперед. Внутренние зубья муфты в этом случае находят на зубчатый венец ведущего вала, и крутящий момент передается без изменения на ведомый вал Четвертая передача является прямой;
- задний ход (д) — вводом в зацепление промежуточной шестерни заднего хода, расположенной на отдельном валике, с прямозубой шестерней промежуточного вала и зубчатым венцом на муфте синхронизатора первой и второй передач. Введение в схему передачи крутящего момента промежуточной шестерни позволяет изменять направление вращения ведомого вала коробки передач на обратное.
Нейтральное положение коробки передач получается в том случае, когда муфты синхронизаторов не зацеплены с соответствующими шестернями ведомого вала и передвижная шестерня заднего хода сдвинута назад. В этом положении крутящий момент от двигателя к колесам не передается.
«Автомобиль категории «В»,
В.М.Кленников, Н.М.Ильин, Ю.В.Буралев
Дифференциал: распределяем крутящий момент
В конструкции трансмиссии любого автомобиля обязательно присутствует такой составной узел как дифференциал авто. Этот элемент очень важен и выполняет ряд функций, без которых передвижение на авто и его управление было бы очень затруднительным.
Трансмиссия обеспечивает передачу крутящего момента от ДВС на колеса ведущей оси. Но поскольку условия передвижения могут быть самыми различными, необходимо обеспечить распределение подающегося вращения по колесным осям. То есть, нужно сделать так, чтобы колеса приводной оси могли крутиться с разными скоростями.
Если бы приводные колеса были связаны между собой жестко (объединены одной осью), то при определенных условиях возникала бы пробуксовка. Так, при вхождении в поворот колеса перемещаются по разным радиусам, что сказывается на пути, который каждое из них должно пройти. Колесо, перемещающееся по внутреннему радиусу, должно преодолеть значительно меньшее расстояние, чем-то, что идет по внешнему. Жесткая связка колес приведет к тому, что внутреннее колесо будет просто пробуксовывать, поскольку его скорость вращения больше, чем нужна для преодоления пути. А это в свою очередь обеспечивает повышение нагрузки на элементы трансмиссии, ухудшает управляемость, приводит к интенсивному износу шин.
Устранить этот негативный фактор и позволяет дифференциал. Этот узел обеспечивает передачу момента по полуосям, а также крутиться им с различной угловой скоростью.
Принцип работы
Для примера рассмотрим принцип работы самого распространенного типа дифференциала – конического. Состоит такой узел из корпуса, шестеренок, закрепленных на полуосях, а также сателлитов.
Устройство симметричного конического дифференциала
Компоновка дифференциала такая – корпус зафиксирован на ведомом шестеренчатом колесе главной передачи. Внутри него на жестко закрепленных осях расположены сателлиты. Полуоси, передающие вращение на колеса, своими концами заходят в корпус. Полуосевые шестеренки имеют постоянное зацепление с шестернями-сателлитами. В общем, все достаточно просто.
Сателлиты имеют две степени движения. Они зафиксированы на осях в корпусе, поэтому и вращаются вместе с ведомым шестеренчатым колесом главной передачи. Также они могут крутиться и вокруг своей оси.
При прямолинейном передвижении колеса ведущей оси испытывают одинаковое сопротивление, поэтому момент делится по полуосям равномерно. Сателлиты в этом случае вращаются лишь с корпусом, а относительно своих осей они неподвижны.
При вхождении в поворот, колесо, движущееся по внутренней стороне, испытывает повышенное сопротивление, по сравнению с внешним. Поскольку жесткой связи между ними нет, то из-за возникшего сопротивления внутреннее колесо замедляется и возникает разница в угловых скоростях на полуосях. Это приводит к тому, что сателлиты начинают крутиться на осях, передавая больший момент на полуось колеса, движущегося по внешней стороне. То есть, благодаря дифференциалу замедление одного колеса приводит к ускорению второго.
Но в функционировании дифференциала есть один существенный недостаток – при потере сопротивления на одном колесе узел весь крутящий момент подаст на него. В результате, при вывешивании одного из ведущих колес или его попадании на скользкий участок, все вращение пойдет на него, второе же колесо остановиться – автомобиль окажется обездвиженным. Для борьбы с этим негативным качеством используются блокировки, которые предотвращают подачу всего крутящего момента только на одну полуось.
Виды узлов
Выше описан принцип работы дифференциала на примере только одного типа узла. На авто же применяются различные варианты этой составляющей трансмиссии. Все существующие виды дифференциалов можно разделить по ряду категорий:
- Место расположения
- Соотношение моментов при распределении
- Конструкция
- Наличие блокировки
Помимо этого, вместо дифференциалов в конструкции авто могут применяться различные муфты, выполняющие ту же функцию, что и дифференциал. Также современные технологии позволяют полностью отказаться от использования дифференциалов, а их роль выполняют системы безопасности.
Места установки
На легковых авто с одной ведущей осью применяется только один дифференциал. В заднеприводных моделях он располагается в ведущем мосту (там, где установлена главная передача). В переднеприводных же моделях этот узел входит в конструкцию КПП.
Пример компоновки дифференциала в МКПП переднего привода
Поскольку дифференциалы на легковых авто обеспечивают распределение крутящего момента между колесами, то они получили название межколесных.
В полноприводных моделях, в которых ведущими являются обе оси, используется два межколесных дифференциала, по одному на каждый ведущий мост.
Отметим, что в полноприводных моделях есть еще одно место распределения крутящего момента – раздаточная коробка, которая подает вращение на обе оси. И здесь также требуется разделение момента, но в этом случае – между мостами, поэтому в конструкции раздатки также применяется дифференциал, называющийся межосевым.
Виды и расположение дифференциалов в зависимости от привода
На многоосных грузовиках с несколькими ведущими осями есть еще одно место установки дифференциала – между группой приводных мостов. Этот узел носит название центрального.
Распределение моментов
Соотношение моментов при распределении бывает разным – симметричным и несимметричным. Первый вариант описан выше – такой узел при движении на ровном участке дороги распределяет момент одинаково на обе полуоси, а его изменение происходи только при изменении условий движения.
Все межколесные дифференциалы являются симметричными
Несимметричные дифференциалы отличаются тем, что передача вращения между двумя осями осуществляется в определенной пропорции, причем неравной. К примеру, на многих кроссоверах используется межосевой дифференциал с соотношением 40/60. Это означает, что крутящий момент, поступающий на раздаточную коробку, делится и на передний ведущий мост поступает 40% вращения, а на задний – 60%. В этом случае передняя ось является больше вспомогательной, позволяющей повысить проходимость, основным же выступает задний мост.
Несимметричное распределение вращения обеспечивают и муфты, которые устанавливаются вместо межосевого дифференциала. При этом муфты позволяют обеспечивать распределение вращения не в строго заданной пропорции, а в целом диапазоне. То есть, на ряде авто с постоянным полным приводом, в зависимости от условий движения, муфта может менять соотношение от 40/60 до 0/100.
Конструктивное исполнение
Все дифференциалы, используемые на авто, построены по единому принципу – на основе планетарной передачи. Но конструктивных исполнений узла – несколько:
- Конический
- Цилиндрический
- Червячный
- Кулачковый
Виды конструкций дифференциалов
Во всех их, кроме кулачкового, разница сводится только к форме и конструктивному исполнению шестерен.
В конических и цилиндрических дифференциалах используются шестеренки соответствующей формы.
Более интересны в плане конструкции червячный и кулачковый узлы. В первом варианте используется червячное зацепление между сателлитами и полуосевыми шестеренками. Такие дифференциалы получили общее название Torsen. Примечательно, что разработано несколько видов конструкции Torsen. Вариант Т1 отличается тем, что сателлиты в нем располагаются перпендикулярно оси вращения. Во втором варианте – Т2, сателлиты располагаются уже параллельно полуосям. Существует еще один тип червячного дифференциала – Quaife. В нем, как и Torsen Т2, сателлиты расположены параллельно, а отличие сводится к форме самих шестеренок.
В кулачковом узле шестеренок вообще нет. В них основными рабочими элементами выступают специальные сухари, установленные между двумя звездочками (кулачковыми шайбами) – внутренней и наружной. Из-за особенностей функционирования этот узел является – дифференциалом повышенного трения.
Виды блокировки
Как уже отмечено, в дифференциалах есть один серьезный недостаток. И решается он использованием специального механизма – блокировки.
По этому критерию узлы делятся на свободные, самоблокирующиеся и с принудительной блокировкой. Узлы свободного типа не имеют в конструкции какой-либо блокировки, поэтому при создании условий негативное качество сразу же проявляется. Такие узлы обычно используются на легковых авто, предназначенных для использования в городских условиях.
В самоблокирующихся узлах дополнительные элементы в конструкции дифференциала при возникновении ситуации, когда весь момент перебрасывается на одно колесо, замедляют вращение полуоси, тем самым направляя часть вращения на другое колесо. Самым распространенным способом обеспечить самоблокировку, является установка фрикционов. Отметим, что червячные дифференциалы не требуют установки дополнительных узлов, поскольку в червячной передаче присутствует эффект самоторможения, поэтому узлы этого типа сами по себе являются самоблокирующимся.
При принудительной блокировке осуществляется жесткое соединение одной из полуосей с корпусом дифференциала, поэтому при задействовании механизма дифференциал полностью прекращает свою работу, и функционирование ведущего моста осуществляется так, как будто колеса соединены между собой жестко одной осью.
Активный дифференциал
Все перечисленные виды дифференциалов работают полностью самостоятельно и вполне справляются с поставленной задачей. Но конструкторам показалось этого мало, поэтому ими был придуман и создан так называемый активный дифференциал.
В обычных узлах распределение вращения делается пропорционально. То есть, замедление одного колеса приводит к пропорциональному возрастанию вращения на втором. Активный же дифференциал позволяет подкорректировать эти пропорции.
Суть его такова – если при прохождении поворота на наружном колесе сделать скорость вращения больше, чем это обеспечивает дифференциал, то возникает эффект подруливания. За счет этого колесо, идущее по внешнему радиусу, «доворачивает» авто, позволяя ему лучше войти в поворот.
А реализовано это путем установки дополнительных планетарных редукторов на полуоси. Причем эти редукторы срабатывают только в определенные моменты, и для этого дополнительные узлы оснастили муфтами с электроприводом.
Принцип работы активного дифференциала
Суть работы активного дифференциала такова – при вхождении в поворот, на полуоси внешнего колеса срабатывает муфта, включая редуктор. Дополнительная передача обеспечивает повышение скорости вращения полуоси, а соответственно и колеса, и оно начинает «подруливать».
Как видно дифференциалы очень разнообразны, и автопроизводители не останавливаются на достигнутом. От модели к модели повышаются их возможности и пределы, скорость работы постоянно возрастает. В конечном счете это может отразиться на надежности в любую из сторон, но безусловно наш комфорт и безопасность возрастает.
Руководство по передаче: все, что вам нужно знать
- Главная
- Категории
- Аксессуары
- Аксессуары для интерьера
- Внешние аксессуары
- игрушки
- Очистка и детализация
- Электроника
- Аудио
- Двигатель и производительность
- Инструменты
- Шины и Диски
- Мотоциклы и велосипеды
- Уход на дому
- RV Campers
- Внедорожники
- Гарантии
- Расширенные гарантии
- заводских гарантий
- Аксессуары
- Блог
- Инструменты
- Калькулятор размера шин
- Wheel & Tire Finder
- О нас
- Контакт
- Главная
- Категории
- Аксессуары
- Аксессуары для интерьера
- Внешние аксессуары
- игрушки
- Очистка и детализация
- Электроника
- Аудио
- Двигатель и производительность
- Инструменты
- Шины и Диски
- Мотоциклы и велосипеды
- Уход на дому
- RV Campers
- Аксессуары
от John Albers
Что такое раздельная передача крутящего момента?
Разделенная трансмиссия крутящего момента является формой автоматической трансмиссии автомобиля, которая способна передавать мощность в два отдельных места одновременно и даже контролировать, сколько мощности отправляется на каждый выходной источник. Такие трансмиссии были впервые изобретены для использования в вертолетах, чтобы одновременно управлять как основными, так и хвостовыми винтами. Однако они стали популярными и у полноприводных автомобилей.Новые модели включают бортовой компьютер, который определяет, сколько мощности требуется в каждой ведущей оси для поддержания максимальной тяги, и регулирует распределение мощности для компенсации.
Конструкция
Компоновка раздельной передачи крутящего момента имеет несколько ключевых отличий от обычной автоматической коробки передач. Там, где обычная трансмиссия имеет один набор планетарных шестерен, соединенных с двигателем посредством маховика, раздельная передача крутящего момента имеет два таких редуктора, расположенных рядом.Между маховиком и каждым из наборов передач находится ряд сцеплений. Эти муфты автоматически управляются серией клапанов, которые открываются и закрываются в зависимости от положения самоориентирующегося электромагнитного соленоида. Два коленчатых вала выходят из коробки передач, по одному для каждой передачи. Каждый из них подключен к отдельному ведущему мосту, то есть один приводит в движение передние шины, а другой — задние шины автомобиля.
Как работает раздельная передача крутящего момента?
Начиная с первой передачи, двигатель будет одинаково передавать мощность на обе планетарные передачи.Когда давление масла и производительность двигателя возрастают, корпуса клапанов, управляющие сцеплениями и тормозами, прикрепленными в ключевых точках планетарного редуктора, сработают, что приведет к изменению конфигурации планетарного редуктора, в результате чего автомобиль перейдет на вторую передачу. Тот же процесс повторяется всякий раз, когда происходит переключение передач. На ровной местности, когда транспортное средство движется прямо, маховик посылает одинаковое количество мощности на обе коробки передач, и, таким образом, одинаковое количество мощности достигает всех шин. Когда автомобиль наклоняется в результате крутого поворота или движения вверх и вниз по склону дороги, электромагнитный соленоид меняет ориентацию, чтобы оставаться в вертикальном положении.Поскольку он теперь по-разному сидит в своем корпусе, это посылает сигнал на клапаны, соединенные с муфтами на маховике. В зависимости от положения соленоида некоторые клапаны открываются, а другие закрываются. Это приводит к тому, что некоторые сцепления включаются, а другие освобождаются, изменяя распределение мощности, идущее от маховика к зубчатым передачам.
Еще статьи
.Как работает гидротрансформатор?
Преобразователи крутящего момента представляют собой герметичные блоки; их внутренности редко видят свет, а когда они видят, их все еще довольно трудно понять!
Представьте, что у вас есть два вентилятора, лицом друг к другу. Включите один вентилятор, и он будет продувать воздух над лопастями второго вентилятора, заставляя его вращаться. Но если вы продолжите удерживать второй вентилятор, первый вентилятор продолжит вращаться.
Именно так работает гидротрансформатор. Один «вентилятор», называемый рабочим колесом, подключен к двигателю (вместе с передней крышкой он образует внешнюю оболочку преобразователя).Другой вентилятор, турбина, соединен с входным валом коробки передач. Если трансмиссия не находится в нейтральном положении или парковке, любое движение турбины будет приводить в движение автомобиль.
Вместо воздуха в гидротрансформаторе используется жидкая среда, которая не может быть сжата — масло, иначе называемое трансмиссионной жидкостью. Автомобили с автоматической коробкой передач используют гидротрансформатор. В этой статье будет обсуждаться, почему автомобилям с автоматической коробкой передач нужен гидротрансформатор и как работает гидротрансформатор.
Гидротрансформатор в автоматической коробке передач служит для тех же целей, что и сцепление в механической коробке передач.
Двигатель должен быть подключен к задним колесам, чтобы автомобиль двигался, и отсоединяться, чтобы двигатель мог продолжать работать, когда автомобиль остановлен. Одним из способов сделать это является использование устройства, которое физически соединяет и отключает двигатель и трансмиссию — сцепление. Другой метод заключается в использовании гидравлического сцепления некоторого типа, такого как гидротрансформатор, который расположен между двигателем и коробкой передач.
Внутри очень прочного корпуса гидротрансформатора есть три компонента, которые работают вместе для передачи мощности на трансмиссию:
Насос внутри гидротрансформатора является типом центробежного насоса.При вращении жидкость выбрасывается наружу, так же как цикл вращения стиральной машины сбрасывает воду и одежду наружу бака для стирки. Когда жидкость выбрасывается наружу, создается вакуум, который втягивает больше жидкости в центр.
Затем жидкость входит в лопатки турбины , которая соединена с коробкой передач (шлиц в середине — это место, где она соединяется с коробкой передач). Турбина вызывает вращение коробки передач, что в основном приводит в движение ваш автомобиль.Лопатки турбины изогнуты так, что жидкость, которая входит в турбину снаружи, должна изменить направление, прежде чем она выйдет из центра турбины. Именно это изменение направления приводит к вращению турбины.
Поскольку турбина заставляет жидкость менять направление, жидкость заставляет турбину вращаться.
Жидкость выходит из турбины в центре, двигаясь в другом направлении, чем когда она вошла. Жидкость выходит из турбины, двигаясь в направлении, противоположном направлению вращения насоса (и двигателя).Если жидкость попадет в насос, это замедлит работу двигателя и приведет к напрасной трате энергии. Вот почему гидротрансформатор имеет статор.
Статор находится в самом центре гидротрансформатора. Его задача — перенаправить жидкость, возвращающуюся из турбины, прежде чем она снова попадет в насос. Это резко повышает эффективность гидротрансформатора.
Короче говоря, гидротрансформатор представляет собой тип гидравлической муфты, которая позволяет двигателю вращаться несколько независимо от трансмиссии.Он отвечает за повышение давления жидкости в автоматической коробке передач, повышение давления, которое обеспечивает силу, необходимую для переключения передач.
Изношенный или неисправный гидротрансформатор может препятствовать надлежащему повышению давления в трансмиссионной жидкости, что, в свою очередь, отрицательно влияет на функцию и работу редуктора. Систематическое обследование профессионалом — лучший способ определить причину неполадок в работе и порекомендовать наиболее эффективное решение.
При правильной настройке это сложное устройство может оказать огромное влияние на производительность, экономичность и долговечность вашего автомобиля, а также превратить ваш автомат в мощный двигатель!
Хотите узнать больше?
Посетите одно из наших мест!
(автомобиль) — Energy Education
Рис. 1. Ручка переключения передач переключает передачи в трансмиссии для изменения мощности на колеса. [1]- Ручные коробки передач обсуждаются в этой статье, посетите раздел Как это работает, чтобы узнать об автоматической коробке передач.
Коробка передач используется в автомобилях для изменения крутящего момента, идущего от двигателя к ведущим колесам. Это важная часть поезда.
Автомобили требуют трансмиссии, потому что их двигатель имеет максимальные обороты, на которых он может вращаться до того, как произойдет повреждение, известный как redline (в частности, число оборотов в минуту является мерой вращения коленчатого вала).Во-вторых, каждый двигатель имеет определенные обороты, при которых он вырабатывает максимальную мощность и крутящий момент. [2] Для работы на подходящих оборотах в трансмиссии используются шестерни; Передачи изменяют то, насколько крутящий момент и угловая скорость передаются от двигателя к колесу, поэтому обороты двигателя остаются ниже красной линии, одновременно обеспечивая максимальную мощность.
Операция
Рисунок 2. 5-ступенчатая коробка передач от Volkswagen Golf. [3] В трансмиссияхиспользуется так называемое передаточное число , равное , которое является мерой механического преимущества, которое дают их трансмиссии.Чем выше передаточное число, тем меньше угловая скорость (что означает более низкое значение частоты вращения) передается на ведущий вал, но это происходит с пропорционально более высоким крутящим моментом. При низких скоростях желательно высокое передаточное число, чтобы колеса не вращались слишком быстро, а также получали достаточно крутящего момента для движения автомобиля. Низкое передаточное число желательно для обеспечения максимальной скорости колес, и, следовательно, будет использоваться на более высоких скоростях, когда колесам не требуется такой большой крутящий момент. Это соотношение определяется как
[Математика] GR = \ гидроразрыва {\ omega_ {анг}} {\ omega_ {из}} = \ гидроразрыва {\ tau_ {из}} {\ tau_ {анг}} [/ математика]где
Передаточное отношение составляет- [математика] GR [/ math]
- [math] \ omega_ {eng} [/ math] — частота вращения двигателя в оборотах в минуту
- [math] \ omega_ {out} [/ math] — частота вращения выходного вала в об / мин
- [math] \ tau_ {eng} [/ math] — это крутящий момент двигателя
- [математика] \ tau_ {out} [/ математика] — это крутящий момент на выходном валу
Таблица, содержащая соответствующее передаточное число для шестерен типичного автомобиля с 5 скоростями, если двигатель работает на 3000 об / мин: [2]
| Gear | Коэффициент | об / мин на выходном валу |
|---|---|---|
| 1 ул | 2.315: 1 | 1,295 |
| 2 и | 1,568: 1 | 1,913 |
| 3 № | 1,195: 1 | 2,510 |
| 4 -й | 1.000: 1 | 3000 |
| 5 -й | 0,915: 1 | 3 278 |
Запчасти
Рисунок 3. Трансмиссия 5-ступенчатой машины. [4] Коробка передач автомобиля имеет много рабочих частей (сцепление, промежуточный вал и т. Д.)) но в принципе все довольно просто — используйте шестерни, чтобы варьировать, какой крутящий момент попадает на колеса. Выше упоминалось, как это делается с точки зрения передаточного числа, поэтому ниже приведен список рабочих частей коробки передач и их роль в выполнении этой задачи. Во-первых, входной вал (зеленая часть рисунка 3), идущий от двигателя, будет вращаться с той же скоростью, что и двигатель. [2] Первая важная часть — это то, что соединяет это с коробкой передач и позволяет двигателю работать, пока автомобиль стоит на месте.
- Сцепление — Сцепление является основным компонентом механической коробки передач, и оно часто используется. Его целью является подключение или отключение двигателя от коробки передач. При отключении двигатель будет вращаться сам по себе, и на колеса не будет подаваться мощность, что позволяет переключать передачи и управлять автомобилем, не двигаясь. При подключении муфта соединяет две системы и позволяет осуществлять передачу мощности и ускорение.
- промежуточный вал — промежуточный вал (красный) соединяется с двигателем через сцепление и вращается как одно целое.Поэтому, когда сцепление включено, промежуточный вал будет вращаться, пока двигатель работает, и любое изменение частоты вращения двигателя будет передаваться на промежуточный вал. Он соединяется со следующей частью, которая заставляет автомобиль двигаться.
- Шестерни и выходной вал — Шестерни (синий) и выходной вал (желтый) соединяют приводной вал, дифференциал и, наконец, колеса. Вал и шестерни не вращаются как единое целое, если только фиолетовая часть, известная как воротник, не заблокирована шестерней.
- Ворот — Эта деталь имеет решающее значение для главной цели трансмиссии, которая заключается в том, чтобы заставить колеса двигаться с желаемой скоростью. Если ошейник не подключен к передаче, как на рисунке 3, считается, что автомобиль находится в «нейтральном» положении, и двигатель не будет подавать мощность на колеса. Он соединяется с зубчатым колесом своими «собачьими зубами», и если вы когда-либо слышали, как во время переключения передач шлифуют машины, то эти собачьи зубья пытаются зафиксировать передачу. В современных автомобилях они используют синхронизаторы, чтобы сделать переключение передач более плавным.
- Вилка переключения передач — это то, что водитель использует для переключения передач, как показано на рисунке 1. Перемещение этой вилки меняет положение хомута и позволяет водителю переключать передачи только тогда, когда сцепление отключено. На рисунке 3 видно, как автомобиль движется задним ходом, потому что «холостая передача» заставляет заднюю передачу вращаться в противоположном направлении от других.
для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже: