Проект о смазочных материалах, применяемых в автомобилях.
Особенности конструкции и смазывания автомобильных трансмиссий

Особенности конструкции и смазывания автомобильных трансмиссий

Статьи/Обзоры

В функции трансмиссии входит транс­формирование крутящего момента, создаваемого ДВС, передача и распределе­ние его по ведущим колесам и осям автомо­биля.

В настоящее время наибольшее распро­странение на автомобилях получили механи­ческие и гидромеханические трансмиссии.

Схема механической трансмиссии проил­люстрирована на рис. 1.27 на примере авто­мобиля с колесной формулой 4×2 (четыре ко­леса из них два ведущих).

В состав механической трансмиссии входят:

  • сцепление 2, позволяющее отсоединить вал двигателя 1 от трансмиссии и плавно со­единить;
  • коробка перемены передач (КПП) 3, поз­воляющая ступенчато трансформировать кру­тящий момент и изменить направление вра­щения в трансмиссии для движения автомо­биля назад;
  • карданный вал 4, передающий крутящий момент от КПП к ведущему мосту 6;
  • главная передача ведущего моста 5, до­полнительно трансформирующая крутящий момент;
  • диференциал 7, позволяющий перерас­пределять крутящий момент между колесами ведущей оси и вращаться им с разной часто­той;
  • полуоси 8, передающие крутящий момент от главной передачи к ведущим колесам автомобиля.

Кроме показанной на рис. 1.27 классиче­ской трансмиссии для автомобилей с колес­ной формулой 4×2 используются трансмиссии с приводом на передние колеса (рис. 1.28, а) и на задние — при заднем расположении дви­гателя (рис. 1.28, б).

В таких вариантах конструкции КПП, глав­ная передача и дифференциал объединены в один блок с общей системой смазки. Такое решение обеспечивает снижение массы авто­мобиля, отсутствие длинных карданных валов и, как следствие, более удобную компоновку салона легкового автомобиля, а также умень­шает затраты на обслуживание.

На рис. 1.29 показаны трансмиссии авто­мобилей с колесной формулой 4×4 (а) 6×4 (б) и 6×6 (в). Особенностью этих трансмиссий яв­ляется наличие дополнительных КПП и разда­точных коробок. Эти узлы позволяют (при не­обходимости) дополнительно повысить крутя­щий момент на ведущих колесах (автомобили повышенной проходимости), а также раздать крутящий момент ко всем ведущим осям ав­томобиля. Распределение крутящего момента между ведущими осями осуществляется межосевыми дифференциалами.

Дополнительную КПП, раздаточную короб­ку и межосевой дифференциал (рис. 1.29, а, в) или главную передачу, межколесный и ме­жосевой дифференциалы (рис. 1.29, б), как» правило, объединяют в один блок с общей си- [ стемой смазки.

Узлы главных передач, КПП, раздаточных коробок и дифференциалов являются одними из наиболее нагруженных в автомобилях и нуждаются в постоянной смазке.

Главная передача предназначена для повы­шения предаваемого крутящего момента и снижения частоты вращения ведущих колес до значений, обеспечивающих движение авто­мобиля с заданными скоростями. Передаточ­ное отношение главной передачи зависит в основном от мощности и быстроходности двигателя, массы и назначения автомобиля. Обычно для грузовых автомобилей передаточ­ное отношение находится в пределах 6,5-9, легковых — 3,5-5,5.

Главная передача является наиболее на­груженным и подверженным износу узлом трансмиссии, что связано с большими усили­ями, действующими в ней.

В зависимости от назначения и конструк­ции автомобиля в нем могут использоваться различные типы главных передач. На рис. 1.30 показаны одинарные главные передачи, ис­пользуемые в легковых автомобилях, автомо­билях малой и средней грузоподъемности. У заднеприводных автомобилей (рис. 30, а, б, в) малая ведущая шестерня соединяется с кар­данным валом, а большая через дифференци­ал — с полуосями. Из них наиболее простой в изготовлении является передача с конически­ми шестернями (рис. 30, а). Для уменьшения шумности шестерни снабжают спиральными зубьями.

Наибольшее распространение на совре­менных заднеприводных автомобилях получи-ла гипоидная передача (рис. 30, б). Она отли­чается тем, что ось ведущей шестерни сме­щена на некоторое расстояние е относитель­но оси ведомой. Это позволяет понизить вы­соту расположения карданного вала, размес­тить пол в автомобилей ниже и, тем самым, снизить его центр тяжести. Гипоидная пере­дача работает менее шумно, а зубья имеют большую по сравнению с конической толщину ножки. Это увеличивает их износостойкость и нагрузочную способность. Однако, нагрузки в гипоидной передаче по сравнению с кониче­ской выше.

Червячные главные передачи (рис. 1.30, в) отличаются небольшими размерами при боль­ших передаточных числах- и отсутствием шума при работе. Однако, из-за меньшего КПД по сравнению с коническими и гипоидными пе­редачами, необходимости применения доро­гостоящих материалов и высокой стоимости производства червячные главные передачи получили ограниченное распространение.

Особенностью конструкции переднепри­водных автомобилей с поперечным располо­жением двигателя (рис. 1.28, а) является то, что главная передача у них может быть цилин­дрической (рис. 1.30, г), так как оси колес и вал двигателя параллельны. Шестерни такой передачи выполняют косозубыми или винто­выми, что позволяет снизить их шумность и повысить способность противостоять нагруз­кам. Действующие нагрузки в таких передачах ниже чем у конических и гипоидных.

Двойные главные передачи (рис. 1.31) ус­танавливают на автомобилях большой грузо­подъемности. При разделении главной пере­дачи на две части снижаются нагрузки в шес­тернях, а также уменьшаются размеры сред­ней части ведущего моста. Кроме того, при­менение колесных редукторов позволяет уве­личить на величину А (рис. 1.31, б) дорожный просвет Н и тем самым повысить проходи­мость автомобиля.

Валы шестерен главных передач устанав­ливают в подшипники качения. Для бесшум­ной и долговечной работы шестерни главных передач изготавливаются с высокой точно­стью, а их взаимное положение тщательно ре­гулируется.

КПП, дополнительные и раздаточные ко­робки представляют собой редукторы, в кото­рых используются цилиндрические шестерни с прямыми и косыми зубьями. Валы шестерен устанавливают в подшипниках качения. В за­висимости от назначения КПП могут иметь различное количество ступеней. Переключе­ние (ступенчатое изменение передаточного отношения) КПП обеспечивается с помощью синхронизаторов, облегчающих вхождение в зацепление вращающихся шестерен и умень­шающих износ зубьев.

Механические трансмиссии надежны в ра­боте и имеют сравнительно высокие коэффи­циенты полезного действия (к.п.д. = 0,85 -0,95). Однако одним из недостатков их явля­ется разрыв потока мощности от двигателя при переключении передач в КПП, вызываю­щий замедление движения, что снижает ин­тенсивность разгона и ухудшает проходи­мость автомобиля. Наряду с этим правиль­ность выбора момента переключения передач в зависимости от условий движений во мно­гом зависит от квалификации водителя, а по­этому выбор момента переключения передач не всегда близок к наиболее выгодным режи­мам работы двигателя, что существенно сни­жает срок службы автомобилей и ухудшает их экономичность. Значительное же число пере­ключений передач особенно, в городских ус­ловиях движения, вызывает сильное утомле­ние водителя.

Это обусловило применение на автомоби­лях гидромеханических трансмиссий.

Основной отличительной особенностью та­ких трансмиссий является использование в дополнение к механической КПП гидродина­мической системы — гидротрансформатора.

Гидротрансформатор включается в трансмис­сию между двигателем и КПП. Он обеспечива­ет автоматическое бесступенчатое изменение крутящего момента и частоты вращения колес автомобиля изменение передаточного числа трансмиссии в достаточно широком диапазо­не избавляя водителя от необходимости пере­ключения передачи.

Схема трансформатора показана на рис. 1.32 а. Коленчатый вал 1 двигателя жестко связан с корпусом 8 и насосом 3. Турбина 2 соединена с первичным валом 7 коробки пе­редач. Между насосом и турбиной располо­жен реактор 4. Внутренняя полость гидро­трансформатора примерно на 3/4 объема за­полнена маловязким маслом.

При вращении коленчатого вала масло, за­хватываемое насосом, отбрасывается под действием центробежной силы к наружному краю колеса насоса и, ударяясь о лопатки тур­бины, приводит ее в движение. Из турбины масло поступает в реактор 4, изменяющий на­правление потока жидкости, а затем снова — в насос.

При медленном вращении турбины жид­кость, поступающая в реактор, ударяясь об его лопатки с внутренней стороны, стремится повернуть реактор в сторону, противополож­ную вращению насоса и турбины, с силой РР (рис. 1.32, б). При этом сила РР направлена в туже сторону, что и сила Рн, действующая на насос, и в противоположную сторону по срав­нению с силой Рт, действующей на турбину. Момент силы Рт, приложенной к турбине, ра­вен сумме моментов сил Рн и РР. Таким обра­зом, момент на первичном валу коробки пере­дач оказывается больше момента двигателя. С увеличением сопротивления движению ав­томобиля угловая скорость турбины уменьша­ется. Давление жидкости на реактор увеличи­вается, в результате чего автоматически воз­растает крутящий момент на турбине, а сле­довательно, и тяговая сила на ведущих коле­сах автомобиля.

С увеличением угловой скорости турбины из-за уменьшения нагрузки двигателя жид­кость, поступающая на турбину, ударяет в ло­патки реактора с внешней стороны (рис. 1.32, в). Сила РР изменяет свое направление, в ре­зультате чего крутящий момент на турбине становится равным разности моментов сил Рн и Рт. Следовательно, крутящий момент на первичном валу оказывается меньше крутя­щего момента двигателя. Чтобы избежать чрезмерного уменьшения момента, реактор 4 соединяют с неподвижной втулкой 6 с помо­щью муфты 5 свободного хода. Когда угловая скорость турбины меньше угловой скорости насоса, муфта 5 заклинивает реактор на втул­ке, и поэтому он остается неподвижным (не вращается). Когда угловые скорости турбины и насоса выравниваются, муфта расклинивает реактор, и он начинает вращаться в ту сторо­ну, что и турбина. Лопатки реактора при этом не изменяют направления потока жидкости, уменьшение момента прекращается, и гидро­трансформатор работает как гидромуфта.

При малой частоте вращения коленчатого вала двигателя момент на турбине гидро­трансформатора незначителен, что позволяет обходится в трансмиссии без сцепления.

Учитывая, что гидротрансформатор изме­няет крутящий момент без значительного сни­жения к.п.д. в недостаточном (2.5…3) для ра­боты автомобиля диапазоне, его дополняют ступенчатой КПП. Для облегчения управления автомобилем переключение передач в КПП, как правило, автоматизируют. Переключение передач осуществляется фрикционными муф­тами, (а при использовании планетарных ре­дукторов с помощью специальных тормозных устройств), работающими в масляной среде.

Гидротрансформатор и автоматическую КПП объединяют в один блок и называют ав­томатической гидромеханической КПП.

Детали агрегатов трансмиссии работают в тяжелых условиях. Давление в местах контакта зубьев главных передач для конических и чер­вячных передач составляют 1500-2000 МПа, для гипоидных — 3000-4000 МПа при скоростях скольжения до 15 м/с. В результате тяжелых условий работы температура в агрегатах трансмиссии достигает 125-150°С, а в местах контакта зубчатых зацеплений до 300°С.

Наряду с высокими давлениями и темпера­турами масло в агрегатах подвергается конта­кту с кислородом воздуха и каталитическому воздействию металлов смазываемых деталей.

Смазывание деталей трансмиссии обеспе­чивают окунанием в масло и его разбрызгиванием вращающимися деталями. Для этого в агрегатах устраиваются картеры, заполняе­мые трансмиссионными маслами.

Трансмиссионные масла должны обеспечи­вать снижение трения между деталями транс­миссии, образовывать на их поверхности прочную пленку, выдерживающую значитель­ные нагрузки без разрушения, предотвращать фиксацию отложений на деталях, удалять про­дукты износа с трущихся поверхностей, отво­дить теплоту, не пениться, противостоять окислению, не вызывать коррозии, не разла­гаться не быть токсичными и др.

Так же как и моторные, трансмиссионные масла должны обладать достаточной для обеспечения жидкостного трения (при рабо­чих температурах) вязкостью. В то же время при снижении температуры увеличение вязко­сти должно быть минимальным, чтобы не уве­личивать потери жидкостного трения и расход топлива автомобилем.

Основной функцией масел для автоматиче­ских гидромеханических КПП, кроме смазоч­ной, является передача энергии от двигателя к КПП. Интенсивное циркулирование рабочего тела в гидротрансформаторе обуславливает необходимость использования масел с малой вязкостью и не склонных к пенообразованию.

Под действием нагрузок, высоких темпера­тур, кислорода воздуха характеристики транс­миссионных масел в процессе эксплуатации автомобиля изменяются. Масло окисляется, в нем срабатываются присадки, возрастает кон­центрация продуктов износа, в составе масла появляется вода вносимая парами, проникаю­щими через систему вентиляции агрегата. По этой причине оно подлежит периодической замене.

Рис. 1.27. Трансмиссия автомобиля 4×2:

а — схематрансмиссии;

бэпюрамоментов;

IIIIпередачи. Мсмоментнавалудвигателя;МпиМлмоменты на правойилевойполуосяхавтомобилясоответственно.


Рис. 1.28. Варианты трансмиссии автомобиля 4×2:

асприводомнапередниеколеса,

бпризаднемрасположениидвигателя;

1 двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробкапеременыпередач; 4 — полуоси; 5 главнаяпередачаидифференциал; 6 — шарнирыравныхугловыхскоростей.

а)б)в)

Рис. 1.29. Схемы трансмиссий автомобилей с колесной формулой 4 х 4(a), 6×4 (б), 6х 6 (в).

1 — двигатель; 2 ~ сцепление; 3 — коробкапеременыпередач; 4 карданныйвал; 5 — главнаяпередачаимежколесныйдифференциал; 6 шарнирыравныхугловыхскоростей; 7,8- дополнительнаякоробкапеременыпередач сраздаточнойкоробкой имежосевымидифференциалами.

Рис.1.30. Схемы одинарных главных передач

 

Рис. 1.31. Схемы двойных главных передач

 

Рис. 1.32. Схемы устройства гидротрансформатора и его работы:

асхемаустройства гидротрансформатора; б и в схемыработыгидротрансформатора;

1 — коленчатыйвал; 2 — турбина; 3 — насос; 4 — реактор; 5 — муфтасвободногохода; 6 — втулка; 7 — первичныйвалкоробкипередач; 8 — корпус.

Яндекс.Метрика