4.1. Общие сведения
Трансмиссия предназначена для передачи энергии двигателя ведущим колесам автомобиля или трактора, рабочим органам машин и приводам управления, распределения мощности между ними, регулирования скорости движения и развиваемого ими тягового усилия путем изменения частоты вращения и вращающих моментов на ведущих колесах движителей.
Необходимость в изменении по величине (трансформации) вращающего момента вызвана ограниченной мощностью и небольшими коэффициентами приспособляемости автомобильных ДВС (не более 1,2 для дизелей и 1,4 для бензиновых двигателей).
Изменение энергии двигателя в трансмиссиях осуществляется механическими, гидравлическими, электрическими, фрикционными и другими элементами.
В зависимости от используемых элементов изменения энергии различают механические (МТ), гидромеханические (ГМТ), гидрообъемно-механические (ГОМТ), электромеханические (ЭМТ) трансмиссии.
Наиболее широко применяются трансмиссии первых трех типов, а последние три типа трансмиссий являются комбинированными, включающими в себя наряду с гидравлическими или электрическими трансформаторами энергии механические трансформаторы энергии (зубчатые передачи), которые отличаются высокими значениями КПД и позволяют снизить уровень потерь в трансмиссии. Находят применение и гидрообъемные трансмиссии (ГОТ) с высокомоментными гидравлическими двигателями, устанавливаемыми непосредственно в ведущих колесах без механических редукторов.
В механические трансмиссии входят сцепление, КП, раздаточная коробка, карданная передача, главная передача, дифференциал у колесных или механизм поворота у гусеничных машин, конечные передачи, а также приводы валов отбора мощности и гидравлических насосов управления рабочим оборудованием.
Коробка передач в механической трансмиссии ступенчатая, что обеспечивает только ступенчатое изменение вращающего момента. Гидромеханические, гидрообъемно-механические, электромеханические трансмиссии относятся к бесступенчатым трансмиссиям, поскольку позволяют изменять вращающий момент плавно.
Число и взаимное расположение агрегатов механической трансмиссии, например для автомобиля, зависят от колесной формулы, а также от расположения двигателя и ведущих колес. Основные компоновочные схемы механических трансмиссий шоссейных автомобилей с колесной формулой 4×2 и разным расположением двигателя приведены на рис. 4.1, а компоновочные схемы механических трансмиссий автомобилей высокой проходимости приведены на рис. 4.2.
Рис. 4.1. Компоновочные схемы механических трансмиссий шоссейных автомобилей с колесной формулой 4×2 и разным расположением двигателя:
а, г — легковой и грузовой заднеприводные с передним расположением двигателя; б — легковой заднеприводной с задним расположением двигателя; в — легковой переднеприводной с передним расположением двигателя; 1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная передача; 5 — главная передача; 6 — дифференциал; 7 — полуоси; 8 — ведущие колеса; 9 — ведущие управляемые колеса; 10 — ведущий мост; 11 — планетарный колесный редуктор
Рис. 4.2. Компоновочные схемы механических трансмиссий автомобилей высокой проходимости с колесной формулой:
а — 4×4; б — 6×6; в — 6×6 и проходной ведущий мост; 1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная передача; 5 — задний ведущий мост; 6 — раздаточная коробка; 7 — ведущий управляемый мост; 8 — средний ведущий мост; 9 — межосевой дифференциал
Ступенчатые механические трансмиссии обычно проще, легче, дешевле и надежнее бесступенчатых трансмиссий и имеют сравнительно высокий КПД. Одним из их недостатков является разрыв потока мощности при переключении передач, вызывающий замедление движения, что снижает интенсивность разгона и ухудшает проходимость автомобиля. Кроме того, выбор передач в зависимости от условий движения и моменты их переключения зависят от квалификации водителя и поэтому не всегда соответствуют наиболее выгодным режимам работы двигателя. Значительное число переключений передач в городских условиях движения вызывает сильное утомление водителя.
Гидромеханические трансмиссии состоят из гидродинамического преобразователя энергии (гидротрансформатора или гидромуфты) и ступенчатой механической передачи. Сцепление при этом обычно не используется. Все остальные узлы гидромеханической и механической трансмиссии, как правило, одинаковы.
В гидрообъемно-механических трансмиссиях функции преобразователя энергии выполняет гидрообъемная передача, состоящая из гидронасоса и одного или более гидромоторов.
В электромеханических трансмиссиях функции преобразователя энергии выполняет электродинамическая передача, содержащая электрический генератор, приводимый от ДВС, и один или несколько электромоторов.
Гидрообъемно-механические и электромеханические трансмиссии обеспечивают бесступенчатое изменение скорости и тягового усилия трактора, а гидромеханические трансмиссии — ступенчато-непрерывное. Ступенчатое регулирование позволяет повысить технический уровень и показатели эффективности трактора, однако при этом усложняется его конструкция, увеличиваются масса и стоимость.
Схемы гидрообъемно-механических и электромеханических трансмиссий очень разнообразны, а по составу агрегатов значительно отличаются от механических трансмиссий. Наиболее простой является конструктивная схема трансмиссии с мотор-колесами. Мотор-колесо выполняют в виде отдельного узла, содержащего гидро- или электродвигатель, планетарный редуктор и ведущее колесо. Эти узлы позволяют создавать множество разных модификаций тракторов, а также обеспечивать привод опорных колес машин и за счет этого повышать тягово-сцепные показатели качества трактора.
Однако для тракторов с гидрообъемными трансмиссиями преимущества такого компоновочного решения обычно не используют из-за больших потерь при передаче энергии потоками жидкости, прокачиваемой через трубопроводы, связывающие насос с гидромоторами. Поэтому большее распространение получило моноблочное исполнение гидрообъемной передачи, при котором насос и мотор выполняют в едином моноблоке, позволяющем значительно снизить потери и повысить КПД гидрообъемной передачи.
Компоновка трактора с гидрообъемно-механической трансмиссией в этом случае мало отличается от компоновки трактора с механической трансмиссией: вместо сцепления и КП в нем используется гидрообъемная передача, а все остальные агрегаты трансмиссии сохраняются. Аналогичное решение используют также при применении электропривода в трансмисии, например, на тракторе ДЭТ-250.
Основные требования к трансмиссии определяются ее функциональным назначением и необходимостью достижения высокого технического уровня. Характеристики трансмиссии значительно влияют на показатели эффективности машин.
Трансмиссия должна обеспечивать все заданные эксплуатационные режимы машины согласно его назначению, иметь необходимый диапазон передаточных чисел, обеспечивая безопасные и комфортные условия работы водителя. Она должна быть оснащена системой приводов отбора мощности для внешних потребителей, механизмами отключения двигателя и приводов отбора мощности. Технический уровень трансмиссии определяется прежде всего ее КПД, удельной материалоемкостью и надежностью.
Тип трансмиссии зависит от назначения машины, ее класса, мощности двигателя, конъюнктуры рынка, научных и инженерных разработок и других факторов.