Содержание

Трансмиссия (механика)

Передачи является машина в мощности системы передачи, которая обеспечивает контролируемое применение силы. Часто термин 5-ступенчатая трансмиссия относится просто к коробке передач , в которой используются шестерни и зубчатые передачи для обеспечения преобразования скорости и крутящего момента от вращающегося источника энергии к другому устройству. [1] [2]

Термин трансмиссия правильно относится ко всей трансмиссии , включая сцепление , коробку передач, карданный вал (для автомобилей с задним приводом), дифференциал и валы главной передачи. В Америке этот термин иногда используется в повседневной речи, чтобы относиться конкретно к коробке передач, и подробное использование отличается.

Чаще всего используется в автомобилях , где трансмиссия адаптирует мощность двигателя внутреннего сгорания к ведущим колесам. Такие двигатели должны работать с относительно высокой скоростью вращения , что неприемлемо для запуска, остановки и более медленного движения. Трансмиссия снижает более высокую частоту вращения двигателя до более низкой частоты вращения колес, увеличивая при этом крутящий момент . Трансмиссии также используются на педальных велосипедах , стационарных машинах, где адаптированы разные скорости вращения и крутящие моменты.

Часто трансмиссия имеет несколько передаточных чисел (или просто «передач») с возможностью переключения между ними при изменении скорости. Это переключение может выполняться вручную (оператором) или автоматически (блоком управления). Также может быть предусмотрено управление по направлению (вперед и назад). Также существуют одноступенчатые трансмиссии, которые просто изменяют скорость и крутящий момент (а иногда и направление) выходной мощности двигателя.

В автомобилях трансмиссия обычно соединяется с коленчатым валом двигателя через маховик, сцепление или гидравлическую муфту, отчасти потому, что двигатели внутреннего сгорания не могут работать ниже определенной скорости. Выходной сигнал трансмиссии передается через карданный вал на один или несколько дифференциалов , которые приводят в движение колеса. В то время как дифференциал также может обеспечивать понижающую передачу, его основная цель — позволить колесам на обоих концах оси вращаться с разными скоростями (что необходимо для предотвращения проскальзывания колес при поворотах) при изменении направления вращения.

Обычные зубчатые / ременные передачи — не единственный механизм адаптации скорости / крутящего момента. Альтернативные механизмы включают преобразователи крутящего момента и преобразование мощности (например, дизель-электрическая трансмиссия и система гидравлического привода ). Гибридные конфигурации тоже существуют. В автоматических трансмиссиях используется корпус клапана для переключения передач с использованием давления жидкости в зависимости от оборотов двигателя, скорости и входного сигнала дроссельной заслонки.

Ранние передачи включали правый угол дисков и другой зубчатой передачей в мельницами , лошади Приведено устройства и паровые двигатели , в поддержку насосной , фрезерования и подъема .

Большинство современных редукторов используются для увеличения крутящего момента при снижении скорости выходного вала первичного двигателя (например, коленчатого вала двигателя). Это означает, что выходной вал коробки передач вращается с меньшей скоростью, чем входной, и это снижение скорости дает механическое преимущество , увеличивая крутящий момент. Коробку передач можно настроить так, чтобы она действовала наоборот и обеспечивала увеличение скорости вала при уменьшении крутящего момента. Некоторые из простейших коробок передач просто изменяют физическое направление вращения передачи мощности.

Многие типичные автомобильные трансмиссии включают возможность выбора одного из нескольких передаточных чисел . В этом случае большинство передаточных чисел (часто называемых просто «шестернями») используются для снижения выходной скорости двигателя и увеличения крутящего момента. Однако самые высокие передачи могут быть « перегрузочными », которые увеличивают выходную скорость.

Редукторы нашли применение в большом количестве различных, часто стационарных, применений, таких как ветряные турбины .

Трансмиссии также используются в сельскохозяйственном , промышленном , строительном , горнодобывающем и автомобильном оборудовании. Помимо обычной трансмиссии, оснащенной зубчатыми колесами, в таком оборудовании широко используются гидростатический привод и электрические регулируемые приводы .

Простейшие трансмиссии, часто называемые коробками передач, чтобы отразить их простоту (хотя сложные системы также называются коробками передач на просторечии), обеспечивают понижение передач (или, реже, увеличение скорости), иногда в сочетании с прямым изменением направления. вала (обычно в вертолетах , см. рисунок). Они часто используются на сельскохозяйственном оборудовании с приводом от вала отбора мощности , поскольку осевой вал отбора мощности не соответствует обычной потребности в ведомом валу, который расположен либо вертикально (как в ротационных косилках), либо горизонтально простирается от одной стороны агрегата к другой. (как в случае разбрасывателей навоза , косилок и кормоуборочных тележек ). Более сложное оборудование, такое как измельчители силоса и снегоуборочные машины , имеет приводы с выходами более чем в одном направлении. Точно так же и на вертолетах используется коробка передач с разделенным крутящим моментом, где мощность отбирается от двигателя в двух направлениях для разных роторов.

Редуктор ветряной турбины преобразует медленное вращение турбины с высоким крутящим моментом в гораздо более быстрое вращение электрического генератора . Они намного крупнее и сложнее, чем коробки отбора мощности в сельхозтехнике. Они весят несколько тонн и обычно содержат три ступени для достижения общего передаточного числа от 40: 1 до более 100: 1, в зависимости от размера турбины. (По аэродинамическим и конструктивным причинам более крупные турбины должны вращаться медленнее, но все генераторы должны вращаться с одинаковой скоростью в несколько тысяч об / мин .) Первая ступень коробки передач обычно представляет собой планетарную передачу для компактности и распределения мощности. огромный крутящий момент турбины через большее количество зубцов тихоходного вала. [3] Долговечность этих коробок передач долгое время была серьезной проблемой. [4]

Независимо от того, где они используются, все эти простые трансмиссии имеют одну важную особенность: передаточное число не может быть изменено во время использования. Он фиксируется во время построения трансмиссии.

Для типов трансмиссий, которые решают эту проблему, см. Бесступенчатая трансмиссия , также известная как CVT.

Многие приложения требуют наличия нескольких передаточных чисел . Часто это делается для облегчения запуска и остановки механической системы, хотя другой важной необходимостью является поддержание хорошей топливной эффективности .

Основы автомобильной промышленности

Необходимость трансмиссии в автомобиле является следствием характеристик двигателя внутреннего сгорания . Двигатели обычно работают в диапазоне от 600 до примерно 7000 об / мин (хотя это варьируется и обычно меньше для дизельных двигателей), в то время как колеса автомобиля вращаются от 0 до около 1800 об / мин.

Кроме того, двигатель обеспечивает высокий крутящий момент его мощность и выводит неравномерно во всем диапазоне оборотов , что приводит к полосе крутящего момента и диапазон мощности . Часто максимальный крутящий момент требуется, когда транспортное средство движется из состояния покоя или медленно движется, в то время как максимальная мощность требуется на высокой скорости. Следовательно, требуется система, которая преобразует мощность двигателя, чтобы он мог обеспечивать высокий крутящий момент на низких скоростях, а также работать на скоростях шоссе, при этом двигатель все еще работает в своих пределах. Трансмиссии выполняют это преобразование.

Динамика автомобиля зависит от скорости: на низких скоростях ускорение ограничено инерцией полной массы автомобиля; в то время как на крейсерских или максимальных скоростях сопротивление ветра является доминирующим препятствием.

Многие трансмиссии и шестерни, используемые в автомобилях и грузовиках , заключены в чугунный корпус, хотя чаще используется алюминий для уменьшения веса, особенно в легковых автомобилях. Обычно бывает три вала: главный вал, промежуточный вал и промежуточный вал.

Главный вал выходит за пределы корпуса в обоих направлениях: входной вал по направлению к двигателю, а выходной вал по направлению к задней оси (на автомобилях с задним приводом. В автомобилях с передним приводом двигатель и трансмиссия обычно устанавливаются поперечно, дифференциал является частью трансмиссии.) Вал подвешен на коренных подшипниках и разделен по направлению к входному концу. В месте разделения валы скрепляет направляющий подшипник. Шестерни и муфты вращаются на главном валу, причем шестерни могут свободно вращаться относительно главного вала, кроме случаев, когда они зацепляются муфтами.

Руководство по эксплуатации

Ручные коробки передач бывают двух основных типов:

Простая, но прочная система с раздвижной сеткой или несинхронизированная / несинхронная система; где прямозубые цилиндрические зубчатые колеса вращаются свободно и должны синхронизироваться оператором, подбирая обороты двигателя в соответствии со скоростью движения, чтобы избежать шумного и разрушительного столкновения шестерен
Теперь повсеместно распространенные коробки передач с постоянным зацеплением ; которые могут быть / включать несинхронизированные / несинхронизированные или синхронизированные / синхронизированные системы, в которых обычно косозубые косозубые (или иногда прямолинейные, или двухспиральные ) зубчатые передачи постоянно «зацеплены» друг с другом, а кулачковая муфта — используется для переключения передач. В коробках синхронизаторов фрикционные конусы или «синхронизирующие кольца» используются в дополнение к кулачковой муфте, чтобы точно соответствовать скоростям вращения двух сторон (расцепленной) трансмиссии перед ее полным механическим зацеплением.

Первый тип был стандартным во многих старинных автомобилях (наряду, например, в планетарных системах и системах с несколькими сцеплениями) до разработки руководств с постоянным зацеплением и гидравлической эпициклической автоматики, более старых тяжелых грузовиков , и все еще может использоваться в некоторых сельскохозяйственная техника. Последний является современным стандартом для механических и автоматизированных механических коробок передач дорожного и внедорожного транспорта , хотя его можно найти во многих формах; например, несинхронизированная прямая резка на гоночном треке или сверхтяжелых режимах, несинхронизированная винтовая резка в большинстве тяжелых грузовиков и мотоциклов, а также в некоторых классических автомобилях (например, Fiat 500 ), и частично — или полностью синхронизированные винтовые почти во всех современных легковых и легких грузовиках с ручным переключением передач.

Механические коробки передач являются наиболее распространенным типом за пределами Северной Америки и Австралии . Они дешевле, легче, обычно дают лучшие характеристики, но новейшие автоматические трансмиссии и вариаторы обеспечивают лучшую экономию топлива. [5] [6] Новички обычно обучаются и проходят испытания на автомобиле с ручным переключением передач. В Малайзии и Дании все автомобили, используемые для испытаний (и поэтому практически все автомобили, используемые для обучения), имеют механическую коробку передач. В Японии , Филиппинах , Германии , Польше , Италии , Израиле , Нидерландах , Бельгии , Новой Зеландии , Австрии , Болгарии , Великобритании , [7] Ирландии, Швеции , Норвегии , Эстонии , Франции , Испании , Швейцарии , австралийских штатах Виктория , [8] Западная Австралия и Квинсленд, Финляндия , Латвия , [9] Литва и Чешская Республика , тестовый проезд с использованием автомобиля с автоматической коробкой передач не дает водителю права использовать автомобиль с ручным управлением на дорогах общего пользования; Требуется тест с ручной машиной. [ необходима цитата ] Механические трансмиссии гораздо более распространены, чем автоматические трансмиссии в Азии , Африке , Южной Америке и Европе .

Механические трансмиссии могут включать как синхронизированные, так и несинхронизированные передачи. Например, передача заднего хода обычно не синхронизирована, так как ожидается, что водитель включит ее только тогда, когда автомобиль стоит на месте. Многие старые (до 1970-х годов) автомобили также не имели синхронизации на первой передаче (по разным причинам — стоимость, обычно «более короткая» общая передача, двигатели, как правило, имеющие более низкий крутящий момент, чрезмерный износ часто используемого синхронизатора первой передачи . ), что означает, что его также можно было использовать только для движения от остановки, если только водитель не научился двойному выключению сцепления и не имел особой потребности регулярно переключаться на низшую передачу.

Некоторые механические трансмиссии имеют чрезвычайно низкое передаточное число для первой передачи, называемое понижающей передачей или бабушкой . Такие шестерни обычно не синхронизируются. Эта функция характерна для пикапов, предназначенных для буксировки прицепов, сельскохозяйственных работ или строительных работ. При обычном движении по дороге грузовик обычно приводится в движение без использования понижающей передачи, а вторая передача используется с места. Некоторые внедорожники, особенно Willys Jeep и его потомки, также имели трансмиссии с принципом «сначала бабушка» в стандартной комплектации или в качестве опции, но эта функция теперь чаще обеспечивается коробкой передач пониженного диапазона, прикрепленной к обычному полностью синхронизированная передача.

Несинхронный

В некоторых коммерческих приложениях используются несинхронизированные ручные коробки передач, для которых требуется опытный оператор. В зависимости от страны, многие местные, региональные и национальные законы регулируют эксплуатацию этих типов транспортных средств ( см. Коммерческие водительские права ). Этот класс может включать коммерческие , военные, сельскохозяйственные или инженерные транспортные средства . Некоторые из них могут использовать комбинации типов для многоцелевых функций. Примером является отбор мощности (ВОМ) передач. Несинхронная трансмиссия требует понимания диапазона передач, крутящего момента, мощности двигателя, а также многофункциональных функций сцепления и переключения. Последовательные механические трансмиссии , которые обычно используются в мотоциклах и гоночных автомобилях , представляют собой разновидность несинхронной механической трансмиссии.

Автоматический

Большинство современных автомобилей в Северной Америке, а также некоторые европейские и японские автомобили имеют автоматическую коробку передач, которая выбирает подходящее передаточное число без вмешательства оператора. В основном они используют гидравлику для выбора передач в зависимости от давления, оказываемого жидкостью в узле трансмиссии. Вместо того, чтобы использовать сцепление для включения трансмиссии, между двигателем и трансмиссией размещается гидравлический маховик или преобразователь крутящего момента . Водитель может контролировать количество используемых передач или выбирать задний ход, хотя точный контроль того, какая передача используется, может быть, а может и не быть возможным.

Автоматические трансмиссии просты в использовании. Однако в прошлом некоторые автоматические трансмиссии этого типа имели ряд проблем; они были сложными и дорогими, иногда имели проблемы с надежностью (что иногда приводило к большим расходам на ремонт), часто были менее экономичными, чем их аналоги с ручным управлением (из-за «проскальзывания» в гидротрансформаторе), а время переключения было меньше, чем руководство делает их неконкурентоспособными для гонок. С появлением современных автоматических трансмиссий ситуация изменилась. [10]

Попытки улучшить топливную экономичность автоматических трансмиссий включают использование преобразователей крутящего момента, которые блокируются при превышении определенной скорости или при более высоких передаточных числах, устраняя потерю мощности, и повышающих передач, которые автоматически срабатывают при превышении определенных скоростей. В старых трансмиссиях обе технологии могут быть навязчивыми, когда условия таковы, что они постоянно включаются и выключаются, поскольку скорость и такие факторы нагрузки, как уклон или ветер, немного меняются. Современные компьютеризированные трансмиссии обладают сложным программированием, которое максимально увеличивает топливную эффективность и исключает вмешательство. Это связано в основном с электронными, а не механическими достижениями, хотя улучшения в технологии вариаторов и использование автоматических сцеплений также помогли. Некоторые автомобили, включая Subaru Impreza 2013 года [11] и модель Honda Jazz 2012 года, продаваемую в Великобритании, на самом деле заявляют, что расход топлива для версии с вариатором немного лучше, чем для версии с ручным управлением.

Для некоторых применений проскальзывание, присущее автоматическим трансмиссиям, может быть выгодным. Например, в дрэг-рейсинге автоматическая трансмиссия позволяет машине останавливаться с двигателем на высоких оборотах («скорость сваливания»), чтобы обеспечить очень быстрый старт при отпускании тормозов. Фактически, распространенная модификация — увеличение скорости остановки трансмиссии. Это даже более выгодно для двигателей с турбонаддувом , где турбокомпрессор должен вращаться на высоких оборотах за счет большого потока выхлопных газов, чтобы поддерживать давление наддува и устранять турбо-лаг, который возникает, когда дроссельная заслонка внезапно открывается на двигателе на холостом ходу.

Автоматизированное руководство

Автоматическая механическая коробка передач (AMT) обозначает тип многоскоростной автомобильной трансмиссии, которая в значительной степени основана на механической конструкции и конструкции традиционной механической коробки передач , [12] [13] [14] [15] [16], но использует автоматика для управления сцеплением и / или переключением передач.

Современные версии этих систем начали появляться на автомобилях массового производства в середине 1990-х годов и работают полностью в автоматическом режиме. Торговые марки включают Selespeed и Easytronic , и они могут управлять как работой сцепления, так и переключением передач автоматически с помощью ЭБУ , поэтому не требуется ручное вмешательство или вмешательство водителя при переключении передач. [17] [18]

Использование современных AMT с компьютерным управлением в легковых автомобилях увеличилось в середине 1990-х годов в качестве более спортивной альтернативы традиционной гидравлической автоматической трансмиссии . В течение 2010-х годов AMT были в значительной степени заменены все более распространенной конструкцией трансмиссии с двойным сцеплением .

Безмуфтовый ручной / полуавтоматический

Полуавтоматическая трансмиссия — это многоскоростная трансмиссия транспортного средства, в которой часть ее работы автоматизирована (обычно срабатывание сцепления ), но для ручного изменения передаточных чисел по-прежнему требуется вмешательство водителя. Большинство полуавтоматических трансмиссий, используемых в автомобилях и мотоциклах , основаны на обычных механических коробках передач или последовательной механической трансмиссии , но используют автоматическую систему сцепления . Однако некоторые полуавтоматические трансмиссии также были основаны на стандартных гидравлических автоматических трансмиссиях с гидравлической муфтой или гидротрансформатором . [19] [20]

Названия конкретных типов полуавтоматических трансмиссий включают безмуфтовую ручную , [21] [22] автоматическую , [23] механическую , [24] [25] и с подрулевым переключением передачи. [26] [27] [28] Эти системы облегчают переключение передач для водителя за счет автоматического управления системой сцепления , обычно с помощью или под управлением исполнительного механизма или сервопривода и датчиков , при этом от водителя по-прежнему требуется переключение передач вручную.

Впервые полуавтоматические трансмиссии стали использоваться в автомобилях, и их популярность возросла в середине 1930-х годов, когда они были предложены несколькими американскими производителями автомобилей. Полуавтоматические трансмиссии, менее распространенные, чем традиционные (гидравлические) автоматические трансмиссии , тем не менее, были доступны на различных моделях автомобилей и мотоциклов и в настоящее время остаются в производстве. Полуавтоматические трансмиссии с переключением подрулевых лепестков использовались в различных гоночных автомобилях и были впервые представлены для управления электрогидравлическим механизмом переключения передач гоночного автомобиля Ferrari 640 Formula One в 1989 году. [29] Эти системы в настоящее время используются на разнообразие гоночных автомобилей высшего уровня; включая гонки Формулы-1 , Indycar и Touring . [30] [31] Другие приложения включают мотоциклы , грузовики , автобусы и железнодорожные перевозки .

Ранний полуавтоматические системы использовали различные механические , электрические , пневматические и гидравлические системы, в том числе центробежных муфт , вакуумные потребители инъекционных муфты, гидротрансформаторы, электро-пневматические муфты, электромеханический (и даже электростатический ) и серво / соленоид контролируемого муфты и схемы управления — автоматическое сцепление при переключении передач, органы управления предварительным переключателем , центробежные муфты с барабанным последовательным переключением, требующие от водителя подъема дроссельной заслонки для успешного переключения и т. д. — а некоторые из них были немногим больше, чем обычная блокировка автоматика гидротрансформатора с ручным переключением передач. В полуавтоматических трансмиссиях мотоциклов обычно используется центробежное сцепление .

Примером этого типа трансмиссии в автомобилях является полуавтоматическая трансмиссия VW Autostick ; обычная 3-ступенчатая механическая коробка передач с вакуумным автоматическим сцеплением, плюс преобразователь крутящего момента (как в обычном автомате ) и стандартный переключатель передач. [32]

Полуавтоматические трансмиссии на мотоциклах и квадроциклах по- прежнему требуют, чтобы водитель вручную переключал передачи, и, как правило, используют обычный последовательный рычаг ножного переключения передач в сочетании с автоматическим центробежным сцеплением , поэтому рычаг сцепления с ручным управлением на руле отсутствует. водителя, так как это полностью автоматизированная система сцепления.

Последовательное руководство

Последовательная механическая трансмиссия (например, коробка передач, используемая на полностью механическом мотоцикле ) — это тип многоскоростной несинхронной механической трансмиссии , которая позволяет водителю выбирать только следующую передачу (например, переключение со второй передачи на первая передача) или предыдущая передача (например, переключение со второй передачи на третью) в последовательном порядке. Это ограничение позволяет избежать случайного выбора неправильной передачи, но также не позволяет водителю намеренно «пропускать» передачи. Сцепление в секвентальной механической коробке передач необходимо только при переходе из состояния покоя (т. Е. Неподвижного; нейтрального) на 1-ю передачу, после чего происходит переключение без сцепления, поскольку передачи принудительно устанавливаются на место с помощью кулачков. Это контрастирует с обычной механической коробкой передач , в которой для плавного переключения передач используется синхронизатор. [33] Использование собачьего сцепления (а не синхронизатора ) приводит к более высокой скорости переключения передач, чем механическая коробка передач. [34]

В секвентальных механических трансмиссиях для переключения передач используется вращение барабана и селекторной вилки, как в полностью механической трансмиссии мотоцикла. [35] Механизм переключающего барабана соединяется и вращается продольно-поступательным движением либо посредством механической связи (например, рычага переключения передач), либо через электропневматическую или электрогидравлическую систему управления, которая обычно механически соединяется с вилки переключения передач и кулачковые муфты и управляется подрулевыми переключателями за рулевым колесом. Они также могут иметь ручную или автоматическую систему сцепления. Полуавтоматические последовательные трансмиссии (с автоматическими сцеплениями) можно найти как в автомобилях (в основном, трековых и некоторых раллийных гоночных автомобилях, например, с подрулевым переключателем), так и в мотоциклах (как правило, легкие городские велосипеды типа «step-thru», например, Honda Super Cub ) и квадроциклы (часто с отдельно включенной реверсивной передачей), последние два обычно используют центробежную муфту скутерного типа.

На последовательной механической коробке передач рычаг переключения передач управляет храповым механизмом, который преобразует движение рычага переключения передач вперед и назад во вращение барабана переключения передач (иногда называемого цилиндром), который имеет три или четыре гусеницы, обработанные по его окружности. [36] Вилки переключения направляются по гусеницам либо напрямую, либо через стержни переключения. Гусеницы отклоняются по окружности, и по мере вращения барабана вилки переключателя перемещаются для выбора необходимой передачи. [37]

Велосипедная передача

Велосипеды обычно имеют систему выбора различных передаточных чисел. Существует два основных типа: шестерни переключателя и ступичные шестерни . Тип переключателя является наиболее распространенным и наиболее заметным при использовании звездочек . Обычно на задней звездочке в сборе имеется несколько шестерен, прикрепленных к заднему колесу. К передней части обычно добавляют еще несколько звездочек. Умножение количества звездочек спереди на количество сзади дает количество передаточных чисел, часто называемых «скоростями».

Ступичные шестерни используют планетарную передачу и заключены в оси заднего колеса. Из-за небольшого пространства они обычно предлагают меньше различных скоростей, хотя по крайней мере одна из них имеет 14 передаточных чисел, и Fallbrook Technologies производит трансмиссии с технически бесконечными передаточными числами. [38]

Было предпринято несколько попыток оснастить велосипеды закрытой коробкой передач, что дало очевидные преимущества для лучшей смазки, защиты от грязи и переключения передач. Обычно они используются в сочетании с приводом на валу, поскольку коробка передач с традиционной цепью (как ступица) все еще имеет многие недостатки переключателя для открытой цепи. Велосипедные коробки передач заключены в коробку, заменяющую традиционную каретку . Требование модифицированной рамы было серьезным препятствием для их принятия. Одна из последних попыток создания коробки передач для велосипедов — 18-ступенчатая шестерня Pinion P1.18. [39] [40] [41] Это дает закрытый редуктор, но все же традиционную цепь. При установке на велосипед с задней подвеской, он также сохраняет натяжитель цепи, подобный переключателю, но без низкого дорожного просвета переключателя.

Причины выхода из строя велосипедной передачи включают изношенные зубья, повреждение из-за неисправной цепи, повреждение из-за теплового расширения, сломанные зубья из-за чрезмерного усилия педалирования, вмешательство посторонних предметов и потерю смазки из-за халатности.

Коробка передач с двойным сцеплением

Передачи с двойным сцеплением ( ДКП ) (иногда называют двойным сцеплением коробкой передач , либо с двойным сцеплением передачи ) представляет собой тип многоскоростного транспортного средства системы передачи, которая использует два отдельных муфты для нечетных и четных передач множеств . [42] Конструкция часто похожа на две отдельные механические трансмиссии с соответствующими муфтами, содержащимися в одном корпусе и работающими как одно целое. [43] [44] В автомобилях и грузовиках DCT работает как автоматическая коробка передач , не требуя вмешательства водителя для переключения передач.

В трансмиссии с двойным сцеплением используются два набора внутренних элементов, каждый из которых имеет собственное сцепление, так что «переключение передач» фактически состоит только из одного сцепления, которое включается, когда другое выключается, обеспечивая якобы «плавное» переключение без обрыва (или резкого обратного захвата). из) передача энергии. Присоединенный вал каждого сцепления несет половину всего комплекта входной шестерни (с общим выходным валом), включая синхронизированные системы кулачковой муфты, которые предварительно выбирают, какое из ее наборов передаточных чисел, скорее всего, потребуется при следующей смене, под управлением компьютеризированного управления. система . Конкретные типы этой трансмиссии включают: коробку передач с прямым переключением передач и двойное сцепление SST .

Непрерывно переменный

Бесступенчатая трансмиссия (CVT) — это трансмиссия, в которой соотношение скоростей вращения двух валов, таких как входной и выходной валы транспортного средства или другой машины, может непрерывно изменяться в заданном диапазоне, обеспечивая бесконечное количество возможные соотношения. CVT позволяет водителю или компьютеру выбирать соотношение между скоростью двигателя и скоростью колес в непрерывном диапазоне. Это может обеспечить еще лучшую экономию топлива, если двигатель постоянно работает на одной скорости. Теоретически трансмиссия обеспечивает лучший пользовательский опыт, без увеличения и уменьшения скорости двигателя, а также без рывков при плохом переключении передач.

Вариаторы все чаще используются в небольших автомобилях, особенно в автомобилях с большим расходом топлива или гибридных автомобилях. На этих платформах крутящий момент ограничен, поскольку электродвигатель может обеспечивать крутящий момент без изменения скорости двигателя. Оставляя двигатель работать на скорости, обеспечивающей наилучший расход топлива для данных условий эксплуатации, можно увеличить общий пробег по сравнению с системой с меньшим количеством фиксированных передач, где система может работать с максимальной эффективностью только в небольшом диапазоне. скоростей. Вариаторы также встречаются в сельхозтехнике; из-за того, что эти автомобили обладают высоким крутящим моментом, в них встроены механические шестерни, обеспечивающие тяговое усилие на высоких скоростях. Система аналогична гидростатической коробке передач, а на «толчковых скоростях» полностью полагается на гидростатический привод. Немецкий производитель тракторов Fendt стал пионером в этой технологии, разработав трансмиссию Vario — YouTube .

Бесконечно переменный

IVT — это особый тип вариатора, который включает не только бесконечное количество передаточных чисел , но также «бесконечный» диапазон . Это оборот фраз , на самом деле он относится к вариаторам, которые могут включать «нулевое передаточное число», когда первичный вал может вращаться без какого-либо движения выходного вала, оставаясь на передаче. Передаточное число в этом случае не «бесконечное», а «неопределенное».

Большинство (если не все) IVT являются результатом комбинации вариатора с планетарной зубчатой передачей с фиксированным передаточным числом. Комбинация фиксированного передаточного числа планетарной передачи с определенным передаточным числом на стороне CVT приводит к нулевой выходной мощности. Например, рассмотрим трансмиссию с планетарной передачей, установленной на передаточное число 1: -1; передача заднего хода 1: 1. Когда сторона CVT установлена на 1: 1, два отношения в сумме дают нулевую мощность. IVT всегда включен, даже при нулевом выходе. Когда CVT настроен на более высокие значения, он работает как обычно, с увеличивающимися передаточными числами.

На практике планетарная передача может быть установлена на минимально возможное передаточное число вариатора, если реверсирование не требуется или осуществляется другими способами. Реверс можно включить, установив планетарное передаточное число несколько выше, чем самое низкое передаточное число вариатора, обеспечивая диапазон передаточных чисел заднего хода.

Электрическая переменная

Electric Variable Transmission ( ЭВТ или е-CVT ) сочетает в себе передачу с электрическим двигателем , чтобы обеспечить иллюзию одного CVT. В обычном варианте бензиновый двигатель соединен с традиционной трансмиссией, которая, в свою очередь, соединена с водилом планетарной системы планетарной передачи. Электродвигатель / генератор подключен к центральной «солнечной» передаче, которая обычно не приводится в действие в типичных планетарных системах. Оба источника энергии могут подаваться на выход трансмиссии одновременно, разделяя мощность между ними. В обычных примерах от четверти до половины мощности двигателя может передаваться на солнечную шестерню. В зависимости от реализации передача перед эпициклической системой может быть значительно упрощена или полностью исключена. EVT способны непрерывно регулировать соотношение выходных и входных скоростей, как механические вариаторы, но предлагают явное преимущество, заключающееся в возможности подачи мощности от двух разных источников на один выход, а также потенциально значительно снижая общую сложность.

В типичных реализациях передаточное число трансмиссии и планетарной системы устанавливается равным отношению обычных условий движения, например скорости шоссе для автомобиля или скорости города для автобуса. Когда водитель нажимает на педаль газа, соответствующая электроника интерпретирует положение педали и немедленно устанавливает обороты бензинового двигателя, обеспечивающие наилучший расход топлива для данной настройки. Поскольку передаточное число обычно устанавливается далеко от точки максимального крутящего момента, такая настройка обычно приводит к очень плохому ускорению. В отличие от бензиновых двигателей, электродвигатели обеспечивают эффективный крутящий момент при широком диапазоне оборотов и особенно эффективны при низких настройках, когда бензиновый двигатель неэффективен. Изменяя электрическую нагрузку или питание двигателя, прикрепленного к солнечной шестерне, можно обеспечить дополнительный крутящий момент, чтобы компенсировать низкий выходной крутящий момент двигателя. По мере ускорения автомобиля мощность двигателя уменьшается и в конечном итоге прекращается, создавая иллюзию вариатора.

Каноническим примером EVT является Hybrid Synergy Drive от Toyota . В этой реализации нет традиционной трансмиссии, и солнечная шестерня всегда получает 28% крутящего момента от двигателя. Эту мощность можно использовать для управления любыми электрическими нагрузками в автомобиле, подзарядки аккумуляторов, питания развлекательной системы или работы системы кондиционирования воздуха. Любая остаточная мощность затем возвращается во второй двигатель, который напрямую питает выходную мощность трансмиссии. На скоростях шоссе этот дополнительный путь генератора / двигателя менее эффективен, чем простой привод непосредственно в колеса. Однако во время ускорения электрический путь намного более эффективен, чем двигатель, работающий так далеко от своей точки крутящего момента. [45] GM использует аналогичную систему в гибридных трансмиссиях Allison Bus и пикапах Tahoe и Yukon, но в них используется двухступенчатая трансмиссия перед планетарной системой, а солнечная шестерня получает почти половину общей мощности. .

Механизм прямого привода

В механизме прямого привода передача механической мощности и крутящего момента от электродвигателя к выходному устройству (например, ведущим колесам автомобиля) происходит без каких-либо редукций . [46] [47] [48]

В некоторых автомобилях конца 19 века использовались моторы-ступицы с прямым приводом , как и в некоторых концептуальных автомобилях начала 2000-х годов; однако в большинстве современных электромобилей используются бортовые / внутренние двигатели , в которых привод передается на колеса через карданный вал или оси . [49] [50]

Электрический

Электрические трансмиссии преобразуют механическую мощность двигателя (ов) в электричество с помощью электрических генераторов и преобразуют обратно в механическую энергию с помощью электродвигателей . Электрические или электронные системы управления приводом с регулируемой скоростью используются для управления скоростью и крутящим моментом двигателей. Если генераторы приводятся в движение турбинами , такое устройство называется турбоэлектрической трансмиссией . Точно так же дизель-электрические установки называются дизельными двигателями .

Дизель-электрические агрегаты используются на многих железнодорожных локомотивах, кораблях, больших карьерных самосвалах и некоторых бульдозерах . В этих случаях каждое ведомое колесо оснащено собственным электродвигателем, на который может подаваться переменная электрическая мощность, чтобы обеспечить любой требуемый крутящий момент или выходную мощность для каждого колеса независимо. Это дает гораздо более простое решение для нескольких ведущих колес в очень больших транспортных средствах, где приводные валы будут намного больше или тяжелее, чем электрический кабель, который может обеспечивать такое же количество энергии. Это также улучшает способность позволять разным колесам двигаться с разной скоростью, что полезно для управляемых колес в больших строительных машинах.

Гидростатический

Гидростатические трансмиссии передают всю мощность гидравлически, используя компоненты гидравлического оборудования . Они похожи на электрические трансмиссии, но в качестве системы распределения энергии используют гидравлическую жидкость, а не электричество.

Входной привод трансмиссии — это центральный гидравлический насос, а конечная передача — гидравлический двигатель или гидроцилиндр (см. Наклонную шайбу ). Оба компонента могут физически размещаться на машине далеко друг от друга, будучи соединенными только гибкими шлангами. Системы гидростатического привода используются на экскаваторах, газонокосилках, вилочных погрузчиках, системах привода лебедок, тяжелом подъемном оборудовании, сельскохозяйственной технике, землеройном оборудовании и т. Д. Механизм трансмиссии автомобиля, вероятно, использовался на гоночном автомобиле Ferguson F-1 P99. примерно в 1961 г.

Дружественные передачи вируса от человека на Honda DN-01 гидростатическое.

Гидродинамический

Если гидравлический насос или гидравлический двигатель использует гидродинамические эффекты потока жидкости, то есть давление из-за изменения количества движения жидкости, когда она течет через лопатки в турбине. Насос и двигатель обычно состоят из вращающихся лопаток без уплотнений и обычно располагаются рядом. Передаточное отношение может изменяться с помощью дополнительных вращающихся лопаток, что аналогично изменению шага винта самолета .

Гидротрансформатор в большинстве автомобильных автоматических коробок передач, само по себе, гидродинамическая трансмиссия. Гидродинамические трансмиссии используются во многих пассажирских рельсовых транспортных средствах, в которых не используются электрические трансмиссии. В этом приложении преимущество плавной подачи мощности может перевесить снижение эффективности, вызванное потерями энергии турбулентности в жидкости.

Трансмиссия (механика) — Transmission (mechanics)

А коробка передач это машина в мощность система передачи, обеспечивающая контролируемое приложение мощности. Часто термин 5-ступенчатая коробка передач относится просто к коробка передач который использует шестерни и зубчатые передачи предоставлять скорость и крутящий момент преобразование из вращающегося источника питания в другое устройство. [1] [2]

В Британский английский, период, термин коробка передач относится ко всему трансмиссия, включая схватить, коробка передач, карданный вал (на задний привод), дифференциал, и валы главной передачи. В Американец Однако на английском языке этот термин относится только к коробке передач, и подробное использование отличается. [примечание 1]

Чаще всего используется в автомобили, где трансмиссия адаптирует выход двигатель внутреннего сгорания к ведущим колесам. Такие двигатели должны работать при относительно высокой скорость вращения, что не подходит для запуска, остановки и более медленного движения. Коробка передач снижает более высокую частоту вращения двигателя до более низкой частоты вращения колес, увеличивая крутящий момент в процессе. Коробки передач также используются на педальные велосипеды, стационарные машины, и где адаптированы разные скорости вращения и крутящие моменты.

Часто трансмиссия имеет несколько передаточных чисел (или просто «передач») с возможностью переключения между ними при изменении скорости. Это переключение может производиться вручную (оператором) или автоматически. Также может быть предусмотрено управление по направлению (вперед и назад). Также существуют одноступенчатые трансмиссии, которые просто изменяют скорость и крутящий момент (а иногда и направление) выходной мощности двигателя.

В моторе автомобили, трансмиссия обычно связана с двигателем коленчатый вал через маховик, сцепление или гидравлическую муфту, отчасти потому, что двигатель внутреннего сгорания не может работать ниже определенной скорости. Выход передачи передается через карданный вал одному или нескольким дифференциалы, приводящие в движение колеса. Хотя дифференциал также может обеспечивать понижающую передачу, его основная цель — позволить колесам на обоих концах оси вращаться с разными скоростями (что необходимо для предотвращения проскальзывания колес при поворотах) при изменении направления вращения.

Обычные зубчатые / ременные передачи — не единственный механизм адаптации скорости / крутящего момента. Альтернативные механизмы включают гидротрансформаторы и преобразование власти (например, дизель-электрическая трансмиссия и система гидравлического привода). Гибридные конфигурации тоже существуют. В автоматических трансмиссиях корпус клапана используется для переключения передач с использованием давления жидкости в зависимости от скорости и воздействия дроссельной заслонки.

Содержание

Объяснение

Ранние трансмиссии включали в себя угловые передачи и другие передачи в ветряные мельницы, лошадь-питательные устройства, и Паровые двигатели, в поддержку накачивание, фрезерование, и подъем.

Большинство современных коробок передач используются для увеличения крутящий момент при уменьшении скорости вращения выходного вала первичного двигателя (например, коленчатого вала двигателя). Это означает, что выходной вал коробки передач вращается с меньшей скоростью, чем входной вал, и это снижение скорости приводит к механическое преимущество, увеличивая крутящий момент. Коробку передач можно настроить так, чтобы она действовала наоборот и обеспечивала увеличение скорости вала при уменьшении крутящего момента. Некоторые из простейших коробок передач просто изменяют физическое направление вращения передачи мощности.

Многие типичные автомобиль передачи включают возможность выбора одного из нескольких передаточные числа. В этом случае большинство передаточных чисел (часто называемых просто «шестернями») используются для снижения выходной скорости двигателя и увеличения крутящего момента. Однако высшие передачи могут быть «овердрайв»типы, которые увеличивают скорость вывода.

Использует

Коробки передач нашли применение в самых разных — часто стационарный- приложения, такие как Ветряные турбины.

Коробки передач также используются в сельскохозяйственный, промышленный, строительство, добыча полезных ископаемых и автомобильный оборудование. Помимо обычных трансмиссий, оснащенных зубчатыми колесами, в таком оборудовании широко используются гидростатический привод и электрический привод. регулируемые приводы.

Простой

Простейшие трансмиссии, часто называемые коробками передач, чтобы отразить их простоту (хотя сложные системы также называются коробками передач на просторечии), обеспечивают понижение передач (или, реже, увеличение скорости), иногда в сочетании с прямым изменением направления. вала (обычно в вертолетысм. картинку). Они часто используются на ВОМ-приводного сельскохозяйственного оборудования, поскольку осевой вал отбора мощности не соответствует обычной потребности в ведомом валу, который расположен либо вертикально (как в роторных косилках), либо горизонтально простирается от одной стороны агрегата к другой (как в случае с роторными косилками). разбрасыватели навоза, косилки, и фуражки). Более сложное оборудование, такое как силос чопперы и снегоуборщики, имеют приводы с выходами более чем в одном направлении. Так же Вертолеты используйте коробку передач с разделением крутящего момента, в которой мощность передается от двигателя в двух направлениях для разных роторов.

Коробка передач в ветряная турбина преобразует медленное вращение турбины с высоким крутящим моментом в гораздо более быстрое вращение электрический генератор. Они намного крупнее и сложнее, чем коробки отбора мощности в сельскохозяйственном оборудовании. Они весят несколько тонн и обычно содержат три ступени для достижения общего передаточного числа от 40: 1 до более 100: 1, в зависимости от размера турбины. (За аэродинамический по конструктивным причинам, большие турбины должны вращаться медленнее, но все генераторы должны вращаться с одинаковой скоростью в несколько тысяч об / мин.) Первая ступень коробки передач обычно представляет собой планетарную передачу для компактности и для распределения огромного крутящего момента турбины по большему количеству зубьев низкооборотного вала. [3] Долговечность этих коробок передач долгое время была серьезной проблемой. [4]

Для типов передачи, которые решают эту проблему, см. Бесступенчатая коробка передач, также известный как вариатор.

Многоступенчатые системы

Многие приложения требуют наличия нескольких передаточные числа. Часто это делается для облегчения запуска и остановки механической системы, хотя еще одна важная потребность заключается в поддержании хорошего эффективность топлива.

Автомобильные основы

Необходимость передачи в автомобиль является следствием характеристик двигатель внутреннего сгорания. Двигатели обычно работают в диапазоне от 600 до 7000 об / мин (хотя это варьируется и обычно меньше для дизельных двигателей), в то время как колеса автомобиля вращаются от 0 до около 1800 об / мин.

Кроме того, двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент и выходную мощность неравномерно во всем диапазоне оборотов, что приводит к диапазон крутящего момента и диапазон мощности. Часто наибольший крутящий момент требуется, когда автомобиль движется из состояния покоя или медленно движется, в то время как максимальная мощность требуется на высокой скорости. Следовательно, требуется система, которая преобразует мощность двигателя так, чтобы он мог обеспечивать высокий крутящий момент на низких скоростях, а также работать на скоростях шоссе, при этом двигатель все еще работает в своих пределах. Трансмиссии выполняют это преобразование.

Многие передачи и шестерни используется в автомобильный и грузовая машина заявки содержатся в чугун случай, хотя и чаще алюминий используется для уменьшения веса, особенно в автомобилях. Обычно бывает три вала: главный вал, промежуточный вал и промежуточный вал.

Главный вал выходит за пределы корпуса в обоих направлениях: входной вал по направлению к двигателю, а выходной вал по направлению к задней оси (на автомобилях с задним приводом. В автомобилях с передним приводом двигатель и трансмиссия обычно устанавливаются поперечно, дифференциал является частью трансмиссии.) Вал подвешен на главном подшипники, и разделяется к входному концу. В месте разделения валы скрепляет направляющий подшипник. Шестерни и клатчи ездить на главном валу, при этом шестерни могут свободно вращаться относительно главного вала, кроме случаев, когда они зацепляются муфтами.

Руководство

Ручные коробки передач бывают двух основных типов:

Простой, но прочный раздвижная сетка или же несинхронизированный / несинхронный система, где прямозубая прямозубая шестерня устанавливает свободное вращение, и оператор должен синхронизировать обороты двигателя в соответствии со скоростью движения, чтобы избежать шумного и опасного столкновения шестерен
Теперь повсеместно редукторы постоянного зацепления, которые могут включать несинхронизированные, или синхронизированный / синхронизированный системы, где обычно диагональный разрез спиральный (или иногда прямолинейный, или двойной спиральный) зубчатые передачи постоянно «сцепляются» вместе, а клатч для собак используется для переключения передач. В коробках синхронизаторов фрикционные конусы или «синхронизирующие кольца» используются в дополнение к кулачковой муфте, чтобы точно соответствовать скоростям вращения двух сторон (расцепленной) трансмиссии до полного механического зацепления.

Первый тип был стандартным во многих старинных автомобилях (наряду, например, с планетарными системами и системами с несколькими сцеплениями) до разработки руководств с постоянным зацеплением и гидравлической эпициклической автоматики, более старых автомобилей для тяжелых условий эксплуатации. грузовики, и все еще может использоваться в некоторой сельскохозяйственной технике. Последний является современным стандартом для ручных и автоматизированных механических коробок передач дорожного и внедорожного транспорта, хотя их можно найти во многих формах; например, несинхронизированная прямолинейная резка на гоночном треке или сверхтяжелых режимах, несинхронизированная спиральная в большинстве тяжелых грузовиков и мотоциклов и в некоторых классических автомобилях (например, Fiat 500), а также частично или полностью синхронизированная винтовой почти во всех современных легковых и легких грузовиках с ручным переключением передач.

Механические трансмиссии — самый распространенный тип вне Северная Америка и Австралия. Они дешевле, легче, обычно дают лучшие характеристики, но новейшие автоматические трансмиссии и вариаторы дают лучшую экономию топлива. [5] [6] Для начинающих водителей принято учиться и проходить испытания на автомобиле с ручным переключением передач. В Малайзия и Дания все автомобили, использованные для тестирования (и поэтому практически все автомобили, используемые для обучения), имеют механическую коробку передач. В Япония, Филиппины, Германия, Польша, Италия, Израиль, то Нидерланды, Бельгия, Новая Зеландия, Австрия, Болгария, то Великобритания, [7] Ирландия, Швеция, Норвегия, Эстония, Франция, Испания, Швейцария, австралийские штаты Виктория, [8] Западная Австралия и Квинсленд, Финляндия, Латвия, [9] Литва и Чехия, тестовый проход с использованием автомобиля с автоматической коробкой передач не дает водителю права использовать автомобиль с механической коробкой передач на дорогах общего пользования; Требуется тест с ручной машиной. [ нужна цитата ] Механические трансмиссии встречаются гораздо чаще, чем автоматические. Азия, Африка, Южная Америка и Европа.

Механические трансмиссии могут включать как синхронизированные, так и несинхронизированные передачи. Например, передача заднего хода обычно не синхронизирована, так как ожидается, что водитель включит ее только тогда, когда автомобиль стоит на месте. Многие старые (до 1970-х годов) автомобили также не имели синхронизации на первой передаче (по разным причинам — стоимость, как правило, «более короткая» общая передача, двигатели, как правило, имеющие более низкий крутящий момент, чрезмерный износ часто используемого синхронизатора первой передачи . ), а это означает, что его также можно было использовать только для движения от остановки, если только водитель не освоил двойное выключение сцепления и не имел особой потребности регулярно переключаться на низшую передачу.

Некоторые механические коробки передач имеют чрезвычайно низкое передаточное число первой передачи, называемое ходовая часть или же бабушка передач. Такие шестерни обычно не синхронизируются. Эта функция характерна для пикапов, специально предназначенных для буксировки прицепов, сельскохозяйственных работ или строительных работ. При обычном движении по дороге грузовик обычно приводится в движение без использования понижающей передачи, а вторая передача используется с места. Некоторые внедорожники, особенно Willys Jeep и его потомки, также имели трансмиссии с принципом «сначала бабушка» в стандартной комплектации или в качестве опции, но теперь эта функция чаще обеспечивается коробкой передач пониженного диапазона, прикрепленной к обычному полностью синхронизированная передача.