Как работает автомобильная трансмиссия?

С точки зрения непрофессионала, ваша трансмиссия - это система, которая преобразует силу двигателя в управляемый источник энергии. Она действует как посредник между двигателем и колесами и преобразует мощность, создаваемую двигателем, в крутящий момент (вращающую силу), который затем передается на оси, которые, в свою очередь, вращают колеса. Поэтому без трансмиссии ваша машина буквально превратилась бы в бесполезный хлам.

Двигатель автомобиля вырабатывает мощность и передает ее на коленчатый вал, но вырабатываемая мощность слишком велика и слишком переменна, чтобы обеспечить пригодную для использования скорость для водителя. Двигатель работает со скоростью вращения (от 600 до 7000 об/мин), а колеса вращаются с меньшей скоростью (от 0 до 1800 об/мин). При этом трансмиссия способна поддерживать как частоту вращения вашего двигателя, так и частоту вращения колёс на оптимальных скоростях, и передает мощность на дифференциалы, которые вращают колеса. Это происходит благодаря передаточным числам, но как они работают?

В трансмиссии используются зубчатые колеса, которые взаимодействуют друг с другом для создания крутящего момента. Скажем, у вас есть входное зубчатое колесо с 20 зубьями, которое взаимодействует с выходным зубчатым колесом с 10 зубьями. Чтобы один раз провернуть шестерню с 20 зубьями, шестерня с 10 зубьями должна сделать два полных оборота. Передаточное число рассчитывается путем взятия числа зубьев на выходной передаче и деления его на входную передачу. Таким образом, передаточное число в этом примере составляет 1:2, но обычно оно упрощается до 0,5: 1, чтобы указать, сколько раз должна вращаться выходная шестерня, чтобы входная шестерня делала только один полный оборот.

Как работает трансмиссия?

В коробке передач много передач разных размеров, что позволяет использовать различные комбинации передаточных чисел. Передаточные числа должны быть изменены в зависимости от скорости автомобиля, и поэтому существует несколько передач, которые могут переключаться, и совместная работа этих передач позволяет автомобилю ездить на разных скоростях.

В качестве примера, перечислены передаточные числа для механической коробки передач Chevrolet Corvette C5 Z06:

• 1-я передача: 2,97: 1
• 2-я передача: 2,07: 1
• 3-я передача: 1,43: 1
• 4-я передача: 1.00: 1
• 5-я передача: 0,84: 1
• 6-я передача: 0,56: 1
• Задний ход: 3,38: 1

Как работает автоматическая коробка передач?

Автоматические коробки передач появились после ручных коробок передач, и если вы понимаете, как работает механическая коробка передач, вы уже имеете базовое представление о том, как работает автоматическая коробка передач. В то время как механическая коробка передач требует, чтобы водитель вручную менял передаточные числа, автоматическая система делает это самостоятельно, используя давление жидкости. Жидкость для автоматической трансмиссии обеспечивает необходимое давление для активации сцеплений и лент, что, в свою очередь, определяет, в какой передаче должен быть автомобиль.

Трансмиссионная жидкость поступает в гидротрансформатор, который активирует сцепления и ленты. В свою очередь, он определяет, какое передаточное число должно быть включено, и тогда планетарная передача может быть настроена на правильную комбинацию.

Из чего состоит трансмиссия?

Корпус трансмиссии

Кожух коробки передач содержит все детали коробки передач. Он похоже на колокол, поэтому его часто называют «колоколом». Корпус коробки передач обычно изготавливается из алюминия. Помимо защиты всех движущихся передач, колокол на современных автомобилях имеет разные датчики, которые отслеживают входную частоту вращения от двигателя и выходную частоту вращения для остальной части автомобиля.

Преобразователь крутящего момента

Никогда не задумывались, почему вы включаете двигатель, но машина при этом остается на месте? Это происходит потому, что поток энергии от двигателя к коробке передач отключен. Такое отключение позволяет двигателю продолжать работу, даже если остальная часть трансмиссии автомобиля не получает никакой мощности. На механической коробке передач вы отключаете питание двигателя от трансмиссии, нажимая на сцепление.

Но как отключить питание двигателя от трансмиссии на автоматической коробке передач без сцепления?

Для этого используется гидротрансформатор.

Именно здесь начинается черная магия автоматических трансмиссий (мы еще даже не дошли до планетарных передач). Гидротрансформатор находится между двигателем и коробкой передач. Это элемент, похожий на пончик, который находится внутри большого отверстия колокольчика коробки передач. Он имеет две основные функции с точки зрения передачи крутящего момента:

1. Передает мощность от двигателя на входной вал трансмиссии.
2. Умножает выходной крутящий момент двигателя.

Он выполняет эти две функции благодаря гидравлической мощности, обеспечиваемой трансмиссионной жидкостью внутри трансмиссии.

Чтобы понять, как это работает, нам нужно знать, как работают разные части гидротрансформатора.

Элементы преобразователя крутящего момента

В большинстве современных автомобилей имеются четыре части гидротрансформатора:

1. Насос,
2. Турбина,
3. Статор,
4. Муфта гидротрансформатора.

Насос (он же рабочее колесо). Насос выглядит как вентилятор. Он имеет пучок лезвий, исходящих из его центра. Насос крепится непосредственно к корпусу гидротрансформатора, который, в свою очередь, крепится болтами непосредственно к маховику двигателя. Следовательно, насос вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал двигателя. Насос «перекачивает» трансмиссионную жидкость наружу из центра в направлении.

Турбина. Она находится внутри корпуса преобразователя. Турбина соединяется непосредственно с входным валом трансмиссии. Она не подключена к насосу, поэтому может двигаться с другой скоростью, чем насос. Это очень важно, поскольку позволяет двигателю работать с другой скоростью, чем остальная часть трансмиссии.

Турбина вращается благодаря трансмиссионной жидкости, которая поступает из насоса. Лопатки турбины сконструированы таким образом, чтобы полученная жидкость перемещалась к центру турбины и обратно к насосу.

Статор. Он находится между насосом и турбиной. По виду напоминает лопасти вентилятора или пропеллер самолета.

Статор делает две вещи:

1. более эффективно отправляет трансмиссионную жидкость из турбины обратно в насос, и
2. увеличивает крутящий момент, поступающий от двигателя, чтобы помочь двигать автомобиль, но затем посылает меньший крутящий момент, если автомобиль движется с высокой скоростью.

Это достигается благодаря современной инженерии. Во-первых, лопасти на реакторе сконструированы таким образом, что когда трансмиссионная жидкость, выходящая из турбины, попадает на лопасти статора, жидкость отводится в том же направлении, что и вращение насоса.

Во-вторых, статор соединен с неподвижным валом на коробке передач через одностороннюю муфту. Это означает, что статор может двигаться только в одном направлении. Это гарантирует, что жидкость из турбины направляется в одном направлении. Статор начинает вращаться только тогда, когда скорость жидкости из турбины достигнет определенного уровня.

(Эти два конструктивных элемента статора облегчают работу насоса и создают большее давление жидкости. Это, в свою очередь, создает усиленный крутящий момент на турбине, и поскольку турбина соединена с трансмиссией, больший крутящий момент может быть отправлен на трансмиссию и остальную часть автомобиля).

Муфта гидротрансформатора. Благодаря гидродинамике, часть мощности двигателя теряется по мере того, как трансмиссионная жидкость поступает от насоса к турбине. Это приводит к тому, что турбина вращается с несколько меньшей скоростью, чем насос. Это не проблема, если автомобиль только начинает движение (фактически, разница в скорости позволяет турбине передавать больший крутящий момент на трансмиссию), но как только он развивает значительную скорость, эта разница приводит к неэффективности использования энергии.

Чтобы свести на нет потерю энергии, большинство современных гидротрансформаторов имеют муфту гидротрансформатора, соединенную с турбиной. Когда автомобиль достигает определенной скорости (обычно 45-50 км в час), муфта гидротрансформатора включается и заставляет турбину вращаться с той же скоростью, что и насос. Компьютер управляет включением муфты преобразователя.

Как работает гидротрансформатор?

• Вы заводите машину, и в начале она работает на холостом ходу. Насос действует с той же скоростью, что и двигатель, передавая трансмиссионную жидкость в направлении турбины, но поскольку двигатель не вращается очень быстро в мертвой точке, турбина также не вращается с высокой скоростью, поэтому она не может подать крутящий момент на передачу.
• Вы давите на газ. Это заставляет двигатель вращаться быстрее, что заставляет насос гидротрансформатора работать быстрее. Поскольку насос начинает разгоняться, трансмиссионная жидкость движется достаточно быстро из насоса, чтобы начать вращение турбины в ускоренном режиме. Лопасти турбины направляют жидкость в статор. Статор еще не вращается, потому что скорость трансмиссионной жидкости недостаточно высока. Но из-за конструкции лопаток статора, когда жидкость проходит через них, она отводит жидкость обратно в насос в том же направлении, в котором вращается насос.

Это позволяет насосу перемещать жидкость обратно в турбину с более высокой скоростью и создает большее давление. Когда жидкость возвращается в турбину, она делает это с большим крутящим моментом, в результате чего турбина передает больший крутящий момент в трансмиссию. Машина начинает двигаться вперед.

• Снова и снова этот цикл продолжается по мере ускорения автомобиля. Когда вы разгоняетесь до высокой скорости, трансмиссионная жидкость достигает давления, которое заставляет лопасти реактора наконец вращаться. При вращении реактора крутящий момент уменьшается.

Важно: На этом этапе вам не нужно большой крутящий момент, чтобы машина ехала, потому что она уже движется с достаточной скоростью. Далее муфта гидротрансформатора входит в зацепление и заставляет турбину вращаться с той же скоростью, что и насос с двигателем.

Планетарные передачи

Когда ваш автомобиль развивает более высокую скорость, ему требуется меньший крутящий момент, чтобы поддерживать движение. При этом трансмиссия может увеличивать или уменьшать уровень крутящего момента, передаваемого на колеса, благодаря передаточным отношениям(чем ниже передаточное число, тем больше крутящий момент. Чем выше передаточное число, тем меньше крутящий момент).

Из каких компонентов состоит планетарная передача?

1. Солнечная шестерня. Находится в центре планетарной передачи.
2. Планетарные шестерни и их носитель. Три или четыре меньших зубчатых колеса, которые окружают солнечное зубчатое колесо и находятся в постоянном зацеплении с солнечным зубчатым колесом. Планетарные шестерни (или шестерни) установлены и поддерживаются несущей. Каждое из планетарных зубчатых колес вращается на своих отдельных валах, которые связаны с носителем. Кольцевая передача.
3. Кольцевая передача является внешней и имеет внутренние зубья. Кольцевое зубчатое колесо окружает остальную часть зубчатого колеса, а его зубья находятся в постоянной сетке с планетарными зубчатыми колесами.

Примечание: один планетарный редуктор может обеспечить реверсивный привод и пять уровней прямого хода. Все зависит от того, какой из трех компонентов зубчатой передачи движется или удерживается в неподвижном состоянии.