Как приводится в движение автомобиль
Как устроен ваш автомобиль. Глава 2: Трансмиссия
Админчег Muz4in.Net 08.09.2016, 14:16 Тэги
Как работает автомобильный двигатель? Посредством небольших взрывов двигатель Вашего автомобиля создаёт вращательное движение коленчатого вала. Это вращательное движение, называемое вращающим моментом, и есть тем, что заставляет работать мотор Вашего транспортного средства. Это понятно? Подробнее Вы можете прочитать в первой главе.
Но каким образом сила вращающего момента передаётся от двигателя к колёсам автомобиля? Ответ на этот вопрос содержится в названии сегодняшнего поста – всё дело в трансмиссии.
Что такое трансмиссия?
Трансмиссия – это не какая-нибудь отдельная деталь Вашего четырёхколёсного транспортного средства. Она представляет собой несколько частей, которые совместными усилиями передают силу вращающего момента, производимую двигателем, колёсам, благодаря которым автомобиль может перемещаться из пункта А в пункт Б.
Вам знакомы слова «силовая передача»? Их часто используют взаимозаменяемо с трансмиссией, однако это не одно и то же. Силовая передача представляет собой совокупность всех механизмов, которые приводят машину в движение, включая двигатель. Трансмиссия включает в себя всё, что заставляет автомобиль двигаться, кроме двигателя. Каждый из этих механизмов мы рассмотрим более подробно ниже.
Существует несколько видов трансмиссии. В данной статье мы сосредоточим своё внимание на тех, которые встречаются чаще всего: заднеприводной и переднеприводной трансмиссиях.
В заднеприводной трансмиссии сила вращающего момента передаётся задним колёсам автомобиля. Этот вид трансмиссии появился очень давно, но до сих пор используется во многих легковых и грузовых автомобилях.
Заднеприводная трансмиссия имеет массу преимуществ по сравнению с переднеприводной. Во-первых, она более равномерно распределяет вес что, в свою очередь, обеспечивает лучшую управляемость транспортным средством. Во-вторых, заднеприводная трансмиссия может предложить более качественную систему торможения, по сравнению с переднеприводной. И, наконец, самое главное: механизмы заднеприводной трансмиссии разделяют управление и передачу вращающего момента автомобиля по осям, что обеспечивает лучшую управляемость и ускорение. В транспортных средствах с заднеприводной трансмиссией за движение отвечают только задние колёса. В автомобилях с переднеприводной трансмиссией колёсам приходится как перемещать транспортное средство вперёд/назад, так и рулить им влево/вправо. Об этом мы подробнее поговорим, когда будем отдельно обсуждать переднеприводную трансмиссию.
Заднеприводная трансмиссия состоит из следующих основных частей:
Коробка передач. Чтобы объяснить, как работает коробка передач, нужно посвятить этому целую статью. Однако для начала Вам необходимо просто усвоить то, что коробка передач контролирует количество силы, которая передаётся от двигателя колёсам автомобиля. В транспортных средствах с заднеприводной трансмиссией коробка передач крепится к задней части двигателя при помощи маховика. Коробка передач принимает вращательное движение – вращающий момент – от коленчатого вала двигателя и передаёт его приводному валу.
Карданный вал. Карданный вал представляет собой вращающуюся трубу, которая соединена с задней частью коробки передач и передаёт силу вращающего момента двигателя через дифференциал задней части транспортного средства. Конструкции карданного вала бывают двух типов: открытого и закрытого.
Карданные валы закрытого типа характерны для старых автомобилей; сегодня они используются в некоторых видах грузовиков и внедорожников. Карданные валы закрытого типа заключены в трубу. Они соединяют коробку передач и дифференциал при помощи одного универсального шарнира.
Карданные валы открытого типа встречаются наиболее часто. В отличие от карданных валов закрытого типа, карданные валы открытого типа имеют открытую конструкцию. Это означает, что Вы сможете увидеть, как вращается карданный вал под Вашим автомобилем во время его движения. Более того, в данном типе карданных валов для соединения коробки передач и дифференциала используется пара универсальных шарниров.
Дифференциал. Дифференциал является частью автомобиля и размером он примерно с небольшой арбуз, который находится между двумя задними колёсами. Это последнее звено, которое задействуется при передаче силы вращающего момента задним колёсам. Дифференциал передаёт задним колёсам силу вращающего момента, заставляя их вращаться, что, в свою очередь, приводит автомобиль в движение.
Эта деталь называется дифференциалом (от лат. differentia – разность, различие) потому, что позволяет двум задним колёсам, расположенным на одной оси, вращаться на разных скоростях.
Вы, наверное, подумаете: «А разве задние колёса моего автомобиля могут вращаться с разной скоростью?» В подтверждение можно привести обычный пример, когда Вы поворачиваете за угол. Когда Вы выполняете поворот направо, правое колесо Вашего автомобиля преодолевает меньшее расстояние, нежели левое. Для того чтобы успеть за правым колесом, левое должно выполнить больше вращений. Это становится возможным благодаря дифференциалу.
Сегодня большинство автомобилей используют переднеприводную трансмиссию, которая приводит в движение не задние, а передние колёса транспортного средства. Следовательно, Ваш автомобиль не нуждается в длинном карданном вале для того, чтобы передать силу вращающего момента колёсам. Все составляющие трансмиссии – коробка передач, дифференциал и карданные валы – находятся в передней части транспортного средства. По этой причине в автомобилях с переднеприводной трансмиссией двигатель устанавливается поперечно. Это называется «поперечным расположением двигателя». Откройте капот Вашего автомобиля и посмотрите – если двигатель располагается параллельно оси колес, значит, Ваш автомобиль имеет переднеприводную трансмиссию.
Поскольку все комплектующие автомобиля с переднеприводной трансмиссией располагаются в передней части транспортного средства, они получаются меньше и легче. Также это позволяет увеличить размер и вместительность автомобиля.
Ещё одно преимущество автомобилей с переднеприводной трансмиссией заключается в следующем: поскольку большая часть веса приходится на переднюю часть транспортного средства (ввиду того, что все компоненты трансмиссии находятся спереди), это обеспечивает большее сцепление на таких скользких поверхностях, как снег. Однако этим преимуществом можно воспользоваться только на низкой скорости. На высокой скорости заднеприводная трансмиссия обеспечивает лучшее сцепление.
Переднеприводные трансмиссии обладают теми же самыми основными особенностями, что и заднеприводные, однако некоторые детали могут отличаться:
Транcэксл. Вместо коробки передач у большинства автомобилей с перднеприводными трансмиссиями имеется трансэксл (от англ. transaxle – transmission и axle, «трансмиссия» и «ведущий мост»). Трэнсэксл представляет собой автомобильный трансмиссионный агрегат, включающий в себя коробку передач и главную передачу, которые находятся в одном корпусе. Если Вы являетесь обладателем транспортного средства с переднеприводной трансмиссией и хотите прослыть знатоком автомобилей, говорите, что Ваш четырёхколёсный друг имеет не коробку передач, а трансэксл.
В большинстве автомобилей трансэксл находится справа от двигателя. В некоторых спортивных авто с заднеприводными трансмиссиями трансэкслы могут устанавливаться для равномерного распределения веса.
Полуось. Поскольку в автомобилях с переднеприводной трансмиссией все её компоненты находятся в передней части, такие транспортные средства не нуждаются в длинных карданных валах для передачи вращающего момента колёсам. В данном случае трансэксл соединяется с колёсами при помощи полуоси, а не универсальных шарниров.
Полуоси соединяют трансэксл и колёса шарнирами равных угловых скоростей. Шарниры равных угловых скоростей используют механизм шарового подшипника для того, чтобы уменьшить трение и сделать возможными более сложные движения колёс, установленных в автомобилях с переднеприводной трансмиссией. Помните, что транспортные средства с переднеприводной трансмиссией предназначены не только для перемещения вперёд, но и для выполнения поворотов вправо/влево.
Что ж, теперь Вы знаете о том, что представляет собой трансмиссия, и без труда сможете объяснить своему пятилетнему сыну, как движется Ваш автомобиль.
Как приводится в движение автомобиль
Автомобиль приводится в движение двигателем, который соединяется с ведущими колёсами при помощи трансмиссии, обычно состоящей из сцепления, коробки передач и системы различных валов и шарниров. Сцепление позволяет отсоединять двигатель от коробки передач, что облегчает её переключение. Диск сцепления, соединённый с первичным валом коробки передач, прижимается к маховику двигателя мощными пружинами, что позволяет передавать крутящий момент в последующие элементы трансмиссии. По мере износа диска сцепления сила его прижатия к маховику уменьшается, и сцепление может начать «пробуксовывать». На каких передачах — «пониженных» или «повышенных» — следует двигаться в этом случае, чтобы добраться до ближайшей станции техобслуживания?
1. При износе диска сцепления и уменьшении силы его прижатия к маховику согласно закону Амонтона — Кулона уменьшаются максимальная сила трения и её момент, вращающий первичный вал коробки передач, что приводит к пробуксовке сцепления на режимах движения с использованием максимальной мощности двигателя.
2. Мощность силы равна произведению модуля этой силы на модуль скорости перемещения точки её приложения, поэтому при уменьшении максимальной силы трения для сохранения величины мощности, передаваемой по трансмиссии, необходимо увеличивать скорость вращения диска сцепления, то есть обороты двигателя.
3. Таким образом, при заданных условиях движения и, соответственно, мощности, передаваемой на колеса, следует при возникновении пробуксовки сцепления переходить с повышенных передач на пониженные, когда двигатель при той же скорости движения автомобиля работает на более высоких оборотах.
Объяснения представлены не в полном объёме, или в них содержится один логический недочёт.
Указаны все необходимые для объяснения явления законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задачи, не доведены до конца.
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
Износ сцепления происходит от избытка мощности и крутящего момента, а в решении задачи при изношенном сцеплении нам предлагают переходить в режим повышенных оборотов (т.е высокой мощности и моменте), что приводит к еще большим пробуксовкам и большему износу. Это абсолютно нелогично.
В задаче спрашивается, как всё-таки доехать до станции техобслуживания с изношенным сцеплением, а не ездить в таком режиме неопределённо долгое время.
Сцепление буксует на ПОВЫШЕННЫХ оборотах. Поэтому, чтобы избежать пробуксовки надо перейти на повышенную передачу, понизить обороты. Если наоборот повысить обороты, то сцепление начнет ещё сильнее пробуксовывать, что приведет к быстрому его выгоранию, вследствие чего вы не сможете доехать до станции техобслуживания.
Теория движения автомобиля: основные элементы
Силы, действующие на автомобиль
На автомобиль, независимо от того, движется он или неподвижен, действует сила тяжести (вес), направленная отвесно вниз.
Сила тяжести прижимает колеса автомобиля к дороге. Равнодействующая этой силы, размещена в центре тяжести. Распределение веса автомобиля по осям зависит от расположения центра тяжести. Чем ближе к одной из осей расположен центр тяжести, тем больше будет нагрузка на эту ось. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну.
Большое значение на устойчивость и управляемость автомобиля имеет расположение центра тяжести не только в отношении продольной оси, но и по высоте. Чем выше центр тяжести, тем менее устойчивым будет автомобиль. Если автомобиль находится на горизонтальной поверхности, то сила тяжести направлена отвесно вниз. На наклонной поверхности она раскладывается на две силы (см. рисунок): одна из них прижимает колеса к поверхности дороги, а другая стремится опрокинуть автомобиль. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем скорее нарушится устойчивость и автомобиль может опрокинуться.
Во время движения, кроме силы тяжести, на автомобиль действует и ряд других сил, на преодоление которых затрачивается мощность двигателя.
На рисунке показана схема сил, действующих на автомобиль во время движения. К ним относятся:
Движение автомобиля возможно только при условии, что его колеса будут иметь достаточное сцепление с поверхностью дороги.
Если сила сцепления будет недостаточной (меньше величины силы тяги на ведущих колесах), то колеса пробуксовывают.
Сила сцепления с дорогой зависит от веса, приходящегося на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора.
Для определения влияния состояния дороги на силу сцепления служит коэффициент сцепления, который определяют делением силы сцепления ведущих колес автомобиля на вес автомобиля, приходящийся на эти колеса.
Коэффициент сцепления зависит от вида покрытия дороги и от его состояния (наличия влаги, грязи, снега, льда); величина его приведена в таблице (см. рисунок).
На дорогах с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепления резко уменьшается, если на поверхности имеется влажная грязь и пыль. В этом случае грязь образует пленку, резко уменьшающую коэффициент сцепления.
На дорогах с асфальтобетонным покрытием в жаркую погоду появляется на поверхности маслянистая пленка из выступающего битума, снижающая коэффициент сцепления.
Уменьшение коэффициента сцепления колес с дорогой наблюдается также при увеличении скорости движения. Так, при возрастании скорости движения на сухой дороге с асфальтобетонным покрытием с 30 до 60 км/ч коэффициент сцепления уменьшается на 0,15.
Разгон, ускорение, накат
Мощность двигателя затрачивается на приведение во вращение ведущих колес автомобиля и преодоление сил трения в механизмах трансмиссии.
Если величина усилия, с которым вращаются ведущие колеса, создавая тяговую силу, будет больше чем суммарная сила сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться с ускорением, т.е. с разгоном.
Ускорением называется прирост скорости за единицу времени. Если тяговое усилие равно силам сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться без ускорения с равномерной скоростью. Чем выше максимальная мощность двигателя и меньше величина суммарных сил сопротивления, тем быстрее автомобиль достигнет заданной скорости.
Кроме того, на величину ускорения влияет вес автомобиля, передаточное число коробки передач, главной передачи, количество передач и обтекаемость автомобиля.
Во время движения накапливается определенный запас кинетической энергии, и автомобиль приобретает инерцию. Благодаря инерции автомобиль может двигаться некоторое время с отключенным двигателем – накатом. Движение накатом используют для экономии топлива.
Торможение автомобиля
Торможение автомобиля имеет большое значение для безопасности движения и зависит от его тормозных качеств. Чем лучше и надежнее тормоза, тем быстрее можно остановить движущийся автомобиль и тем с большей скоростью можно двигаться, а следовательно, и больше будет его средняя скорость.
Во время движения автомобиля накопленная кинетическая энергия поглощается при торможении. Торможению помогают силы сопротивления воздуха, сопротивления качению и сопротивления подъему. На уклоне силы сопротивления подъему отсутствуют, а к инерции автомобиля добавляется составляющая сила тяжести, которая затрудняет торможение.
При торможении между колесами и дорогой возникает тормозная сила, противоположная направлению силы тяги. Торможение зависит от соотношения между тормозной силой и силой сцепления. Если сила сцепления колес с дорогой будет больше тормозной силы, то автомобиль затормаживается. Если тормозная сила будет больше силы сцепления, то при заторможенных колесах произойдет их скольжение относительно дороги. В первом случае при торможении колеса катятся, постепенно замедляя вращение, а кинетическая энергия автомобиля превращается в тепловую энергию, нагревающую тормозные колодки и диски (барабаны). Во втором случае колеса перестают вращаться и будут скользить по дороге, поэтому большая часть кинетической энергии будет превращаться в тепло трения шин о дорогу. Торможение с остановившимися колесами ухудшает управляемость автомобиля, особенно на скользкой дороге, и приводит к ускоренному износу шин.
Наибольшую тормозную силу можно получить только тогда, когда тормозные моменты на колесах будут пропорциональны нагрузкам, приходящимся на них. Если такая пропорциональность не будет соблюдена, то тормозная сила на одном из колес не будет полностью использована.
Эффективность торможения оценивается по тормозному пути и величине замедления.
Тормозной путь – это расстояние, которое проходит автомобиль от начала торможения до полной остановки. Замедление автомобиля – это величина, на которую уменьшается скорость автомобиля за единицу времени.
Управляемость автомобиля
Под управляемостью автомобиля понимают его способность изменять направление движения.
Во время движения автомобиля по прямой очень важно, чтобы управляемые колеса не поворачивались произвольно и водителю не нужно было бы затрачивать усилия для удержания колес в нужном направлении. На автомобиле предусмотрена стабилизация управляемых колес в положении движения в прямом направлении, которая достигается продольным углом наклона оси поворота и углом между плоскостью вращения колеса и вертикалью. Благодаря продольному наклону колесо устанавливается так, что его точка опоры по отношению оси поворота снесена назад на величину а и его работа подобна ролику (см. рисунок).
При поперечном наклоне повернуть колесо всегда труднее, чем вернуть его в исходное положение – движения по прямой. Это объясняется тем, что при повороте колеса передняя часть автомобиля приподнимается на величину б (водитель прилагает сравнительно большее усилие к рулевому колесу).
Для возвращения управляемых колес в положение, соответствующее движению по прямой, вес автомобиля помогает поворачиванию колес и водитель прикладывает к рулевому колесу небольшое усилие.
На автомобилях, особенно у тех, где давление воздуха в шинах невелико, возникает боковой увод. Боковой увод возникает в основном под действием поперечной силы, вызывающей боковой прогиб шины; при этом колеса катятся не по прямой, а смещаются в сторону под действием поперечной силы (см. рисунок).
Оба колеса передней оси имеют одинаковый угол увода. При уводе колес меняется радиус поворота, который увеличивается, уменьшая поворачиваемость автомобиля, а устойчивость движения при этом не изменяется.
При уводе колес задней оси радиус поворота уменьшается, особенно это заметно, если угол увода задних колес больше, чем у передних, стабильность движения нарушается, автомобиль начинает «рыскать» и водителю все время приходится подправлять направление движения. Для уменьшения влияния увода на управляемость автомобиля давление воздуха в шинах передних колес должно быть несколько меньше, чем у задних. Увод колес будет тем больше, чем большей будет боковая сила, действующая на автомобиль, например, на крутом повороте, где возникают большие центробежные силы.
Занос автомобиля
Заносом называется боковое скольжение задних колес при продолжающемся поступательном движении автомобиля. Иногда занос может привести к повороту автомобиля вокруг своей вертикальной оси.
Занос может возникать в результате ряда причин. Если резко повернуть управляемые колеса, то может оказаться, что инерционные силы станут больше, чем сила сцепления колес с дорогой, особенно часто это случается на скользких дорогах.
При неодинаковых тяговых или тормозных силах, приложенных на колеса правой и левой сторон, действующих в продольном направлении, возникает поворачивающий момент, приводящий к заносу. Непосредственной причиной заноса при торможении являются неодинаковые тормозные силы на колесах одной оси, неодинаковое сцепление колес правой или левой стороны с дорогой или неправильное размещение груза относительно продольной оси автомобиля. Причиной заноса автомобиля на повороте может быть также торможение его, так как при этом к поперечной силе добавляется продольная сила и их сумма может превысить силу сцепления, препятствующую заносу (см. рисунок).
Чтобы предотвратить начавшийся занос автомобиля, необходимо: прекратить торможение, не выключая сцепление (на автомобилях с МКПП); повернуть колеса в сторону заноса.
Эти приемы выполняют сразу же, как только начался занос. После прекращения заноса нужно выровнять колеса, чтобы занос не начался в другом направлении.
Чаще всего занос получается при резком торможении на мокрой или обледенелой дороге, особенно быстро нарастает занос на большой скорости, поэтому при скользкой или обледенелой дороге и на поворотах нужно уменьшать скорость, не применяя торможение.
Проходимость автомобиля
Проходимостью автомобиля называется его способность двигаться по плохим дорогам и в условиях бездорожья, а также преодолевать различные препятствия, встречающиеся на пути. Проходимость определяется:
Основным фактором, характеризующим проходимость, является соотношение между наибольшей тяговой силой, используемой на ведущих колесах, и силой сопротивления движению. В большинстве случаев проходимость автомобиля ограничивается недостаточной силой сцепления колес с дорогой и в связи с этим невозможностью использовать максимальную тяговую силу. Для оценки проходимости автомобиля по грунту пользуются коэффициентом сцепного веса, определяемым делением веса, приходящегося на ведущие колеса, на общий вес автомобиля. Наибольшую проходимость имеют автомобили, у которых все колеса являются ведущими. В случае применения прицепов, увеличивающих общий вес, но не изменяющих сцепной вес, проходимость резко снижается.
На величину сцепления ведущих колес с дорогой значительное влияние оказывает удельное давление шин на дорогу и рисунок протектора. Удельное давление определяется давлением веса, приходящегося на колесо, на площадь отпечатка шины. На рыхлых грунтах проходимость автомобиля будет лучше, если удельное давление будет меньше. На твердых и скользких дорогах проходимость улучшается при большем удельном давлении. Шина с крупным рисунком протектора на мягких грунтах будет иметь отпечаток большей площади и имеет меньшее удельное давление, а на твердых грунтах отпечаток этой шины будет меньшей площади и удельное давление увеличивается.
Проходимость автомобиля по габаритным размерам определяется по:
Каким образом автомобиль приводится в движение?
Оно имеет два положения: сцепление включено — крутящий момент передается на коробку; сцепление выключено — она отсоединена от двигателя. Для передачи вращения здесь используется сила трения между маховиком и ведомым диском.
Как Автомобиль приводится в движение?
Двигатель – это фактически «сердце» любого автомобиля, ведь благодаря ему автомашина приводится в движение. … Энергия выбрасывается за пределы автомобиля, по пути придавая вращения коленчатому валу. Это в свою очередь приводит в движение авто.
Что приводит в движение колеса автомобиля?
Двигатель – это «сердце» автомобиля, его главная и самая важная часть. В цилиндрах двигателя происходит сгорание топлива, высвободившаяся при этом энергия приводит в движение поршни, которые толкают коленчатый вал. Вал, через множество преобразующих механизмов, в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля.
Как едет автомобиль?
Поршень идет вниз цилиндра как кулак, когда мы просовываем руку в рукав, и через коленчатый вал при помощи механизма сцепления передает, энергию в коробку передач. После коробки передач энергия вращательного движения переходит на ведущий вал. Он вращается вместе с механизмом дифференциала.
Как передается крутящий момент на передние колеса?
То есть крутящий момент двигателя, не оставляя подкапотного пространства, передается через сцепление на коробку передач, здесь же идет на главную передачу и затем два трансмиссионных вала отправляют мощность на передние колеса.
Как называются части машины?
Любой автомобиль, будь то легковой или грузовой, заводского серийного производства или уникальной ручной сборки, состоит из трех основных частей: кузова, шасси и двигателя.
…
Любые легковые машины имеют в своем составе следующие компоненты:
Что передает крутящий момент от двигателя?
Трансмиссия автомобиля выполняет две функции: она передает крутящий момент от двигателя ведущим колесам автомобиля, а также изменяет его величину и направление. При передаче крутящего момента трансмиссия, кроме того, перераспределяет его между отдельными колесами.
Что передает крутящий момент?
Трансмиссия в автомобиле выполняет следующие функции: передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам; изменяет величину и направление крутящего момента; перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами.