Передача крутящего момента на колеса: ᐉ От двигателя к колесам

Содержание

ᐉ От двигателя к колесам

Не вся энергия, получаемая от двигателя, используется для преодоления сопротивлений движению автомобиля, т.е. непосредственно для движения автомобиля. Имеется еще и «накладной расход» на работу механизмов силовой передачи. Этот расход отнимает в отдельных случаях до 20% мощности, а у автомобиля обычной схемы — около 10%. Чем меньше этот расход, тем выше так называемый коэффициент полезного действия (к.п.д.) силовой передачи, обозначаемый греческой буквой у («эта»).

По существу коэффициент полезного действия передаточного механизма — это отношение мощности, отдаваемой механизмом, к мощности, им получаемой. Применительно к автомобилю — это отношение мощности, переданной колесам, к мощности двигателя, измеренной на его маховике.

Если к.п.д. силовой передачи равен 0,93 (93%), как это бывает у некоторых спортивных автомобилей или автомобилей высшего класса, то «накладные расходы» составляют всего 7%; если к.п.д. силовой передачи равен 0,8, как, например, у некоторых автомобилей с автоматическими передачами или у специальных автомобилей, то расходы достигают 20%.

Усилие от двигателя передается к ведущим колесам несколькими механизмами силовой передачи:

  • сцеплением
  • коробкой передач
  • карданным валом
  • главной передачей
  • дифференциалом

Механическая энергия, переданная от двигателя, не только передается через эти механизмы, но и расходуется на трение (пробуксовка дисков сцепления, трение зубьев шестерен коробки передач, главной передачи и дифференциала, трение в подшипниках, трение в карданных сочленениях), а также на взбалтывание масла в картерах коробки передач и заднего моста. От трения и взбалтывания масла возникает тепло; механическая энергия превращается в тепловую, которая не может быть использована и рассеивается. Этот «накладной расход» непостоянен — он увеличивается, когда в работу включается дополнительная пара шестерен на низших передачах, когда карданные шарниры работают под большим углом, когда вязкость масла велика (в холодную погоду), на повороте, когда в работу активно включаются шестерни дифференциала (при движении по прямой их работа невелика). Поэтому трудно дать точную, годную для всяких условий движения оценку величины к.п.д. силовой передачи каждого автомобиля.

Опытным путем определены потери мощности в силовой передаче автомобилей и в отдельных ее элементах и вычислены к.п.д.

Рис. Усилие от двигателя передается ведущим колесам через сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, полуоси.

Таблица. Коэффициенты полезного действия силовой передачи автомобиля и ее механизмов

Механизмы силовой передачи

 

Передача в коробке передач

 

Коэффициент полезного действия

 

автомобиль высшего класса
автомобиль массового выпуска
Механизмы силовой передачи
Сцепление

0,99

Коробка передач:
с прямозубыми шестернями
Прямая

0,96

Прочие

0,94

с косозубыми шестернями Прямая

0,98

0,97

Прочие

0,96

0,95

Карданная передача:
с углом работы 0-7 градусов

0,99

с углом работы 7-20 градусов

0,98

Главная передача:
спирально-коническая

0,95

0,94

гипоидная

0,98

0,97

двойная (коническая и цилиндрическая)

0,85

Силовая передача автомобиля
Коробка передач с прямозубыми шестернями:
спирально-коническая главная передача Прямая

0,88

Прочие

0,86

двойная главная передача Прямая

0,79

Прочие

0,77

Коробка передач с косозубыми шестернями:
спирально-коническая главная передача Прямая

0,91

0,89

Прочие

0,89

0,87

двойная главная передача
Прямая

0,94

0,92

Прочие

0,92

0,9

Приведенные в таблице величины к.п.д. всей силовой передачи автомобиля на повороте снижаются еще на 1—2%; при езде по очень неровной дороге (когда карданы работают под большими углами) — еще на 1—2%; зимой, когда масло слишком вязкое, — еще на 1—2%.

Рис. На работу механизмов передачи расходуется около 10% мощности, развиваемой двигателем.

Существуют автомобили, у которых к.п.д. силовой передачи снижен за счет наличия раздаточной коробки и переднего ведущего моста (автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами) или за счет необычной схемы коробки передач и заднего моста (некоторые автомобили с задним расположением двигателя, не имеющие прямой передачи в коробке передач, или автомобили с независимой подвеской задних колес, имеющие карданные шарниры на каждой полуоси, причем шарниры часто работают под большими углами).

В дальнейшем динамические и экономические показатели таких автомобилей рассматривать не будем, и поэтому примем к. п. д. силовой передачи приблизительно равным:

  • для легковых автомобилей высшего класса — 0,93
  • для прочих легковых автомобилей — 0,91
  • для грузовых автомобилей с одинарной главной передачей — 0,89
  • для грузовых автомобилей с двойной главной передачей — 0,85

Для учета этих «накладных расходов» во внешнюю характеристику двигателя следует внести поправки, чтобы получить характеристику мощности Nк и крутящего момента Мк, передаваемых на ведущие колеса автомобиля.

Как крутящий момент передается на колеса?

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления. … Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

Как передается крутящий момент от двигателя к колесам?

Усилие от двигателя передается ведущим колесам через сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, полуоси.

Усилие от двигателя передается к ведущим колесам несколькими механизмами силовой передачи:

  1. сцеплением
  2. коробкой передач
  3. карданным валом
  4. главной передачей
  5. дифференциалом

Как двигатель передает крутящий момент?

Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии. Карданная передача обеспечивает передачу крутящего момента от вторичного вала коробки передач на вал главной передачи, расположенных под углом друг к другу.

Какой узел передает мощность на колеса?

Основное назначение дифференциала в технике — трансмиссии транспортных машин, в которых дифференциал разветвляет поток мощности от двигателя на два между колёсами, осями, гусеницами, воздушными и водными винтами.

Как передается вращение на колеса?

Главная передача – это набор из двух шестерней: ведущая получает вращение от КПП и передает его ведомой. Ведомая же шестерня главной передачи передает вращение через корпус на шестерни-сателлиты, а они, в свою очередь, находятся в зацеплении с солнечными шестернями, жестко закрепленными на приводных полуосях колес.

Как передается энергия от двигателя к колесам?

Энергия передается от дифференциала к задним колесам посредством полуосей. На концах, которыми полуоси крепятся к дифференциалу, предусмотрены валики со скошенными зубьями. Эти валики взаимодействуют с ведомой шестерней посредством промежуточных шестерен.

Какие способы передачи крутящего момента?

Различают два основных способа передачи крутящего момента — жесткий и фрикционный. При первом способе крутящий момент передается жесткими элементами, работающими на срез, изгиб или смятие; при втором — силами трения, возбуждаемыми на цилиндрических, конических или торцовых поверхностях вала.

Как связан двигатель с коробкой передач?

Автомобилю коробка передач (трансмиссия) необходима из-за особенностей работы двигателя внутреннего сгорания. … Коробка связана с двигателем через муфту, поэтому входной вал коробки делает столько же оборотов, сколько и двигатель.

Для чего нам нужна трансмиссия?

Трансми́ссия (силовая передача) — (от лат. transmissio — пересылка, передача) в машиностроении все механизмы, соединяющие двигатель с тем, что должно двигаться (например, с колесами в автомобиле), а также всё, что обеспечивает работу этих механизмов.

Какой из механизмов трансмиссии увеличивает крутящий момент и передает его от карданного вала через дифференциал на полуоси под прямым углом?

Главная передача увеличивает крутящий момент и передает его через полуоси к ведущим колесам.

Что передает крутящий момент непосредственно к колесам?

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления. … Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

Какая сила используется в работе фрикционного сцепления?

Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомобилях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых использованы сила трения сухих поверхностей.

Чем отличается межосевой от межколесного дифференциала?

Дифференциалы, используемые для привода ведущих колес, называются межколесными. Межосевой дифференциал устанавливается между ведущими мостами полноприводного автомобиля. … Цилиндрический дифференциал устанавливается чаще между осями полноприводных автомобилей.

Как передаётся вращение при включении различных передач?

блокирует шестерню первой передачи на вторичном валу; вращение передаётся сначала единственной шестернёй первичного вала на промежуточный, а с него — через шестерню первой передачи на вторичный вал, и далее на трансмиссию.

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 называют механизм обеспечивающий вращение ведущих колес с разной частотой?

Дифференциал (от лат. differentia – разность, различие) – механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес с разными скоростями (например, в повороте).

Как передается крутящий момент от двигателя к колесам?

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления. … Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

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 такое крутящий момент для чайников?

Крутящий момент двигателя – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Если помните, то сила измеряется в Ньютонах, а вот плечо рычага измеряется в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1Н (Ньютон), которая приложена к рычагу в 1 метр.

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.

Какие способы передачи крутящего момента?

Различают два основных способа передачи крутящего момента — жесткий и фрикционный. При первом способе крутящий момент передается жесткими элементами, работающими на срез, изгиб или смятие; при втором — силами трения, возбуждаемыми на цилиндрических, конических или торцовых поверхностях вала.

Какой механизм передает крутящий момент от карданной передачи к ведущим колесам?

Главная передача это зубчатый механизм автомобиля, который служит для увеличения крутящего момента и передачи его к ведущим колёсам под углом 90 градусов. Дифференциал распределяет крутящий момент между ведущими колесами и обеспечивает вращение колес с разными угловыми скоростями (при повороте автомобиля).

Какие типы трансмиссий находят наибольшее применение?

Наибольшее применение на современных автомобилях нашла механическая трансмиссия. Механическая (гидромеханическая) трансмиссия, изменение крутящего момента в которой происходит автоматически, называется автоматической трансмиссией.

Что такое обороты максимального крутящего момента?

У различных силовых агрегатов пик максимального крутящего момента достигается при разных оборотах. У одних это происходит в диапазоне 1800—3000 об/мин, в других — при 3000—4500 об/мин. Чем ниже эти числа, тем раньше достигается пик крутящего момента, что также влияет на разгон.

Каким образом автомобиль приводится в движение?

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.

На каком колесе передачи крутящий момент больше?

Зная угловую скорость колеса легко вычислить скорость автомобиля. Обратим внимание на то, что на первой передаче момент на колесах при оборотах двигателя в 6500 об/мин больше, чем для всего диапазона второй передачи. Хотя момент на двигателе меньше, чем если бы мы переключились на вторую передачу.

Схема передачи крутящего момента с двигателя на колеса — FINDOUT.SU

В автомобиле с передним приводом крутящий момент не уходит так далеко то двигателя, как в автомобилях с задним приводом. Все агрегаты сконструированы под капотом машины и обледенены в один большой узел. Валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.   

Рисунок 20 – Схема передачи крутящего момента с двигателя на колеса.

1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – главная передача и дифференциал; 5 – правый и левый приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей; 6 – ведущие колееса.

 

Раздаточные коробки и карданные передачи.

На данном автомобиле не применяется.

 

Движители

Назначение и классификация движителей.

Колеса принимают крутящий момент от двигателя, и за счет сил сцепления с дорогой обеспечивают движение автомобиля, а также они воспринимают и сглаживают удары и толчки от неровностей дороги.

Колесные движители. Схема, преимущества и недостатки. Назначение ведущих, управляемых,    комбинированных и поддерживающих движителей.

Рисунок 21 — Разрез шин.

а – камерной; б – бескамерный;

1 – протектор; 2 – брекер; 3 – каркас; 4 – боковина; 5 – борта; 6 – проволочные кольца; 7 – бортовая резина; 8 – герметизирующий слой; 9 – обод; 10 – вентиль; В – ширина профиля; Н – высота профиля; D – наружний диаметр; В – ширина шины по ободу; с – ширина борта; П – ширина протектора.

Достоинства:

1. Более высокая транспортная скорость колесных тракторов. Возможность передвижения по дорогам общего пользования. При движении по асфальту не портится дорожное покрытие;

2. Комфортное движение, плавность и мягкость хода, повышенная шумо-изоляция;

3. Увеличенный клиренс колесной базы позволяет в меньшей степени повреждать культуры при движении по полям;

4. Более низкая стоимость и простота технического обслуживания;

5. Удобство эксплуатации в подсобном хозяйстве.

Недостатки:

1. проколы

2. взрываются

3. Повышенный износ

 

Типы шин и маркировка.

Всем известное деление автопокрышек по сезону подразумевает три типа шин: всесезонные; зимние; летние.

 

Рисунок 22 – Маркировка шин.

1 – модель; 2 – максимальная нагрузка и давление; 3 – ширина в миллиметрах; 4 – высота профиля в процентах от ширины шины; 5 – в большинстве случаев маркируется латинской буквой R и обозначает радиальную конструкцию каркаса шины; 6 – посадочный диаметр в дюймах; 7 – индекс нагрузки; 8 – индекс скорости; 9 – принадлежность к классу; 9.1H/P – шоссейные; 9.2H/T – для твёрдых покрытий; 9.3A/T – универсальные; 9.4М/Т – для бездорожья; 10 – усиленная шина; 11 – указатель внешней стороны для асимметричных покрышек; 12 – для какого типа покрытия пригодна; 12.1 М(Mud) – грязь; 12.2 S(Snow) – снег; 12.3 M+S – всесезонная или зимняя; 13 – страна производитель; 14 – тип камеры или бескамерные; 15 – место ниппеля; 16 – направление вращения при установке; 17 Treadwear 100-600 – износостойкость в % самой нестойкой шины, Traction А,В,С – сцепление с мокрой дорогой, Температура А.В.С – устойчивость к нагреву, где А – самая высокая, С – самая низкая; 18 TWI – указатели на индикаторы износа; 19 – производитель шины; 20 – маркировка департамента транспорта США, последние 4 цифры являются датой выпуска шин, где первые две это неделя, а вторые – год.

 

Схемы протекторов шин.

Симметричный ненаправленный рисунок является достаточно универсальным. Такой рисунок определяет возможность автомобиля передвигаться по дорогам с любым покрытием, применяется как к летним покрышкам, так и к зимней резине. Покрышками с симметричным направленным протектором чаще всего комплектуются новые автомобили.
Асимметричный ненаправленный рисунок протектора ориентирован на максимальную производительность при высоких скоростях и динамичное маневрирование. Такой рисунок чаще всего используется при создании шин класса UHP, спортивных шин, элитной резины для спорткаров и автомобилей сегмента «премиум».

Направленный симметричный рисунок. Шины с таким протектором также монтируются на любое колесо, но требуют соблюдения направления вращения. Использование таких шин повышает тяговые характеристики автомобиля.
Направленный асимметричной рисунок шины не только ориентирован в определенную сторону, но и имеет отличия между внешней и внутренней частями. Данные шины самые тихие, а с их установкой автомобиль становится более «послушным» на высокой скорости.

Рисунок 23 — Схемы протекторов шин.

 

Привод автомобиля — Узлы передачи крутящего момента на колеса

Привод автомобиля представляет собой ряд узлов передающих мощность двигателя на колеса. Всего несколько деталей и механическая работа поршней превращается в движение авто. Ниже будут рассмотрены основные составляющие используемые в гоночной технике.

«Помни, профессиональный гонщик обязан активно использовать малейшую возможность повысить свой результат путем тонкой настройки каждого узла. Именно это качество и отличает аматора от профи».

КПП

  • Пятиступенчатая

Коробка с очень близкими передаточными числами. С такой коробкой вам будет проще поддерживать обороты при любых манёврах, однако низкое число самой высокой передачи ограничивает максимальную скорость машины.

  • Шестиступенчатая

Соотношение чисел ещё ближе, чем у пятиступенчатой. Она позволяет более эффективно использовать тюнинговые двигатели с узким диапазоном рабочих оборотов.

С другой стороны — лимитирует скоростной предел и требует дополнительных затрат времени на более частое переключение передач.

  • Полностью регулируемая

Все показатели могут быть настроены. Помимо индивидуальной регулировки отдельно взятой шестерни, также возможно произвести доводку выбрав необходимую скорость каждой передачи.

Определение максимальной скорости

Выбор передаточных чисел КПП позволяет настроить их в соответствии с указанной Вами максимальной скоростью. При увеличении этой скорости ухудшится разгонная динамика и увеличатся потери скорости при движении вверх по склону.

Сцепление

Сочетание облегчённого маховика и двухдискового сцепления уменьшает влияние первого приводя к улучшенной приемистости двигателя и ускорению переключения, повышенное трение в сцеплении положительно влияет на разгонную динамику.

Сочетает в себе сверхлегкий маховик и трёхдисковое сцепление. Эта модификация существенно увеличивает динамичность разгона, с другой стороны возникает и отрицательное влияние, в виде потери оборотов на подъёмах.

Кардан

  • Углепластиковый карданный вал

Элемент соединяющий КПП и задний дифференциал заднеприводного автомобиля из облегченного материала (карбон). Его установка приводит к улучшению приемистости, как следствие динамики авто во время набора скорости. Наилучший эффект достигается в сочетании с уменьшением веса всего шасси автомобиля.

  • Регулируемый ДПВС

Представляет собой механический «дифференциал повышенного трения» (LSD) допускающий регулировку начального крутящего момента и чувствительности. Изменение этих параметров заметно влияет на поведение автомобиля. В свою очередь, чрезмерная регулировка может привести к потере баланса и управляемости.

Активный центральный дифференциал

Распределяет мощность и вращающий момент между передним и задним мостом полноприводного автомобиля. Путём его регулировки можно добиться как недостаточной, так и избыточной поворачиваемости.

Параметры

  • Начальный крутящий момент

Дифференциал предназначен для того, что бы передавать больше мощности на то колесо, которое во время поворота вращается быстрее. При спортивном вождении это не редко приводит к потерям вращающего момента, для борьбы с которыми и была разработана эта деталь.

Начальным — называется усилие, при котором ДВПС ещё не вступает в работу — например, при движении по прямой. Повышение чувствительности уменьшает внезапные изменения мощности и управляемости при его активации, но добавляет склонность к недостаточной поворачиваемости.

  • Чувствительность газа

Регулировка чувствительности ДПВС при увеличении скорости. Чем выше значение этого параметра, тем больший объем мощности передаёться на дорогу при разгоне, однако по мере уменьшения разницы в скорости вращения колёс, наростает недостаточная поворачиваемость. Для дрифта можно установить особенно высокую чувствительность, чтобы способствовать входу машины в занос.

  • Чувствительность тормоза

Регулировка чувствительности при уменьшении скорости. Чем выше значение, тем стабильнее автомобиль ведёт себя при торможении и тем более он склонен к недостаточной поворачиваемости. На переднеприводных машинах это может существенно затруднить прохождение поворотов.

  • Распределение крутящего момента

Выбор процента мощности передаваемого на передние колёса. Диапазон допустимых значений от 10% до 50%. Чтобы добиться поведения машины, характерного для заднего привода нужно уменьшить крутящий момент, при его увеличении поведение становиться более типичным для полноприводных автомобилей.

«Помните, грамотно настроенный и доработанный привод автомобиля существенно повысит Ваши шансы на победу в гонке».

Распределение Момента | awd авто, 4×4 машины, 4wd автомобили, 4motion, quattro, xDrive, SH-AWD, Haldex, Torsen, wiki

Что мы имеем в виду когда говорим что тяга может перебрасываться между мостами и достигать 100% на одном мосту? Представим ту же Subaru с «нормальным» распределением 50/50. Теперь представим, что задние колёса оказались на льду, или специально поставлены на ролики либо вывешены в воздухе. Если вы нажмёте на газ, задние колёса попытаются вращаться свободно, не встречая сопротивления. Поскольку сопротивления нет, то и момент, который нужно приложить к колёсам, чтобы заставить их вращаться очень низок. На Subaru используется блокируемый вискомуфтой центральный дифференциал, который тут же блокируется и весь выдаваемый двигателем крутящий момент, т.е. 100% от него, идёт на передний мост а на задних колёсах момент равен нулю. Это имеется в виду когда говориться о переброске момента. Таким образом в нормальных условиях пропорция составляет 50/50, а «перераспределение» крутящего момента между мостами осуществляется от 100/0 до 0/100.

Если предположим вискомуфта неисправна или ещё по какой причине не блокируется полностью, то можно говорить например о распределении момента от 75/25 до 25/75. Т.е. при полном вывешивании одного моста машина может и не поехать, несмотря на полноприводность.

У автомобиля с автоматически подключаемым полным приводом (рассмотрим нормально-переднеприводный автомобиль) в нормальных условиях момент распределяется, к примеру, в пропорции 100/0. Вывешивание задних колёс ничего в этой пропорции не меняет. Но если передние начинают буксовать и муфта привода задних колёс замыкается, распределение тяги становится 50/50, и при полном отсутствии сцепления с дорогой у передних колёс до 100% тяги может быть передано на задний мост. Таким образом пропорция распределения момента меняется от 100/0 до 50/50, а момент измеряемый на мостах может меняться от 100/0 до 0/100.

В данной статье говориться о распределении тяги между мостами, а не между каждым из колёс. Для распределения момента между колёсами одной оси необходим блокируемый межколёсный дифференциал. Чтобы иметь возможность передавать 100% тяги на одно единственное колесо, необходимо иметь блокируемый центральный дифференциал и блокируемые межколёсные дифференциалы в каждом мосту. Как например у Mercedes G-class.

© www.awdwiki.com

Передача крутящего момента от двигателя на колеса: трансмиссия автомобиля

Как известно, двигатель автомобиля преобразует энергию сгорания топлива, превращая возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах ДВС во вращательное движение на коленчатом валу (крутящий момент). При этом частота вращения коленвала и колес автомобиля сильно отличаются.

Чтобы двигатель имел возможность стабильно работать в оптимальных режимах, а автомобиль двигаться с разной скоростью (с учетом меняющихся нагрузок и условий), передача крутящего момента происходит через трансмиссию. Далее мы рассмотрим, что входит в трансмиссию автомобиля, а также какую функцию выполняют составные элементы трансмиссии.

Трансмиссия: устройство

Прежде всего, многие ошибочно полагают, что трансмиссией является коробка передач. На самом деле это не совсем так. На деле, каждый элемент, который отвечает за связь мотора с ведущими колесами, входит в состав трансмиссии автомобиля. Сама трансмиссия в автомобиле отвечает за выполнение следующих задач:

  • передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса,
  • изменение (преобразование) величины крутящего момента,
  • изменение направление крутящего момента,
  • перераспределение крутящего момента между колесами.

Существует несколько видов трансмиссии. При этом по состоянию на сегодня на автомобилях наиболее активно используется механическая трансмиссия, которая преобразует механическую энергию, полученную в результате работы двигателя. Также широко распространена гидромеханическая трансмиссия, где крутящий момент изменяется автоматически (автоматическая трансмиссия).

Если просто, сегодня наиболее распространенными являются механическая трансмиссия с ручной коробкой передач МКПП и автоматическая (гидромеханическая АКПП). Каждый из указанных типов трансмиссий отличается по своему устройству, имеет как преимущества, так и недостатки, однако основной их задачей неизменно остается получение, преобразование и передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса машины.

Идем далее. Все трансмиссии (как автоматические, так и механические), отличаются по типу привода. Если точнее, ведущими колесами могу быть передние, задние или сразу все колеса автомобиля.

Если ведущие колеса только передние, тогда такой автомобильная с передним приводом, если ведущей является задняя ось, машина заднеприводная, а если ведущими являются все колеса, тогда это полноприводный автомобиль. В зависимости от типа привода, также существенно различается и устройство трансмиссии (по количеству элементов, по схеме устройства и т.д.).

Трансмиссия заднего привода автомобиля имеет сцепление, КПП (коробку передач), карданную передачу, главную передачу, дифференциал, а также полуоси.

  • Сцепление позволяет плавно отсоединять и присоединять двигатель к трансмиссии, что необходимо для переключения передач, а также в целях исключения высоких нагрузок на детали трансмиссии.
  • КПП (коробка переключения передач) является основой трансмиссии и служит для преобразования крутящего момента, изменения скорости движения (для движения вперед), направления движения (задняя передача), а также для разъединения мотора и трансмиссии (нейтральная передача).
  • Карданная передача отвечает за передачу крутящего момента от вторичного вала КПП на вал главной передачи, которые расположены под углом относительно друг друга. Главная передача позволяет увеличить крутящий момент на колесах и передать его на полуоси ведущих колес. Машины с задним приводом имеют гипоидную главную передачу, где оси шестерен не пресекаются между собой.
  • Дифференциал распределяет крутящий момент между левым и правым ведущим колесом, позволяя реализовать вращение полуосей с разной угловой скоростью. Это необходимо для повышения устойчивости машины при прохождении поворотов, сложных участков дороги и т.д.

На автомобилях с передним приводом часть элементов, которые есть на заднеприводных авто, попросту отсутствует. Фактически, нет карданной передачи. На машинах с передним приводом имеются ШРУСы (шарнир равных угловых скоростей), а также приводные валы, более известные как полуоси. Главная передача, а также дифференциал, устанавливаются в картере КПП. Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое полноприводная трансмиссия. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает полный привод автомобиля (трансмиссия с полным приводом).

  • ШРУС является элементом, который необходим для того, чтобы передать крутящий момент от дифференциала на ведущие колеса. В устройстве трансмиссии переднеприводных авто зачастую используются два внутренних ШРУСа (отвечают за соединение с дифференциалом), а также два наружных (для соединения с колесами). Между указанных пар ШРУСов (наружных и внутренних), стоят полуоси.

Что касается полноприводных авто, в этом случае трансмиссия может отличаться по конструкции, однако в основе лежит комбинация систем переднего и заднего привода. Добавим, что полный привод бывает постоянным или подключаемым. Данная трансмиссия самая сложная по устройству, отличается большим количеством составных элементов, образуя различные схемы полного привода автомобиля.

Что в итоге

Как видно, после двигателя вторым по важности агрегатом в устройстве автомобиля является коробка переключения передач. Сама же КПП входит в состав трансмиссии, которая может быть реализована при помощи различных схем и конструктивных решений.

Автомобили с задним приводом имеют так называемую «классическую» компоновку, отличаются остротой рулевого управления, динамичным разгоном и т.д. Передний привод более устойчив на дороге, менее склонен к заносам,  позволяет более эффективно контролировать автомобиль в поворотах и т.д. Рекомендуем также прочитать статью о том, какие бывают типы и виды автоматических коробок передач АКПП. Из этой статьи вы узнаете, какие существуют коробки-автомат, чем они отличаются друг от друга, как устроены и работают различные виды АКПП.

Полный привод сочетает в себе определенные преимущества как переднего, так и заднего привода, однако является более  дорогим и сложным решением. Так или иначе, как от двигателя, так и от трансмиссии напрямую зависят динамические показатели и другие эксплуатационные характеристики автомобиля, что необходимо учитывать при проектировании, в рамках тюнинга авто и т.д.

Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес — Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес

Крутящий момент — это крутящая сила, создаваемая двигателем. Крутящий момент двигателя — это то, что приводит в движение вашу машину. Различные шестерни в трансмиссии и дифференциале умножают крутящий момент и распределяют его между колесами. На первой передаче на колеса может передаваться больший крутящий момент, чем на пятой, потому что первая передача имеет большее передаточное число, на которое умножается крутящий момент.

Приведенная ниже гистограмма показывает величину крутящего момента, развиваемого двигателем.Отметка на графике указывает величину крутящего момента, которая вызовет проскальзывание колеса. Автомобиль, который хорошо стартует, никогда не превышает этот крутящий момент, поэтому шины не скользят; автомобиль, который плохо стартует, превышает этот крутящий момент, поэтому шины буксуют. Как только они начинают проскальзывать, крутящий момент падает практически до нуля.

Интересная особенность крутящего момента заключается в том, что в условиях низкой тяги максимальный крутящий момент, который может быть создан, определяется величиной тяги, а не двигателем. Даже если в вашем автомобиле установлен двигатель NASCAR, если шины не будут прилипать к земле, просто невозможно использовать эту мощность.

Для целей этой статьи мы определим сцепление как максимальную силу, которую шина может приложить к земле (или которую земля может приложить к шине — это одно и то же). Вот факторы, влияющие на сцепление с дорогой:

Вес шины — Чем больше нагрузка на шину, тем выше ее сцепление. Вес может смещаться во время движения автомобиля. Например, когда автомобиль делает поворот, вес смещается на внешние колеса. При разгоне вес смещается на задние колеса.(Дополнительную информацию см. в разделе Как работают тормоза.)

Коэффициент трения — Этот коэффициент связывает величину силы трения между двумя поверхностями с силой, удерживающей две поверхности вместе. В нашем случае он связывает величину сцепления между шинами и дорогой с весом, приходящимся на каждую шину. Коэффициент трения в основном зависит от типа шин на транспортном средстве и типа поверхности, по которой движется транспортное средство. Например, шина NASCAR имеет очень высокий коэффициент трения при движении по сухой бетонной трассе.Это одна из причин, по которой гоночные автомобили NASCAR могут проходить повороты на таких высоких скоростях. Коэффициент трения той же шины в грязи был бы почти нулевым. Напротив, огромные, узловатые внедорожные шины не будут иметь такого высокого коэффициента трения на сухой трассе, но в грязи их коэффициент трения чрезвычайно высок.

Проскальзывание колес — Существует два вида контакта шин с дорогой: статический и динамический.

  • статический контакт — Шина и дорога (или земля) не скользят друг относительно друга.Коэффициент трения при статическом контакте выше, чем при динамическом, поэтому статический контакт обеспечивает лучшее сцепление.
  • динамический контакт — Шина проскальзывает относительно дороги. Коэффициент трения для динамического контакта ниже, поэтому у вас меньше сцепление.

Попросту говоря, проскальзывание колеса происходит, когда сила, приложенная к шине, превышает тяговое усилие, доступное этой шине. Сила прикладывается к шине двумя способами:

  • Продольная — Продольная сила возникает из-за крутящего момента, прилагаемого к шине двигателем или тормозами.Он имеет тенденцию либо ускорять, либо замедлять автомобиль.
  • Боковая — Боковая сила создается, когда автомобиль движется по кривой. Чтобы заставить автомобиль изменить направление, требуется сила — в конечном счете, боковую силу создают шины и земля.

Допустим, у вас есть достаточно мощный заднеприводный автомобиль, и вы едете по кривой на мокрой дороге. У ваших шин достаточно сцепления, чтобы применить боковую силу, необходимую для удержания автомобиля на дороге, когда он проходит поворот.Скажем, вы нажимаете на педаль газа в пол в середине поворота ( не делайте этого! ) — ваш двигатель передает на колеса гораздо больший крутящий момент, создавая большое продольное усилие. Если вы добавите продольную силу (создаваемую двигателем) и поперечную силу, создаваемую при повороте, и сумма превысит доступное сцепление, вы просто создадите проскальзывание колеса.

Большинство людей даже близко не приближается к превышению доступного сцепления на сухом или даже на ровном мокром асфальте. Полноприводные и полноприводные системы наиболее полезны в ситуациях с низким сцеплением, например, на снегу и на скользких холмах.

Преимущество полного привода легко понять: если вы едете на четырех колесах вместо двух, вы можете удвоить величину продольной силы (силы, которая заставляет вас двигаться), к которой прикладывают шины. земля.

Это может помочь в различных ситуациях. Например:

  • В снегу — Чтобы толкнуть машину по снегу, требуется большое усилие. Количество доступной силы ограничено доступной тягой. Большинство полноприводных автомобилей не могут двигаться, если на дороге больше нескольких дюймов снега, потому что на снегу каждая шина имеет лишь небольшое сцепление с дорогой.Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес.
  • Бездорожье — В условиях бездорожья по крайней мере один комплект шин довольно часто оказывается в ситуации с плохим сцеплением, например, при пересечении ручья или грязной лужи. С полным приводом другой комплект шин все еще имеет сцепление с дорогой, поэтому они могут вытащить вас.
  • Восхождение на скользкие холмы — Эта задача требует большого сцепления. Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес, чтобы поднять машину в гору.

Также бывают ситуации, когда полный привод не дает преимуществ перед приводом на два колеса. В частности, системы полного привода не помогут вам остановиться на скользком покрытии. Все дело в тормозах и антиблокировочной системе (ABS).

Теперь давайте посмотрим на детали, из которых состоит полноприводная система.

Привод — Энергетическое образование

Привод транспортного средства относится к группе компонентов, которые передают мощность на ведущие колеса транспортного средства.Мощность, необходимая для движения автомобиля, начинается с коленчатого вала. Затем он подается на сцепление через маховик (в механической коробке передач) или на гидротрансформатор (в автоматической коробке передач). Затем мощность поступает в трансмиссию, где она перенаправляется на приводной вал (также называемый карданным валом, карданной передачей или карданным валом). Приводной вал направляет мощность на ведущий мост, который содержит как главную передачу, так и дифференциал. Шестерня главной передачи соединяет приводной вал с дифференциалом, который затем направляет мощность на каждое колесо.Ниже приводится более подробное объяснение отдельных механизмов, рассмотренных в предыдущем абзаце.

Коленчатый вал

основной артикул
Рис. 1. Подвижная схема четырехцилиндрового двигателя. Поршни серые, коленчатый вал зеленый, блок прозрачный. [1]

Коленчатый вал (см. рис. 1) представляет собой устройство, задачей которого является преобразование линейного движения поршней во вращательное движение (вращение). Отсюда подается мощность на трансмиссию.По сути, коленчатый вал является связующим звеном между двигателем и трансмиссией. Конец одного и начало другого. [2]

Маховик

Маховик присутствует только в механических коробках передач.

Маховик – наименее часто упоминаемая часть двигателя. Его работа заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную подачу мощности на трансмиссию. Поскольку поршневые двигатели (с поршневым приводом) развивают мощность только во время такта, их производство энергии не является непрерывным.Представьте, что вы едете на велосипеде по крутому склону. Даже на пониженной передаче движение становится прерывистым — мотоцикл значительно замедляется между нажатиями на педали (теряя импульс). Это неэффективно, поскольку гонщик должен проделать дополнительную работу, чтобы восстановить утраченный импульс. Маховик может помочь предотвратить эту потерю импульса, он хранит кинетическую энергию вращения, которая в конечном итоге преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения (т. Е. Движущийся автомобиль). Двигатель совершает работу над маховиком, заставляя его вращаться быстрее, пока трансмиссия не использует эту энергию, которая по закону сохранения энергии заставляет маховик замедляться.Маховик обеспечивает плавность и эффективность движения автомобиля.

Сцепление/гидротрансформатор

Рисунок 2. Схема гидротрансформатора. [3]

Автомобили с механической коробкой передач имеют сцепление. Его цель — подключить подачу мощности к трансмиссии. Когда педаль сцепления не нажата, мощность передается, когда педаль сцепления нажата, колеса автомобиля свободно вращаются.

Автомобили с автоматической коробкой передач не имеют педали сцепления. На этих автомобилях установлен гидротрансформатор (см. рис. 2).Гидротрансформатор — это устройство, наполненное жидкостью, которая передает крутящий момент (и мощность) на колеса автомобиля. Преобразователь крутящего момента позволяет двигателю работать на холостом ходу, когда автомобиль стоит. Преобразователь крутящего момента также содержит нечто, называемое фрикционной муфтой , которая блокирует коленчатый вал на коробке передач при движении по шоссе (колебания уровней мощности не являются такой большой проблемой на постоянных скоростях). Таким образом, даже автомобили с автоматической коробкой передач имеют форму сцепления, но оно не связано непосредственно с педалью для водителя.

Трансмиссия

основной артикул

Трансмиссия, также известная как коробка передач, преобразует мощность двигателя в движение. [4] Так же, как шестерни на велосипеде. Мощность, выдаваемая двигателем при определенных оборотах, одинакова, независимо от того, двигается ли автомобиль со скоростью 10 или 110 км/ч. По этой причине у автомобиля есть коробка передач, которая позволяет двигателю работать на эффективных оборотах независимо от его скорости. скорость.

Приводной вал

основной артикул

Приводной вал, также известный как карданный вал или трансмиссия , соединяет коробку передач с ведущими колесами.Автомобиль с задним приводом имеет длинный тонкий цилиндр, идущий по всей длине автомобиля к задней главной передаче и дифференциалу (часто видимый, если заглянуть под машину). Карданный вал вращается со скоростью, пропорциональной скорости автомобиля. [5]

Ведущий мост

Ведущая ось — это ось, соединяющая ведущие колеса с карданным валом. Обычно у него есть дифференциал посередине, который распределяет мощность между колесами.

Главная передача

Главная передача похожа на шестерню на велосипедной рукоятке (большая — находится спереди велосипеда).Для сравнения коробка передач похожа на шестерни на кассете (маленькие — находятся сзади велосипеда). Маленькие шестерни постоянно меняются, в зависимости от мощности, но большая передняя шестерня остается неизменной. Желаемая производительность определяет, как установлены шестерни главной передачи. При подъеме в гору на велосипеде лучше всего использовать небольшую переднюю передачу, поскольку она обеспечивает низкое передаточное число. Когда вы едете максимально быстро, лучше всего использовать большую передачу впереди, обеспечивающую высокое передаточное число. Это то, что делает главная передача.Разница в том, что у автомобиля есть только одна главная передача, установленная на производстве, а не две или три, как на велосипеде.

Дифференциал

Дифференциал — это устройство, которое позволяет колесам вращаться с разной скоростью, не прерывая работу. [4] Например, при прохождении поворота внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее, потому что оно преодолевает большее расстояние. Заднеприводным автомобилям требуется нечто, называемое дифференциалом повышенного трения, чтобы обеспечить равномерную мощность при повороте.Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают дифференциалы (видео начинается с 1:50).

Ссылки

Трансмиссия — Энергетическое образование

Трансмиссия транспортного средства относится к группе компонентов, которые передают мощность на ведущие колеса транспортного средства. Мощность, необходимая для движения автомобиля, начинается с коленчатого вала. Затем он подается на сцепление через маховик (в механической коробке передач) или на гидротрансформатор (в автоматической коробке передач).Затем мощность поступает в трансмиссию, где она перенаправляется на приводной вал (также называемый карданным валом, карданной передачей или карданным валом). Приводной вал направляет мощность на ведущую ось, которая содержит как главную передачу, так и дифференциал. Шестерня главной передачи соединяет приводной вал с дифференциалом, который затем направляет мощность на каждое колесо. Ниже приводится более подробное объяснение отдельных механизмов, рассмотренных в предыдущем абзаце.

Коленчатый вал

основной артикул
Рисунок 1.Подвижная схема четырехцилиндрового двигателя. Поршни серые, коленчатый вал зеленый, блок прозрачный. [1]

Коленчатый вал (см. рис. 1) представляет собой устройство, задачей которого является преобразование линейного движения поршней во вращательное движение (вращение). Отсюда подается мощность на трансмиссию. По сути, коленчатый вал является связующим звеном между двигателем и трансмиссией. Конец одного и начало другого. [2]

Маховик

Маховик присутствует только в механических коробках передач.

Маховик – наименее часто упоминаемая часть двигателя. Его работа заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную подачу мощности на трансмиссию. Поскольку поршневые двигатели (с поршневым приводом) развивают мощность только во время такта, их производство энергии не является непрерывным. Представьте, что вы едете на велосипеде по крутому склону. Даже на пониженной передаче движение становится прерывистым — мотоцикл значительно замедляется между нажатиями на педали (теряя импульс). Это неэффективно, поскольку гонщик должен проделать дополнительную работу, чтобы восстановить утраченный импульс.Маховик может помочь предотвратить эту потерю импульса, он хранит кинетическую энергию вращения, которая в конечном итоге преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения (т. Е. Движущийся автомобиль). Двигатель совершает работу над маховиком, заставляя его вращаться быстрее, пока трансмиссия не использует эту энергию, которая по закону сохранения энергии заставляет маховик замедляться. Маховик обеспечивает плавность и эффективность движения автомобиля.

Сцепление/гидротрансформатор

Рисунок 2. Схема гидротрансформатора. [3]

Автомобили с механической коробкой передач имеют сцепление. Его цель — подключить подачу мощности к трансмиссии. Когда педаль сцепления не нажата, мощность передается, когда педаль сцепления нажата, колеса автомобиля свободно вращаются.

Автомобили с автоматической коробкой передач не имеют педали сцепления. На этих автомобилях установлен гидротрансформатор (см. рис. 2). Гидротрансформатор — это устройство, наполненное жидкостью, которая передает крутящий момент (и мощность) на колеса автомобиля. Преобразователь крутящего момента позволяет двигателю работать на холостом ходу, когда автомобиль стоит.Преобразователь крутящего момента также содержит нечто, называемое фрикционной муфтой , которая блокирует коленчатый вал на коробке передач при движении по шоссе (колебания уровней мощности не являются такой большой проблемой на постоянных скоростях). Таким образом, даже автомобили с автоматической коробкой передач имеют форму сцепления, но оно не связано непосредственно с педалью для водителя.

Трансмиссия

основной артикул

Трансмиссия, также известная как коробка передач, преобразует мощность двигателя в движение. [4] Так же, как шестерни на велосипеде. Мощность, выдаваемая двигателем при определенных оборотах, одинакова, независимо от того, двигается ли автомобиль со скоростью 10 или 110 км/ч. По этой причине у автомобиля есть коробка передач, которая позволяет двигателю работать на эффективных оборотах независимо от его скорости. скорость.

Приводной вал

основной артикул

Приводной вал, также известный как карданный вал или трансмиссия , соединяет коробку передач с ведущими колесами.Автомобиль с задним приводом имеет длинный тонкий цилиндр, идущий по всей длине автомобиля к задней главной передаче и дифференциалу (часто видимый, если заглянуть под машину). Карданный вал вращается со скоростью, пропорциональной скорости автомобиля. [5]

Ведущий мост

Ведущая ось — это ось, соединяющая ведущие колеса с карданным валом. Обычно у него есть дифференциал посередине, который распределяет мощность между колесами.

Главная передача

Главная передача похожа на шестерню на велосипедной рукоятке (большая — находится спереди велосипеда).Для сравнения коробка передач похожа на шестерни на кассете (маленькие — находятся сзади велосипеда). Маленькие шестерни постоянно меняются, в зависимости от мощности, но большая передняя шестерня остается неизменной. Желаемая производительность определяет, как установлены шестерни главной передачи. При подъеме в гору на велосипеде лучше всего использовать небольшую переднюю передачу, поскольку она обеспечивает низкое передаточное число. Когда вы едете максимально быстро, лучше всего использовать большую передачу впереди, обеспечивающую высокое передаточное число. Это то, что делает главная передача.Разница в том, что у автомобиля есть только одна главная передача, установленная на производстве, а не две или три, как на велосипеде.

Дифференциал

Дифференциал — это устройство, которое позволяет колесам вращаться с разной скоростью, не прерывая работу. [4] Например, при прохождении поворота внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее, потому что оно преодолевает большее расстояние. Заднеприводным автомобилям требуется нечто, называемое дифференциалом повышенного трения, чтобы обеспечить равномерную мощность при повороте.Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают дифференциалы (видео начинается с 1:50).

Ссылки

Трансмиссия — Энергетическое образование

Трансмиссия транспортного средства относится к группе компонентов, которые передают мощность на ведущие колеса транспортного средства. Мощность, необходимая для движения автомобиля, начинается с коленчатого вала. Затем он подается на сцепление через маховик (в механической коробке передач) или на гидротрансформатор (в автоматической коробке передач).Затем мощность поступает в трансмиссию, где она перенаправляется на приводной вал (также называемый карданным валом, карданной передачей или карданным валом). Приводной вал направляет мощность на ведущую ось, которая содержит как главную передачу, так и дифференциал. Шестерня главной передачи соединяет приводной вал с дифференциалом, который затем направляет мощность на каждое колесо. Ниже приводится более подробное объяснение отдельных механизмов, рассмотренных в предыдущем абзаце.

Коленчатый вал

основной артикул
Рисунок 1.Подвижная схема четырехцилиндрового двигателя. Поршни серые, коленчатый вал зеленый, блок прозрачный. [1]

Коленчатый вал (см. рис. 1) представляет собой устройство, задачей которого является преобразование линейного движения поршней во вращательное движение (вращение). Отсюда подается мощность на трансмиссию. По сути, коленчатый вал является связующим звеном между двигателем и трансмиссией. Конец одного и начало другого. [2]

Маховик

Маховик присутствует только в механических коробках передач.

Маховик – наименее часто упоминаемая часть двигателя. Его работа заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную подачу мощности на трансмиссию. Поскольку поршневые двигатели (с поршневым приводом) развивают мощность только во время такта, их производство энергии не является непрерывным. Представьте, что вы едете на велосипеде по крутому склону. Даже на пониженной передаче движение становится прерывистым — мотоцикл значительно замедляется между нажатиями на педали (теряя импульс). Это неэффективно, поскольку гонщик должен проделать дополнительную работу, чтобы восстановить утраченный импульс.Маховик может помочь предотвратить эту потерю импульса, он хранит кинетическую энергию вращения, которая в конечном итоге преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения (т. Е. Движущийся автомобиль). Двигатель совершает работу над маховиком, заставляя его вращаться быстрее, пока трансмиссия не использует эту энергию, которая по закону сохранения энергии заставляет маховик замедляться. Маховик обеспечивает плавность и эффективность движения автомобиля.

Сцепление/гидротрансформатор

Рисунок 2. Схема гидротрансформатора. [3]

Автомобили с механической коробкой передач имеют сцепление. Его цель — подключить подачу мощности к трансмиссии. Когда педаль сцепления не нажата, мощность передается, когда педаль сцепления нажата, колеса автомобиля свободно вращаются.

Автомобили с автоматической коробкой передач не имеют педали сцепления. На этих автомобилях установлен гидротрансформатор (см. рис. 2). Гидротрансформатор — это устройство, наполненное жидкостью, которая передает крутящий момент (и мощность) на колеса автомобиля. Преобразователь крутящего момента позволяет двигателю работать на холостом ходу, когда автомобиль стоит.Преобразователь крутящего момента также содержит нечто, называемое фрикционной муфтой , которая блокирует коленчатый вал на коробке передач при движении по шоссе (колебания уровней мощности не являются такой большой проблемой на постоянных скоростях). Таким образом, даже автомобили с автоматической коробкой передач имеют форму сцепления, но оно не связано непосредственно с педалью для водителя.

Трансмиссия

основной артикул

Трансмиссия, также известная как коробка передач, преобразует мощность двигателя в движение. [4] Так же, как шестерни на велосипеде. Мощность, выдаваемая двигателем при определенных оборотах, одинакова, независимо от того, двигается ли автомобиль со скоростью 10 или 110 км/ч. По этой причине у автомобиля есть коробка передач, которая позволяет двигателю работать на эффективных оборотах независимо от его скорости. скорость.

Приводной вал

основной артикул

Приводной вал, также известный как карданный вал или трансмиссия , соединяет коробку передач с ведущими колесами.Автомобиль с задним приводом имеет длинный тонкий цилиндр, идущий по всей длине автомобиля к задней главной передаче и дифференциалу (часто видимый, если заглянуть под машину). Карданный вал вращается со скоростью, пропорциональной скорости автомобиля. [5]

Ведущий мост

Ведущая ось — это ось, соединяющая ведущие колеса с карданным валом. Обычно у него есть дифференциал посередине, который распределяет мощность между колесами.

Главная передача

Главная передача похожа на шестерню на велосипедной рукоятке (большая — находится спереди велосипеда).Для сравнения коробка передач похожа на шестерни на кассете (маленькие — находятся сзади велосипеда). Маленькие шестерни постоянно меняются, в зависимости от мощности, но большая передняя шестерня остается неизменной. Желаемая производительность определяет, как установлены шестерни главной передачи. При подъеме в гору на велосипеде лучше всего использовать небольшую переднюю передачу, поскольку она обеспечивает низкое передаточное число. Когда вы едете максимально быстро, лучше всего использовать большую передачу впереди, обеспечивающую высокое передаточное число. Это то, что делает главная передача.Разница в том, что у автомобиля есть только одна главная передача, установленная на производстве, а не две или три, как на велосипеде.

Дифференциал

Дифференциал — это устройство, которое позволяет колесам вращаться с разной скоростью, не прерывая работу. [4] Например, при прохождении поворота внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее, потому что оно преодолевает большее расстояние. Заднеприводным автомобилям требуется нечто, называемое дифференциалом повышенного трения, чтобы обеспечить равномерную мощность при повороте.Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают дифференциалы (видео начинается с 1:50).

Ссылки

Трансмиссия — Энергетическое образование

Трансмиссия транспортного средства относится к группе компонентов, которые передают мощность на ведущие колеса транспортного средства. Мощность, необходимая для движения автомобиля, начинается с коленчатого вала. Затем он подается на сцепление через маховик (в механической коробке передач) или на гидротрансформатор (в автоматической коробке передач).Затем мощность поступает в трансмиссию, где она перенаправляется на приводной вал (также называемый карданным валом, карданной передачей или карданным валом). Приводной вал направляет мощность на ведущую ось, которая содержит как главную передачу, так и дифференциал. Шестерня главной передачи соединяет приводной вал с дифференциалом, который затем направляет мощность на каждое колесо. Ниже приводится более подробное объяснение отдельных механизмов, рассмотренных в предыдущем абзаце.

Коленчатый вал

основной артикул
Рисунок 1.Подвижная схема четырехцилиндрового двигателя. Поршни серые, коленчатый вал зеленый, блок прозрачный. [1]

Коленчатый вал (см. рис. 1) представляет собой устройство, задачей которого является преобразование линейного движения поршней во вращательное движение (вращение). Отсюда подается мощность на трансмиссию. По сути, коленчатый вал является связующим звеном между двигателем и трансмиссией. Конец одного и начало другого. [2]

Маховик

Маховик присутствует только в механических коробках передач.

Маховик – наименее часто упоминаемая часть двигателя. Его работа заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную подачу мощности на трансмиссию. Поскольку поршневые двигатели (с поршневым приводом) развивают мощность только во время такта, их производство энергии не является непрерывным. Представьте, что вы едете на велосипеде по крутому склону. Даже на пониженной передаче движение становится прерывистым — мотоцикл значительно замедляется между нажатиями на педали (теряя импульс). Это неэффективно, поскольку гонщик должен проделать дополнительную работу, чтобы восстановить утраченный импульс.Маховик может помочь предотвратить эту потерю импульса, он хранит кинетическую энергию вращения, которая в конечном итоге преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения (т. Е. Движущийся автомобиль). Двигатель совершает работу над маховиком, заставляя его вращаться быстрее, пока трансмиссия не использует эту энергию, которая по закону сохранения энергии заставляет маховик замедляться. Маховик обеспечивает плавность и эффективность движения автомобиля.

Сцепление/гидротрансформатор

Рисунок 2. Схема гидротрансформатора. [3]

Автомобили с механической коробкой передач имеют сцепление. Его цель — подключить подачу мощности к трансмиссии. Когда педаль сцепления не нажата, мощность передается, когда педаль сцепления нажата, колеса автомобиля свободно вращаются.

Автомобили с автоматической коробкой передач не имеют педали сцепления. На этих автомобилях установлен гидротрансформатор (см. рис. 2). Гидротрансформатор — это устройство, наполненное жидкостью, которая передает крутящий момент (и мощность) на колеса автомобиля. Преобразователь крутящего момента позволяет двигателю работать на холостом ходу, когда автомобиль стоит.Преобразователь крутящего момента также содержит нечто, называемое фрикционной муфтой , которая блокирует коленчатый вал на коробке передач при движении по шоссе (колебания уровней мощности не являются такой большой проблемой на постоянных скоростях). Таким образом, даже автомобили с автоматической коробкой передач имеют форму сцепления, но оно не связано непосредственно с педалью для водителя.

Трансмиссия

основной артикул

Трансмиссия, также известная как коробка передач, преобразует мощность двигателя в движение. [4] Так же, как шестерни на велосипеде. Мощность, выдаваемая двигателем при определенных оборотах, одинакова, независимо от того, двигается ли автомобиль со скоростью 10 или 110 км/ч. По этой причине у автомобиля есть коробка передач, которая позволяет двигателю работать на эффективных оборотах независимо от его скорости. скорость.

Приводной вал

основной артикул

Приводной вал, также известный как карданный вал или трансмиссия , соединяет коробку передач с ведущими колесами.Автомобиль с задним приводом имеет длинный тонкий цилиндр, идущий по всей длине автомобиля к задней главной передаче и дифференциалу (часто видно, если заглянуть под автомобиль). Карданный вал вращается со скоростью, пропорциональной скорости автомобиля. [5]

Ведущий мост

Ведущая ось — это ось, соединяющая ведущие колеса с карданным валом. Обычно у него есть дифференциал посередине, который распределяет мощность между колесами.

Главная передача

Главная передача похожа на шестерню на велосипедной рукоятке (большая — находится спереди велосипеда).Для сравнения коробка передач похожа на шестерни на кассете (маленькие — находятся сзади велосипеда). Маленькие шестерни постоянно меняются, в зависимости от мощности, но большая передняя шестерня остается неизменной. Желаемая производительность определяет, как установлены шестерни главной передачи. При подъеме в гору на велосипеде лучше всего использовать небольшую переднюю передачу, поскольку она обеспечивает низкое передаточное число. Когда вы едете максимально быстро, лучше всего использовать большую передачу впереди, обеспечивающую высокое передаточное число. Это то, что делает главная передача.Разница в том, что у автомобиля есть только одна главная передача, установленная на производстве, а не две или три, как на велосипеде.

Дифференциал

Дифференциал — это устройство, которое позволяет колесам вращаться с разной скоростью, не прерывая работу. [4] Например, при прохождении поворота внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее, потому что оно преодолевает большее расстояние. Заднеприводным автомобилям требуется нечто, называемое дифференциалом повышенного трения, чтобы обеспечить равномерную мощность при повороте.Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают дифференциалы (видео начинается с 1:50).

Ссылки

Крутящий момент и скорость вращения колес транспортных средств с мотор-колесами

Для просмотра полной статьи  нажмите здесь.

Транспортные средства, приводимые в движение электродвигателями в колесах, не имеют дифференциала, но передают крутящий момент напрямую и независимо на колеса.

Большинство дорожных транспортных средств приводятся в движение одним двигателем или мотором с трансмиссией, передающей эту мощность на колеса, создавая крутящий момент на ступицах колес.Колеса должны свободно двигаться с разной скоростью относительно друг друга, чтобы можно было проходить повороты и менять дорожное покрытие.

Это достигается с помощью дифференциала, механического устройства, которое в своей простейшей форме передает одинаковый крутящий момент на оба колеса на оси, позволяя им вращаться с разной скоростью. Затем колеса могут вращаться со своей естественной скоростью, определяемой кинематикой транспортного средства.

Так называемый «открытый дифференциал» допускает любую разницу скорости вращения колес по оси.Там, где сила трения между шиной и дорогой сильно отличается на одном колесе от другого, колесо с более низким коэффициентом трения может потерять сцепление с дорогой и быстро раскрутиться. Это может произойти при прохождении поворотов, когда вес автомобиля смещается на внешние колеса, так что внутренние колеса имеют мало сцепления с дорожным покрытием, или когда одно колесо находится на поверхности с плохим сцеплением, например, на льду или рыхлых камнях.

Эта ситуация явно нежелательна, и поэтому было разработано несколько систем для противодействия потере сцепления с дорогой, при этом позволяя передавать крутящий момент на колесо с хорошим сцеплением с дорогой.Чаще всего используется «дифференциал повышенного трения» или противобуксовочная система (TCS) для предотвращения пробуксовки колес. Первый представляет собой более сложный механический эквивалент открытого дифференциала, который ограничивает дифференциал скорости вращения колес, а второй притормаживает колесо, теряющее сцепление с дорогой, чтобы предотвратить его раскручивание.

Рис. 1: Электродвигатель Protean Electric, встроенный в колесо, с электронным управлением и тормозом.

Более сложные системы «управления вектором крутящего момента» обеспечивают дальнейшее улучшение управляемости автомобиля, но встречаются редко из-за их сложности и стоимости.

Транспортные средства с двигателями в колесах не имеют дифференциала, поэтому возникает вопрос, как будет вести себя транспортное средство с точки зрения скорости вращения колес и как можно решить проблемы, связанные с отсутствием тяги. Ответы довольно прямолинейны.

Если колеса-моторы управляются одинаковым крутящим моментом каждого из моторов, транспортное средство будет вести себя точно так же, как если бы был открытый дифференциал. Систему контроля тяги можно использовать для контроля потери тяги, как в обычном автомобиле.С другой стороны, улучшенные плавность хода и управляемость автомобиля могут быть достигнуты за счет динамического изменения распределения крутящего момента между колесными двигателями.

Система мотор-колеса

Для целей настоящей статьи система мотор-колеса считается состоящей из двух блоков, установленных на противоположных сторонах транспортного средства, по одному на каждое переднее колесо или по одному на каждое заднее колесо. Каждый блок состоит из электрической машины, инвертора с микропроцессорным управлением и фрикционного тормоза.В случае продуктов Protean Electric они объединены в единый блок, полностью размещенный внутри обода колеса (см. рис. 1), но можно также разместить инвертор в другом месте автомобиля.

Двигатель может обеспечивать как положительный (ускоряющий), так и отрицательный (тормозной) крутящий момент, но фрикционные тормоза сохраняются, поскольку требования к торможению обычно превышают возможности двигателя, а также в случаях, когда электрическая система автомобиля не может принять рекуперируемый ток. во время торможения.

Рис. 2: Схема управления внутриколесными электродвигателями.

Мотор-колесо представляет собой устройство, создающее крутящий момент. В примере с двигателем Protean Electric блок управления транспортным средством (VCU) связывается с системой двигателя через шину локальной сети контроллеров (CAN), отправляя запросы крутящего момента каждые несколько миллисекунд (см. рис. 2). В ответ система двигателя развивает требуемый крутящий момент на ступице колеса. По возврату двигатель сообщает о своем состоянии и максимально доступном крутящем моменте.Он также может сообщать о своей скорости, которую VCU может использовать для расширенных функций контроля тяги.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, электродвигатели могут создавать положительный и отрицательный крутящий момент в обоих направлениях. Это называется работой в четырех квадрантах и ​​позволяет трансмиссиям с электродвигателями улучшать функции контроля тяги и устойчивости автомобиля. Кроме того, системы электродвигателей имеют очень быстрое время отклика. Обычно они способны переключаться с максимального положительного крутящего момента на максимальный отрицательный крутящий момент или наоборот менее чем за 10 мс.Возможна высокочастотная регулировка, которая может повысить безопасность и управляемость автомобиля, особенно с двигателями в колесах с прямым приводом, которые обеспечивают крутящий момент непосредственно на ступицах колес без каких-либо промежуточных валов, осей или шестерен.

Обратите внимание, что двигатель не является устройством с регулируемой скоростью. VCU не может запрашивать скорость от системы двигателя. Как и в случае с обычными трансмиссиями, скорость вращения колес является следствием крутящего момента, приложенного к ступице колеса, в сочетании с сопротивлением вращению, в котором преобладает инерция транспортного средства.

Дифференциальные и родственные функции

Дифференциал требуется, если для привода двух колес на ось используется один силовой агрегат, двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. Без него два колеса на оси были бы вынуждены вращаться с одинаковой скоростью, что привело бы к неприемлемой управляемости автомобиля и износу шин. Дифференциал также является конечным передаточным числом, усиливающим крутящий момент от карданного вала к полуосям (см. рис. 3).

Рис.3: Обычный заднеприводный автомобиль с дифференциалом.

Дифференциал для неведомых колес не требуется, поскольку они физически не связаны между собой и, следовательно, могут свободно вращаться с разными скоростями.

Открытый дифференциал

Открытый дифференциал является самым простым и наиболее распространенным типом дифференциала на дорожных транспортных средствах. Скорости колес определяются кинематикой автомобиля, слегка измененной динамикой шин.

Игнорируя проскальзывание колес, при прохождении поворотов внешнее колесо будет вращаться быстрее, чем внутреннее колесо.В транспортном средстве с шириной колеи t и радиусом качения r , движущимся со скоростью v по повороту радиусом R , примерные угловые скорости внутреннего и внешнего колес определяются уравнением 1

(1)

 

 

Обратите внимание, что это чисто результат геометрии положения и того факта, что колеса могут свободно вращаться независимо друг от друга; здесь нет зависимости от крутящего момента, подаваемого на колеса (см.4).

Учет динамики шин изменяет уравнение. 1 немного. Приложение крутящего момента к колесу приводит к так называемому проскальзыванию колеса [1]. Это не означает потери сцепления между шиной и дорогой; скорее, это особенность динамики шины. В результате зависимость между скоростью вращения колеса и скоростью автомобиля изменяется в соответствии с:

 

 

, где s  – коэффициент скольжения.Коэффициент скольжения зависит от прилагаемого крутящего момента, а также от свойств шины и поверхности контакта шина-дорога [2]. Коэффициент скольжения может превышать 0,1, в то время как хорошее сцепление сохраняется на хорошем дорожном покрытии и при приложении высокого крутящего момента. С учетом проскальзывания, которое может быть разным для внутренних и внешних колес из-за различий в дорожном покрытии, получаем скорости колес в уравнении 2.

(2)

 

 

Поскольку скольжение является функцией крутящего момента, теперь существует некоторая зависимость от крутящего момента на каждом из колес.

Есть дальнейшие незначительные изменения в формуле. 1, которые являются результатом недостаточной или избыточной поворачиваемости транспортного средства и неровностей дорожного покрытия, но они не относятся к данному обсуждению.

Важные выводы, касающиеся поведения ведущих колес с разомкнутым дифференциалом:

  • Скорости колес полностью определяются после предположения, что на каждое колесо передается одинаковый крутящий момент и что два колеса на оси могут свободно вращаться с разными скоростями.
  • Колеса обретают свою «естественную» скорость, что обеспечивает хорошую управляемость и поведение шин на поворотах.

Пока эти два предположения верны, не имеет значения, как они достигаются.

Мотор-колеса и открытый дифференциал

Самый простой способ управления парой колесных электродвигателей на оси — потребовать равный крутящий момент обоих двигателей.

Оба колеса будут приводиться в движение с одинаковым крутящим моментом независимо от разницы скоростей, пока VCU требует одинаковый крутящий момент от обоих двигателей.

В автомобиле с мотор-колесами ведущие колеса физически не связаны полуосями, поэтому они не обязаны вращаться с одинаковой скоростью. Как и в случае с открытым дифференциалом, они могут свободно вращаться с разными скоростями без ограничений.

Таким образом, два допущения верны для транспортного средства, приводимого в движение электродвигателями в колесах, и уравнение 1, следовательно, также применимо: поведение колес в транспортном средстве, приводимом в действие электродвигателями в колесах, точно такое же, как и в транспортном средстве. с центральным силовым агрегатом, приводимым в действие через открытый дифференциал, если VCU требует одинакового крутящего момента от каждого двигателя в колесе.

Рис. 4: Аккермановская геометрия вращающегося транспортного средства.

Хотя физико-механического дифференциала нет, мы будем называть этот режим управления двигателями в колесах «электронным открытым дифференциалом».

Ограничения открытого дифференциала

Открытый дифференциал и электронный открытый дифференциал подвержены тем же ограничениям, которые возникают, когда одно колесо на оси имеет значительно лучшее сцепление с дорогой, чем другое, и в этом случае:

  • Максимальный крутящий момент, который может передаваться на любое колесо, ограничивается колесом с более низким пределом сцепления.
  • Нет ничего, что могло бы предотвратить пробуксовку колеса с меньшим сцеплением, если крутящий момент больше, чем может выдержать поверхность контакта шины с дорогой.

Существует несколько обстоятельств, которые могут привести к асимметричным пределам тяги по оси:

  • Прохождение поворотов, при которых вес смещается на внешние колеса, что снижает предел сцепления с внутренними колесами.
  • «Сплит- μ » дорожное покрытие, у которого одно колесо находится на хорошем дорожном покрытии, а другое — на рыхлых камнях, льду или воде.
  • Вождение по бездорожью.

В обычных транспортных средствах используется ряд технологий для предотвращения пробуксовки колес и потери крутящего момента в этих обстоятельствах. Некоторые из них и их аналоги для колесных двигателей обсуждаются в этой статье.

Система контроля тяги

Противобуксовочная система предназначена для предотвращения пробуксовки колеса из-за отсутствия сцепления с дорожным покрытием. Он реализован как часть системы электронного контроля устойчивости (ESC), которая может задействовать тормоза отдельно для каждого колеса с помощью блока антиблокировочной тормозной системы (ABS).ESC становится все более распространенным явлением и в настоящее время является обязательным в Европе и США для легковых автомобилей.

Система контроля тяги обнаруживает, что колесо пробуксовывает, и притормаживает это колесо. Помимо контроля потери тяги, это позволяет передавать крутящий момент на противоположное колесо даже при открытом дифференциале или электронном открытом дифференциале, поскольку тормоз противодействует крутящему моменту, прикладываемому трансмиссией к пробуксовывающему колесу.

TCS можно использовать с мотор-колесами точно так же, как и в обычных автомобилях, с теми же результатами.VCU не требует специальных действий.

Ручная тяга, с другой стороны, может контролироваться без использования тормозной системы ESC в транспортном средстве с приводом от двигателя. VCU использует информацию о скорости вращения колес, передаваемую двигателями в колесах, чтобы определить, когда теряется сцепление с дорогой, и снижает требуемый крутящий момент на этом колесе. Это может быть сделано без уменьшения потребности в крутящем моменте на другом колесе. Результат может быть лучше, чем у обычной TCS, из-за быстрого времени отклика системы двигателя в колесе и способности двигателей создавать как положительный, так и отрицательный крутящий момент.Мы можем назвать это электронной системой контроля тяги (eTCS).

eTCS чем-то похожа на системы Antriebsshlupfregelung (ASR), которые являются частью системы контроля тяги в некоторых обычных автомобилях и включают модуляцию крутящего момента двигателя.

Самоблокирующийся дифференциал

Дифференциал повышенного трения представляет собой более сложную форму механического дифференциала. В производстве находится ряд различных реализаций, в том числе с элементом электронного управления.Здесь они обсуждаются отдельно как «активные дифференциалы».

В отличие от открытого дифференциала, который всегда равномерно распределяет крутящий момент между двумя колесами на оси, дифференциал повышенного трения распределяет крутящий момент в соответствии с относительными скоростями двух колес, что достигается за счет добавления механизма, который противостоит относительным различиям скоростей. между двумя выходными валами. Крутящий момент уменьшается на более быстром колесе и увеличивается на более медленном колесе, что предотвращает раскручивание колеса, но не снижает общий крутящий момент.Хотя это преодолевает основные ограничения открытого дифференциала, это также приводит к большему крутящему моменту, передаваемому на внутренние колеса во время прохождения поворотов, что вызывает недостаточную поворачиваемость.

В транспортных средствах, приводимых в движение двигателями в колесах, VCU может требовать неодинакового крутящего момента от двух двигателей в ответ на скорости, сообщаемые двигателями, точно так же, как дифференциал повышенного трения. Однако на практике это не обеспечивает оптимального распределения крутящего момента при отсутствии потери тяги. Система eTCS с векторизацией крутящего момента обеспечит превосходную управляемость и контроль тяги.

В обычном транспортном средстве с дифференциалом повышенного трения можно обеспечить асимметричный крутящий момент на оси без значительного снижения максимального общего крутящего момента на оси. С другой стороны, в мотор-колесах уменьшение крутящего момента на одном колесе не позволяет увеличить крутящий момент на противоположном колесе сверх его максимального крутящего момента. Это неизбежно означает, что общий крутящий момент на оси, создаваемый двумя двигателями в колесе, уменьшается из-за асимметрии крутящего момента.

Заблокированный дифференциал

Заблокированный дифференциал может быть эффективен для внедорожника, у которого сцепление с дорогой на колесах плохое и очень изменчивое.Заблокированный дифференциал заставляет два колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Затем крутящий момент естественным образом перемещается туда, где есть тяга.

С моторами в колесах VCU может реализовывать контуры управления скоростью на каждом из ведущих колес для достижения того же эффекта. Как описано здесь, сами двигатели не включают управление скоростью, но связь между двигателями и VCU имеет достаточную пропускную способность, чтобы позволить блоку управления транспортным средством (VCU) запускать контуры управления для регулирования скорости вращения колес.

Активный дифференциал

Активный дифференциал — это современная система, реализованная на некоторых автомобилях с высокими характеристиками, которая улучшает управляемость и управляемость за счет активного управления распределением крутящего момента. Система реагирует на различные датчики вокруг автомобиля, которые отслеживают намерения водителя и реакцию автомобиля, которые интерпретируются электронным блоком управления (ЭБУ). Затем ECU дает команду дифференциалу с электронным управлением, который может распределять крутящий момент в соответствии с требованиями.Помимо контроля тяги, такая система может улучшить управляемость и устойчивость. Механически активный дифференциал реализован как самоблокирующийся дифференциал с электронным управлением. Двумя пакетами сцепления обычно можно управлять с помощью электроники для передачи крутящего момента с одной полуоси на другую, тем самым изменяя поведение основного открытого дифференциала под управлением систем управления динамикой автомобиля в автомобиле. Примером такой системы является электронный модуль векторизации крутящего момента GKN, реализованный в BMW X63.

Дифференциал с электронным управлением — сложный и дорогой компонент. Подобная функциональность может быть достигнута без добавления механических компонентов в транспортном средстве с приводом от электродвигателя. В этом случае VCU выполняет расчеты, аналогичные тем, которые ECU выполнял бы для активного дифференциала, и соответственно предъявляет асимметричные требования к крутящему моменту для двух колесных двигателей. Это иногда называют векторизацией крутящего момента, и его можно использовать для:

  • Повышение устойчивости автомобиля на высоких скоростях.
  • Повышение устойчивости автомобиля при наличии таких помех, как боковой ветер или колеи на дороге.
  • Улучшение маневренности автомобиля на малых скоростях.
  • Улучшите ощущение прохождения поворотов и управляемость.

Управление вектором крутящего момента с помощью двигателей в колесах имеет преимущество перед активным дифференциалом в обычном автомобиле не только с точки зрения стоимости компонентов и массы, но и потому, что система более чувствительна и может лучше реагировать на переходные ситуации. Он также может плавно вводить тормозной момент, не используя тормозную систему, что расширяет возможности системы по поддержанию контроля над автомобилем.

Эквивалентность обычного транспортного средства и полноприводного транспортного средства

В таблице 1 обобщены различные дифференциальные и связанные с ними системы, используемые в обычных транспортных средствах с двигателем центрального сгорания или электродвигателем, а также описана реализация на автомобиле с приводом от двигателя на колесах, который приводит к такому же поведению.

В целом, управление скоростью вращения колес и, следовательно, управление транспортным средством в колесном автомобиле может быть лучше, чем в обычном транспортном средстве, и реализовано с меньшей сложностью и стоимостью.

Полный привод

В данном обсуждении рассматривалась пара ведущих передних колес или пара ведущих задних колес транспортного средства. Все выводы в равной степени относятся к транспортному средству с двигателями на всех четырех колесах.

Например, отправка одинакового крутящего момента на все четыре двигателя в колесах дает точно такое же поведение, как у обычного полноприводного автомобиля с открытыми передним и задним дифференциалами и открытым межосевым дифференциалом. Все четыре колеса могут свободно вращаться независимо друг от друга, и на каждую ступицу колеса действует одинаковый крутящий момент.

Заключение

Колёсные электродвигатели

позволяют улучшить управление динамикой автомобиля при меньших затратах и ​​сложности по сравнению с обычными автомобилями, передающими мощность на колёса через дифференциал.

Таблица 1: Эквивалентность обычного автомобиля и автомобиля IWM.
Обычная автомобильная система Эквивалент для полноприводных транспортных средств
Открытый дифференциал Одинаковая потребность в крутящем моменте для обоих двигателей
Система контроля тяги на базе ESC Контроль тяги на основе ESC, как в обычном автомобиле, или снижение потребности в крутящем моменте при проскальзывании колеса
Дифференциал повышенного трения Уменьшить долю крутящего момента для более быстрого колеса в соответствии с дифференциальной скоростью
Заблокированный дифференциал Реализовать контуры управления скоростью для каждого двигателя в VCU
Активный дифференциал Функция векторизации крутящего момента в VCU

 

Простейшая реализация управления транспортным средством для двигателей в колесах, всегда требующая одинакового крутящего момента от всех двигателей, приведет к поведению точно так же, как в автомобиле с открытым дифференциалом, но без необходимости в механическом дифференциале или полуосях.На это поведение можно наложить те же тормозные системы контроля тяги и/или устойчивости, которые используются в обычных транспортных средствах, чтобы предотвратить пробуксовку колес во время прохождения поворотов или на поверхностях с низким сцеплением. С другой стороны, улучшенные функции контроля тяги и управления вектором крутящего момента могут быть достигнуты без добавления дополнительных материалов за счет модуляции крутящего момента, требуемого от электродвигателей, в отличие от обычных транспортных средств, которые требуют сложных, тяжелых и дорогих механических систем, таких как активный дифференциал для достижения аналогичного результата.

Каталожные номера

[1] М. Бланделл и Д. Харти: Подход многотельных систем к динамике транспортных средств, Оксфорд, Великобритания: Butterworth-Heinemann, 2004.
[2] HB Pacejka: Динамика шин и транспортных средств, Оксфорд, Великобритания: Butterworth-Heinemann, 2002.
[3] GKN plc. (2016 г., 10 марта): «Электронное управление вектором крутящего момента» (онлайн). -vectoring.aspx

Связаться с Габриэлем Дональдсоном, Protean Electric, [email protected]ic.com

Знать о крутящем моменте зубчатой ​​передачи

1. Функции редуктора

Вот список функций зубчатых передач для конструкций механизмов. (Таблица 3-1)

Таблица 3-1 Функции редуктора
Характерные функции шестерен Объяснение
Изменить направление вращения вала (уже объяснил)
Преобразование вращательного движения в линейное движение (уже объяснил)
Изменение направления вращения (по часовой стрелке/против часовой стрелки) (уже объяснил)
Изменение количества оборотов (ускорение вверх/вниз) (уже объяснил)
Изменение силы вращения (увеличение/уменьшение крутящего момента) См. эту главу

Вы можете увеличить или уменьшить крутящий момент шестерни (крутящую силу), изменив число оборотов.

2. Определение крутящего момента (крутящего момента)

Крутящий момент представляет собой вращающую силу, когда нагрузка F (Н) приложена на расстоянии L (мм) от центра вращения. Крутящий момент Т выражается следующей формулой в Н·мм (Ньютон-миллиметр). (Рисунок 3-1)


Рисунок 3-1 Момент затяжки

Крутящий момент T становится больше по мере того, как L (расстояние от центра вращения) становится больше, даже если нагрузка F мала. С другой стороны, крутящий момент T становится больше по мере увеличения нагрузки F, даже если L (расстояние от центра вращения) короткое.
Другими словами, крутящий момент T — это коэффициент, определяемый L (расстояние от центра вращения) и нагрузкой F.

3. Как определить передачу крутящего момента (без учета КПД машины)

Крутящий момент передачи изменяется по мере увеличения или уменьшения скорости. Как правило, при снижении скорости небольшой крутящий момент на входной стороне передается как больший крутящий момент на выходной стороне. Расчет крутящего момента зависит от количества зубьев. Позвольте мне объяснить с помощью диаграммы с использованием диаметров делительной окружности.
Крутящий момент рассчитывается следующим образом:

  1. Получите нагрузку F точки зацепления (на радиусе делительной окружности шестерни A) от входного крутящего момента.
  2. Получите крутящий момент выходной стороны от нагрузки F точки зацепления зубьев (радиус делительной окружности шестерни B).


Состояние
Номинальный крутящий момент двигателя: TA=600 Н·мм (0,6 Н·м)
Диаметр делительной окружности шестерни А φ20
Диаметр делительной окружности шестерни В φ40


Расчет передачи крутящего момента
Нагрузка точки зацепления шестерни A: F=TA/LA=60(Н)
Крутящий момент на выходной стороне: TB=F×LB=60(Н)×20(мм)=1200(Н·мм )

Рисунок 3-2 Схема расчета передачи крутящего момента шестерни

Как видно из рисунка 3-2, при уменьшении скорости выходного вала относительно входного вала на 1/2 выходной крутящий момент увеличивается в 2 раза.

4. Рассмотрение эффективности машины

Как показано в предыдущей главе, количество оборотов шестерни можно рассчитать по количеству зубьев.
Однако вы не можете рассчитать крутящий момент передачи просто так, как показано выше, по следующим причинам:

  • При зацеплении зубьев выделяется тепло, и энергия теряется.
  • Звук молотка возникает при зацеплении зубов, и энергия теряется.

Следовательно, крутящий момент (крутящая сила) уменьшается на столько, на сколько теряется энергия, как указано выше.
Отношение входных и выходных сил зубчатых колес называется «эффективностью машины», и его приблизительное значение известно в зависимости от типа зубчатого колеса. (Таблица 3-2)

Таблица 3-2 Эффективность машин Gear по типу
Связь двух валов Название шестерни КПД машины η (%)
параллельный вал цилиндрическое прямозубое колесо 98.0 — 99,5
*
КПД косозубого колеса меньше, чем прямозубого, так как зубья наклонены и сила создается в направлении тяги.
косозубая шестерня
двойная косозубая шестерня
внутренняя шестерня
стойка
винтовая стойка
пересекающийся вал прямая коническая шестерня 98.0 — 99,0
спирально-коническая шестерня
перекошенный вал червячный редуктор 30,0 — 90,0
винтовая передача 70,0 — 95,0

Примечание) Указанный выше КПД представляет собой КПД зубчатых передач без учета потерь в подшипниках или перемешивания смазки.
Показанный выше коэффициент полезного действия шестерни представляет собой значение, когда шестерни установлены правильно.При неправильной установке, например отклонении в точке пересечения конических шестерен, эффективность снизится.


«Никогда не забывайте об эффективности машины при расчете крутящего момента!»

5. Расчет крутящего момента трансмиссии (включая КПД машины)

Теперь давайте посмотрим на формулу расчета крутящего момента, включая КПД машины η. (Рисунок 3-3)

Когда входной крутящий момент шестерни А равен TA, а КПД машины равен η, крутящий момент TB, который передается на шестерню B, увеличивается по мере увеличения эффективности η.

ТБ=η(ZB/ZA)× ТА

Когда входной крутящий момент шестерни B равен TB, крутящий момент TA, который передается на шестерню A, уменьшается по мере падения эффективности η.

TA=η(ZA/ZB)× ТБ

Рисунок 3-3 Формула расчета крутящего момента трансмиссии

Упражнение для передачи крутящего момента (1)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (B). Предположим, что тип шестерни — прямозубая.
Символ на Рисунке 3-4 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=600 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,99, так как используются прямозубые шестерни.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
= 0,99(40/20)×600=1188(Н·мм)

Рисунок 3-4 Упражнение для передачи крутящего момента (1)

Упражнение для передачи крутящего момента (2)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый червячному колесу В.(Рисунок 3-5)

[Условие]
Количество зубьев: ZA=1, ZB=30
Крутящий момент червяка A: TA=600 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,3, поскольку используются червячные передачи.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на червячное колесо B
TB=η(ZB/ZA)×TA=0,3(30/1)×600
= 5400(Н·мм)

Рисунок 3-5 Упражнение для передачи крутящего момента (2)

Упражнение для передачи крутящего момента (3)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (С).Предположим, что тип шестерни — косозубая шестерня.
Символ на Рисунке 3-6 представляет ведущую шестерню.

[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=30, ZC=20
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=500 (Н·мм)
КПД машины η: Установите на 0,98, поскольку используются косозубые шестерни.

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
=0,98(30/20)×500=735(Н·мм)
Крутящий момент, передаваемый на шестерню C
TC=η(ZB/ ZC)×NB
=0,98(20/30)×735=480.2(Н·мм)

Рисунок 3-6 Упражнение для передачи крутящего момента (3)


«Как и количество оборотов, количество зубьев первой и последней шестерен определяет крутящий момент одноступенчатой ​​шестерни, но крутящий момент уменьшается, так как количество промежуточных шестерен влияет на КПД машины!»

Упражнение для передачи крутящего момента (4)

Рассчитайте крутящий момент, передаваемый на ведомую шестерню (D).Предположим, что тип шестерни — косозубая шестерня.
Символ на Рисунке 3-7 представляет ведущую шестерню.


[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30
Крутящий момент ведущей шестерни A: TA=400 (Н·мм)
КПД машины η: установлено на 0,98, так как используются косозубые шестерни. .

[Ответ]
Крутящий момент, передаваемый на шестерню B
TB=η(ZB/ZA)×TA
=0,98(40/20)×400=784(Н·мм)
Крутящий момент, передаваемый на шестерню C
TC=TB=784( Н·мм)…как на том же валу
Крутящий момент, передаваемый на шестерню D
TD=η(ZD/ZC)×TC
=0,98(30/20)×784=1152,5(Н·мм)

Рисунок 3-7 Упражнение для передачи крутящего момента (4)

Приступая к проектированию механизма с использованием зубчатых передач, важно помнить об эффективности машины. Механизм, спроектированный без учета КПД машины, может не соответствовать спецификациям из-за нехватки крутящего момента.
Мы обсуждали, что эффективность машины влияет на крутящий момент передачи в зависимости от типа шестерни и количества зацеплений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.