Трансмиссией называется совокупность агрегатов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам автомобиля и для изменения величины и направления этого момента.

К трансмиссиям предъявляют следующие основные требования: высокая надежность и возможно меньшие потери передаваемой энергии (высокий КПД) во всем диапазоне режимов работы машины; обеспечение функциональных требований, предъявляемых к машине данного типа; возможно меньшие габаритные размеры и масса; рациональный подбор передаточных чисел для обеспечения требуемых значений тяговых усилий и скоростей движения машины; вращение колес с различной скоростью и осуществление блокировки как межосевых, так и межколёсных дифференциалов для улучшения проходимости в тяжелых условиях эксплуатации; легкость управления; удобное расположение органов управления; доступность и малая трудоёмкость технического обслуживания и ремонта; шум и вибрация от трансмиссии в пределах установленных норм; возможность отбора мощности для привода рабочего оборудования, дополнительных механизмов и устройств.

По способу передачи энергии трансмиссии делят на механические, гидромеханические, электромеханические, гидрообъёмные.

В механических трансмиссиях передача энергии происходит за счёт механического трения в сцеплениях, а также соединениями валов, шарнирами и зубчатыми колёсами.

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механической частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор или гидромуфту, осуществляя гидравлическую связь двигателя с трансмиссией. Гидромуфты не изменяют передаваемый вращающий момент и всегда работают с проскальзыванием турбинного колеса относительно насосного, а следовательно, и с потерей мощности. При большой частоте вращения проскальзывание составляет 2…3 %, при малой приближается к 100 %. При холостом ходе, когда подпитка жидкостью отсутствует, гидромуфта передает остаточный вращающий момент. Большой момент инерции колёс гидромуфты препятствует безударному включению зубчатых колёс. Поэтому после турбинного колеса необходимо устанавливать обычное фрикционное сцепление. Из-за высокого расхода топлива, больших массы, габаритных размеров и стоимости на отечественных автомобилях гидромуфты не применяют.

В электромеханической трансмиссии двигатель (как правило, дизель) вращает ротор электрогенератора, энергия которого по электрическому кабелю передаётся электродвигателю и далее через зубчатый редуктор ведущим колёсам или электродвигателям, вмонтированным в ведущие колёса. Электромеханическая трансмиссия при наличии соответствующей регулирующей аппаратуры обладает высокими преобразующими свойствами и автоматически приспосабливается к меняющейся нагрузке, а двигатель работает в оптимальном режиме. Ввиду высокой стоимости, сложности конструкции, использования дефицитных материалов и большой массы электрические трансмиссии экономически выгодно применять на автомобилях грузоподъёмностью выше 80 т (БелАЗ-7549 и др.).

В гидрообъёмных трансмиссиях двигатель приводит в действие гидронасос, который под высоким давлением нагнетает масло в гидромоторы, расположенные в ведущих колёсах и приводящие их во вращение. В гидрообъёмных трансмиссиях используется гидростатический напор жидкости. Вращающий момент и частота вращения ведущих колёс изменяются или за счёт изменения параметров гидромашин при возможном постоянном режиме работы двигателя внутреннего сгорания, или в результате регулирования мощности двигателя. Преимущества гидрообъёмной трансмиссии: широкий диапазон изменения ведущего момента и скорости движения автомобиля, дистанционность (агрегаты, расположенные в разных частях машины, связаны между собой маслопроводами), простота и удобство автономного подвода мощности к ведущим колёсам, полная замена механической трансмиссии, возможность торможения машины. Однако в гидрообъёмных трансмиссиях невозможно автоматическое изменение момента, поэтому их оснащают регулирующей аппаратурой, реагирующей на изменение нагрузки.

Схема трансмиссии зависит от типа и компоновочной схемы самого автомобиля, а потому определяется конструкцией, местом и последовательностью расположения отдельных механизмов, сборочных единиц трансмиссии конкретного автомобиля, заданными эксплуатационными свойствами.

Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки (двигатель установлен впереди, ведущие колёса сзади) и с колёсной формулой 4x2 представлена на рисунке 3.1. За двигателем расположены сцепление 1, коробка передач 2, карданный вал 3, главная передача 4, дифференциал 5, полуось 6.

Рисунок 3.1 – Классическая компоновка трансмиссии

Сцепление на автомобиле предназначено для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии, а также для кратковременного отсоединения и плавного соединения коленчатого вала двигателя с трансмиссией. При помощи сцепления осуществляются плавное трогание с места и разгон автомобиля, переключение передач во время движения и предохранение деталей трансмиссии от перегрузок.

На изучаемых автомобилях устанавливают одно и двухдисковое фрикционные сцепления. Основные размеры фрикционного сцепления определяются из условия передачи за счет сил трения максимального крутящего момента от двигателя.

Фрикционное сцепление автомобиля состоит из трех частей: ведущей, ведомой и привода выключения.

Сцепление устанавливают на маховике двигателя. Диски фрикционного сцепления, воспринимающие крутящий момент от маховика, называются ведущими, а диски, передающие момент на первичный вал коробки передач – ведомыми. По числу ведомых дисков сцепления делят на однодисковые и двухдисковые.

На автомобилях ЗИЛ и МАЗ с двигателями ЗИЛ-508.10 и ЯМЗ-236 устанавливается однодисковое сцепление (рисунок 3.3, рисунок 3.4). К маховику 15 (рисунок 3.3) при помощи болтов присоединен стальной штампованный кожух 4 сцепления. Чугунный нажимной диск 1 соединен с кожухом четырьмя парами пружинных пластин 2, передающих окружное усилие с кожуха на нажимной диск. Между кожухом и нажимным диском установлены шестнадцать нажимных пружин 3. Каждая пружина центрируется выступами, выполненными на нажимном диске и кожухе. Между пружинами и нажимным диском установлены теплоизолирующие шайбы.

Четыре рычага 9 выключения сцепления при помощи осей 12 с игольчатыми подшипниками соединены с нажимным диском и кожухом вилками 11. Опорами вилок на кожухе служат сферические гайки 10. Этими гайками регулируют положение рычагов выключения.

Ведущий диск сцепления ЯМЗ – 236 имеет аналогичную конструкцию, однако между кожухом и нажимным диском установлены двадцать четыре нажимные пружины.

На автомобилях КамАЗ сцепление (рисунок 3.6) установлено в картере 5, который изготовлен из алюминиевого сплава и выполнен заодно с картером делителя коробки передач. Картер 5 по передней привалочной плоскости соединяется болтами с картером маховика двигателя, а с задней стороны к нему крепится картер коробки передач.

Сцепление фрикционное, сухое, двухдисковое с периферийным расположением нажимных пружин. Ведущие, ведомые части и муфта выключения сцепления размещены в расточке маховика 1 под картером сцепления 5.

К ведущим частям сцепления относятся ведущий диск, состоящий из нажимного диска 4, кожуха 6, рычагов выключения 8, опорных вилок 7, двенадцати нажимных пружин 12 и среднего ведущего диска 2. Средний ведущий и нажимной диски имеют на наружной поверхности по четыре шипа, которые входят в пазы цилиндрической поверхности маховика и передают на ведущие диски крутящий момент от двигателя. При этом одновременно обеспечивается возможность осевого перемещения дисков 2 и 4.

К ведомым частям сцепления относятся два ведомых диска 3 Ведомые диски стальные, снабжены фрикционными накладками, изготовленными из асбестовой композиции, соединяются со своими ступицами каждый через гаситель крутильных колебаний пружинно-фрикционного типа.

Ступицы, ведомых дисков установлены на шлицах первичного вала коробки передач или делителя. Между кожухом 6 нажимным диском 4 установлены нажимные пружины 12, под действием которых ведомые диски зажимаются между нажимным диском и маховиком с суммарным усилием 10500…12200 Н (1050…1220 кгс).

Выключение и включение сцепления на автомобиле происходит при помощи привода выключения. На изучаемых автомобилях можно выделить три основные вида приводов выключения сцепления: механический, гидравлический с пневмогидроусилителем и механический с пневмоусилителем.

Механический привод включает в себя педаль 1 сцепления (рисунок 3.8), выжимной подшипник 3, вилку 6 выключения сцепления, рычаг 9 вилки и тягу 8.

Нажатием на педаль 1 с помощью тяги, рычага и вилки перемещается вперед выжимной подшипник 3. Он нажимает на внутренние концы рычагов выключения 4, которые наружными концами отводят нажимной диск от маховика, освобождая ведомый диск, т.е. сцепление выключается.

1 – педаль сцепления; 2 – рычаг педали; 3 – выжимной подшипник; 4 – рычаг выключения; 5 и 10 – пружины педали и тяги; 6 – вилка; 7 – вал привода; 8 – тяга; 9 – рычаг вилки

Гидропривод обеспечивает более плавное нарастание силы трения между дисками сцепления, а пневмогидроусилитель привода служит для уменьшения усилия на педаль сцепления при выключении.

При нажатии на педаль 1 (рисунок 3.9) при выключении сцепления усилие от ноги водителя через рычаг и шток передается к главному цилиндру 2, откуда жидкость под давлением по трубопроводам 10 поступает в корпус следящего устройства 4, которое при этом обеспечивает пропуск сжатого воздуха, поступающего по воздухопроводу 5 в цилиндр пневмоусилителя 3. Одновременно от главного цилиндра жидкость под давлением поступает в рабочий гидравлический цилиндр 6 усилителя.

а – принципиальная схема соединения элементов привода; б – размещение и крепление элементов привода; 1 – педаль сцепления; 2 – главный цилиндр; 3 – цилиндр пневмоусилителя; 4 – следящее устройство пневмоусилителя; 5 – воздухопровод; 6 – рабочий гидравлический цилиндр; 7 – муфта выключения с подшипником; 8 – рычаг; 9 – шток; 10 – трубопроводы и шланги гидропривода

На автомобилях Урал, МАЗ с двигателями ЯМЗ-236М2 и ЯМЗ-238М2 с двухдисковыми сцеплениями устанавливается механический привод с пневматическим усилителем. На автомобилях Урал могут быть установлены диафрагменные однодисковые сцепления ЯМЗ-182 или ЯМЗ-183 вытяжного типа с гидравлическим приводом и пневмогидроусилителем.

При воздействии на педаль сцепления 16 (рисунок 3.12) усилие через рычаг 11 и детали тяги 9 передается на шток пневматического крана 1, открывая его клапан. Давление воздуха из пневмосистемы автомобиля через шланг 19 поступает в цилиндр 20, который дополнительно воздействует на рычаг 18.

1 – кран пневматический; 2 – контргайка; 3 – болт регулировочный; 4 – тяга с компенсатором; 5 – кронштейн; 6,22 – рычаги тормозного крана; 7 – рычаг привода сцепления; 8, 19 – шланги; 9 – тяга педали сцепления; 10 – тяга педали тормоза; 11 – рычаг вала педали сцепления; 12 – вал педали сцепления; 13 – ограничитель хода педали сцепления; 14 – пружина оттяжная педали тормоза; 15 – пружина педали сцепления; 16 – педаль сцепления; 17 – педаль тормоза; 18 – рычаг вала вилки выключения сцепления; 20 – пневмоцилиндр; 21 – тяга тормозного крана; L – полный ход педали сцепления; L1 – полный ход педали тормоза

Коробка передач служит для изменения тяговой силы на ведущих колесах автомобиля, для движения автомобиля задним ходом и для длительного разобщения двигателя с трансмиссией во время стоянки автомобиля и при движении по инерции.

В зависимости от числа передач (ступеней) переднего хода на большегрузных автомобилях применяют пяти и десятиступенчатые коробки передач.

Пятиступенчатая коробка передач устанавливается на автомобилях ЗИЛ, Урал, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ работающих без прицепа. На седельных тягачах, автомобилях, работающих с прицепами и автобусах, выполняющих междугородние перевозки устанавливаются коробки передач с делителем или демультипликатором.

На грузовых автомобилях ЗИЛ устанавливают трехходовые коробки передач с пятью передачами вперед и одной назад.

Коробка передач (рисунок 3.15, а) включает в себя картер 24, крышку 4 с рычагом 5 и механизмом переключения передач, ведущий вал 1, ведомый вал 14, расположенный на одной оси с ведущим валом, синхронизаторы 9 и 33, промежуточный вал 22 и блок 26 зубчатых колес заднего хода (рисунок 3.15, б), установленный на оси 25. С обеих сторон в картере имеются люки с фланцами для крепления коробок отбора мощности, а также пробки 27, и 17 (рисунок 3.15, а), первая из которых служит для заливки и контроля уровня масла, а вторая для его слива.

Ведущий вал 1, изготовленный за одно целое с шестерней 2 установлен на двух шарикоподшипниках. Передний шарикоподшипник 35 расположен в гнезде фланца коленчатого вала, а задний – в передней стенке картера 24.

На автомобилях КамАЗ предназначенных для постоянной работы в составе автопоезда установлена механическая десятиступенчатая коробка передач, которая объединяет трёхвальную трёхходовую пятиступенчатую основную коробку передач и передний двухвальный редуктор-делитель. На модификациях, предназначенных для работы без прицепа, может быть установлена только пятиступенчатая коробка передач.

Общее устройство коробки передач с делителем показано на рисунке 3.18.

В коробке применены косозубые шестерни постоянного зацепления, кроме первой передачи и передачи заднего хода. Основная коробка снабжена двумя синхронизаторами инерционного типа для включения пятой, четвертой, третьей и второй передач. Первая передача и задний ход включаются зубчатой муфтой. Переключение в делителе передач осуществляется синхронизатором инерционного типа.

Картер 20 основной коробки передач крепится к картеру 3, являющемуся общим для сцепления и редуктора-делителя передач. В картере 20 на подшипниках установлены первичный 4, вторичный 18 и промежуточный 26 валы. Первичный и вторичный валы фиксируются от смещения в осевом направлении при помощи шарикоподшипников 7 и 16, а промежуточный вал – при помощи двойного сферического роликоподшипника 19. Блок шестерен заднего хода 22 установлен на оси на двух роликоподшипниках. Шестерня 8 первичного вала выполнена заодно с валом. На промежуточном валу шестерни заднего хода 23, первой 21 и второй 25 передач выполнен заодно с валом, а остальные укреплены на валу при помощи шпонок и распорного кольца. Большая шестерня 27 привода промежуточного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней первичного вала, образуя первую ступень понижения передач основной коробки. Все шестерни вторичного вала установлены на специальных роликоподшипниках. Между шестерней первичного вала и шестерней 10 четвертой передачи вторичного вала установлен инерционный синхронизатор 9 включения пятой и четвертой передач, а между шестернями 11 третьей и 13 второй передач вторичного вала установлен инерционный синхронизатор 12 включения этих передач. Включение первой передачи и заднего хода осуществляется зубчатой муфтой 15.

На автомобилях Урал установлена пятиступенчатая, механическая трёхвальная, трёхходовая коробка передач с двумя синхронизаторами инерционного типа (на второй – третьей и четвёртой – пятой передачах). Переключение первой передачи и заднего хода осуществляется зубчатой муфтой. Управление коробкой механическое, с помощью рычага.

Устройство коробки передач приведено на рисунке 3.22. По общей схеме она в значительной степени аналогична рассмотренной выше основной коробке передач автомобиля КамАЗ, однако имеются и некоторые различия.

Картер 28 коробки передач крепится к картеру сцепления31. В редукторной части коробки все шестерни постоянного зацепления, косозубые, кроме шестерён первой передачи и заднего хода. Первичный вал 3 коробки является одновременно валом сцепления. Он установлен передним концом на подшипнике в расточке маховика двигателя, а задним в расточке картера коробки на подшипнике 1, который фиксирует вал от смещения в осевом направлении. Необходимая соосность первичного вала 3 коробки и коленчатого вала двигателя обеспечивается центрированием коробки фланцем крышки первичного вала по точно обработанному отверстию картера сцепления. Вторичный вал 19, расположенный соосно с первичным, установлен передним концом на роликоподшипнике 4, а задним концом на шарикоподшипнике 18, который одновременно фиксирует вал от смещения в осевом направлении. Промежуточный вал фиксируется при помощи двойного сферического роликоподшипника 20. Блок шестерён заднего хода 8установлен на оси на двух роликоподшипниках. Шестерня 5 первичного вала выполнена за одно с валом. На промежуточном валу шестерни 22 заднего хода, 21 первой и 24 второй передач выполнены за одно с валом. Остальные шестерни установлены на валу на шпонках. Шестерня 29 привода промежуточного вала находится в зацеплении с шестерней 5 первичного вала, образуя первую ступень понижения в редукторе коробки. Все шестерни вторичного вала установлены на валу на роликоподшипниках.

На автомобилях МАЗ устанавливается восьмиступенчатая двухдиапазонная коробка передач ЯМЗ-238А с синхронизаторами на всех передачах, кроме заднего хода. Коробка передач состоит из основной коробки и двухступенчатой дополнительной коробки (демультипликатора – понижающей передачи).

Устройство коробки передач показано на рисунке 3.23. Монтаж всех деталей коробки передач производится в картерах основной и дополнительной коробок, которые соединяются между собой, а затем в сборе присоединяются к картеру сцепления; образуется единый силовой агрегат в составе двигателя, сцепления и коробки передач.

Первичный вал 1 основной коробки установлен на двух шариковых подшипниках; на переднем шлицевом конце установлены ведомые диски сцепления, а задний конец выполнен в виде зубчатого венца шестерни постоянного зацепления основной коробки.

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач к ведущим мостам, к раздаточной или дополнительной коробке, между главными передачами двух ведущих задних мостов трёхосного автомобиля, между главной передачей и полуосями ведущих колёс с независимой подвеской, между полуосями и передними управляемыми колёсами под изменяющимся углом.

Карданные передачи делят на одинарные и двойные в зависимости от количества карданных валов, передающих крутящий момент на данный агрегат.

Независимо от скорости движения автомобиля карданный вал не должен испытывать сколько-нибудь значительных крутильных колебаний и биений. Для уменьшения биений выполняют динамическую балансировку карданного вала в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс устраняют приваркой на концах карданных труб балансировочных пластин, а в случае необходимости и установкой балансировочных пластин под крышки карданных шарниров. Правильное взаимное положение деталей шлицевого соединения после балансировки фиксируют специальными метками.

К карданной передаче относятся валы, шлицевая муфтa, карданы и подвесная опора. Валы карданной передачи изготовлены из тонкостенных стальных труб. На концах к трубе приварены вилки кардана либо вилка и шлицевая муфта (или шлицевой наконечник). Благодаря наличию скользящей муфты карданный вал может удлиняться и укорачиваться. Чтобы длина карданного вала была меньше, на автомобилях применяют промежуточный карданный вал, который одним концом присоединён к ведомому валу коробки передач, а другим к основному карданному валу. Закреплён промежуточный вал на подвесном подшипнике.

Карданные передачи классифицируются:

Карданная передача автомобилей ЗИЛ (рисунок 3.37, а) с колесной формулой 4 х 2 состоит из промежуточного 12 и основного 21 валов, соединенных с помощью шлицев 13, промежуточной опоры 18 и трёх жёстких карданных шарниров І – ІІІ неравных угловых скоростей.

Все три карданных шарнира имеют одинаковую конструкцию, которая позволяет им работать с максимальным рабочим углом между осями валов, равным 19°. Карданный шарнир состоит из двух вилок 22 и 23, крестовины 26, четырёх стаканов 34 с установленными в них подшипниками, деталей крепления и уплотнений подшипников.

Крестовина имеет четыре шипа, в центре которых просверлены несквозные смазочные каналы. На каждый шип надет игольчатый подшипник. Иглы 25 подшипника расположены в стакане 34 и внутренней обоймы не имеют. Стакан устанавливается в вилке шарнира и удерживается крышкой 27, которая крепится болтами, стопорящимися усиками пластины 24. При сборке карданных шарниров в каждое глухое отверстие шипа закладывается консистентный смазочный материал, который в процессе эксплуатации не добавляется. Для удержания смазочного материала подшипники снабжены сальниками 35: один из них (радиальный) установлен в стакане подшипника, а другой (торцовый) на шипе крестовины. В крестовинах, выпускавшихся ранее; имелись маслёнки для смазывания подшипников крестовин.

Автомобили семейства КамАЗ типа 6x4 снабжены открытой карданной передачей с проходным средним мостом, выполняющим функции промежуточной опоры (рисунок 3.38).

Карданная передача состоит из карданных валов приводов среднего и заднего мостов. Конструкции карданных валов одинаковы. Карданные валы изготовлены из тонкостенных труб, к одному концу которых приварена неподвижная вилка шарнира, а к другому – шлицевая втулка, соединённая со скользящей вилкой. Оба карданных вала снабжены шарнирами на игольчатых подшипниках и телескопическими шлицевыми соединениями.

1 – вал среднего моста; 2 – средний мост; 3 – вал заднего моста; 4 – задний мост

Карданная передача автомобилей Урал состоит из передачи к раздаточной коробке (рисунок 3.37, б), передачи к среднему, заднему и переднему ведущим мостам. Кроме того, при наличии лебёдки, крутящий момент к ней передаётся от раздаточной коробки. Карданная передача открытого типа по устройству аналогична описанной выше для автомобилей КамАЗ, но отличается размерами валов и присоединительными фланцами, а также усиленной защитой шлицевых соединений от попадания влаги и грязи.

Как отмечалось выше, в приводе к передним ведущим и управляемым колёсам применяют карданные шарниры равных угловых скоростей, обеспечивающие равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов при значительных переменных углах между ними.

а – установка кардана; б – детали кардана; 1 – ступица; 2 – шланг подвода воздуха; 3 – конический роликоподшипник; 4 – поворотная цапфа; 5 – сальник системы подвода воздуха; 6 – канал подвода воздуха; 7 – наружная полуось с фланцем; 8 – замковая шайба; 9 – гайка подшипника; 10 – колёсный тормозной цилиндр; 11 – тормозной барабан; 12 – маслёнка; 13 – поворотный рычаг; 14 – шкворень; 15 – корпус поворотного кулака; 16 – диск шарнира; 17 – шаровая опора; 18 – вилка кардана с полуосью; 19, 21 – кулаки шарнира; 20 – вилка кардана со ступицей; 22 – регулировочные прокладки

Конструктивно карданные передачи автомобилей МАЗ с колесной формулой 4х2 (МАЗ-54322) и 6х4 (МАЗ-64227) выполнены по единой схеме и отличаются только количеством и длиной.

На автомобилях МАЗ-54322 устанавливается один карданный вал к заднему мосту. На автомобилях МАЗ-64227 карданная передача состоит из двух карданных валов: привода к среднему и заднему мостам. Карданный вал состоит из вала и двух карданных шарниров. Вал изготавливается из тонкостенной стальной электросварной трубы, к заднему концу которой после напрессовки приваривается вилка шарнира, а к переднему концу – наконечник со шлицами. На шлицы этого наконечника надета скользящая вилка, что обеспечивает возможность изменения длины карданного вала при прогибе рессор. Устройство карданных шарниров этих автомобилей одинаково и аналогично описанным выше.