Что такое автомобильная трансмиссия

Стоимость трансмиссии может превышать 20% цены нового автомобиля — в зависимости от его класса и типа двигателя.

Словом «трансмиссия» иногда называют тип привода, например «полноприводная трансмиссия», схему гибридного автомобиля — «гибридная трансмиссия» — или чаще всего коробку передач. Но это не совсем корректно: у машин с ДВС трансмиссия — это сложная конструкция из множества компонентов, и коробка передач — лишь один из них.

В машиностроении трансмиссией называют все механизмы, которые находятся между двигателем и тем, что должно двигаться — у автомобиля это колеса. Иногда трансмиссии нет: например, у многих электросамокатов колесо и мотор — это единый узел. Но в автомобилях трансмиссия нужна для решения нескольких задач.

Ездить с разной скоростью. ДВС хорошо работает только в оптимальном диапазоне оборотов, его вал не может поворачиваться очень медленно или очень быстро. Чтобы колеса вращались с нужной водителю скоростью, необходима коробка передач — ключевой компонент трансмиссии.

Стоять на месте с работающим двигателем. ДВС не может плавно включаться и выключаться, как, например, электродвигатель. Когда мотор незапланированно останавливается, это называют неприятным словом «глохнуть». На остановках нужно отсоединять работающий ДВС от колес. Это делают с помощью сцепления — составной части трансмиссии.

Поворачивать. Вращая руль, водитель поворачивает передние колеса. При этом мотор продолжает их крутить, если привод автомобиля передний или полный. Передавать вращение двигателя на колеса под разными углами позволяют шарниры равных угловых скоростей, ШРУСы.

Держать дорогу. В повороте автомобиль движется по окружности, и внешние колеса находятся дальше от ее центра, чем внутренние. Школьная геометрия подсказывает, что внешние колеса проходят больший путь, а значит, вращаются чуть быстрее, чем внутренние. Крутиться с разной скоростью колесам позволяет дифференциал.

Ездить по бездорожью и скользким поверхностям. Трансмиссии современных внедорожников умеют передавать крутящий момент от двигателя на любое из четырех колес в отдельности — на то, у которого самое надежное сцепление с дорогой. К примеру, если правые колеса съехали в сугроб, а левые стоят на асфальте, «умная» трансмиссия поможет машине выбраться без посторонней помощи.

Вот основные компоненты — от двигателя к колесам.

Сцепление позволяет отсоединить работающий двигатель от коробки передач и всей остальной трансмиссии. Это два диска с фрикционным материалом — один на маховике двигателя, второй — на валу коробки передач. Нажимая на педаль сцепления, водитель размыкает диски, а когда плавно отпускает — позволяет им частично сомкнуться и проскальзывать, пока их скорости вращения выравниваются.

Именно способность дисков проскальзывать друг относительно друга позволяет машине двигаться плавно. Но фрикционный материал на дисках сцепления несложно сжечь, если переусердствовать с газом.

На спортивные автомобили устанавливают многодисковое сцепление. Там не два диска, а целый пакет из 6—10 фрикционных колец. Крутящий момент мощного двигателя равномерно распределяется между ними.

На автомобилях с ручной коробкой передач водитель управляет дисками сцепления с помощью одноименной педали. В роботизированной коробке тоже есть диски сцепления, а вот педали нет — управляет ими не водитель, а робот. В АКПП нет дисков сцепления — там их роль выполняет гидротрансформатор. В трансмиссиях электромобилей и последовательных гибридов сцепление вообще не нужно.

Коробка переключения передач, КПП, необходима автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, чтобы они могли ездить с разной скоростью. Ее принцип действия наглядно демонстрирует велосипед с переключением скоростей: чем больше передняя звездочка, тем выше скорость — при этом педали можно крутить в удобном темпе. Бензиновые и дизельные моторы тоже любят работать в своем темпе, поэтому без коробки им не обойтись. Внутри КПП вместо звездочек шестерни или шкивы, но в остальном принцип тот же.

Коробка передач — самый сложный и дорогой элемент трансмиссии. Она может быть механическая ручная, роботизированная, автоматическая или бесступенчатая — подробнее обо всех типах расскажем в отдельном материале.

Электрические двигатели очень эластичны: в отличие от ДВС, они выдают максимальный момент на любых оборотах — прямо с нулевых. Поэтому электромобили часто обходятся без коробки передач или довольствуются простым двухступенчатым редуктором.

Карданный вал чаще всего встречается в автомобилях классической компоновки — с двигателем спереди и задним приводом. Кардан соединяет выходной вал коробки передач с дифференциалом, который располагается между колесами. Шарниры придают карданному валу необходимую гибкость, ведь из-за работы подвески задняя ось постоянно смещается относительно кузова.

Как правило, в состав карданного вала входят шарниры неравных угловых скоростей. Такой шарнир состоит из крестовины, пары вилок и подшипников. Вращение передается через шарнир неравномерно: за один оборот ведомая вилка дважды ускоряется и замедляется, порождая вибрацию. Эффект проявляется тем сильнее, чем больше угол между ведущей и ведомой частью.

Поэтому карданный вал всегда длинный: чтобы углы были минимальны даже при большом ходе подвески. На коротких приводных валах и там, где нужны серьезные углы поворота, применяются другие узлы — шарниры равных угловых скоростей, ШРУСы.

Дифференциал позволяет ведущим колесам автомобиля вращаться с разной скоростью. Такая необходимость нужна постоянно, прежде всего — в поворотах, когда внешние колеса должны вращаться быстрее, чем внутренние. Колесо, проезжающее неровность, также проходит больший путь, чем то, что движется по ровной поверхности. Без дифференциала все колеса будут вращаться с одинаковой скоростью, это приведет к плохому сцеплению с дорогой и повышенному износу шин.

Дифференциал — относительно простая комбинация шестерен, но объяснить его работу на словах сложно. Лучший способ разобраться — повертеть в руках модельку из «Лего». Устройству дифференциала посвящена отдельная статья в Т⁠—⁠Ж.

У дифференциала есть «побочный эффект»: он передает весь крутящий момент двигателя тому колесу, которое легче вращать. Например, если правое колесо оказалось на льду, а левое — на асфальте, проскальзывающее колесо будет бешено вращаться, а то, что сохранило сцепление с дорогой, останется неподвижным. По этой же причине автомобили с обычным — свободным — дифференциалом слабо проявляют себя в дрифте и на спортивной трассе.

Чтобы ездить каждый день по асфальтовым дорогам свободного дифференциала вполне достаточно. Спортивные и внедорожные автомобили оснащают самоблокирующимися дифференциалами. Они превращаются в жесткое соединение, когда разница в скорости вращения колес становится слишком большой.

Раздаточная коробка — деталь полноприводных автомобилей. Она распределяет крутящий момент двигателя между передней и задней осью. Когда дорога неровная, передние и задние колеса могут вращаться с разной скоростью, поэтому жесткая механическая связь им противопоказана.

На автомобилях с подключаемым полным приводом раздаточная коробка представляет собой простую муфту. На скользкой дороге водитель самостоятельно подключает переднюю ось, а когда едет по хорошему асфальту, двигатель вращает только задние колеса. На внедорожниках с постоянным полным приводом роль «раздатки» выполняет межосевой дифференциал.

Иногда в корпусе раздаточной коробки располагают подключаемый понижающий редуктор. Он позволяет дополнительно уменьшить скорость и повысить крутящий момент на колесах на сложном бездорожье. Формально в этом случае узел называют распределительно-редукторной коробкой, хотя такой термин используют редко.

Шарниры равных угловых скоростей можно назвать завершающим элементом трансмиссии. Они соединяются со ступицами колес. ШРУС позволяет передавать вращение под углом до 70° равномерно и без вибраций.

Устройство самого распространенного шарикового ШРУСа напоминает человеческий сустав. Его «чаша» называется внешней обоймой. В нее входит шаровидная внутренняя обойма. Обе детали имеют продольные канавки под шарики. Важнейший и самый чувствительный элемент конструкции — резиновый пыльник. Если его повредить, пыль и грязь очень быстро выведут шарнир из строя.

ШРУСов в автомобиле может быть много. На переднеприводных машинах они находятся на обоих концах валов, приводящих колеса, — всего четыре шарнира. В похожей роли ШРУСы могут использоваться и на заднеприводном авто с независимой подвеской. На внедорожнике к четырем колесным валам добавляются еще два, которые соединяют раздаточную коробку с межколесными дифференциалами. На концах у них могут быть как карданные шарниры, так и ШРУСы — в последнем случае в автомобиле будет 12 ШРУСов.

Элементы трансмиссии непосредственно связаны с колесами автомобиля и испытывают высокие нагрузки. Поэтому их неисправности обычно хорошо заметны и проявляются на ходу. Вот что может выйти из строя.

Сцепление. Если двигатель раскручивается до высоких оборотов, а машина не движется или разгоняется медленно — скорее всего, пробуксовывают диски сцепления. Как правило, в таких случаях фрикционные накладки перегреваются и горят, выделяя дым с резким запахом горелой бумаги или тряпки. Также может выйти из строя выжимной подшипник. Если двигатель не запускается или невозможно переключить передачи, а педаль проваливается — вероятно, порвался трос или гидравлический контур сцепления потерял герметичность.

Коробка передач. Если трудно переключать передачи МКПП — это признак того, что вышли из строя блокировочные муфты, синхронизаторы или кулисы. Неправильно работающая АКПП переключает передачи замедленно или с рывками. На неисправности коробки могут указывать вибрации или капли масла под КПП.

Карданный вал. Признак проблем с карданными шарнирами — удары и рывки перед началом разгона, торможения или под сброс газа. Если машина движется равномерно и с постоянной нагрузкой, люфт в кардане себя никак не проявляет. Такие же симптомы могут указывать на изношенные ШРУСы.

ШРУСы. Когда водитель поворачивает руль или при большом ходе подвески слышно отчетливое ритмичное постукивание — это яркий симптом изношенного ШРУСа. Самая частая причина этого — порванный пыльник, так что ШРУСы нужно периодически осматривать.

Дифференциал. Если при движении слышен равномерный гул и особенно если звук меняется в затяжных поворотах — скорее всего, что-то не в порядке с дифференциалом. Чтобы быстро проверить это, можно поднять одно колесо ведущей оси домкратом и покрутить его руками. При исправном дифференциале оно вращается свободно.

1. Трансмиссия — это все механизмы между мотором и колесами, а не только коробка передач.
2. Трансмиссия нужна, чтобы плавно трогаться с места, ездить с разной скоростью по разным типам поверхностей и поворачивать.
3. В трансмиссию автомобилей с ДВС входит сцепление или гидротрансформатор, коробка передач, дифференциалы, ШРУСы, а у заднеприводных и полноприводных машин — еще и карданный вал.
4. Трансмиссия у электромобилей намного проще, чем у автомобилей с ДВС.