Трансмиссия (также называемая коробкой передач ) — это механическое устройство, которое использует набор шестерен — две или более шестерен, работающих вместе — для изменения скорости, направления вращения или увеличения/уменьшения крутящего момента в машине . [1] [2]
Трансмиссии могут иметь одно фиксированное передаточное отношение, несколько различных передаточных отношений или бесступенчато изменяемые передаточные отношения. Трансмиссии с изменяемым передаточным отношением используются во всех видах машин, особенно в транспортных средствах.
Ранние передачи включали прямоугольные приводы и другие зубчатые передачи в ветряных мельницах , устройствах с лошадиной силой и паровых устройствах. Приложения этих устройств включали насосы , мельницы и подъемники . [ необходима цитата ]
Традиционно в велосипедах используются планетарные или переключающие передачи, но есть и другие, более поздние конструктивные новшества.
Поскольку крутящий момент и выходная мощность двигателя внутреннего сгорания изменяются в зависимости от его оборотов в минуту , автомобили, работающие на ДВС, требуют нескольких передаточных чисел, чтобы удерживать двигатель в пределах его диапазона мощности для обеспечения оптимальной мощности, топливной экономичности и плавной работы. Несколько передаточных чисел также необходимы для обеспечения достаточного ускорения и скорости для безопасной и надежной работы на современных скоростях шоссе. ДВС обычно работают в диапазоне приблизительно 600–7000 об/мин, в то время как скорость автомобиля требует вращения колес в диапазоне 0–1800 об/мин. [3]
В ранних массовых автомобилях стандартной конструкцией трансмиссии была ручная : комбинация передач выбиралась водителем с помощью рычага ( рычага переключения передач ), который смещал передачи и группы передач вдоль их осей. Начиная с 1939 года на рынке США стали доступны автомобили, использующие различные типы автоматических трансмиссий . Эти автомобили использовали собственную мощность двигателя для изменения эффективного передаточного числа в зависимости от нагрузки, чтобы поддерживать работу двигателя на близкой к оптимальной скорости вращения. Автоматические трансмиссии сейчас используются более чем в 2/3 автомобилей по всему миру и почти на всех новых автомобилях в США.
Большинство выпускаемых в настоящее время легковых автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями используют трансмиссии с 4–10 передаточными числами (также называемыми скоростями) и одним задним передаточным числом. Электромобили обычно используют фиксированную или двухскоростную трансмиссию без заднего передаточного числа.
Простейшие трансмиссии использовали фиксированное отношение для обеспечения либо понижения передачи, либо увеличения скорости, иногда в сочетании с изменением ориентации выходного вала. Примеры таких трансмиссий используются в вертолетах и ветряных турбинах . В случае ветряной турбины первая ступень коробки передач обычно представляет собой планетарную передачу, чтобы минимизировать размер, выдерживая при этом высокие крутящие моменты от турбины. [4] [5]
Многие трансмиссии, особенно для транспортных приложений, имеют несколько передач, которые используются для изменения соотношения входной скорости (например, оборотов двигателя) к выходной скорости (например, скорости автомобиля) в зависимости от ситуации. Выбор передачи (передаточного числа) может быть ручным, полуавтоматическим или автоматическим.
Механическая коробка передач требует от водителя вручную выбирать передачи [6] с помощью рычага переключения передач и сцепления (обычно это ножная педаль для автомобилей или ручной рычаг для мотоциклов).
Большинство трансмиссий в современных автомобилях используют синхронизаторы для синхронизации скоростей входного и выходного валов. Однако до 1950-х годов большинство автомобилей использовали несинхронные трансмиссии .
Последовательная механическая коробка передач — это тип несинхронной трансмиссии, используемый в основном для мотоциклов и гоночных автомобилей. Она обеспечивает более быстрое переключение передач, чем синхронизированные механическая коробка передач, за счет использования кулачковых муфт вместо синхронизаторов. [7] Последовательные механическая коробка передач также ограничивают водителя выбором следующей или предыдущей передачи в последовательном порядке.
Полуавтоматическая коробка передач — это коробка передач, в которой часть операций автоматизирована (часто включение сцепления), но для трогания с места или переключения передач требуется участие водителя.
Автоматизированная механическая коробка передач (АМТ) по сути является обычной механической коробкой передач, которая использует автоматическое включение для управления сцеплением и/или переключения передач.
Многие ранние версии этих трансмиссий были полуавтоматическими в работе, например, Autostick , которая автоматически управляет только сцеплением , но все еще требует вмешательства водителя для переключения передач. Некоторые из этих систем также называются безмуфтовыми ручными системами. [8] Современные версии этих систем, которые полностью автоматические в работе, например, Selespeed и Easytronic , могут управлять как работой сцепления, так и переключением передач автоматически, без какого-либо вмешательства со стороны водителя. [9] [10]
Автоматическая коробка передач не требует вмешательства водителя для переключения передач при нормальных условиях вождения.
Наиболее распространенной конструкцией автоматических трансмиссий является гидравлическая автоматическая коробка передач, которая обычно использует планетарные передачи , работающие с использованием гидравлики . [11] [12] Трансмиссия соединена с двигателем через гидротрансформатор ( или гидромуфту до 1960-х годов) вместо фрикционной муфты , используемой в большинстве механических трансмиссий и трансмиссий с двойным сцеплением. [13]
В коробке передач с двойным сцеплением (DCT) используются два отдельных сцепления для четных и нечетных передач . [14] Конструкция часто похожа на две отдельные механические коробки передач , в которых соответствующие сцепления находятся в одном корпусе и работают как единое целое. [15] [16] В автомобилях и грузовиках DCT функционирует как автоматическая коробка передач, не требуя вмешательства водителя для переключения передач.
Бесступенчатая трансмиссия (CVT) может плавно изменяться через непрерывный диапазон передаточных чисел . Это контрастирует с другими трансмиссиями, которые обеспечивают ограниченное количество передаточных чисел в фиксированных шагах. Гибкость CVT с подходящим управлением может позволить двигателю работать на постоянных оборотах , в то время как транспортное средство движется с различными скоростями.
Вариаторы используются в автомобилях, тракторах, квадроциклах , мотороллерах, снегоходах , велосипедах и землеройной технике .
Наиболее распространенный тип вариатора использует два шкива, соединенных ремнем или цепью ; однако иногда используются и другие конструкции.
Коробки передач часто являются основным источником шума и вибрации в транспортных средствах и стационарных машинах. Более высокие уровни звука обычно издаются, когда транспортное средство задействовано на более низких передачах. Проектный срок службы передач с более низким передаточным числом короче, поэтому могут использоваться более дешевые передачи, которые, как правило, создают больше шума из-за меньшего коэффициента перекрытия и меньшей жесткости зацепления и т. д., чем косозубые передачи, используемые для высоких передаточных чисел. Этот факт использовался для анализа звука, генерируемого транспортным средством, с конца 1960-х годов и был включен в моделирование шума городских дорог и соответствующую разработку городских шумозащитных барьеров вдоль дорог. [17]
