Трансмиссия (также называемая коробкой передач ) — это механическое устройство, в котором используется 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 число, несколько различных передаточных чисел или бесступенчатое передаточное число. Трансмиссии с переменным передаточным числом используются во всех видах техники, особенно в транспортных средствах. Переключатели передач (которые на самом деле представляют собой звездочки в сочетании с роликовой цепью ) и ступичные шестерни (с использованием эпициклических или солнечных и планетарных шестерен ) представляют собой функционально аналогичные механизмы, используемые в велосипедах .
Ранние трансмиссии включали прямоугольные приводы и другие зубчатые передачи ветряных мельниц , устройств с лошадиным приводом и устройств с паровым приводом. Применение этих устройств включало насосы , мельницы и подъемники . [ нужна цитата ]
Поскольку крутящий момент и выходная мощность двигателя внутреннего сгорания варьируются в зависимости от его оборотов , автомобилям с двигателями внутреннего сгорания требуется несколько передаточных чисел, чтобы поддерживать двигатель в пределах диапазона мощности и обеспечивать оптимальную мощность, топливную экономичность и плавность 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 примерно 600–7000 об/мин, тогда как скорость автомобиля требует, чтобы колеса вращались в диапазоне 0–1800 об/мин. [3]
В первых серийных автомобилях стандартная конструкция трансмиссии была механической : комбинация передач выбиралась водителем посредством рычага ( рычага переключения передач ), который перемещал шестерни и группы шестерен вдоль их осей. Начиная с 1939 года на рынке США стали доступны автомобили с различными типами автоматической коробки передач . Эти автомобили использовали собственную мощность двигателя для изменения эффективного передаточного числа в зависимости от нагрузки, чтобы поддерживать скорость вращения двигателя, близкую к оптимальной. Автоматические коробки передач сейчас используются более чем в 2/3 автомобилей по всему миру и почти во всех новых автомобилях в США.
В большинстве выпускаемых в настоящее время легковых автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями используются трансмиссии с 4–10 передаточными числами переднего хода (также называемыми скоростями) и одним передаточным числом заднего хода. В электромобилях обычно используется фиксированная или двухскоростная трансмиссия без передаточного числа задней передачи.
В простейших трансмиссиях использовалось фиксированное передаточное число, обеспечивающее либо понижение передачи, либо увеличение 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 и при этом выдерживать высокий крутящий момент от турбины. [4] [5]
Многие трансмиссии – особенно для транспортных средств – имеют несколько передач, которые используются для изменения соотношения входной скорости (например, оборотов двигателя) к выходной скорости (например, скорости автомобиля), как это требуется в конкретной 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).
В большинстве трансмиссий современных автомобилей используется синхронизатор для синхронизации скоростей входного и выходного валов. Однако до 1950-х годов в большинстве автомобилей использовались асинхронные трансмиссии .
Секвентальная механическая коробка передач — это тип асинхронной коробки передач, используемый в основном в мотоциклах и гоночных автомобилях. Он обеспечивает более быстрое переключение передач, чем синхронизированные механические коробки передач, за счет использования собачьих сцеплений , а не синхронизаторов. [7] Секвентальные механические коробки передач также ограничивают водителя возможностью выбора следующей или предыдущей передачи в последовательном порядке.
В полуавтоматической трансмиссии часть операций автоматизирована (часто приведение в действие сцепления), но для трогания с места или переключения передач требуется участие водителя.
Автоматизированная механическая коробка передач (АМТ) по сути представляет собой обычную механическую коробку передач, которая использует автоматическое срабатывание 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 же требует вмешательства водителя для инициирования переключения передач. Некоторые из этих систем также называются ручными системами без сцепления. [8] Современные версии этих систем, которые работают полностью автоматически, такие как Selespeed и Easytronic , могут управлять как работой сцепления, так и переключением передач автоматически, без какого-либо участия водителя. [9] [10]
Автоматическая коробка передач не требует вмешательства водителя для переключения передач переднего хода в нормальных условиях вождения.
Наиболее распространенной конструкцией автоматических трансмиссий является гидравлическая автоматическая, в которой обычно используются планетарные передачи , приводимые в действие с помощью гидравлики . [11] [12] Трансмиссия соединена с двигателем через гидротрансформатор (или гидромуфту до 1960-х годов) вместо фрикционной муфты , используемой в большинстве механических коробок передач и коробок передач с двойным сцеплением. [13]
Трансмиссия с двойным сцеплением (DCT) использует два отдельных сцепления для нечетных и четных передач . [14] Конструкция часто аналогична двум отдельным механическим коробкам передач , в которых соответствующие сцепления содержатся в одном корпусе и работают как один блок. [15] [16] В легковых и грузовых автомобилях DCT функционирует как автоматическая коробка передач, не требуя вмешательства водителя для переключения передач.
Бесступенчатая трансмиссия (CVT) может плавно переключаться посредством непрерывного диапазона передаточных чисел . Это контрастирует с другими трансмиссиями, которые обеспечивают ограниченное количество передаточных чисел с фиксированными ступенями. Гибкость вариатора с подходящим управлением может позволить двигателю работать с постоянными оборотами, в то время как автомобиль движется с различной скоростью.
Вариаторы используются в автомобилях, тракторах, мопедах , мотороллерах, снегоходах , велосипедах и землеройной технике .
В наиболее распространенном типе вариатора используются два шкива , соединенные ремнем или цепью ; однако иногда использовались и несколько других конструкций.
Коробки передач часто являются основным источником шума и вибрации в транспортных средствах и стационарных машинах. Более высокий уровень звука обычно издается при включении пониженной передачи. Расчетный срок службы шестерен с более низким передаточным числом короче, поэтому можно использовать более дешевые шестерни, которые имеют тенденцию создавать больше шума из-за меньшего коэффициента перекрытия, меньшей жесткости зацепления и т. д., чем косозубые шестерни, используемые для высоких передаточных чисел. Этот факт использовался для анализа шума, создаваемого транспортными средствами, с конца 1960-х годов, а также был включен в моделирование городского шума дорог и соответствующее проектирование городских шумовых барьеров вдоль дорог. [17]
