Если вы ездите на автомобиле с ДВС (то есть если у вас не электрокар), то вам скорее всего приходилось слышать о трансмиссии. Думаю, вы знаете, что этот узел нужен, чтобы связать двигатель с колесами. Но это устройство гораздо сложнее, чем просто вал. Сегодня мы попробуем разобраться в том, как работает трансмиссия на современных автомобилях.
Итак, у нас есть двигатель автомобиля, который нужно соединить с колесами. Самый простой вариант – вал двигателя соединить напрямую с колесами. Но тогда, чтобы остановить автомобиль, нужно выключить двигатель. Стали бы вы дергать ключом зажигания, всякий раз, когда нужно приостановиться? Вот и мы не станем. Вместо этого поместим на колесную ось и на вал двигателя диски, покрытые материалом с высоким коэффициентом трения (то есть они очень шероховатые). Если сильно прижать такие диски друг к другу и начать вращать один из них, то вслед за ним начнет вращаться и второй. Если же мы отпустим эти диски, то при вращении первого, второй очевидно вращаться не будет.
В автомобиле этот механизм называется сцеплением и обычно эти диски прочно сжаты пружиной. Но стоит нам нажать на педаль сцепления, как диски расходятся и двигатель больше не крутит колеса.
Но почему в автомате нет такой педали? Может машина сама понимает, когда нужно остановиться и выжимает сцепление? Конечно, нет! В АКПП используется совсем другое устройство – гидротрансформатор. В нем есть два колеса – насосное и турбинное, насосное соединено с двигателем, а турбинное – с колесами. Весь корпус гидротрансформатора залит трансмиссионной жидкостью. Когда насосное колесо крутится – оно создает давление внутри и турбинное колесо тоже начинает крутиться.
Если мы нажмем на тормоз – заблокируем турбинное колесо, то ничего страшного не случится – насосное колесо продолжит вращаться в жидкости, ведь оно жестко ни с чем не соединено.
Хорошо, теперь мы можем останавливать машину, когда нам нужно и не выключать при этом двигатель. Но возникает еще одна проблема – если мы попробуем поехать, то у нас не получится этого сделать – двигатель заглохнет. Почему так происходит? Давайте разбираться. Для примера возьмем Lexus GS350.
Это чудо японской мысли весит 1.8 тонны. Произведя нехитрые вычисления, получим, что чтобы сдвинуть его с места нужно оказать усилие в 270 Н. Однако, как только вы заведете двигатель, он сможет создать усилие лишь в 150 Н и не сможет сдвинуть машину с места. Нужно решать проблему.
Обратимся к идее шестерен. Возьмем одну шестерню с 10 зубьями, а вторую с 20 зубьями. Если мы будем вращать маленькое колесо с силой 100Н, то на большое колесо мы будем давить уже с силой 200Н. Отношение зубьев равно отношению сил и называется передаточное отношение. Это то, что нам нужно! Поставим между сцеплением и колесами такую передачу с отношением 13. Получится, что на колеса будет передаваться 2000 Н и двигатель сможет разгонять нашу машину.
Все бы хорошо, но наша машина не разгонится быстрее 54 км/ч – двигатель на этой скорости дойдет до максимальных оборотов. Но на такой скорости, сила, которую двигатель оказывает на машину будет уже больше 14000 Н. Хорошо бы было в этот момент сменить передаточное отношение.
Для этого нам достаточно поменять вторую шестерню в паре. Но мы не сможем этого сделать, пока двигатель соединен с валом трансмиссии, иначе мы рискуем разрушить ее. Для этого у нас есть сцепление. Коробка передач внешне выглядит довольно сложно, но ее суть проста – движением рычага КПП мы устанавливаем шестерню, которая обеспечит нужное нам передаточное отношение.
Второе передаточное отношение установим на 8. Теперь наша максимальная скорость будет ограничена 88 км/ч. Перебирая таким образом различные передаточные числа, мы сможем гипотетически достичь скорости в 320 км/ч. Это называется механическая коробка передач.
Автоматическая коробка устроена немного по-другому. В ней используется планетарная коробка передач. Там есть два входных вала – коронная и солнечная шестерня. Если мы будем изменять скорость каждой из них, то получим разное передаточное отношение. Если крутить только солнечную шестерню, то передаточное отношение будет максимальным. Чем быстрее крутится коронная шестерня, тем ниже будет передаточное отношение. Если солнечная и коронная шестерня крутятся с одинаковой скоростью, то передаточное отношение будет равно 1.
Итак, теперь у нас есть плавная регулировка оборотов. Далее остается просто довести крутящий момент до колес.