Трансмиссия автомобиля предназначена для передачи мощности от двигателя к ведущим колёсам, изменения частоты вращения колёс и подводимого к ним крутящего момента, как по величине, так и по направлению.

По способу передачи энергии трансмиссии делятся на: механические, гидромеханические, гидрообъёмные и электромеханические.

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

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механической частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор или гидромуфту.

В гидрообъёмных трансмиссиях двигатель приводит в действие гидронасос, от которого жидкость под высоким давлением подводится к гидромоторам, расположенным в ведущих колёсах.

В электромеханических трансмиссиях двигатель вращает ротор электрогенератора, от которого питается один или несколько (по числу ведущих колёс) электродвигателей, непосредственно (или через редуктор), передающих вращение ведущим колёсам.

В силу ряда существенных недостатков последние три типа трансмиссий применяются редко.

3.1. Механические трансмиссии

В зависимости от типа основного агрегата трансмиссии – преобразователя частоты вращения – механические трансмиссии бывают ступенчатые и бесступенчатые. Последний тип трансмиссии применяется редко. Состав и взаимное расположение элементов механической ступенчатой трансмиссии зависит от осевой формулы (общее число мостов х число ведущих мостов), а так же от расположения двигателя и мостов.

На рис.3.1.(А, Б, В, Г) показан состав и взаимное расположение элементов механической трансмиссии для автомобиля с осевой формулой 2х1 и различным расположением двигателя, а на рис.3.2.(Д, Е Ж) аналогичное для автомобилей повышенной проходимости.

На рис.3.1. А показана схема механической трансмиссии для легкового или грузового автомобиля классической компоновки. Цифрами обозначены: 1 - двигатель, 2 - сцепление, 3 - коробка передач, 4 - карданная передача, 5 - главная передача, 6 - дифференциал, 7 - полуоси, 8 - ведущие колёса.

На рис.3.1. Б и рис.3.1. В показана трансмиссия легкового автомобиля с задним и передним расположением двигателя. Здесь вместо одной карданной передачи поставлены две короткие.

Схема по рис. 3.1. Г типична для грузовых автомобилей классической схемы, например, ГАЗ-53А, ЗИЛ 130 и др. Цифрой 10 обозначен задний ведущий мост. Он включает главную передачу и дифференциал. Иногда главную передачу разносят. Центральную главную передачу устанавливают в картере ведущего моста, а два дополнительных планетарных колёсных редуктора 11 ставят внутри ведущих колёс.

По мере увеличения числа ведущих мостов трансмиссия усложняется. Так у автомобиля повышенной проходимости типа 2х2 (ГАЗ 66), с передним расположением двигателя 1 (рис.3.2. Д), кроме сцепления 2, коробки 3, карданной передачи 4 и заднего ведущего моста 5 в трансмиссию входят: раздаточная коробка 6 и передний ведущий мост. Раздаточная коробка здесь передаёт вращающий момент от коробки передач через дополнительную карданную передачу 4 на передний ведущий мост.

Ещё сложнее трансмиссия у автомобилей высокой проходимости (схемы рис. 3.2. Е и Ж) типа 3х3. В трансмиссиях таких автомобилей задний ведущий мост 5 соединяют карданной передачей 4 с раздаточной коробкой 6 (схема Е) или со средним (проходным) ведущим мостом 8 (схема Ж). В раздаточной коробке располагают межосевой дифференциал 9. По схеме Е и Ж выполнены, например, трансмиссии КрАЗ 255Б, Урал – 375.

Ступенчатые механические трансмиссии обычно проще, легче, дешевле и надёжнее бесступенчатых. Они имеют высокий КПД. К недостаткам таких трансмиссий следует отнести разрыв потока мощности при переключении передач, вызывающий замедление движения, что снижает интенсивность разгона, кроме того, выбор передачи и момента переключения зависят от квалификации водителя и, поэтому, не всегда соответствуют наиболее выгодным режимам работы двигателя. Частые переключения утомляют водителя. У многоприводных автомобилей такие трансмиссии получаются тяжёлыми и шумными.

3.2. Гидромеханическая трансмиссия

В гидромеханической трансмиссии преобразователем величины момента является агрегат, включающий гидротрансформатор и ступенчатую механическую трансмиссию. Гидротрансформатор представляет собой гидродинамический преобразователь, плавно и автоматически изменяющий величину передаваемого момента в зависимости от нагрузки. Его конструкция и принцип действия будут рассмотрены в разделе «Устройство коробок передач».

Коэффициент трансформации момента гидротрансформатора лежит в пределах 2,5 – 3. Более высокую трансформацию момента получают за счёт дополнительной механической коробки передач. Основное достоинство гидромеханической трансмиссии заключается в плавном автоматическом регулировании момента в зависимости от нагрузки, что уменьшает число переключений скоростей, снижает утомляемость водителя, улучшает динамику автомобиля, повышает долговечность двигателя.

К недостаткам можно отнести меньший, в сравнении с механической трансмиссией, КПД и сложность конструкции.

3.3. Гидрообъёмная трансмиссия

В отличие от гидротрансформатора в гидромеханической трансмиссии применён не гидродинамический, а гидростатистический принцип трансформации (т.е. используется не скоростной, а гидростатический напор жидкости).

Схема гидрообъёмной трансмиссии показана на рис.3.3а. Цифрами обозначены: резервуар с маслом 1, фильтр 2, охладитель 3, подпиточный насос 4, редукционный 5 и предохранительный 6 клапаны, гидронасос 7, трубопровод высокого 8 и низкого 9 давления, гидродвигатели 10 (по числу ведущих колёс), охладитель 12 и дренажная система 13.

Вся система заполнена рабочей жидкостью (масла различных марок – трансформаторное, веретенное, индустриальное, турбинное и др.). В таких трансмиссиях, чаще всего, применяют гидронасосы и гидромоторы плунжерного типа, рис.3.3б. В его состав входят: статор 14, эксцентрично расположенный в нём ротор 15 с цилиндрами 16, а так же, ось (или цапфа) 18, внутри которой выполнены каналы для подвода жидкости в нагнетающую и стравливающую магистрали. Цилиндры ротора соединены с каналами распределителя.

Если вращать ротор гидронасоса, то он работает в режиме насоса. При этом одни плунжеры из-за эксцентриситета ξ, утапливаются, вытесняя жидкость из цилиндров, а другие под действием центробежных сил и пружин, выдвигаются, засасывая жидкость из магистрали низкого давления. Для перехода насоса в режим гидромотора нужно нагнетать жидкость в одну из полостей распределителя. При этом, действующая на цилиндр сила давления жидкости N, рис.3.3в, создаёт, при наличии эксцентриситета ξ, составляющую Т, которая создаёт момент, вращающий ротор. При вращении коленчатого вала соединённый с ним гидронасос 7 создаёт гидростатический напор (давление) жидкости, которая по трубопроводам высокого давления 8, подводится к гидродвигателям 10, где напор преобразуется в механическую работу (вращает ротор), а отработанная жидкость по магистрали низкого давления 9 возвращается в гидронасос. Часть жидкости просачивается через зазоры в насосе и моторах и сливается по трубкам дренажной системы 13 в резервуар 1, но подпитывающий насос подкачивает в магистраль 9 жидкость из резервуара.

Эксцентриситет ξ можно изменять с помощью механического или электромеханического привода. Обычно ξ регулируют только на насосе. При уменьшении величины ξ изменяется производительность насоса А_н, в то время как производительность мотора неизменна А_м=const (при неизменном ξ мотора). Отношение К_гол= А_м/А_н есть ничто иное как коэффициент трансформации.

При уменьшении ξ снижается производительность насоса А_н при этом уменьшается частота вращения гидромотора, но возрастает момент т.к. М_м = к N/n_м, где n_м - частота вращения ротора гидромотора, N – подводимая мощность.

3.4. Электромеханическая трансмиссия

В электромеханической трансмиссии механическая энергия двигателя преобразуется в связанном с ним генераторе, в электрическую, которая затем в одном или нескольких тяговых электродвигателях преобразуется в механическую и передаётся на ведущие колёса. При одном тяговом электродвигателе мощность от него к колёсам передаётся через карданную передачу и ведущий мост.

При многоприводной передаче агрегаты механической трансмиссии практически отсутствуют. Тяговые электродвигатели монтируют внутри, так называемых «мотор-колёс», и связывают с ними редукторами. Схема многоприводной электромеханической трансмиссии приведена на рис. 3.4.

В состав трансмиссии входят: генераторы постоянного 2 и переменного 3 тока, соединённые с двигателем 4. Генератор 3 обеспечивает работу вспомогательных механизмов, работающих на переменном токе. Генератор 2 питает электродвигатели мотор-колёс. На рис.3.4б приведена электрическая схема соединения генератора и тягового электродвигателя в одноприводной трансмиссии.

Генератор 10 имеет последовательную 11 и параллельную 12 обмотки возбуждения, а присоединённый к нему тяговый электродвигатель 8 - последовательную обмотку возбуждения 6. Управляют трансмиссией педалью 15 дроссельной заслонки и переключателем хода 7, с помощью которого осуществляют реверсирование вращения электродвигателя или выключают его (изменяют направление тока в обмотке 6 или разрывают цепь её питания).

При трогании с места, нажимая на педаль 15, замыкают контакты выключателя 14 подпитки и, тем самым, включают в цепь обмотки возбуждения 12 генератора 10 аккумуляторную батарею 16. При этом, в результате увеличения силы тока возбуждения, резко возрастает мощность генератора, что обеспечивает интенсивный разгон автомобиля. Частота вращения генератора и его напряжение увеличиваются так, что срабатывает реле 9 и отключает аккумуляторную батарею из цепи.

Если мощность генератора не меняется, то повышение нагрузки вызывает снижение частоты вращения тягового электродвигателя, возрастание силы тока в обмотке его якоря и возбуждения и автоматическое увеличение тягового момента.

Достоинство описанной трансмиссии заключается в автоматическом бесступенчатом изменении передаточного числа, что упрощает управление автомобилем. Кроме того, возможность дистанционной передачи энергии (по проводам) упрощает конструкцию и компоновку. Отсутствие жёсткой механической связи между двигателем и трансмиссией исключает взаимное влияние происходящих в них колебательных процессов.