Типы приводов и систем полного привода

Сегодня нет такого автолюбителя или даже новичка-водителя, который бы не понимал принципиальной разницы между типами привода транспортного средства. Суть определения привода на автомобиле проста и понятна: чтобы машина начала движение, крутящий момент от двигателя должен быть предан на колеса. В том, сколько колес будут принимать крутящий момент и на какой именно оси (задней, передней или обеих) и будет зависеть тип привода.

Задний привод

В случае с задним приводом крутящий момент будет передаваться только на колеса, расположенные на задней оси автомобиля. На сегодняшний день именно этот принцип устройства считается наиболее распространенным. Первые автомобили с задним приводом вышли еще в 1930-х годах, и по сей день этот тип используется как в производстве бюджетных транспортных средств, так и для оснащения дорогостоящих авто. Например, представленный в наличии в ГК Favorit Motors автомобиль Chevrolet Corvette 3LT 6.2 (466 лошадиных сил) так же оснащен задним приводом. Это позволяет водителю острее ощутить все доступные мощности авто.

Специфика размещения данного типа привода подразумевает и использование карданного вала. Вал усиливает энергию, поступающую от двигательного аппарата.

Заднеприводные автомобили часто используются не только в повседневной жизни, но и в гонках. Несмотря на то, что кардан увеличивает вес автомобиля, движение задней пары колес равномерно распределяет эту тяжесть.

В автомобилестроении с использованием заднего привода используется четыре вида компоновки двигательного агрегата:

• Во-первых, это переднемоторная заднеприводная компоновка, которая также называется «классической». Сам двигатель в таких автомобилях располагается в передней части (под капотом), однако следует максимально точно рассчитать его центр масс, чтобы передача энергии на задние колеса была наиболее эффективной. Переднемоторное расположение считается на сегодняшний день самым частоупотребляемым вариантом для оснащения заднеприводных автомобилей.
• Во-вторых, применяется и передняя среднемоторная заднеприводная компоновка. Обычно ее тоже включают в «классический» вариант расположения двигателя. Однако в этом случае силовой агрегат располагается в районе передней колесной пары. Сегодня этот принцип расположения двигателей на заднеприводных автомобилях встречается только в гоночных моделях для уменьшения нагрузки на переднюю ось.
• В-третьих, задняя среднемоторная заднеприводная компоновка. Мотор размещается непосредственно у задней оси, что дает возможность использовать вес автомобиля для увеличения его динамических характеристик.
• В-четвертых, заднемоторная заднеприводная компоновка — вариант, когда сам силовой агрегат, а также трансмиссия и ведущий мост находятся в задней нижней части транспортного средства. Сегодня такой тип расположения двигателей можно встретить только у некоторых производителей, в частности, у Volkswagen.

Преимущества авто с задним приводом

Автомобили, оснащенные устройством передачи крутящего момента на заднюю ось, имеют множество плюсов в управлении и динамике:

• отсутствие вибраций на кузове во время движения (это достигается из-за продольного расположения силового агрегата, который конструктивно находится на смягчающих «подушках»);
• минимальный радиус разворота, что позволяет технично использовать транспортное средство на самых загруженных городских парковках или на узких улицах (передняя пара колес только задает направление движения, само движение совершается задней парой);
• хорошие показатели динамики разгона.

Недостатки авто с задним приводом

Как и у любой другой системы, у заднего привода тоже имеются свои недочеты:

• передача усилий от двигателя требует наличия карданного вала, а его конструктивные особенности не позволяют использовать все возможности без наличия специальных тоннелей. В свою очередь, тоннели для кардана занимают полезную площадь засчет уменьшения пространства в салоне;
• низкие показатели проходимости по бездорожью, возможны частые заносы.

Передний привод

Передний привод считается противоположностью заднего. В данном случае крутящий момент передается исключительно на переднюю пару колес, заставляя их вращаться. Впервые такой принцип в управлении автомобилем был серийно внедрен еще в 1929-ом году.

Достоинства переднего привода позволяют его использовать больше на автомобилях бюджетного сектора (например, Renault Logan). Однако в ГК Favorit Motors можно купить и коммерческие автомобили, оснащенные передним приводом (Citroen Jumper).

Важнейшим принципом в работе переднеприводного автомобиля считается полная совместимость механизма для передачи крутящего момента и устройства для управления машиной. Это совмещение, с одной стороны, позволяет упростить сам процесс вождения, а с другой — усложняет саму конструкцию привода.

В автомобилестроении с использованием переднего привода особенно четко следует использовать принципы расположения силового агрегата и коробки передач, чтобы управление ничем не затруднялось:

• Во-первых, основной способ расположения называется последовательной компоновкой (то есть двигатель и КПП размещены друг за другом по одной оси);
• Во-вторых, возможна и параллельная компоновка, когда силовой агрегат и трансмиссия размещены на одной высоте, но параллельно друг другу;
• В-третьих, используется и так называемая «этажная» компоновка — то есть мотор располагается выше КПП.

Преимущества авто с передним приводом

Автомобили, оснащенные передним приводом, считаются более бюджетными, так как их производство не подразумевает использования вспомогательных элементов (как, например, карданный вал и тоннели). Однако низкая цена — не единственный плюс переднеприводных автомобилей:

• хорошая вместительность салона (засчет отсутствия карданного вала);
• хорошая проходимость даже в условиях бездорожья;
• возможность управления на льду без заносов.

Недостатки авто с передним приводом

Из-за конструкции автомобиля водитель будет замечать следующие минусы в управлении:

• чувствительные вибрации кузова во время движения;
• большой радиус разворота, так как шарнир на колесах полностью совмещен с рулевым устройством;
• дороговизна ремонтных работ, так как потребуется менять комплектующие не только в устройстве переднего привода, но и в управлении рулем.

Полный привод

Полным приводом называется специальное устройство трансмиссии автомобиля, которое позволяет передавать крутящий момент сразу на обе оси. При этом обычно каждая пара колес получает равное количество энергии для движения.

Изначально автомобили, оснащенные полным приводом, рассматривались только в качестве вездеходов, однако позднее, в 1980-х годах, принципиальные разработки крупных концернов позволили внедрять принцип 4WD на легковые автомобили, что повысило их проходимость без ущерба для комфортности. На сегодняшний день одними из самых успешных систем полного привода можно назвать устройства AWD (Volvo) и 4Motion (Volkswagen). Новые автомобили с таким устройством всегда есть в наличии в ГК Favorit Motors.

Постоянные разработки в области применения полного привода позволили выделить сразу четыре основные схемы по его использованию:

• Подключаемый 4WD (иначе: Part-Time). Это самая простая и в то же время надежная схема полного привода. Суть ее работы заключается в том, что при обычном режиме эксплуатации авто работает только одна ось. В случае изменения дорожных условий (грязь, ямы, гололед и проч.) включается полный привод. Однако из-за чувствительной связи между двумя ведущими мостами может возникнуть так называемая «циркуляция мощности», что сказывается на сильном износе элементов и потерях крутящего момента.
• Постоянный 4WD (иначе Full-Time). Автомобили, подключенные к полному приводу по такой схеме, всегда используют все четыре колеса как ведущие. Обычно Full-Time подразумевает использование коробки-диффернциала, которая регулирует подачу крутящего момента на колеса в зависимости от дорожных условий.
• Постоянный по требованию 4WD (иначе: On-Demand Full-Time). По своей сути, это одна из разновидностей полного привода, однако подключение осуществляется в автоматическом режиме. Обычно одна ось (чаще передняя) подключена к 4WD постоянно, а вторая — частично, что позволяет на обычном покрытии не использовать две оси, а в случае необходимости — проводить подключение.
• Многорежимный 4WD (иначе: Selectable). Применяется на самых современных моделях. Полный привод может иметь разные режимы работы и корректироваться как самим водителем, так и автоматикой, в зависимости от дорожных условий.

Полноприводные транспортные средства могут иметь три возможных варианта компоновки:

• Во-первых, классическое расположение силового агрегата и коробки передач — двигательный аппарат находится под капотом, вместе с трансмиссией, и размещен продольно. Крутящий момент в этом случае передается через кардан.
• Во-вторых, возможно исполнение компоновки на основе переднего привода. То есть система 4 WD монтируется на переднеприводный автомобиль, что позволяет использовать задний мост только в качестве вспомогательного. Двигатель и КПП располагаются в передней части автомобиля.
• В-третьих, с задним размещением силового агрегата. Двигатель с трансмиссией размещаются у задней пары колес, при этом основной привод также приходится на заднюю ось. Подключение передней оси происходит как вручную, так и автоматически.

Преимущества авто с полным приводом

Разумеется, главнейшим достоинством автомобилей с системой 4WD считается их проходимость. Покорение бездорожья проходит легко, благодаря разумному распределению энергии двигателя на каждую ось и колесо в отдельности. Помимо этого, полный привод имеет и ряд других преимуществ:

• стабилизация движения (даже на поворотах и на высокой скорости автомобиль не уйдет в занос);
• отсутствие пробуксовки;
• наличие возможности перевозить тяжелые прицепы на любых дорожных покрытиях.

Недостатки авто с полным приводом

Повышенная тяга сказывается, прежде всего, на потреблении горючего:

• большой расход топлива;
• из-за усложненности устройства, ремонт оценивается достаточно высоко;
• шумы и вибрация в салоне.

Итоги

Выбирая себе автомобиль, стоит оценивать не только его внешние данные и технические характеристики, но и условия, при которых он будет эксплуатироваться. При передвижениях по городу нет особого смысла переплачивать за 4 WD, когда можно обойтись бюджетным переднеприводным авто.

Так же стоит иметь в виду и затратность в обслуживании автомобиля. В случае появления каких-либо дефектов или поломок, необходимо не только иметь дополнительные денежные средства на ремонт, но и знать, куда можно обратиться. Компания Favorit Motors предлагает профессиональную регулировку и ремонт всех типов приводов по доступным ценам.

Приводные валы

Крутящий момент, развиваемый двигателем ав­томобиля, должен передаваться через коробку передач и дифференциал на ведущие колеса, для чего в автомобилях используются приводные валы. При движении автомобиля колеса посто­янно перемещаются вверх-вниз, а управляемые передние колеса еще и поворачиваются впра­во-влево, что не позволяет применять жесткое соединение приводных валов с другими агрега­тами автомобиля. Если двигатель расположен спереди, а ведущие колеса — задние, то в качестве приводного используется вал с карданными шар­нирами (карданный вал).

Задача приводного вала — эффективно пере­давать крутящий момент от одного агрегата к другому, независимо от того, расположены они соосно или со смещением относительно друг друга.

Приводной вал должен работать в широком диапазоне частоты вращения и при этом обе­спечивать возможность достаточно больших взаимных перемещений соединяемых элементов во всех плоскостях. Разнообразие требований к шарнирам приводных валов привело к появле­нию самых разных вариантов привода.

История создания приводных валов

Всерьез о трансмиссии задумались создатели первых автомобилей. Сначала общепринятым был привод на задние колеса, так как решить про­блемы переднего привода не удавалось. В случае передних ведущих колес крутящий момент дол­жен равномерно передаваться не только при ли­нейном смещении колеса вверх-вниз, но и при повороте колеса из стороны в сторону.

Для заднего привода передача крутящего момента от двигателя к заднему мосту была реализована с помощью продольного вала с кар­данными шарнирами. Такой подход к решению проблемы был более простым, ведь углы откло­нения таких шарниров небольшие и не влияют на ходовые качества автомобиля.

Изобретение карданного шарнира восходит к XVI столетию; авторами считаются итальянец Джероламо Кардано и англичанин Роберт Гук.

В середине XVI века Кардано создал кольцевой шарнир, в котором корабельный компас оставал­ся в горизонтальном положении, несмотря на морскую качку.

В 1664 году Роберт Гук подтвердил патентом, что его кольцевой шарнир способен соединить концы двух несоосных валов, расположенных под углом друг к другу (рис. 2 «Универсальный шарнир Роберта Гука«).

Термины «карданный шарнир» или «шарнир Гука» и сегодня напоминают об этих двух авторах давнего изобретения.

С появлением переднего привода карданные шарниры использовались и там, но в связи с повышением требований к управляемости и ди­намике автомобиля поиск более оптимальной передачи крутящего момента привел к появлению шарниров равных угловых скоростей (ШРУС).

На современных легковых автомобилях кар­данный шарнир применяется только на продоль­ном карданном валу привода задних ведущих ко­лес, хотя и здесь постепенно сдает свои позиции. Различия между карданным шарниром и ШРУ­Сом объясняются в следующих главах.

На грузовых автомобилях карданный шар­нир по-прежнему используется на продольном карданном валу привода задних колес, а также в виде сдвоенного карданного шарнира — на по­перечных приводных валах.

В декабре 1926 года французские инженеры Пьер Фенай и Жан-Альбер Грегуар получили па­тент на изобретенный ими шарнир Tracta. Этот шарнир состоял из четырех деталей, соединен­ных скользящими направляющими. Чтобы не распадаться, он должен был постоянно находить­ся внутри полусферы.

Шарнир изготавливался на обычных универ­сальных станках и мог использоваться для пере­дачи большого крутящего момента, поэтому во время Второй мировой войны им оснащались многие французские, английские и американские полноприводные автомобили.

Для шарнира Tracta (рис. 3 «Деталировочный чертеж шарнира Tracta») впервые было использовано определение «гомокинети­ческий», которое и по сей день используется для обозначения шарниров равных угловых скоростей. Сам шарнир сегодня уже не приме­няется.

Как и в Европе, в Америке тоже пытались ре­шить проблему синхронного вращения, и 4 мая 1923 года Карл Вайсс запатентовал разработан­ный им вариант такого шарнира (рис. 4 «Чертеж к патенту шарнира Вайсса«).

Этот шарнир изготавливался с 1934 года, но его массовый серийный выпуск начался только после Второй мировой войны. До середины 80-х годов прошлого века он применялся на автомо­билях Mercedes-Benz.

В то время, как шарнир Вайсса допускал отклонение не более чем на 20° и применялся на автомобилях с задним приводом, шарнир Tracta мог работать уже под углом до 50°.

В современном автомобилестроении шарнир Вайсса, не в последнюю очередь из-за своей большой удельной массы, практически не при­меняется.

Самый распространенный в настоящее время ШРУС основан на патенте, который получил ин­женер Ford Альфред Ганс Рцеппа в июне 1933 года (рис. 5 «Чертеж к патенту шарнира Рцеппа«).

Для достижения современного технического уровня потребовалось много исследовательской работы. Главную роль в этом сыграли английская фирма Hardy Spicer и основанная в 1948 году немецкая компания по производству шарниров Lohr&Bulmkamp.

На базе шарнира Рцеппа, который не допускал осевого смещения, эти две фирмы разработали универсальный ШРУС с возможностью продоль­ного перемещения деталей.

Системы привода

Большая часть выпускаемых сегодня легковых автомобилей оснащается приводными залами с шарнирами равных угловых скоростей. От­дельные схемы привода ведущих колес по­казаны с гомокинетическими (от греческого homos = одинаковый и kine = двигаться) шарни­рами (рис. 6 «Схемы привода ведущих коле»).

При переднем приводе ведущими являются передние колеса. На приводных валах со стороны колеса при­меняются жесткие ШРУСы (без возможности продольного перемещения деталей), а со сторо­ны коробки передач — универсальные (с возмож­ностью продольного перемещения). Передние колеса — управляемые, поэтому угол поворота в шарнире со стороны колеса должен достигать примерно 50°.

Из-за поперечного расположения двигателя и связанной с этим асимметрии в моторном отсеке приводные валы могут быть разной длины.

При заднем приводе ведущими являются за­дние колеса. На приводных валах как со стороны колеса, так и со стороны коробки передач применяются универсальные ШРУСы, поскольку в этом случае шарнир — в отличие от переднего привода — дол­жен компенсировать только изменение длины ва­лов из-за хода подвески вверх-вниз.

При полном приводе ведущими являются все колеса. Шарниры приводных валов применяются точ­но так же, как на описанных выше переднем и заднем приводах. Крутящий момент от силового агрегата на задние или (при расположенном сзади двигателе) на передние колеса передается с помощью продольного вала.

Частота вращения валов в этом случае может достигать 6000 об/мин, поэтому продольные валы оснащаются высокооборотными шарнирами. Далее отдельные типы шарниров рассматриваются более подробно.

Общие показатели для приводных валов

Наряду с передачей усилия задачей приводных валов является и равномерная передача крутяще­го момента на ведущие колеса.

Угловая скорость

Приводные валы только с одним шарниром вра­щаются неравномерно.

Если два вала соединить простым карданным шарниром под определенным углом и вращать вал I с постоянной угловой скоростью ω₁ то вал II будет вращаться с неравномерной угловой скоро­стью ω₂ (рис. 7 «Приводные валы с одним шарниром«).

Эта неравномерность, часто называемая по­грешностью карданного шарнира, выражается в синусоидальном колебании угловой скорости вала II, как показано на графике цикла вращения 360° (рис. 8 «Изменение угловой скорости в зависимости от положения карданного шарнира«).

При 0°, 180° и 360° вилка шарнира на валу I расположена горизонтально и обладает меньшей угловой скоростью, чем в вертикальных положе­ниях 90° и 270°.

Такое ускорение и замедление крестовины шарнира соответственно изменяет и угловую ско­рость вала II.

Поскольку решению этой проблемы способ­ствуют угловое и параллельное смещение валов (за счет конструктивно обусловленного располо­жения элементов трансмиссии и достаточно эла­стичных опор), карданные валы автомобиля всег­да оснащаются двумя шарнирами. Это позволяет компенсировать неравномерно­сти вращения вала.

Максимальный угол в шарнире

Максимальный угол отклонения от горизонтали (рис. 9 «Угол в шарнире«) показывает, под каким углом может работать шарнир, соответствуя требованиям по равномерности передачи крутящего момента и долговечности.

В автомобильной технике максимальный угол в шарнире может составлять более 50°.

Схемы расположения карданных валов

Неизбежно возникающую неравномерность вра­щения можно компенсировать последователь­ным размещением двух шарниров на одном валу.

При этом различают два варианта их располо­жения: Z-схема и W-схема.

Z-схема

Z-схема или Z-изгиб представляет собой наибо­лее распространенный вариант применения кар­данного вала. В этом случае изгиб происходит только в одной плоскости (рис. 10 «Z-схема«).

Для абсолютно синхронного вращения веду­щего и ведомого валов, соединенных карданным валом, вилки шарниров этого общего вала долж­ны находиться в одной плоскости, а углы в шар­нирах должны быть одинаковы.

W-схема

Еще одним способом избежать нежелательных колебаний частоты вращения между валами I и II является W-схема их расположения (рис. 11 «W-схема«).

И в этом случае углы в карданных шарнирах должны быть одинаковыми, а их вилки — нахо­диться в одной плоскости.

Общее правило для Z-схемы и W-схемы за­ключается в том, что карданный вал и соединяе­мые им концы ведущего и ведомого валов долж­ны лежать в одной вертикальной плоскости.

В случае бокового смещения при использова­нии Z-схемы достаточно, чтобы пространствен­ный угол оставался минимальным.

Чтобы избежать нежелательных колеба­ний частоты вращения вала при использовании W-схемы, угол смещения необходимо высчитать заранее (рис. 12 «Боковое смещение«).

Источник https://online.favorit-motors.ru/article/tipy-privodov-i-sistem-polnogo-privoda

Источник https://press.ocenin.ru/privodnye-valy/

Источник

Источник