Проект
проект по физике (10 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

г. Боготол «Средняя школа №4»

Индивидуальный проект

на тему:

«Трансмиссии автомобилей»

Выполнил:

Вуткарев Роман Васильевич

Ученик 10А класса

МБОУ СОШ № 4

Руководитель проекта: Власова Татьяна Петровна учитель физики

МБОУ СОШ № 4

Г. Боготол, 2024

Оглавление

1. Введение
2. Виды трансмиссий
3. Механическая КПП

1. Историческая справка
2. Принцип работы механической КПП
3. Плюсы механической КПП
4. Минусы механической КПП

4. Автоматическая КПП

1. Историческая справка
2. Принцип работы автоматической КПП
3. Плюсы автоматической КПП
4. Минусы автоматической КПП

5. Роботизированная КПП

1. Историческая справка
2. Принцип работы, роботизированной КПП
3. Плюсы роботизированной КПП
4. Минусы роботизированной КПП

6. Вариативная (бесступенчатая) КПП

1. Историческая справка
2. Принцип работы вариативной КПП
3. Плюсы вариативной КПП
4. Минусы вариативной КПП

7. Вывод
8. Источники информации
9. Приложения

Введение

Актуальность

В настоящее время автомобильная промышленность выпускает большое количество моделей автомобилей. У покупателя в автосалоне возникает вопрос ,какую модель выбрать. Чаще всего вопрос, задаваемый дилеру, касается коробки передач. Именно от нее зависит ,как быстро авто придет в движение на светофоре ,плавность хода, максимальная скорость и т.д. Поэтому я решил изучить этот вопрос с точки зрения экономичности и практичности применения КПП.

Гипотеза

МКПП наиболее экономический механизм, а АКПП наиболее расходный механизм.

Цель

Выяснить ,какая КПП отвечает запросам покупателей.

Задачи

1. Рассмотреть устройство каждого вида КПП.
2. Выяснить преимущества каждой КПП.
3. Предоставить информацию в виде презентации.

Виды трансмиссий

Вековая история автомобилестроения преподнесла в существующий мир не только мощные и экологические двигатели, но и усовершенствованные КПП. В настоящее время в автомобили устанавливаются четыре вида КПП:

1. Механическая КПП (механика)
2. Автоматическая КПП (автомат)
3. Роботизированная КПП (робот)
4. Вариативная (бесступенчатая) КПП (вариатор)

Механическая коробка передач (механика, МКПП)

Историческая справка

Изобретение МКПП относят Карлу Бенцу. Механизм первоначальной коробки был очень прост. Агрегат КП был сделан из пары шкивов различного диаметра, они располагались на главном валу, шкивы совместить с валом двигателя с помощью ремешка. В связи со скоростью передвижения ТС ремень при помощи воздействия специально предусмотренный рычаг переставлялся с большего шкива на меньший. Это позволяет менять скорость оборотов ведущих колес. Нынешние механические коробки значительно изменились по отношению к тому механизму. Сегодня МКПП состоит из набора разных по количеству зубьев и диаметра шестерёнок, а изменение передаточного числа производится благодаря введению шестеренок в зубчатое зацепление с помощью рычага.

МКПП могут иметь различное количество передач. Самой распространённой МКПП является 5 ступенчатая. МКПП существуют двух вальные и трех вальные.

Двух вальными КП, оснащённые переднеприводные автомобили. Трех вальные КП устанавливаются на любые типы автомобилей. Такие КП устанавливаются как на переднеприводные, так и на заднеприводные авто.

Принцип работы МКПП

Работа МКПП отводится к кинематическому зацеплению на различных шестеренках входного и выходного вала различными комбинациями шестеренок с разным передаточным числом.
Каждая КП представляет собой набор шестеренок нанизанных на параллельные валы. Они расположенных в едином корпусе (картере). В трёх вальной коробке передач существует первичный, вторичный и промежуточный вал. Маховик двигателя соединяется с первичным (ведущим)через сцепление. Вторичный (ведомый) вал и карданный вал крепко скреплены между собой. Промежуточный вал нужен для передачи момента от ведущего вала к ведомому. Первичный вал и вторичный валы расположены друг за другом, ведомый вал опирается на шариковый подшипник, запрессованный в хвостовике ведущего. Жесткой связи между первичным и вторичным валом нет они независимы. Промежуточный вал КП располагается под ведущим и ведомым валами параллельно каждому из них, зачастую он смещен в сторону. На всех трех валах находятся блоки шестерёнок. Для снижения шумности работы КП используются косозубые шестерёнки.

На ведущем валу располагается ведущая шестеренка, способствующая движению промежуточного вала при зацеплении шестеренок. На промежуточном валу располагается блок промежуточных шестерёнок, шестерёнки которого крепко соединены с промежуточным валом и зачастую изготавливаются как единая литая деталь. На ведомом валу располагаются ведомые шестерёнки, которые могут или располагаться на продольных шлицах и свободно двигаться в продольном направлении, или свободно крутиться на нём, в таком случае их продольное движение невозможно, а передача включается благодаря зацеплению шестерёнки с валом движущейся на его шлицах сцеплением подключения передач, зачастую обеспеченной агрегатом, стабилизирующим угловые скорости вала и шестерёнки — синхронизатором. В несинхронизированных КПП спорткаров или спецтехники для достижения этой цели нередко делают механизм Олдема.

В двух вальной КПП есть только первичный и вторичный вал, а момент вращения сообщается с шестерёнок ведущего вала на шестерёнки ведомого. Движущиеся шестеренки или шестеренки постоянного зацепления с движущимися муфтами включения (зубчатыми) могут находиться как на ведущем, так и на ведомом валу.
Иногда для передачи крутящего момента с ведущего или промежуточного вала КП на ведомый вал пары шестерёнок могли замениться многорядные бесшумные зубчатыми цепями Морзе или же Рейнольда, что часто практиковалось на дорогостоящих Т.С. до повсеместного установления бесшумных косозубых шестерёнок непрерывного зацепа. Несмотря на это одна из шестеренок цепного привода изготавливалась как одно единое с валом, а соединённая с ней цепью другая (вторая) (как правило — располагавшаяся на ведомом валу) может быть жестко зафиксирована на своём месте на валу с помощью зубчатой или с помощью механизм Олдема, несмотря на это цепь начинала передавать момент вращения.

Переключение передач: Между шестерёнками вторичного вала располагаются шлицевая муфта. Разница от крепления шестеренок, они жёстко прикреплены к валу и крутятся совместно, но имеет возможность передвигаться по вдоль его оси. По количеству муфт включения (или подвижных шестерёнок, если они используются в конструкции заменяя муфты) отличают КП двухходовые, трёхходовые, и Т.Д. У трёхходовой КП есть три муфты включения, и любая из них способна заблокировать две шестерёнки на валу, относящиеся к определённой передаче - по-другому, у трёхходовой КП может быть от четырех до пяти передач вперед задняя передача. На четырёх ходовая КП может быть от шести до семи передач задняя передача или восемь передач без задней передачи. Последний способ зачастую применяется в сельскохозяйственной технике, где задняя передача сделана индивидуальным обратным-редуктором. На сторонах шестерёнок ведомого вала, повернутых к муфтам включения передач, имеют зубчатые венцы. Идентичный венец есть на заднем торце первичного вала. Встречные зубчатые венцы располагаются на муфтах включения передачи. При перемещении рычага переключения передач КПП, с помощью спец. привода благодаря ползунам приходят в движение вилки переключения КП, они же могут двигать муфты включения передач в продольном направлении. Спец. Блокирующий механизм или блокирующий механизм не допускают одновременного включения двух различных передач КП. Также он держит два ползуна в нейтрали (это когда никакая передача не включена) при передвижении третьего (в трехходовой КПП), что блокирует включение двух передач КП в одно и то же время. Когда муфта включения передвигается в направлении шестеренки нужной скорости, их зубчатые венцы смыкаются, и муфта включения соединяется с шестерёнкой определенной скорости, блокируя её. После соединения они крутятся вместе, и КП начинает передавать крутящий момент от двигателя на главную передачу через карданный вал.

Также в КП есть синхронизаторы нужны для плавного переключения и безударного включения скоростей в КП. Чтобы достигнуть такого результата, используются синхронизаторы, они уравнивающие ок. скорость шестеренки и муфты включения и не позволяющие муфте заблокировать шестеренку, пока скорости не сровняются. Из-за того, что этот процесс занимает некоторое время, без применения спец оборудования почувствовать сопротивление синхронизатора невозможно при переключении скоростей — водитель его не успевает ощутить.

Плюсы МКПП

1. Простота, дешевизна ремонта и обслуживания
2. Надежность
3. Высокий процент КПД (возможно использовать мощность двигателя в полном объеме)
4. Хорошая приемистость автомобиля водитель сам может выбрать стиль вождения
5. МКПП легче АКПП
6. возможен запуск двигателя «С толкача»
7. можно буксировать без помощи эвакуатора

Минусы МКПП

1. Сложность в эксплуатации
2. Неудобства в большом городе во время пробок
3. При переключении передач наблюдается потеря мощности

Автоматическая коробка передач (автомат, АКПП)

Изобретение АКПП в прямом смысле изменило весь мир. Введение данного изобретения очень сильно упростило протекание процесса использования транспортного средства, увеличило скорость передвижения и переключения скоростей, но путь к её изобретению был сложным и долгим. Доработки АКПП ведутся и на сегодняшний день, для того чтобы сделать ее дешевле, практичней и надежней. Первыми с АКПП пришли братья Стартевентовыиз США. Стартевентовы работали над изобретением в принципе новой КП до 1904 года и показали миру свой вариант АКПП.

Из-за множества недостатков проект казался недоработанным, поэтому массово не производился, а идея изобрести АКПП несколько ушла на 2 план. Так первым транспортным средством на трансмиссии АКПП стал шведский автобус, представленный в 1928 году. Трансмиссия массово устанавливалась на автомобиль с 1947 года на автомобилях BuickRoadmaster. Форд также внес неописуемый вклад в изобретение первой АКП. Несмотря на это, устройство АКПП было улучшено Карлом Бенц для автомобилей Mercedes-Benz, но АКП уже была изобретена. Он просто усовершенствовал её.

На самом деле АКПП изобрел армянин Асатур Сарафян. Из-за смены места жительства для развития взял псевдоним Оскар Банкер. Он стал обладателем первого патента на АКПП с гидротрансформатором. Это случилось в 1935 г. Несмотря на это он получить свой патент только спустя 7 лет веских доказательств. Несмотря ни на что GeneralMotors активно ставил АКПП в свои авто.

АКПП от армянского конструктора изменила автомобильную промышленность во всем мире. Во время следующих 10 лет будет происходить активная разработка и введение зубчатой ​​передачи практически во все автомобили. Самыми массовыми потребителями гидроблоков сцепления считаются бренды из США, а именно Chevrolet, Buick, Packard и др.

Принцип работы АКПП

Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента - это планетарный редуктор и гидравлическая система управления. Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно. Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.

Плюсы АКПП

1. Легкость эксплуатации (нет необходимости постоянно включать сцепление).
2. Отсутствие риска перегрузить двигатель (коробка-«автомат» сама выбирает оптимальный момент для переключения на повышенную или пониженную передачу).
3. Сокращенный промежуток времени между переходами с низшей ступени на высшую и обратно без потери мощности двигателя.

Минусы АКПП

1. Дорогой ремонт и обслуживание.
2. Большой вес агрегата (по сравнению с механической КПП).
3. Относительно невысокая приемистость автомобиля (наиболее характерно для гидромеханических АКПП).
4. Более высокий, по сравнению с «механикой», расход топлива (характерно для гидромеханических, роботизированных КПП и вариатора).
5. Невозможность буксировки автомобиля на гибкой или жесткой сцепке (только при помощи эвакуатора).
6. Отсутствие торможения двигателем в режиме Drive (для такого типа торможения приходится переключаться в режим пониженной передачи).
7. Небольшой по сравнению с механической КПП ресурс эксплуатации до капремонта (максимально — до 200 тысяч километров пробега).

Роботизированная коробка передач (робот, РКПП)

Историческая справка

Среди всех представленных сегодня КПП роботизированного типа именно POWERSHIFT занимает одно из лидирующих мест по применению в автомобильной технике. Этот преселективный агрегат характеризуется прекрасными техническими параметрами, имеет высокий показатель КПД и позволяет управлять ТС с максимальным комфортом. Рассмотрим КПП ПауэрШифт более подробно и изучим те его аспекты, которые требуют к себе повышенного внимания.Впервые про этот проект заговорили еще в 80-х годах минувшего столетия. Начали его инженеры компании Порше. Но в связи со слабым развитием электронной промышленности они так и не сумели довести свою работу до логического завершения.Одновременно с ними разработкой занималось еще несколько компаний. Среди них и изготовитель Getrag. Именно под этой торговой маркой в 2008 году появилась РКПП с мокрым сцеплением. Через 2 года вышел вариант со сцеплением сухого типа.Разработчик РКПП Powershift. Основание компании Getrag приходится на 1935 год. Штаб-квартира производителя все это время находится в Германии. Изначально вектор развития предприятия был направлен на изготовление зубчатых колес. При их производстве активно задействовались лучшие отраслевые решения и самые современные технологии.Именно благодаря такому подходу удалось добиться столь стремительного и успешного развития. Сегодня Гетраг по праву удерживает лидирующие позиции в своей сфере. Клиентами бренда являются свыше 13000 компаний, которые расположены в различных странах на самых разных континентах.

Принцип работы РКПП

Роботизированная коробка передач - это логическое продолжение развития механической коробки. Робот - это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической КПП и удобство автомата.Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:

1. С мокрым сцеплением - используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.
2. С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.

Плюсы РКПП

1. невысокую стоимость роботизированной коробки передач;
2. низкое потребление горючего и смазки (стандартный автомат потребляет в 3-4 раза больше масла);
3. простоту конструкции, легкость ремонта робота;
4. высокий ресурс сцепления, примерно на 45% выше конкурентов;
5. возможность менять режимы управления передачами;
6. более быстрые переключения передач.

Минусы РКПП

1. Дёрганое переключение передач; импульсное,неплавное
2. невозможность буксировки автомобиля;
3. езда на роботизированной коробке предусматривает постоянное переключение в нейтральноеположение рычага передач при остановках на светофорах. Невыполнение данного требованиябыстро изнашивает и выводит из строя механизм сцепления.

Вариативная (бесступенчатая) КПП (Вариатор, CVT)

Историческая справка

Вариатор сегодня многим представляется новым решением. Однако это совсем не так, принцип его конструкции придуман еще в 1490 году гением эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Среди его эскизов – изображение конструкции из двух конусных валов, расположенных вершинами навстречу друг другу на параллельных осях.Первые патенты на вариаторы были выданы в США в XIX веке.Обозначилось два основных вида вариаторов, пригодных для практического использования, – клиноременный и торовый. При том, что у них различаются способы передачи и изменения крутящего момента, имеются и общие сходные компоненты – устройство соединения с двигателем (многодисковая муфта, гидротрансформатор) и реверсивный блок (планетарный редуктор заднего хода).Так получилось, что серийно клиноременный вариатор начали устанавливать в первую очередь на мотоциклы, а не на автомобили. Пример – 500-кубовый Rudge-Multi 1910 года с кожаным клиновым ремнем. Правда, его вариатор был с ручным управлением. Позже, со второй половины 40-х годов XX века, мотоциклы и мопеды оснащали усовершенствованными вариаторами. А в настоящее время почти вся легкая мототехника типа скутеров, как и снегоходы, ездит на клиноременных вариаторах.Ставить вариаторы на автомобили попробовали в 30-е годы XX века, но широкого распространения они не получили.

Принцип работы CVT

Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль. Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары. Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT - это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму. Принцип работы заключается в следующем - сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.

Плюсы CVT

1. Плавный ход
2. Динамика разгона
3. Увеличенный КПД
4. Экономичный топливный расход
5. Минимальная выраженность шумов и вибраций
6. Конструктивная простота

Минусы CVT

1. Электронный контроль
2. Уязвимость для перегрева
3. Недешевое обслуживание

Вывод

Для меня больше всего вызывает интерес роботизированая коробка КПП, потому что я люблю высокую динамику разгона при резком нажатии на газ и плавность хода при плавной подачи газа. Также она достаточно экономична и у нее малые провалы мощности при переключении с передачи на передачу как в верх, так и вниз.

Будучи покупателем автомобиля я бы приобрел себе роботизированную КПП, потому что она подходит моим требованиям.

Источники информации

2. #1052;еханическая_коробка_передач
7. #:~:text=К%20плюсам%20Роботизированная%20коробка%20передач,передачами%3B%20более%20быстрые%20переключения%20передач