за счет чего крутятся колеса автомобиля
Как двигатель крутит колеса
Крутящий момент от двигателя проходит следующий путь: коленчатый вал, коробка переключения передач, карданный вал, редуктор заднего моста, полуоси и колеса. Это на классике (ведущий задний мост). На переднеприводных, практически все тоже самое, только там после коробки передач идут карданы угловых скоростей.
Крутящий момент это одна из важных составляющих в динамике автомобиля. И чем он выше тем лучше это для вас и вашего авто. А передаётся крутящий момент на колёса очень просто, через коленвал на трансмиссию с трансмиссии уже на колёса. И не меньше важно что бы с колёс крутящий момент полностью без потерь передался на дорогу, то есть чем лучше сцепление колёс с дорогой,тем больше эффекта от крутящего момента, тем быстрее динамика вашего авто.
Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.
Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.
Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.
Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.
Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.
Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:
Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.
При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.
Передача КМ к ведущим колесам
Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.
Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.
» alt=»»>
В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.
Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.
В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.
Максимальный и номинальный КМ
В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.
Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.
Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.
Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.
На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.
На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.
Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.
Как увеличить КМ
» alt=»»>
Как увеличить крутящий момент двигателя? Увеличение КМ осуществляется практически аналогично увеличению такого показателя, как мощность двигателя. Для этого необходимо произвести доработку самого мотора или его агрегатов.
Увеличения динамики разгона можно добиться и путем коррекции механизма передачи крутящего момента к ведущим колесам. Для этого необходимо установить в коробку передач шестерни с большим передаточным числом. Следует помнить, что увеличение КМ будет означать снижение максимальной скорости авто.
Увеличения динамики разгона можно добиться и с помощью чип-тюнинга. При этом заводская программа с блока управления двигателем заменяется на альтернативную, изменяющую параметры работы силового агрегата в ту или иную сторону.
Может ли крутиться колесо, если крутящий момент на нем равен нулю? И куда вообще девается этот момент по дороге от маховика двигателя к колесам?
PRIVOD
Мы перестали спорить в курилках на технические темы. А жаль. Какой нормальный мужик откажется побазарить о том, как распределяется по колесам крутящий момент мотора? Или хотя бы постоять рядом, храня молчанье в важном споре. Не сериалы же нам обсуждать!
Про мощности и скорости спорить неинтересно, а вот момент — дело другое! Разброд мнений здесь гарантирован. По секрету скажем, что даже «доценты с кандидатами» сгоряча давали противоположные ответы на простые, казалось бы, вопросы. В итоге истину удалось постичь только после длительной дискуссии с представителями заводов ГАЗ и УАЗ и нескольких профильных вузов, а также в результате консультаций с зарубежными коллегами.
Предлагаем всем желающим попытаться найти правильные ответы в предложенных нами ситуациях. А предварительно перечислим условия, которые следует учитывать при выборе правильного варианта.
Во всех ситуациях условно считаем, что трение и прочие потери отсутствуют как класс. Нагрузки на колеса — одинаковые. Продольная и поперечная развесовки — равномерные. Условия сцепления шин с покрытием — одинаковые, если иное не оговорено. Все дифференциалы — симметричного типа. Момент, передаваемый двигателем на конкретный дифференциал, условно принимаем за 100%.
2-uslovn-Zalacha-diff-CP-222
ВОПРОС № 1
2-1-Zalacha-diff-CP
Автомобиль сел на брюхо и беспомощно крутит ведущими колесами в воздухе. Чему при этом приблизительно равен момент на маховике двигателя?
Б — зависит от оборотов
В — заявленной паспортной величине
Г — зависит от включенной передачи
Правильный ответ: А
Тем, кому непонятен ответ, поясняем: момента без сопротивления не бывает! Представьте себе электрическую розетку, рядом с которой стоит неподключенный утюг. Напряжение в розетке есть, но отдаваемый ток — нулевой. Так и здесь: двигатель не совершает никакой полезной работы, колеса не встречают сопротивления, а потому и момент отсутствует.
* Если это понятно, то даем задание более сложное — уже с участием дифференциала. Тем, кто подзабыл, что это такое, рекомендуем заглянуть в подсказку ниже.
C чем его едят
1-2-Zalacha-diff-CP
Дифференциал (от лат. differentia — разность, различие) — механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес с разными скоростями (например, в повороте). Реальные условия движения автомобиля обусловливают разницу в угловых скоростях его колес. Почему? Потому, что они проходят пути разной длины (в повороте или по неровностям) и радиусы качения также различны. Поэтому ведущие колеса работают с участием межколесных и межосевых дифференциалов — чтобы не возникал так называемый паразитный (тормозящий) крутящий момент на одном из колес, как это бывает на поворотной оси телеги с цельной осью. Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами поровну, называют симметричным.
ВОПРОС № 2
Автомобиль ВАЗ‑2107 едет по кругу на четвертой передаче. Как приблизительно распределены моменты на его задних колесах?
2-2-Zalacha-diff-CP
Б — обратно пропорционально частоте вращения каждого из колес
В — в зависимости от силы сцепления с дорогой и от нагрузок
Г — прямо пропорционально частоте вращения каждого из колес
Правильный ответ: А
Моменты распределены поровну: по-другому симметричный дифференциал просто не умеет себя вести. Напоминаем, что трение и прочие потери мы условились не учитывать
*Если и это понятно, то усложняем вопросы.
ВОПРОС № 3
У ВАЗ‑2107 при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Как приблизительно распределены моменты на задних колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-3-Zalacha-diff-CP
А — 100% на вращающемся колесе и 0% на неподвижном
Б — на обоих колесах момент равен нулю
В — в зависимости от сцепления неподвижного колеса с дорогой
Г — пропорционально оборотам двигателя
Правильный ответ: Б
Почему нулю, если колесо крутится? Дело в том, что полезной работы двигатель не совершает. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому и момент на нем нулевой. На неподвижном колесе, само собой, момент также равен нулю.
*Теперь переходим к полноприводным автомобилям: здесь к межколесным дифференциалам добавлен межосевой.
ВОПРОС № 4
Chevrolet Niva едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка межосевого дифференциала. Каково приблизительное соотношение моментов на всех колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-4-Zalacha-diff-CP
А — по 25% на каждом
Б — по 50% на каждом
В — пропорционально оборотам двигателя
Г — на колесах каждой оси моменты делятся поровну, а распределение по осям — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: Г
Межколесные дифференциалы на каждой из осей делят моменты поровну, как и в предыдущих примерах. Если бы межосевой дифференциал оставался свободным, каждому колесу досталось бы по 25% крутящего момента. Но водитель его заблокировал, а потому распределение между осями стало зависеть от конкретной дорожной ситуации. В пределе (колеса одной из осей стоят на сухом асфальте, а колеса другой — на гладком льду) практически весь момент реализуется на асфальте.
*А теперь предположим, что мы немножко застряли.
ВОПРОС № 5
У вседорожника Chevrolet Niva при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Водитель заблокировал межосевой дифференциал. Как приблизительно распределены моменты на всех четырех колесах?
2-5-Zalacha-diff-CP
А — на вывешенном колесе 0%, на втором колесе той же оси 0%; на другой оси моменты на каждом из колес равны половине момента, поступающего на ее дифференциал от двигателя
Б — на вывешенном колесе 0%, на остальных — по 33,3% момента, поступающего от двигателя
В — на всех колесах по 25% момента, поступающего от двигателя
Г — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: А
Висящее в воздухе колесо не работает — следовательно, момент на нем нулевой. То же относится к другому колесу на этой оси: незаблокированный межколесный дифференциал обеспечил равенство. А вот другая ось работает в штатном режиме. И ненулевые моменты на ее колесах при свободном межколесном дифференциале равны между собой.
*Теперь попробуем заблокировать межколесный дифференциал!
ВОПРОС № 6
Полноприводный вседорожник едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково приблизительное соотношение моментов на колесах?
2-6-Zalacha-diff-CP
А — на каждом по 25% момента, поступающего к межосевому дифференциалу от двигателя
Б — на каждом по 50% момента, поступающего от двигателя
В — зависит от оборотов мотора
Г — на передних колесах по 25%. Остальные 50% распределяются между задними колесами пропорционально нагрузке на них и силам сцепления.
Правильный ответ: Г
Благодаря работающему межосевому дифференциалу задний мост получает столько же ньютон-метров, сколько и передний. Но реальное соотношение моментов на его колесах уже зависит от конкретной дорожной ситуации, поскольку блокированный межколесный дифференциал ничего не выравнивает. Если одно из колес зависнет в воздухе, то всё достанется второму колесу, а если сцепление одинаковое, то и дележ будет равным. Поэтому соотношение моментов определяется нагрузками и силами сцепления. ;
*Попытаемся застрять еще раз.
ВОПРОС № 7
У полноприводного вседорожника при включенной передаче одно заднее колесо вывешено в воздухе. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково примерное соотношение моментов на колесах, если условно принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-7-Zalacha-diff-CP
А — 100% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Г — 50% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Правильный ответ: Г
Межосевой дифференциал поделил моменты между осями поровну. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому его момент равен нулю. За него отдувается другое колесо на этой оси, толкающее машину, — и весь передающийся назад крутящий момент (50% общего) достается именно второму колесу.
*Напоследок напомним основные принципы, которые помогут разобраться в моментах, осях и дифференциалах.
Всем удачи на дорогах — без зависших колес и нулевых моментов!
Как работает дифференциал
Дифференциал состоит из корпуса (1), шестерен-сателлитов (2) и полуосевых шестерен (3). Корпус обычно совмещен с ведомой шестерней главной передачи (4). Шестерни-сателлиты играют роль планетарного механизма и соединяют полуосевые шестерни с корпусом дифференциала. Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колесами через полуоси.
Ведомая шестерня главной передачи вращает корпус с сателлитами, который в свою очередь вращает шестерни полуосей. Когда автомобиль движется идеально прямо, сателлиты неподвижны относительно своих осей. Но как только движение становится неравномерным (например, при повороте), сателлиты начинают собственные фуэте, ускоряя одну полуось и замедляя другую.
Если сцепление колес с покрытием разное, то крутящий момент, реализуемый на скользком покрытии, ограничен коэффициентом сцепления шины с дорогой. Чем меньше сопротивление, тем ниже момент на этом колесе. Но таким же становится момент и на другом колесе той же оси. А вот если заблокировать дифференциал, то дележка моментов между колесами происходит в соответствии с силами их сопротивлений (или сцеплений) с дорогой.
В так называемых дифференциалах повышенного трения сателлиты изначально лишены возможности вращаться свободно. Это сделано как раз для того, чтобы при вывешивании или проскальзывании одного колеса машина беспомощно не застревала. Если с обычным дифференциалом в таких случаях моменты на колесах падают до нуля, то его «коллега» с повышенным трением оставляет им запас, равный заложенному в него моменту трения! Получается эдакий облегченный вариант полной блокировки, помогающий выбраться из неприятных ситуаций, если это позволяет сила трения на колесе с лучшим сцеплением.
То налево, то направо: почему машину тянет в сторону?
Когда машину уводит в сторону, это всегда неприятно. Особенно неприятно, что поиск причины этого явления может затянуться. Попробуем разобраться, отчего машину может тянуть в сторону и как быстрее найти истинную причину этого безобразия. Для простоты рассмотрим три ситуации: увод в сторону при прямолинейном равномерном движении, при разгоне и при торможении.
Кроме этого…
Есть ещё одна ситуация, которую я вынесу отдельно: машину не уводит, но есть разница в усилиях при повороте направо и налево. Тут, кроме чисто механических причин, о которых мы поговорим ниже, есть ещё некоторые электронные, с которыми мы сегодня разбираться не будет. Классический пример – это Mazda 6 (GH) с её вечно умирающим датчиком угла поворота рулевого вала. Кроме этого бывает, умирает рулевая рейка с ГУРом, что тоже иногда проявляется подобным образом: в одну сторону руль крутится легче, чем в другую. Это встречается не так уж часто, а владельцы «шестёрок» и так знают, какой ремкомплект заказывать и как его менять. Поэтому мы займёмся более распространёнными причинами увода в сторону. И начнём с самого простого – с прямолинейного движения.
Только не прямо!
Итак, при равномерном движении по прямой машину тянет в сторону. Что смотреть первым делом? Сначала включим режим капитана Очевидности: смотрим шины. Если они все накачаны равномерно и давление правильное (оно указано в документации к автомобилю), прогоняем Кэпа мокрой тряпкой и начинаем думать.
И опять же сначала проверим, что попроще: потрогаем диски колёс. Если какой-то из дисков теплее или даже горячее остальных, в первую очередь придётся проверить тормозной суппорт. Чаще всего колёса греются именно из-за подклинивания суппортов. А если суппорт закис и не отпускает колодки, колесо тормозит и тянет за собой машину.
В особо запущенных случаях, если долго ездить с заклинившим суппортом, можно доездиться до смерти ступичного подшипника из-за его постоянного перегрева. Из него просто вытечет смазка, и подшипник погибнет мучительной и глупой смертью. В этом случае машину будет тянуть ещё сильнее.
Конечно, ступичные подшипники умирают и при исправных суппортах. Поэтому, если с тормозами всё в порядке, подшипники проверить всё-таки тоже придётся. Правда, прежде чем тащить машину в сторону, подшипник будет долго и очень громко выть, так что его неисправность можно заметить намного раньше. Но если по каким-то причинам этого не случилось, можно поддомкратить колесо и покачать его из стороны в сторону. Если люфт есть, значит, подшипника уже нет. Довести его до такого состояния сложно, но возможно.
Чаще, чем подшипник, в уводе на прямой виноваты неправильно установленные углы развала и схождения. Самому их проверять сложно (хотя умельцы довольно точно осуществляют это с помощью бечёвки, линейки, лазерной указки и прочих подручных средств), поэтому лучше сделать это в автосервисе. По большому счёту, проверять это нужно хотя раз в два года, но все мы прекрасно понимаем, что идеал недостижим, и углами у нас интересуются чаще только после того, как из-за их кривизны сожрёт комплект новых шин. Лучше до такого не доводить.
Есть ещё одна причина, по которой машину будет тащить в сторону. Это если кое-кто кое-что неправильно отремонтировал. Точнее, заменил парную деталь с одной стороны, но не стал менять с другой. Амортизатор, пружину, стойку стабилизатора, наконечник рулевой тяги или что-то подобное. Так делать не надо. Всё парное нужно менять именно парами. Поэтому, если машину стало тянуть вбок после такого ремонта, удивляться не следует.
Очень частая причина – это люфты в рулевом механизме. Наконечники рулевых тяг, тяги и саму рейку тоже придётся проверить. К счастью (или к сожалению), всё это обычно выдаёт себя приличным стуком, который поможет понять, что пора бы уже заехать на подъёмник.
Наконец, неисправности в ходовой части. Их может быть много: от разбитой шаровой опоры до сломанной стойки стабилизатора, его изношенной втулки или порванного сайлентблока. Но при таких поломках машину активнее ведёт в сторону при разгоне и торможении, поэтому перейдём к ним.
Я вперёд, а ты налево
Начнём с торможения. Конечно, в первую очередь при уводе нужно проверять тормоза, это очевидно, поэтому на этом останавливаться не буду. Проще всего заехать на тормозной стенд и убедиться, что разница в тормозных силах не слишком велика. Заметнее увод в сторону будет при проблеме в тормозах на передней оси. Возможно, что неисправность связана с некорректной работой ABS. Одним словом, стенд всё покажет сам.
Вторая причина – это как раз проблемы в подвесках, из них наиболее вероятные – неисправности пружин, амортизаторов и сайлентблоков. То есть всего, что начинает работать, когда машина при торможении прижимает нос к земле и пытается приподнять заднюю часть.
Поиск в этом случае проще всего начать с обычной диагностики ходовой части. То есть загнать машину на подъёмник и монтажкой методично давить всё, что имеет соединения, особенно резиновые. Кстати, не стоит забывать про подрамники. Если они по какой-то причине отваливаются от машины (например, сгнили к чёрту), машина на дороге и особенно при торможении и разгоне будет вести себя неадекватно.
Амортизаторы лучше проверить на вибростенде. Тут, как и с тормозами, нужно убедиться, что их эффективность справа и слева более-менее одинаковая. Если совсем лень куда-то ехать, можно оценить амортизаторы (а заодно и пружины) по старинке, глазами и руками. Если даже невооруженным глазом видно, что расстояние между колесом и аркой крыла с одной стороны больше, а другой меньше, то на стенд ехать уже не надо. Можно сразу записываться на ремонт (скорее всего, лопнул виток пружины). И для полного спокойствия так же по старинке можно покачать машину вверх-вниз. Если раскачка с разных сторон будет заметно отличаться, то на стенд тоже можно уже не ехать, а заняться заменой амортизаторов. Правда, для такой диагностики нужен хотя бы минимальный опыт, так что надёжнее всё-таки довериться стендам.
Если машина пытается убежать на обочину или на встречку при разгоне, в первую очередь нужно проверять все те элементы ходовой части, что и в предыдущих абзацах. Но к этому ещё надо добавить проверку некоторых элементов трансмиссии. Начать можно со ШРУСов, хотя их поломки обычно проявляют себя другим способом. Но всё же если пыльники давно порваны и шарниры уже пострадали от грязи, они могут подклинивать в любой ситуации, а не только хрустеть в поворотах.
Вторым на очереди стоит дифференциал. Быстренько проверить его не так уж сложно. Нужно вывесить переднюю ось (если речь идёт о переднеприводом автомобиле) и покрутить одно колесо. Второе должно потихоньку крутиться в обратную сторону. Для контроля можно застопорить одно колесо (попросить подержать его товарища) и попытаться провернуть другое. Крутится – хорошо. Конечно, эта методика не позволяет оценить состояние дифференциала полностью – всё-таки надо хотя бы посмотреть масло на предмет наличия в нём стружки, а ещё лучше – сами шестерни. Всё это, особенно последнее, заметно сложнее, но совсем запущенный случай обнаружить позволит.
В редких случаях может быть виноват подвесной подшипник вала привода (если он есть). Симптомы его поломки другие (сначала он начинает гудеть, потом появляется вибрация), но если совсем ничего найти не получается, можно посмотреть и на его состояние.
Ещё одна не совсем очевидная причина – состояние сайлентблоков задних рычагов. В первую очередь – гидронаполненных, также известных как «плавающие».
Часть описанного проявляется очень редко, и в первую очередь при разгоне причина увода будет более очевидной и связанной с убитыми сайлентблоками и люфтами в рулевом механизме.
В двух словах
Напоследок напомню, что иногда увод в сторону при резком ускорении – вещь совершенно нормальная для некоторых переднеприводных автомобилей. Если у машины стоят приводы разной длины и нет никаких систем, компенсирующих эту разницу, при сильном нажатии на газ попытка поехать в сторону пугать не должна.
И ещё надо помнить, что все резинотехнические изделия со временем теряют свои свойства. Поэтому старые сайлентблоки на пробежных машинах могут иметь разную жёсткость с правой и левой сторон. Даже если они ещё не растрескались, они всё равно могут придать поведению автомобиля на дороге некоторые особенности. Естественно, неприятные.