Основной критерий оценки трансмиссий — степень их приближения по свойствам к идеальной трансмиссии, позволяющей постоянно загружать двигатель на максимальную мощность вследствие автоматического изменения скорости движения в соответствии с изменением дорожных условий. Поэтому сравним различные трансмиссии с точки зрения их удовлетворения основным требованиям, предъявляемым к идеальным трансмиссиям (таких требований 29, включая технические, конструктивные, экономические, эксплуатационные и эргономические).
Из 29 требований, предъявляемых к идеальным трансмиссиям, механическая удовлетворяет 12-ти, гидромеханическая — 21-му, гидрообъемная — 24-м, электрическая — 25-ти. Очевидно, что гидрообъемные и электрические трансмиссии очень близки по свойствам к идеальной. Однако этим же трансмиссиям свойственны такие недостатки, как значительная масса и габариты, пониженный КПД, сравнительно высокая стоимость, повышенный расход дефицитных материалов. Вследствие этого их применение в автомобилестроении ограничено.
Из бесступенчатых трансмиссий в автомобилестроении широко распространены гидромеханические трансмиссии, состоящие из гидродинамического преобразователя крутящего момента (гидротрансформатора) и работающего в сочетании с ним шестеренного редуктора того или иного типа. Гидротрансформатор автоматически бесступенчато изменяет передаточное число трансмиссии в соответствии со значением внешних сопротивлений движению. С его помощью можно плавно разгонять автомобиль без прекращения подвода мощности к ведущим колесам при переключениях передач. Таким образом, применение гидромеханической трансмиссии существенно влияет на динамику автомобиля.
При передаче крутящего момента в гидротрансформаторе используется кинетическая энергия циркулирующей в нем жидкости (масла небольшой вязкости). В простейшем виде гидротрансформатор состоит из центробежного насоса, вращаемого коленчатым валом двигателя, турбины, соединенной механическим приводом с ведущими колесами автомобиля, и реактора, представляющего собой неподвижно закрепленное лопастное колесо. Колеса гидротрансформатора — насосное, турбинное и реакторное — образует замкнутую полость, в которой происходит непрерывное движение жидкости от насоса к турбине и на лопасти реактора, а оттуда обратно в насос. Поток масла, вытекающий из насоса, приводит во вращение турбинное колесо.
При установившемся режиме работы гидротрансформатора сумма крутящих моментов, действующих на его колеса, равна нулю. Это положение выражается основным уравнением гидротрансформатора:
Мт=Мнас + Мр.
где AfT, Мнас и Мр — крутящие моменты соответственно турбины, насоса и реактора.
Из данного уравнения видно, что крутящий момент, передаваемый от вала насоса к валу турбины, преобразуется под действием крутящего момента Мр, создаваемого реактором. Возникновение момента Мр вызвано тем, что лопасти неподвижного реактора изменяют направление потока масла при его движении; из турбины в насос. Изменяя форму лопастей реактора, добиваются увеличения момента на валу турбины относительно момента на валу насоса. Если реактор отсутствует или свободна вращается в потоке, то крутящий момент не преобразуется,, и гидротрансформатор начинает выполнять функции гидромуфты.
Преобразующее действие гидротрансформатора характеризуется коэффициентом трансформации:
Коэффициент трансформации изменяется автоматически в зависимости от условий работы автомобиля. Если внешние сопротивления движению возрастают, то скорость автомобиля и одновременно частота вращения турбинного колеса снижаются. При этом коэффициент трансформации повышается, достигая наибольшего значения при полностью заторможенном вале турбины. С уменьшением сопротивлений движению и увеличением частоты вращения турбины коэффициент трансформации понижается. Автоматичность работы гидротрансформатора достигается благодаря тому, что в зависимости от частоты вращения турбины изменяется воздействие потока жидкости на ее лопасти.
Кинематическое соотношение в гидротрансформаторе принято характеризовать передаточным отношением, т. е. величиной, обратной передаточному числу. Передаточным отношением trT гидротрансформатора называется отношение частоты вращения пт ведомого вала (вала турбины) к частоте вращения пнас ведущего вала (вала насоса), т. е.
trT = ят/лнаС.
КПД гидротрансформатора
Лгт ~ MTn7/AiHacnmc—knirT.
Значения крутящих моментов насоса и турбины зависят от типа гидротрансформатора, его размеров, частоты вращения ведущего вала и применяемой рабочей жидкости. Их рассчитывают по формулам
Л1„ас = ^РрЛ2нас^5;
MT = X2ppn2mcD5, 
где Я| и fa— соответственно коэффициенты первичного и вторичного моментов гидротрансформатора, определяемые в процессе опытов; рР — плотность, рабочей жидкости; D — наружный диаметр рабочей полости гидротрансформатора.
На автомобилях применяют гидротрансформаторы с прозрачной и непрозрачной характеристикой.
В гидротрансформаторе с непрозрачной характеристикой изменение частоты вращения и нагрузки турбины не влияет на режим работы насоса. В этом случае частота вращения и крутящий момент двигателя зависят только от положения дроссельной заслонки карбюратора или топливной рейки насоса и при заданном их положении остаются постоянными независимо от нагрузки на валу турбины. В гидротрансформаторах с непрозрачной характеристикой коэффициент первичного момента fa на всей характеристике приблизительно постоянен. С помощью-такого гидротрансформатора двигатель изолирован от изменяющихся внешних воздействий.
Особенность прозрачного гидротрансформатора заключается в том, что режим работы соединенного с ним двигателя зависит от нагрузки на валу турбины, а следовательно, от условий движения. Обычно гидротрансформатор с прозрачной характеристикой выполняют таким образом, что при постоянном положении устройства, регулирующего подачу топлива в цилиндры двигателя, частота вращения коленчатого вала с увеличением скорости автомобиля повышается, а с уменьшением скорости' понижается. Вследствие этого при больших сопротивлениях движению двигатель работает в области высоких крутящих моментов, а при уменьшении сопротивлений — в области повышенной частоты вращения с использованием соответственно больших мощностей. В результате динамические качества автомобиля улучшаются. Однако преобразующие свойства обычных трехколесных гидротрансформаторов с прозрачной характеристикой ниже, чем у гидротрансформаторов с непрозрачной ха­рактеристикой. Их максимальный коэффициент трансформации в большинстве случаев лишь немного больше двух, в то время как для гидротрансформаторов с непрозрачной характеристикой fen max = 3...4. Для повышения преобразующих свойств гидротрансформаторов с прозрачной характеристикой приходится значительно усложнять их конструкцию, в частности применять-многоступенчатость, чтобы жидкость проходила через несколько* последовательно расположенных турбин.
Степень прозрачности характеристики гидротрансформатора принято характеризовать отношением крутящего момента насоса при заторможенной турбине (irT=0) к его крутящему моменту при коэффициенте трансформации krT=\. В соответствии с этим коэффициент прозрачности характеристики гидротрансформатора
П = Мнас ( /гт=0)/М„ас (*fT-l) = h ( 0)^-2 (J^-l)- 
Характеристика гидротрансформатора считается практически непрозрачной, если коэффициент Л<1,2.
Основной недостаток гидротрансформаторов — относительно невысокий КПД. Из-за больших потерь энергии на преодоление сопротивлений движению потока жидкости по лопастям колес и в других участках меридионального сечения рабочей полости КПД гидротрансформаторов ниже, чем у обычных механических коробок передач. Максимальный КПД даже улучшенных гидротрансформаторов не превышает 90...92%, причем эти значения сохраняются лишь в ограниченном интервале передаточных отношений i'rr. По мере отклонений от этого интервала углы атаки, под которыми потоки жидкости поступают на лопасти колес, увеличиваются, что приводит к росту затрат мощности.
Один из способов предотвращения работы гидротрансформатора на невыгодных для него режимах — блокировка гидротрансформатора на соответствующих участках движения автомобиля. Для этого вал насоса соединяют специальной блокировочной муфтой обычного фрикционного типа с валом турбины, в результате чего гидротрансформатор выключается из трансмиссии автомобиля.
С этой же целью применяют так называемые комплексные гидротрансформаторы, обладающие тем свойством, что при снижении коэффициента трансформации до единицы они автоматически переходят на режим гидромуфты, КПД которой при •больших передаточных отношениях i„ выше КПД гидротрансформатора. Достигается это соединением реактора с корпусом гидротрансформатора через муфту свободного хода.
При больших внешних нагрузках турбина вращается значительно медленней насоса. Вытекающий из нее поток жидкости, ударяясь о лопасть реакторного колеса, заклинивает муфту и закрепляет, таким образом, реактор в неподвижном положении. При уменьшении внешней нагрузки скорость вращения турбины возрастает. При определенных значениях передаточного отношения iVt направление потока, вытекающего из турбины, изменяется и он ударяет в лопасти реакторного колеса с про­тивоположной стороны. Муфта свободного хода при этом расклинивается, а реактор, не имея опоры, начинает вращаться и перестает выполнять функции преобразователя момента Мк.
При работе гидротрансформатора на режиме гидромуфты
• Лгт-1.
Совместная установившаяся работа двигателя с гидротранс­форматором возможна в точках пересечения кривых крутящих моментов Мнас (рис. 79) насоса и Мк двигателя. На входной характеристике гидротрансформатора с непрозрачной характеристикой это точки а, б и в (рис. 79, а). В данном случае каждому углу открытия дроссельной заслонки соответствует единственно возможный режим совместной работы двигателя с гидротрансформатором, который остается постоянным независимо от условий движения автомобиля.

В случае применения гидротрансформатора с прозрачной ха­рактеристикой режим работы двигателя при одном и том же* угле открытия дроссельной заслонки может быть разным в зависимости от передаточного отношения гидротрансформатора. Например, на рисунке 79, б кривая Мк крутящих моментов двигателя, соответствующая углу <ц открытия дроссельной заслонки, пересекается с кривой крутящего момента AfHac в точках а,, б и в.
Чтобы построить динамическую характеристику автомобиля* с гидромеханической трансмиссией, необходимо предварительно определить значения касательной силы тяги, развиваемой? таким автомобилем при разных скоростях движения и полной* загрузке двигателя.
Касательная сила тяги
а скорость движения (без буксования ведущих колес) v = 2nrKnT/iu = 2nrKnMcir7/iu,
где т|м и 1м — соответственно КПД и передаточное число механической части-трансмиссии, расположенной между гидротрансформатором и ведущими колесами.
На рисунке 80, а построен график зависимости Рк=1('о) для автомобиля с гидротрансформатором, имеющим непрозрачную» характеристику. На оси абсцисс правого квадранта отложены скорости v автомобиля. Сначала в этом квадранте построена вспомогательная кривая in=f(v). В гидротрансформаторе с непрозрачной характеристикой при установившемся режиме работы частота вращения насоса постоянна. Ее определяют по входной характеристике гидротрансформатора. При пиас=const зависимость irT=f(v) имеет линейный характер. На графике

юна представлена наклонной прямой, проходящей через начало координат.
Используя ось ординат irr в качестве оси абсцисс левого квадранта, нанесем в этом квадранте кривые коэффициента трансформации krT и КПД л.™ взятые из безразмерной характеристики гидротрансформатора. С помощью этих кривых можно •определить коэффициент трансформации kn для каждой скорости автомобиля (это показано штриховыми линиями со стрелками).
Имея эти данные и зная по входной характеристике гидро­трансформатора значения крутящего момента Миас при работе двигателя с открытой полностью дроссельной заслонкой, подсчитываем по формуле (102) искомые значения касательных -сил тяги. Результаты расчетов представлены в правом квадранте в виде кривой PK=f(v). Эта кривая может быть названа тяговой характеристикой автомобиля с гидротрансформатором, имеющим непрозрачную характеристику. Используя отношение Л—(РК—PW)IG, вместо такой кривой можно построить кривую, характеризующую изменение динамического фактора автомобиля с гидромеханической трансмиссией в зависимости от скорости движения.
Тяговую характеристику автомобиля с гидротрансформатором, имеющим прозрачную характеристику, строят аналогичным образом. Однако при этом следует учитывать, что двигатель работает на переменном скоростном режиме. Поэтому зависимость •''rT=f(t>) имеет нелинейный характер.
Из рисунка 80, а видно, что экономичному режиму работы гидротрансформатора соответствует ограниченный диапазон скоростей движения автомобиля. Чтобы расширить этот диапазон, гидротрансформатор применяют в сочетании с механической коробкой передач, устанавливаемой обычно последовательно за ним.
Зная схему гидромеханической трансмиссии и установленный для нее закон последовательного переключения с одного режима на другой, можно построить тяговую характеристику автомобиля на всех этапах работы трансмиссии. В качестве примера рассмотрим тяговую характеристику автомобиля с гидротрансформатором, имеющим прозрачную характеристику и работающим по схеме гидротрансформатор — гидромуфта в сочетании с двухступенчатой (понижающая и прямая передачи) механической коробкой. На характеристике выделены три участка. На участке / (рис. 80,6), соответствующем начальному этапу разгона автомобиля, гидротрансформатор работает совместно с понижающей механической передачей. После достижения автомобилем скорости v' гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты, продолжая на участке // работать с той же понижающей механической передачей. При дальнейшем повышении скорости движения до v" происходит переключение понижающей механической передачи на прямую, и на участке /// трансмиссия работает на режиме гидромуфта — прямая передача.
На рассматриваемой тяговой характеристике, помимо кривой нанесены кривые пл и г\п, первая из которых показывает, как изменяется на разных этапах движения автомобиля частота вращения коленчатого вала двигателя, а вторая — изменение КПД гидротрансформатора при тех же условиях.
Гидротрансформаторы применяют также на тракторах промышленного назначения. В условиях резкого изменения тягового режима автоматичность работы гидротрансформатора способствует повышению эксплуатационных показателей тракторного агрегата. На тракторах сельскохозяйственного назначения гидромеханические трансмиссии устанавливают в единичных случаях (например, на тракторе ДТ-175С). Однако в связи с повышением скоростей движения преимущества гидромеханических трансмиссий приобретают существенное значение и для этих тракторов.
При использовании бесступенчатых трансмиссий значительно увеличивается коэффициент загрузки двигателя — на 7...11%. Чем выше загрузка двигателя, тем больше производительность, что объясняется более высокой средней скоростью движения машинно-тракторного агрегата.
Результаты расчетов показывают, что возможное повышение производительности на различных видах работ составляет 15... 45%.
Применение бесступенчатых трансмиссий позволяет более гибко маневрировать скоростью движения, полностью исключить потери времени на переключение передач, улучшить разгонные качества.и т. д.
Отношение времени холостых переездов к времени движения в борозде тракторов с механической трансмиссией, с увеличителем крутящего момента, с переключением передач на ходу и с гидрообъемной трансмиссией составляет соответственно 24,4; 23,1; 21,1 и 17,23%, или в относительных значениях 1,0; 0,91; J.835 и 0,68. Таким образом, по сравнению с трактором с механической трансмиссией у трактора с переключением передач на ходу затраты времени на холостые переезды в среднем на 17% меньше, а у трактора с гидрообъемной трансмиссией — на 32% меньше.
При испытании трактора МТЗ-80 с гидрообъемной трансмиссией экономия топлива, например, составляет 10...25% по сравнению с трактором того же тягового класса с механической трансмиссией.
При испытаниях трактора ДТ-175С, оборудованного гидро­динамической блокируемой трансмиссией, установлено, что ь гидромеханической трансмиссии пиковые значения нагрузок на валу ведущего колеса уменьшаются в 1,1...1,2 раза, на коленчатом валу двигателя — в 1,2 раза, на валах других элементов — в 1,1..Л,5 раза по сравнению с механической трансмиссией при одинаковой скорости движения. На пахоте неравномерность тягового усилия, оцениваемая средним квадратичным отклонением, в 2,5...3 раза меньше, чем у трактора с механической трансмиссией.