Гідромеханічна коробка передач. Пристрій

1. гідротрансформатор
2. Планетарна коробка передач
3. Двоступенева гидромеханическая коробка передач
4. АКП з електронним управлінням

Наша сеть партнеров Banwar

Гідромеханічна коробка передач ⭐ складається з:

• гідротрансформатора;
• механічної коробки передач.

На легкових автомобілях найбільшого поширення набули гідромеханічні коробки з планетарними механічними коробками. Їх переваги:

• компактність конструкції;
• менша металоємність і гучність;
• більший термін служби.

До недоліків відносяться:

• складність;
• висока вартість;
• знижений ККД.

Перемикання передач в цих коробках проводиться за допомогою фрикційних муфт і стрічкових гальмівних механізмів. При цьому при включенні однієї передачі частина фрикційних муфт і стрічкових гальмівних механізмів пробуксовує, що також знижує їх ККД.

гідротрансформатор

Гідротрансформатор являє собою гідравлічний механізм, який розміщений між двигуном і механічною коробкою передач. Він складається з трьох коліс з лопатками:

• насосного (провідного);
• турбінного (веденого);
• реактора.

Насосне колесо 3 закріплено на маховику 1 двигуна і утворює корпус гідротрансформатора, всередині якого розміщені турбінне колесо 2, поєднане з первинним валом 5 коробки передач і реактор 4, встановлений на роликового муфті 6 вільного ходу. Внутрішня порожнина гідротрансформатора на 3/4 свого об'єму заповнена спеціальним маслом малої в'язкості.

Мал. гідротрансформатор:
а - загальний вигляд; б - схема; 1 - маховик; 2 - турбінне колесо; 3 - насосне колесо; 4 - реактор; 5 - вал; 6 - муфта

Кожне колесо має зовнішній і внутрішній торці, між якими розташовуються профільовані лопаті, що утворюють канали для протоки рідини. Всі колеса гідротрансформатора максимально наближені один до одного, а витіснення рідини перешкоджають спеціальні ущільнення.

При працюючому двигуні насосне, колесо обертається разом з маховиком двигуна. Масло під дією відцентрової сили надходить до зовнішньої частини насосного колеса, впливає на лопатки турбінного колеса і призводить його в обертання. З турбінного колеса масло надходить в реактор, який забезпечує плавний і ненаголошений вхід рідини в насосне колесо і суттєве збільшення крутного моменту. Таким чином, масло циркулює по замкнутому колу і забезпечується передача крутного моменту в гідротрансформаторі.

Характерною особливістю гідротрансформатора є збільшення крутного моменту при його передачі від двигуна до первинного валу коробки передач. Найбільше збільшення крутного моменту на турбінному колесі гідротрансформатора виходить при рушанні автомобіля з місця, при цьому коефіцієнт трансформації може становити до 2,4. В цьому випадку реактор нерухомий так як загальмований муфтою вільного ходу. У міру розгону автомобіля збільшується швидкість обертання насосного та турбінного коліс. При цьому муфта вільного ходу розклинюється і реактор починає обертатися з наростаючою швидкістю, надаючи все менший вплив на передається крутний момент. Після досягнення реактором максимальної швидкості обертання гидротрансформатор перестає змінювати крутний момент і переходить на режим роботи гідромуфти. Таким чином, відбувається плавний розгін автомобіля і безступінчата зміна крутного моменту.

Гідротрансформатор автоматично встановлює необхідний передавальне число між колінчастим валом двигуна і до провідними колесами автомобіля, Це забезпечується наступним чином: зі зменшенням швидкості обертання ведучих коліс автомобіля при зростанні опору руху зростає динамічний напір рідини від насоса на турбіну, що приводить до зростання крутного моменту на турбіні, отже, на провідних колесах автомобіля.

ККД гідротрансформатора визначає економічність його роботи. Максимальне значення ККД гідротрансформатора може бути від 0,85 до 0,97, але зазвичай знаходиться в діапазоні від 0,7 до 0,8. У комплексному гідротрансформаторі на режимі гідромуфти можна отримати максимальне значення ККД до 0,97.

Зміна режимів роботи гідротрансформатора відбувається автоматично. Якщо збільшувати навантаження на виході з гідротрансформатора, то відбувається зменшення кутової швидкості турбіни, що призводить до збільшення коефіцієнта трансформації.

На жаль, гідротрансформатор має малий діапазон передавальних чисел, не забезпечує руху заднім ходом, що не роз'єднує двигун від трансмісії (необхідна складна система спорожнення проточних частин від робочої рідини). Тому за гидротрансформатором встановлюють спеціальну планетарну коробку передач, яка компенсує зазначені недоліки.

Планетарна коробка передач

Планетарна коробка передач включає в себе планетарні механізми. У найпростішому планетарному механізмі сонячна шестерня 6, закріплена на ведучому валу 1, знаходиться в зачепленні з шестернями-сателітами 3, вільно встановленими на своїх осях. Осі сателітів закріплені на водію 4, жорстко з'єднаному з веденим валом 5, а самі сателіти знаходяться і зачепленні з коронною шестірнею 2, що має внутрішні зуби.

Мал. Планетарний механізм:
1 - провідний вал; 2 - коронна шестерня; 3 - сателіти; 4 - водило; 5 - ведений вал; 6 - сонячна шестерня; 7 - гальмо

Передача крутного моменту з ведучого вала 1 на ведений вал 5 можлива тільки при загальмованою коронної шестірні 2 за допомогою стрічкового гальма 7 або багатодискового «мокрого» зчеплення. В цьому випадку при обертанні шестерні 6 сателіти 3, перекочуючись по зубах нерухомої шестерні 2, почнуть обертатися навколо своїх осей і одночасно через водило 4 будуть обертати ведений вал 5. При растормаживании шестерні 2 сателіти 3, вільно прокотився по шестірні 6, будуть обертати шестерню 2 , а вал 5 буде залишатися нерухомим.

В автоматичних коробках передач застосовуються фрикційні муфти зчеплення. Фрикційна муфта зчеплення складається комплекту покритих шаром фрикційного матеріалу дисків, притиснутих один до одного через прокладки у вигляді тонких пластин з плоского металу.

Мал. Фрикційна муфта зчеплення автоматичної коробки передач:
1 - канал подачі робочої рідини; 2 - поршень; 3 - кожух муфти; а - вимкненому стані; б - включений стан

При цьому частина фрикційних дисків оснащені внутрішніми шліцами, частина - зовнішніми. Притискання дисків один до одного забезпечується гідравлічним поршнем 2, для виключення зчеплення застосовується поворотна пружина. При подачі до поршня тиску робочої рідини диски щільно туляться один до одного, утворюючи одне ціле. Як тільки тиск знімається, поворотна пружина відводить поршень назад і диски виводяться із зачеплення. Як зворотних пружин можуть використовуватися гвинтові, діафрагмові і гофровані дискові пружини.

Двоступенева гидромеханическая коробка передач

Як приклад гідромеханічних передач розглянемо двоступеневу гідромеханічну коробку передач. Вона складається з гідротрансформатора 1, механічної планетарної коробки передач з багатодисковим фрикціоном 3 і двома стрічковими гальмівними механізмами 2 і 4 і гідравлічної системи управліннях кнопковим перемиканням передач. Кнопки відповідно означають нейтральне положення, задній хід, першу передачу і рух з автоматичним перемиканням передач. У двоступеневої механічній коробці передач є два однакових планетарних механізму 5 і 6.

Мал. Гідромеханічна коробка передач:
1 - гидротрансформатор; 2,4 - гальмівні механізми; 3 - фрикціон; 5,6 - планетарні механізми

У нейтральному положенні фрикціон 3, а також гальмівні механізми 2 і 4 вимкнені. Рушання автомобіля з місця відбувається при включеній першій передачі. В цьому випадку масло під тиском надходить в циліндр гальмового механізму 2, стрічка якого затягується, і сонячна шестерня планетарного механізму 6 зупиняється.

Якщо включена кнопка «Рух», то при розгоні автомобіля відбувається автоматичне перемикання на другу передачу, що забезпечується одночасним виключенням гальмівного механізму 2 і включенням фрикциона 3. У цьому випадку планетарні механізми 5 і 6 блокуються і обертаються як одне ціле.

Для руху автомобіля заднім ходом включається тільки гальмівний механізм 4.

В даний час автоматичні коробки передач мають електронне управління, що дозволяє набагато точніше витримувати задані моменти перемикання (з точністю до 1% замість колишніх 6 ... 8%). З'явилися додаткові можливості: за характером зміни швидкості при даному навантаженні на двигун комп'ютер може обчислити масу автомобіля і ввести відповідні поправки в алгоритм перемикання. Електронне управління надало необмежені можливості для самодіагностики, що дозволило коригувати процеси управління в залежності від багатьох параметрів (від температури і в'язкості рідини до ступеня зносу фрикційних елементів).

Система автоматичного управління зазвичай складається з наступних підсистем:

• функціонування (гідравлічні насоси, регулятори тиску)
• вимірювальна, що збирає інформацію про параметри управління
• керуюча, що виробляє керуючі сигнали
• виконавча, що здійснює управління перемиканням передач, роботою двигуна
• підсистема ручного управління
• підсистема автоматичного захисту, що запобігає виникненню небезпечних ситуацій

Основними елементами електронної системи управління є електронний блок і важіль управління.

АКП з електронним управлінням

Як приклад сучасної АКП з електронним управлінням розглянемо шестиступінчасту коробку передач 09G японського концерну AISIN.

АКП складається з гідротрансформатора, механічної планетарної коробки передач з багатодисковими фрікціонами і багатодисковими гальмівними механізмами, гідравлічної системи, систем охолодження і змащення, електричної системи.

Мал. Розріз автоматичною шестиступінчастою коробки передач 09G:
К багатодискові муфти; В - багатодискові гальма; S - сонячні шестерні; Р - сателіти; РТ - водило; F - обгону муфта; 1 - вал турбінного колеса; 2 - ведена шестерня проміжної передачі; 3 - рідинний насос

Планетарні ряди об'єднані за схемою, розробленою Лепеллетье (Lepelletier). Крутний момент двигуна підводиться до одинарному планетарному ряду. Далі він направляється на здвоєний планетарний ряд рабина (Ravigneaux).

Мал. Двухредукторная планетарна система Лепеллетье:
а - звичайний планетарний редуктор; б - планетарний редуктор рабина; 1 - вал турбінного колеса; Р1 - сателіт коронної шестерні Н1; Р2 - сателіт сонячної шестірні 2; Р3 - сателіт коронної шестерні 1; S1 - сонячна шестерня 1; S2 - сонячна шестерня 2; S3 - сонячна шестерня 3; Н1 - коронна шестерня 1; Н2 - коронна шестерня 2

Управління одинарним планетарним поруч проводиться за допомогою багатодискових муфт K1 і K3 і багатодискового гальма B1. Число сателітів в планетарних рядах вибирається залежно від переданого крутного моменту.

Здвоєний планетарний ряд управляється за допомогою багатодискової муфти K2, багатодискового гальма B2 і обгонів муфти F. В системі управління муфтами передбачені пристрої динамічної компенсації робочого тиску, які роблять роботу муфт незалежної від частоти обертання. Муфти K1, K2 і K3 служать для підведення крутного моменту до планетарних рядів, а за допомогою гальм B1 і B2, а також обгонів муфти забезпечується передача реактивних моментів на картер коробки передач.

Тиск в робочих циліндрах муфт і гальм змінюється за допомогою регулюючих клапанів.

Обгону муфта F являє собою механізм, який працює паралельно з гальмом.