Планетарные коробки передач

Коробкой передач называется управляемая часть трансмиссии, которая позволяет ступенчато изменять соотношение угловых скоростей и крутящего момента ведущего и ведомого валов, что необходимо для регулирования силы тяги на ведущих колесах и, соответственно, скорости движения автомобиля в более широких пределах, чем это позволяет характеристика совместной работы гидротрансформатора и двигателя. Кроме того, коробка передач должна обеспечивать движение машины задним ходом, пуск двигателя и его работу без нагрузки (холостой ход).

По способу управления коробки передач разделяются на механические и автоматические.

В случае механического привода управления коробкой передач трансмиссия обязательно должна иметь в своем составе сцепление, устанавливаемое между двигателем и коробкой.

Без использования этого механизма практически невозможно осуществлять безударные переключения передач. В этом случае водитель должен одновременно управлять тремя агрегатами: двигателем, сцеплением и коробкой передач. Это обстоятельство значительно осложняет процесс управления автомобилем и делает его, особенно в городских условиях, достаточно утомительным.

В случае автоматической коробки участие водителя в управлении переключением передач сведено к минимуму. Его задача сводится только к выбору на начальном этапе движения режима работы коробки передач. В дальнейшем водитель может уже не отвлекаться на переключение передач и полностью сосредоточиться на управлении автомобилем.

Существующие коробки передач (как механические, так и автоматические) по конструктивным признакам принято подразделять на две группы:

• коробки передач с неподвижными осями (вальные) (см. рис.1-10);

• планетарные коробки передач (см. рис. 1-11).

Бальные коробки передач используются, как правило, на автомобилях с механическим приводом управления.

В качестве одного из параметров коробки передач, характеризующих ее свойства, используется такая величина, как кинематический диапазон. Кинематический диапазон коробки передач представляет собой отношение максимального передаточного отношения i_max к минимальному значению передаточного отношения i_min коробки передач:

d=i_max/i_min

Чем больше эта величина, тем рациональнее используется мощность двигателя и его тяговые свойства.

Автоматическая коробка передач представляет собой весьма сложный механизм, в котором можно выделить три основных элемента: механическую часть, систему управления и насос.

Механическая часть

Подавляющее большинство автоматических коробок передач автомобилей являются планетарными (см. рис. 1-11), и только фирма Honda выпускает автоматические коробки передач с неподвижными осями (см. рис. 1-10). Как правило, в состав планетарных коробок передач современных автомобилей входят два или три планетарных ряда.

Планетарными называют передачи, в которых одно или несколько зубчатых колес кроме относительного вращения вокруг своих осей имеют еще и переносное вращение вместе с осями.

По сравнению с непланетарными передачами, в которых оси всех зубчатых колес неподвижны, планетарные передачи благодаря применению нескольких промежуточных звеньев (сателлитов) обеспечивают:

• меньшую напряженность зубьев;

• разгруженность центральных валов и подшипниковых опор от радиальных усилий;

• при правильном выборе кинематической схемы высокий КПД;

• большее количество передач при меньших габаритах.

Применение планетарных коробок передач на транспортных машинах позволяет сократить время, затрачиваемое на переключение передач, существенно упрощает задачу автоматизации процесса управления, избавляет от необходимости устанавливать между двигателем и трансмиссией сцепление, поскольку его функции выполняют тормоза и блокировочные муфты, предназначенные для включения передач в коробке.

Для управления переключениями в планетарной коробке передач используются фрикционные элементы управления (рис. 1-12), действие которых основано на использовании сил трения, возникающих при взаимодействии двух или нескольких трущихся поверхностей. В зависимости от назначения фрикционные элементы управления планетарных коробок передач можно разделить на два вида: блокировочные дисковые муфты (или просто муфты) и тормоза. Кроме того, фрикционные элементы управления можно разделить на неуправляемые (обгонные муфты) и управляемые (дисковые и ленточные тормоза и дисковые муфты).

Современные автоматические коробки передач имеют четыре передачи переднего хода и одну передачу заднего хода и называются четырехскоростными. Следует отметить, что в настоящее время наметилась тенденция оснащать новые автомобили пятискоростными автоматическими коробками передач. Более того, немецкая фирма ZF приступила к серийному производству трансмиссий с шестискоростными АКПП.

Система управления АКПП

Управление фрикционными элементами АКПП осуществляется с помощью гидравлических сервоприводов, которые преобразовывают давление масла в механическую силу, необходимую для включения блокировочных муфт и ленточных тормозов. Определение моментов переключения и формирование требуемых законов управления осуществляет система управления. До начала 80-х гг. прошлого столетия эти системы были полностью гидравлическими, причем все их элементы были расположены, как правило, в едином корпусе, который назывался клапанной коробкой либо гидравлическим блоком управления. Клапанная коробка располагается в картере самой коробки передач (рис. 1-13).

Начиная с 1983 г., в трансмиссиях с АКПП используются электрогидравлические системы управления, в состав которых входит электронный блок (специализированный компьютер). При этом часть функций, за которые раньше отвечала гидравлическая система управления, была передана этому блоку. Появление электронного блока управления значительно расширило возможности по разработке более рациональных алгоритмов управления коробкой передач.

Вне зависимости оттого, какая система используется для управления АКПП, полностью гидравлическая или электрогидравлическая, ее можно разделить на три функциональные части:

• измерительную;

• анализирующую;

• исполнительную.

В полностью гидравлических системах управления к измерительной части можно отнести два клапана:

• скоростной регулятор (см. рис. 1-13), формирующий давление, пропорциональное скорости движения автомобиля;

• клапан-дроссель или модулятор, которые обеспечивают давление, пропорциональное степени открытия дроссельной заслонки (TV-давление).

В электрогидравлических системах управления в измерительную часть входят всевозможные электрические датчики: оборотов, положения дроссельной заслонки, температуры масла и т.п.

В АКПП без электронного блока управления анализирующей частью можно считать клапаны переключения. К ним подводится давление скоростного регулятора и TV-давление. В зависимости от соотношения этих двух давлений на каждом из указанных клапанов в коробке передач происходят соответствующие переключения.

В электрогидравлических системах анализирующей частью является электронный блок управления, к которому поступают сигналы от многочисленных датчиков. На основании анализа этих сигналов вырабатываются соответствующие команды для исполнительных органов.

При переходе от полностью гидравлической системы управления к электрогидравлической исполнительная часть претерпела наименьшие изменения. К исполнительной части системы управления относятся бустеры и сервоприводы, которые преобразовывают гидравлическое давление в усилие сжатия пакетов фрикционных дисков или натяжения тормозных лент. Отличительной особенностью электрогидравлических систем управления в этой части является наличие электромагнитных клапанов (соленоидов), преобразующих электрические сигналы в перемещение плунжера гидравлического клапана.

Масляный насос

Сердцем всей системы управления, несомненно, является масляный насос. Он обеспечивает давление в системе управления коробкой передач и в системах ее смазки и охлаждения. Масляный насос располагается, как правило, между гидротрансформатором и коробкой передач (см. рис. 1-13). Привод насоса осуществляется непосредственно от коленчатого вала двигателя.

В существующих трансмиссиях используются два типа насосов:

• постоянной производительности;

• переменной производительности.

"Автоматические коробки передач" С.А. Харитонов 2003 г