Гидромеханическая коробка передач это автомат: как устроены автомобильные коробки передач — Mafin Media

Гидромеханическая коробка передач что это такое: принцип действия видео

Одним из элементов системы управления автомобилем является гидромеханическая трансмиссия. Благодаря ей водитель может переключать передачи плавно и без рывков. Гидромеханическая коробка передач — что это такое? Давайте разберемся.

Гидромеханическая коробка передач

Содержание

• 1 Роль АКПП с гидромеханическим управлением
• 2 Разновидности гидромеханики
• 3 Функции гидротрансформатора
• 4 Устройство гидротрансформатора
• 5 Планетарный механизм
• 6 Электронная часть гидромеханической АКПП
• 7 Сильные и слабые стороны гидромеханики

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Для автомобиля и подобного ему транспортного средства трансмиссией является узел, который передает от двигателей к колесам крутящий момент. Так это выглядит в автомобилях со сцеплением, но их постепенно вытесняют с рынка АКПП. «Автоматы» сегодня ставят все чаще. В них не предусмотрено сцепления, а передачи переключаются автоматически. Гидромеханика помогает облегчить задачу смены передач во время движения. В классических коробках при управлении автомобилем выполняются следующие процессы:

• отключение трансмиссии от двигателя в момент смены передач;
• при изменении дорожных условий изменение величины крутящего момента.

Корпус гидротрансформатора вращается вместе с насосным колесом. Турбина с корпусом не связана (за исключением периода блокировки ГТ) – она соединена с валом коробки. Реактор при этом закреплен через обгонную муфту – она не дает ему проворачиваться под напором потока, когда разница в скорости вращения насосного и турбинного колес велика, но позволяет вращаться вместе с ними в одном направлении, когда автомобиль движется с постоянной скоростью и проскальзывание ГТ минимально. Так удается поднять КПД коробки.

Для выполнения этих действий и необходима гидромеханическая АКПП. Она одновременно выполняет функции сцепления и трансмиссии. Эту коробку специально придумали для использования в городских условиях, где постоянно выжимать сцепление может быть проблематично из-за частых остановок в пробках. Управляется автомобиль с гидромеханикой при помощи педалей тормоза и газа.

Разновидности гидромеханики

В состав этой трансмиссии обязательно входит гидротрансформатор, составляющие системы управления и механическая коробка. Она может быть одной из нескольких систем:

• многовальной;
• двухвальной;
• трехвальной;
• планетарной.

Последняя разновидность коробки наиболее распространена. Она часто устанавливается на легковые автомобили, так как не имеет высокой металлоемкости. Она отличается меньшим шумом при работе, высоким сроком службы и компактностью.

Вальные механизмы можно встретить на грузовиках и автобусах. В них для переключения передач предусмотрены многодисковые муфты, которые помещены в масло. Первая передача и задний ход включаются при помощи зубчатой муфты. Благодаря особому устройству вальных коробок переключение скоростей происходит за счет работы коленчатого вала. Скорость движения при этом не снимается, крутящий момент и мощность не разрываются.

Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Читать далее >>

Основное назначение АКПП

Функции гидротрансформатора

Гидротрансформатор выполняет функции сцепления в современных АКПП. Благодаря этому узлу автомобиль двигается с места плавно, без рывков. Динамические нагрузки при этом снижаются, что помогает эксплуатировать двигатель в щадящем режиме, повышая его долговечность. При применении гидротрансформатора части трансмиссии служат гораздо дольше. Водитель из-за снижения количества передач утомляется меньше. Гидротрансформаторы рекомендуется применять на внедорожниках, так как с их помощью можно увеличить проходимость автомобиля в тяжелых условиях – по снегу или песку.

Важно! В России также стоит выбирать трансмиссии с этим узлом, так как в зимнее время специальная техника часто не успевает прочищать дороги. Благодаря гидротрансформатору создается устойчивая сила тяги с небольшой скоростью вращения ведущих колес, что повышает их сцепление с дорожным покрытием.

Гидротрансформатор

Устройство гидротрансформатора

Гидротрансформатор акпп в разрезе

Планетарный механизм

В большинстве современных АКПП гидротрансформатор действует в паре с планетарной системой. Она занимается передачей крутящего момента к фрикционным муфтам. В самом простом варианте усилие направляется на центральную шестерню (солнечную). Два дополнительных сателлита (вспомогательные шестерни) находятся в постоянной сцепке с центральной шестерней благодаря нанесенным на эти элементы зубчикам. Сателлиты не фиксируются, а свободно вращаются вокруг своих осей. Механизм шестеренок находится внутри коронного колеса, которое в зависимости от включенной передачи фиксируется или приходит в движение. В момент фиксации коронной шестерни начинает двигаться ведомый вал (на него передается усилие). В противном случае сателлиты передают момент на коронную шестерню, оставляя ведомый вал в неподвижном состоянии. Для переключения передач в планетарные АКПП устанавливаются фрикционные муфты. Каждая из них выглядит как несколько дисков, представляющих собой тонкие пластины из гладкого металла. Каждая пластинка покрыта специальным фрикционным составом, предотвращающим ее износ. На части их можно найти шлицы. Между муфтами расположены прокладки. Прижимаются друг к другу они при помощи гидравлического поршня, функционирующего при подаче рабочей жидкости. При возрастании в нем давления фрикционы плотно смыкаются, становясь почти единым целым. После падения давления жидкости в гидравлическом поршне фрикционные диски возвращаются на место с помощью пружины. Работа фрикционов тесно связана с функционированием тормозных и планетарных механизмов. На эти моменты передаются команды системы управления КПП и крутящий момент двигателя. Без их участия не производится торможение двигателем и запуск на буксире. Механический узел действует слаженно и четко.

планетарная система

Важно! В нейтральном положении выключаются фрикционы и тормозные механизмы. При разгоне и переключении передач фрикционы начинают действовать, а планетарные системы вращаются синхронно.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Электронное управление необходимо для точности переключения передач в современных АКПП. Сейчас практически нельзя встретить трансмиссии, работа которых бы не поддерживалась электронными комплектующими. Они отвечают за:

• Функционирование АКПП. В гидромеханике эта система состоит из регуляторов давления и насосов.
• Сбор информации о действующей программе управления.
• Выработку импульсов управления.
• Исполнение команд при переключении передач.
• За защиту двигателя и трансмиссии в случае опасной ситуации.
• За ручное управление, за все операции отвечает блок, а управление происходит за счет рычага.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка представляет собой последовательное соединение трансформатора, планетарного узла с фрикционами гидравлической системы управления. Ее основное достоинство – отсутствие необходимости водителю переключать передачи вручную. Электроника делает это точно, благодаря чему отсутствует дискомфорт при движении, а двигатель не подвергается перегрузкам. Их отсутствие помогает сохранить его в целости на долгое время. При начале движения передача мощности также происходит без прерывания и рывков, что делает гидромеханику более совершенной, превосходящей по своим характеристикам механические коробки передач. Не зря их используют не только в автомобилестроении, но и устанавливают на танки (в Америке и Германии).

Важно! Если вы выбираете автомобиль, на котором преимущественно будете двигаться по городу, то стоит выбирать именно гидромеханическую АКПП. С ее помощью у вас не возникнет неудобств при остановках в пробках или на светофорах.

Слабой частью такой АКПП является гидротрансформатор

Недостатком такого механизма является его высокая стоимость и техническая сложность. При переключении передач можно заметить потерю производительности за счет пробуксовки фрикционов и тормозных лент. Слабой частью такой АКПП является и гидротрансформатор, из-за которого теряется крутящий момент. Несмотря на явные преимущества эффективность гидромеханики по результатам замеров составляет 86%, тогда как у обычной коробки она достигает 98%. Еще один недостаток – необходимость устанавливать системы подпитки охлаждения гидроагрегата. Они занимают место под капотом, из-за чего моторно-трансмиссионный отсек имеет большие габариты. Также автомобили с установленной гидромеханикой нельзя завести путем толкания или перемещения его на тросе. Для этой разновидности коробки, как и во всех автоматах, характерно отсутствие возможности регулировать потребление топлива. Описанный вариант гидромеханической АКПП является одним из самых примитивных. Сегодня разрабатываются более совершенные трансмиссии, которые устанавливают на легковые автомобили, выпущенные в последние годы. Гидромеханикой рекомендуется пользоваться тем, кто недавно сел за руль. Для новичка она незаменима тем, что самостоятельно переключать передачи нет необходимости.

Гидромеханическая коробкая передач: устройство и прицип работы

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Содержание

1. Роль АКПП с гидромеханическим управлением
2. Функции гидротрансформатора
3. Конструкция гидромеханики
4. Как работает вальная кпп
5. Как работает планетарная кпп
6. Электронная часть гидромеханической акпп
7. Сильные и слабые стороны гидромеханики
8. Перспективы использования гидромеханической коробки передач
9. Заключение

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Что будет, если двигатель соединить напрямую с колёсами: машина лениво начнёт движение и поедет с максимальной скоростью 20 км/ч. По законам физики сила, которую должны преодолеть колёса равна F=ma+F_тр , где m — масса автомобиля, F_тр — сила трения с поверхностью земли. Двигатель достигнет максимальной мощности при оборотах 5000 — 6000 об/мин, но в таком режиме работы ресурс агрегата быстро иссякнет.

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

• механикой полностью управляет водитель, выжимая педаль сцепления и переводя рычаг для изменения скорости;
• в автоматах работает гидромеханическая передача с минимальным участием водителя.

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

• гидротрансформатор;
• масляный насос;
• коробка передач;
• система управления.

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

• насосное колесо приварено к чаше корпуса и соединено с коленвалом;
• турбина через ступицу насажена на вал трансмиссии, и механически не связана с насосным колесом;
• реакторное колесо установлено между турбиной и насосом. Предназначено для усиления крутящего момента.

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

• компактные размеры;
• плавная и быстра работа;
• нет разрыва в передаче мощности при переключении передач;
• большое количество передаточных чисел за счёт использования многорядных конструкций.

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

• измерительную — для сбора параметров с датчиков давления, температуры и т.д.;
• функциональную — для управления маслонасосом, регуляторами давления и т. д.;
• управляющую — для выдачи сигнальных импульсов.

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

• при плавном разгоне дроссельная заслонка двигателя открывается медленно. Компьютер отслеживает степень открытия заслонки и посылает импульсы узлам гидромеханической коробки передач для увеличения скорости. При достижении первой передачи (20 км/ч), коробка переходит на вторую скорость. Такой режим движения называется «экономичным»;
• при агрессивном разгоне ЭБУ работает в «спортивном» режиме. Каждая последующая передача включаются после того, как двигатель максимально раскрутится. Если водитель отпустит педаль газа, обороты упадут не сразу. В этом режиме мотор развивает максимальную мощность, увеличивается расход топлива и снижается ресурс АКПП.

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Сильные стороны	Слабые стороны
Высокая безопасность движения, поскольку водитель больше концентрируется на дороге.	Дорогой ремонт из-за сложной конструкции и количества электроники.
Лёгкая и быстрая обучаемость вождения для новичков.	Высокий расход и стоимость оригинального масла .
Защита двигателя от перегрузок, за счёт автоматического переключения скоростей и адаптации к стилю вождения.	При долгих и частых пробуксовках масло в коробке перегревается, поэтому нужно избегать движения по грязи.
КПД гидротрансформатора достигает 97% при включении муфты блокировки.	Фрикционы истираются, загрязняя и перегревая трансмиссионную жидкость.
За счёт использования реактора момент на турбинном колесе ГДТ приумножает крутящий момент двигателя. Это повышает ресурс и проходимость автомобиля.	В мороз гидромеханику нужно долго прогревать, чтобы масло пришло в рабочее состояние.
Гидромеханическая коробка передач имеет возможность автоматизации каждого узла, что делает трансмиссию перспективной.	Автоматизация ГМП не позволяет водителю полностью «прочувствовать» управление автомобилем.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка  передач постоянно совершенствуется:

• растёт число ступеней: ZF поставляет 9-ступенчатую ZF9НР для легковых автомобилей, Caterpillar устанавливает в спецтехнику 7-ступенчатые ГМП;
• меняются кинематические схемы;
• отрабатываются новые алгоритмы электронного управления;
• снижается расход топлива и выбросов;
• повышается скорость и плавность работы.

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Введение в гидромеханические трансмиссии
0 комментариев

Стоимость топлива и характеристики экономии топлива бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT) повысили потребность в оснащении бесступенчатой ​​трансмиссией все более крупных внедорожных машин. Архитектура гидромеханической трансмиссии позволяет меньшим гидравлическим компонентам обеспечивать рентабельную функциональность бесступенчатой ​​трансмиссии для более крупных машин. В результате количество гидромеханических трансмиссий на рынке растет.

Схема гидромеханической трансмиссии концептуально проста с двумя параллельными путями мощности ( Рис. 1 ). Гидравлический тракт состоит из насоса и двигателя, называемых здесь «вариатором». Механический путь обычно представляет собой вал с одной или двумя шестернями. Эти пути взаимосвязаны с обычными компонентами механической трансмиссии, такими как шестерни, валы, муфты и, по крайней мере, одна планетарная передача. Возможностей подключения очень много. В данном проекте именно детали этих взаимосвязей составляют основную часть интеллектуальной собственности и пригодности для целевого машинного приложения.

Гидромеханические трансмиссии уже давно используются в сельскохозяйственных тракторах. Они либо стандартные, либо предлагаются в качестве опции ( рис. 2 ).

Гидромеханические трансмиссии обычно не использовались в землеройной технике до сих пор. Считается, что сегмент колесных погрузчиков больше всего выиграет от вариатора, и именно здесь можно найти последние предложения. Примеры в Рис. 3 были объявлены и доступны сейчас или будут доступны в ближайшее время.

Данные конструкции различаются по трем параметрам:

• Первый — это конструкция вариатора и его расположение, например, насос с наклонным диском переменного рабочего объема, двигатель постоянного рабочего объема с наклонной осью, установленный внутри.
• Второй тип муфты. Общие термины: входная связь, выходная связь и составное разделение. Хотя подробности этой номенклатуры выходят далеко за рамки этой статьи, в целом она описывает, соединен ли входной или выходной вал трансмиссии напрямую через передаточное число с одним из валов вариатора. В случае составного разъема ни один из валов вариатора не подключен напрямую.
• Третий — количество диапазонов или режимов. Это количество различных механических взаимосвязей между механическими и гидравлическими путями путем включения и выключения любых сцеплений в системах передач. Обратите внимание, что тип связи не обязательно одинаков для каждого диапазона или режима.

Рассмотрим топливную карту двигателя, показанную на рис. 4 . Вертикальная ось — это мощность двигателя, а горизонтальная ось — частота вращения двигателя. Пик каждого контура указывает максимальную мощность двигателя для данного расхода топлива. Геометрическое место этих пиков определяет наилучшую частоту вращения двигателя для минимального расхода топлива.

Рассмотрим силовой агрегат, описанный в Рис. 5 . График в нижней части рисунка показывает, что для любой заданной скорости движения возможны только одна или две скорости двигателя. Маловероятно, что одна из этих скоростей попадает на линию минимального расхода топлива рис. 4 . Кроме того, ожидаемые изменения нагрузки, особенно если есть какие-либо трудности с изменением передаточного отношения, могут привести к тому, что оператор выберет более высокую скорость двигателя (более высокий расход топлива) и/или более низкую скорость движения (более медленное время цикла).

Рассмотрим силовой агрегат в Рис. 6 . График в нижней части рисунка показывает, что для данной путевой скорости возможна почти любая частота вращения двигателя и, следовательно, она может соответствовать частоте вращения двигателя с минимальным расходом топлива, показанной на рис. 4 . Линии частоты вращения двигателя на графике рис. 5 включены для справки. Поскольку современные гидромеханические вариаторы так хорошо изменяют передаточное отношение, проблем с изменением нагрузки практически нет, как это может быть с дискретными ступенчатыми трансмиссиями.

Хотя информация в этой статье может и не подготовить вас к проектированию гидромеханической трансмиссии, она позволит вам легче распознать их и их потенциальные преимущества.

ОБ АВТОРЕ: Майк Кронин всю свою карьеру в Caterpillar работал над внедорожными трансмиссиями, в первую очередь над проектированием и разработкой нескольких гидромеханических трансмиссий и систем рулевого управления для гусеничных машин. . Он вышел на пенсию в 2010 году, но продолжает работать в Caterpillar на условиях неполного рабочего дня. В настоящее время он владеет 23 патентами в области трансмиссии.

• стоимость
• конструкция
• фундаментальная
• гидромеханическая
• трансмиссия

Поделись информацией.

Tweet

Как работает автоматическая коробка передач

Начнем с того, что автомобили с автоматической коробкой передач появились в США в 1940-х годах. Как известно, наличие автоматической коробки передач значительно облегчает эксплуатацию автомобиля, снижает нагрузку на водителя, повышает безопасность и т. д.

Обратите внимание, что под «классической» коробкой-автоматом следует понимать гидромеханическую трансмиссию (гидромеханический автомат). Далее рассмотрим устройство коробки – автомат, конструктивные особенности, а также преимущества и недостатки данного типа коробки передач.

Автоматическая коробка передач: преимущества и недостатки

Мужчина за рулем автомобиля увеличивает передачу. Подробности.

Начнем с плюсов. Установка автоматической коробки передач позволяет водителю не пользоваться рычагом переключения передач во время движения, а также ногой не приходится постоянно выжимать сцепление при движении вверх или вниз.

Другими словами, изменение скорости происходит автоматически. То есть сама коробка учитывает нагрузку на ДВС, скорость автомобиля, положение педали газа, желание водителя резко ускориться или двигаться плавно и т.д.

Что касается минусов, то они тоже есть имеется в наличии. Во-первых, конструктивно АКПП представляет собой сложный и дорогой агрегат, характеризующийся пониженной ремонтопригодностью и ресурсом по сравнению с механическими (ручными) коробками передач. Автомобиль с коробкой передач такого типа потребляет больше топлива; автоматическая коробка передач дает меньший крутящий момент на колеса, так как КПД автоматической коробки передач несколько снижается.

Также наличие в автомобиле автоматической коробки передач накладывает определенные ограничения на водителя. Например, автоматическую коробку передач нужно прогревать перед поездкой; желательно избегать постоянных резких стартов и чрезмерного торможения.

Автомобиль с автоматической коробкой передач не допускается буксовать, не допускается буксировка автомобиля с автоматической коробкой передач на большой скорости на дальние расстояния без вывешивания ведущих колес и т.д. Также добавим, что такая коробка сложнее и дороже дорогой в обслуживании.

Коробка автомат: устройство

Итак, даже с учетом некоторых недостатков, автоматическая гидромеханическая коробка передач по ряду причин долгое время оставалась наиболее распространенным решением для изменения крутящего момента среди других типов автоматических коробок передач.

Прежде всего, даже учитывая, что ресурс и производительность таких коробок передач ниже, чем у «механики», гидромеханическая коробка передач достаточно надежна и долговечна. Теперь рассмотрим устройство автоматической коробки передач.

Автоматическая коробка передач состоит из следующих основных элементов:

• Гидротрансформатор. Устройство выполняет функцию сцепления по аналогии с механической коробкой передач. При этом водителю не обязательно участвовать в переключении на ту или иную передачу;
• Планетарная передача, аналогичная блоку шестерен в ручной «механике» и позволяющая изменять передаточное число при переключении передач;
• Тормозная лента и фрикционы (передний, задний фрикцион) обеспечивают плавное и своевременное переключение передач;
• Управление автоматической коробкой передач. В состав этого узла входят масляный картер (поддон коробки), шестеренчатый насос и клапанная коробка;

Автоматическая коробка передач управляется с помощью селектора. Как правило, АКПП имеют следующие основные режимы:

• режим Р – стоянка;
• Режим Р – движение назад;
• Режим N – нейтральная передача;
• Режим D – движение вперед с автоматическим переключением передач;

Могут быть и другие режимы. Например, режим L2 означает, что при движении вперед будут включены только первая и вторая передачи, режим L1 означает, что будет включена только первая передача, модель S следует понимать как спортивную, могут быть различные «зимние» режимы. и т. д.

Дополнительно может быть реализована имитация ручного управления АКПП. То есть водитель может самостоятельно (вручную) повышать или понижать передачи. Также добавим, что коробка-автомат часто имеет режим кик-дауна (кик-даун), позволяющий машине резко разгоняться при необходимости.
Режим «кик-даун» срабатывает при резком нажатии водителем на газ, после чего коробка быстро переключается на пониженные передачи, тем самым позволяя двигателю раскрутиться до высоких оборотов.

Как видите, автоматическая коробка передач фактически состоит из гидротрансформатора, механической коробки передач и системы управления, которые вместе образуют гидромеханическую коробку передач. Давайте посмотрим на его структуру.

Принцип действия и устройство гидротрансформатора

Гидротрансформатор необходим для передачи и изменения крутящего момента от двигателя к коробке передач. Преобразователь крутящего момента также снижает вибрацию. Устройство гидротрансформатора предполагает наличие насоса, турбины и реакторного колеса.

Гидротрансформатор также имеет муфту блокировки и муфту свободного хода. Преобразователь крутящего момента (газотурбинный двигатель, часто называемый в быту «бубликом») входит в состав автоматической коробки передач. Однако он имеет отдельный корпус из прочного материала, заполненный рабочей жидкостью.

Рабочее колесо газотурбинного двигателя соединено с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо соединено с самой коробкой передач. Также между турбиной и рабочим колесом находится реакторное колесо, которое является неподвижным. Каждое из колес гидротрансформатора имеет лопасти различной формы. Между лопатками реализованы каналы, по которым проходит трансмиссионная жидкость (трансмиссионное масло, ATF, от англ. Automatic Transmissions Fluid).

Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в некоторых режимах работы. Обгонная муфта или обгонная муфта обеспечивает возможность вращения жестко закрепленного реакторного колеса в противоположном направлении.

Теперь давайте посмотрим, как работает гидротрансформатор. Его работа основана на замкнутом цикле и состоит из трансмиссионной жидкости, подаваемой от рабочего колеса к турбинному колесу. Затем поток жидкости поступает в колесо реактора.

Лопасти реактора предназначены для увеличения расхода жидкости АТФ. Затем ускоренный поток перенаправляется на рабочее колесо, заставляя его вращаться с более высокой скоростью. В результате увеличивается крутящий момент. Следует добавить, что максимальный крутящий момент достигается, когда гидротрансформатор вращается с наименьшей скоростью.

При вращении коленчатого вала двигателя угловые скорости насосного и турбинного колес уравниваются, а поток жидкости коробки передач меняет направление. Затем срабатывает муфта свободного хода, после чего начинает вращаться реакторное колесо. В этом случае гидротрансформатор переходит в модель гидромуфты; передается только крутящий момент.

В современных АКПП следует учесть, что реализован режим работы с пробуксовкой муфты блокировки гидротрансформатора. Этот режим исключает полную блокировку гидротрансформатора.

Вы можете реализовать этот режим работы, если условия подходят, когда нагрузка и скорость подходят для его активации. Основная задача пробуксовки сцепления – более интенсивный разгон автомобиля, снижение расхода топлива, более мягкое и плавное переключение передач.

Из чего состоит коробка автомат как устроена и работает механическая часть коробки

Сама коробка автомат (АКПП), как и механическая, ступенчато изменяет крутящий момент при движении автомобиля вперед и также позволяет ему двигаться назад при включении задней передачи.

При этом в АКПП обычно используется планетарный редуктор. Это решение компактно и позволяет эффективно работать. Например, механические коробки передач часто имеют две планетарные передачи, которые соединены последовательно и работают вместе.

Комбинирование редукторов позволяет получить необходимое количество ступеней (скоростей) в коробке. Простые АКПП имеют четыре ступени (четырехступенчатый автомат), а современные решения могут иметь шесть, семь, восемь и даже девять ступеней.

Планетарный редуктор включает в себя несколько последовательных планетарных передач. Такие редукторы образуют планетарную передачу. Каждая планетарная передача включает:

1. солнечную шестерню;
2. спутников;
3. зубчатый венец;
4. проехал;

Возможность изменения крутящего момента и передачи вращения становится доступной при блокировке элементов планетарной передачи. Вы можете заблокировать один или два элемента (солнечное или зубчатое колесо, водило).

Если зубчатый венец заблокирован, то происходит увеличение передаточного числа. Если солнечная шестерня неподвижна, то она уменьшит передаточное число. Заблокированное водило означает изменение направления вращения.

Замыкание фрикционов и тормозов происходит за счет гидроцилиндров. Управление такими гидроцилиндрами осуществляется из специального модуля (распределительного модуля).

Даже в общей конструкции автоматической коробки передач может присутствовать обгонная муфта; задача состоит в том, чтобы удерживать носитель, что не дает ему вращаться в обратную сторону. Получается, что передачи в АКПП переключаются благодаря сцеплениям и тормозам.

Управление автоматической коробкой передач и принцип работы автоматической коробки передач

Что касается принципов работы АКПП, то коробка работает по заданному алгоритму включения и выключения сцепления и тормозов. Система управления включением и выключением современных коробок передач электронная; у него есть селектор (рычаг), датчики и ЭБУ.

Блок управления автоматической коробкой передач интегрирован в ECM и тесно связан с блоком управления двигателем. По аналогии с ЭБУ двигателя блок управления АКПП взаимодействует с различными датчиками, передающими сигналы о частоте вращения коробки передач, температуре трансмиссионной жидкости, положении педали газа, режимах установки селектора и т. д.

ЭБУ коробки передач обрабатывает полученные сигналы, а затем отправляет команды исполнительным механизмам в распределительном модуле. В результате коробка сама определяет, какую передачу включать в тех или иных условиях (высокую или пониженную).

При этом нет четкого заданного алгоритма; то есть точка перехода на разные передачи «плавающая» и определяется самой коробкой ЭБУ. Эта функция позволяет системе работать более гибко.

Гидроблок (он же гидроблок, гидроплита, распределительный модуль) собственно и управляет трансмиссионной жидкостью ATF, отвечающей за срабатывание фрикционов и тормозов в АКПП. Этот модуль имеет электромагнитные клапаны (соленоиды) и специальные клапаны, которые соединены между собой узкими каналами.

Соленоиды нужны для переключения передач, так как они регулируют давление рабочей жидкости в коробке. Работа этих клапанов контролируется и регулируется блоком управления АКПП. Клапаны отвечают за выбор режимов работы и активируются с помощью рычага (селектора).

Насос коробки передач отвечает за циркуляцию гидравлической жидкости в АКПП. Насосы шестеренчатые и крыльчатые; ступица гидротрансформатора приводит их в движение. Важно понимать, что насос вместе с гидроплитой (гидроблоком) являются важнейшими деталями в гидравлической части автоматической коробки передач.

Коробка имеет свойство нагреваться в процессе работы, поэтому коробка автомат часто имеет собственную систему охлаждения. При этом в зависимости от конструкции может быть отдельный масляный радиатор АКПП или радиатор или теплообменник, входящий в общую систему охлаждения силового агрегата.