Принцип работы основных компонентов автоматических гидромеханических коробок передач

Основными компонентами автоматических гидромеханических коробок передач являются:

· гидротрансформатор;

· механический редуктор планетарного или вального типа;

· система управления, включающая масляный насос, гидравлические магистрали, гидравлические элементы управления (золотники, клапана), электрические элементы управления (электромагниты, концевые переключатели, датчики и т.д.), электронный блок управления.

Рассмотрим принцип работы гидротрансформатора и механического редуктора. Эти элементы наиболее широко применяются в различных кинематических схемах автоматических передач.

Гидротрансформатор

В современных коробках передач, как правило, применяется трехколесный гидротрансформатор с фрикционом блокировки. Такой гидротрансформатор имеет насосное колесо, соединенное с двигателем, турбинное колесо, соединенное с редуктором и реактор, который в режиме трансформации через муфту свободного хода замыкается на корпус. Фрикцион блокировки соединяет насосное и турбинное колеса, после чего они вращаются как единое целое (КПД гидротрансформатора равен 1).

Работает гидротрансформатор(рис.3.1) следующим образом. Жидкость при вращении насосного колеса разгоняется и попадает на неподвижное лопастное колесо - реактор. В реакторе направление движения жидкости и ее скорость меняются. За счет увеличения скорости и изменения направления движения жидкости в реакторе момент на турбинном колесе может быть значительно больше, чем на насосном, при этом турбинное колесо вращается медленнее насосного. При увеличении сопротивления со стороны турбинного колеса скорость его вращения уменьшается, а крутящий момент возрастает. Так как увеличить крутящий момент гидротрансформатора более чем в 3,5 раза не удается, вместе с ним применяют редукторы, как правило планетарные. В гидротрансформаторе КПД не является постоянной величиной, так же как и степень увеличения крутящего момента. Она максимальна в начале разгона автомобиля, когда скорость его близка к нулю, и снижается до единицы, когда моменты на насосном и турбинном колесах станут равны и гидротрансформатор не сможет больше увеличивать крутящий момент.

Как только двигатель будет пущен, начинает вращаться корпус гидротрансформатора с лопатками насоса. Масло, находящееся между лопатками, под действием центробежной силы отбрасывается к наружной поверхности. Механическая энергия вращения насоса переходит в энергию вращения масла. Попадая на лопатки турбины и обтекая их, масло создает давление на каждую лопатку, стремясь вращать турбину в ту же сторону, в какую вращается насос (по часовой стрелке, если смотреть со стороны двигателя). После турбины масло проходит межлопастные каналы реактора и возвращается в насос. Таким образом, создается замкнутая круговая циркуляция масла через колеса гидротрансформатора. При неподвижной турбине (в момент трогания автомобиля с места) масло с лопатки турбины выходит в направлении, показанном стрелкой, попадает на лопатки реактора и создает на них давление, стремясь повернуть его против часовой стрелки.

Муфта свободного хода при этом заклинивается и удерживает реактор неподвижным. Масло обтекает лопатки реактора, изменяет направление движения и выходит из него. Давление масла на реактор создает реактивный момент Мр, направленный против часовой стрелки.
На турбине создается момент Мт, направленный по часовой стрелке; на насосе под действием давления масла на лопатки насоса возникает момент Мн, направленный против часовой стрелки. Колеса гидротрансформатора представляют собой внутреннюю замкнутую систему, поэтому сумма моментов всех колес должна быть равна нулю. Считая моменты, направленные по часовой стрелке положительными, получаем

Мт - Мр - Мн = 0 или Мт = Мн + Мр,

т. е. момент на турбине больше крутящего момента двигателя (который равен моменту Мн) на величину реактивного момента Мр на реакторе.

Рис.3.1.Схема и конструкция гидротрансформатора

Кинематические схемы и конструкции вальных автоматических гидромеханических коробок передач

Несмотря на многочисленный опыт использования вальных коробок, на легковых автомобилях они используются реже, чем планетарные. Это связано с тем, что на заднеприводных легковых автомобилях требуется соосная (т.е. входной и выходной валы находятся на одной оси) коробка передач. При использовании соосной коробки передач в вальной коробке требуется иметь на каждой передаче не менее двух зацеплений в шестернях. При двух зацеплениях к.п.д. вальной коробки обычно ниже, чем планетарной.

Другой недостаток заключается в том, что при числе передач больше трех на каждой передаче в вальной коробке обычно больше выключенных сцеплений, чем в планетарной, что приводит к росту дисковых потерь. Недостаток соосной вальной коробки на заднеприводном легковом автомобиле проявляется и в том, что в большей степени стесняет салон автомобиля. Указанные недостатки проявляются и в переднеприводных автомобилях с продольным размещением двигателя. Вместе с тем, как показала практика, вальные автоматические коробки передач могут быть достаточно приемлемы при их использовании в легковых автомобилях с передним приводом и с поперечным расположением двигателя.

В этом случае коробка выполняется по двухвальной схеме и содержит на каждой передаче только два зацепления шестерен, включая главную пару. Благодаря этому к.п.д. в зацеплении равен η_м3 ≈ 0,96% на каждой передаче, то есть выше, чем у планетарных переднеприводных коробок передач.

Дисковые потери в этих вальных коробках могут оказаться несколько выше, особенно при увеличении числа передач переднего хода больше четырех. Чтобы уменьшить дисковые потери в этих коробках часто для включения заднего хода используется сервопривод с применением зубчатых муфт. Такая конструкция, хотя и позволяет снизить дисковые потери, но при этом увеличивает время на включение-выключение заднего хода и несколько снижает плавность.