Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобиля

Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобиля

Тема 2.14 Коробка передач автотранспортного средства.

Цель занятия: Изучить устройство и принцип работы коробки передач автотранспортного средства.

Механизм переключения передач - часть механической коробки передач (МКП), позволяет водителю выбирать нужную передачу вручную, передает усилие с рычага переключения на муфту, блокирующую выбранную ведомую шестерню на вторичном валу КП. Механизм переключения передач может дополняться устройством автоматического выключения сцепления, в этом случае говорят о полуавтоматической КП (или о КП с полуавтоматическим управлением).

По типу механизма выбора передач МКП подразделяются на селекторные, в которых передачи выбираются рычагом, перемещаемым по Н-алгоритму, как в большинстве автомобилей, и секвентальные, в которых передачи выбираются последовательно от низшей к высшей и обратно перемещаемым в одной плоскости рычагом - как в АКПП и большинстве мотоциклов.

Механизм переключения коробки передач обычно размещается на боковой крышке. Состоит он из ползунов, к которым крепятся вилки, входящие в кольцевые канавки кареток. В зависимости от количества ползунов коробки подразделяются на двух- и трехходовые.

Переключение передач осуществляется рычагом 9 (рис.1), установленным на полу кузова справа от водителя. Для удержания кареток в включенном состоянии имеются фиксаторы, состоящие из пружины и шарика. Шарик под давлением пружины входит в специальное углубление на ползуне, удерживая его от самопроизвольного выключения. Между ползунами установлены замки, состоящие из двух сухарей 22 и штифтов 23, предотвращающие одновременное перемещение двух ползунов, то есть включение двух передач.

Рис.1. Механизм включения коробки передач автомобиля ГАЗ-24:

1 – шестерня заднего хода, 2 – сухарик, 3 – рычаг, 4 – ось рычага, 5 – стопорный винт, 6 – штифт, 7 – колпак, 8 – пружина, 9 – рычаг переключения передач, 10 – резиновый кожух, 11 – седло пружины, 12 – заглушка, 13 – пружина предохранителя, l4 – предохранитель, 15 – пробка, 16 – вилка включения третьей и четвертой передач, 17 – ползун третьей и четвертой передач, 18 и 19 – шарик и пружина фиксатора, 20 – коническая пробка, 21 – вилка включения первой и второй передач, 22 – сухарь замка, 23 – штифт, 24 – головка включения третьей и четвертой передач, 25 – ползун первой и второй передач, 26 – головка, 27 – поводок включения заднего хода, 28 – включатель света заднего хода, 29 – ползун включения заднего хода, 30 – вилка включения заднего хода, 31 – крышка картера.

При включении первой и второй передач нижний конец рычага 9 входит в прорезь головки 26 ползуна 25, а при выключении третьей и четвертой передач в прорезь головки 24, в прорезь поводка 27 – при включении заднего хода.

На ползунах при помощи стопорных винтов крепятся вилки: 16 и 21, входящие в кольцевые выточки синхронизаторов. Вилка включения заднего хода 30, перемещая ползун 29, поворачивает рычаг 3, установленный на оси 4, который сухариком 2 вводит в зацепление шестерню заднего хода 1.

Для предотвращения включения заднего хода при движении вперед устанавливается предохранитель, состоящий из плунжера с пружиной, размещенной в переводной головке.

Чтобы включение шестерен было безударным, необходимо обеспечить равенство угловых скоростей, входящих в зацепление шестерен. Этого можно добиться, применив синхронизатор. Синхронизатор (рис.2) состоит из ступицы 11, сухаря 3 с фиксатором 5, передвижной муфты 10 и двух конусных блокирующих колец.

Рис.2. Синхронизатор:

1 – первичный вал, 2 – зубчатый венец первичного вала, 3 – сухарь, 4 – вилка включения передач, 5 – шариковый фиксатор, 6 – зубчатый венец шестерни второй передачи. 7 – шестерня второй передачи, 8 – вторичный вал, 9 – конусное блокирующее кольцо, 10 – передвижная муфта, 11 – ступицы синхронизатора.

Включение передач осуществляется передвижением муфты, которая при помощи фиксаторов и сухарей перемещает блокирующие кольца, прижимая синхронизатор к конусной поверхности шестерни первичного или вторичного валов. Вследствие возникшего трения, их угловые скорости выравниваются, при дальнейшем перемещении муфты шарики фиксатора вдавливаются в отверстие сухарей и зубья передвижной муфты бесшумно входят в зацепление с венцом включаемой шестерни.

Уход за коробкой передач заключается в очистке коробки от грязи и подтяжке креплений, проверке уровня масла и доливке его при понижении уровня и в смене масла через период, указанный в заводской инструкции.

Замена масла производится в следующей последовательности: слить масло из картера коробки передач, когда масло горячее, и залить промывочное (веретенное масло), запустить двигатель и дать ему поработать 5 минут, затем его остановить, слить промывочное масло и залить свежее.

Двухвальные коробки передач

Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях. Конструктивно их совмещают в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Поперечное расположение коробки передач позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке применяется главная передача с коническими или гипоидными шестернями; последняя является более сложной в изготовлении и регулировке.

Основные достоинства двухвальных коробок передач:

—простота конструкции;

—малая масса;

—высокий КПД на промежуточных передачах (при передаче крутящего момента участвует только одна пара шестерен).

В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи (когда в передаче крутящего момента не участвуют шестерни) и максимальный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.

Максимальное передаточное число одной зубчатой пары коробки передач не должно превышать некоторого предела, близкого к 4, превышение которого приводит к увеличению габаритов и повышению уровня шума. Это ограничивает область применения двухвальных коробок передач только легковыми автомобилями малого класса.

Если двигатели с такими коробками устанавливаются поперечно в передней части автомобиля, то для конструкторов двухвальных коробок передач увеличение числа передач, а, следовательно, и числа пар шестерен, представляет определенные трудности. Продольная коробка передач может быть легко увеличена по длине для размещения дополнительных передач. Поперечно расположенный двигатель и коробка передач имеют ограничение по ширине, определяющееся расстоянием между колесными арками автомобиля.

Пятиступенчатая двухвальная коробка передач легкового автомобиля с поперечным расположением двигателя:

1 — задняя крышка картера коробки передач;

2 — ведущая шестерня V передачи;

3 — шариковый подшипник первичного вала;

4 — ведущая шестерня IV передачи первичного вала;

5 — первичный вал;

6 — ведущая шестерня III передачи первичного вала;

7 — картер коробки передач;

8 — ведущая шестерня II передачи первичного вала;

9 — шестерня заднего хода;

10 — промежуточная шестерня заднего хода;

11 — ведущая шестерня I передачи первичного вала;

12 — роликовый подшипник первичного вала;

13 — сальник первичного вала;

14 — сапун;

15 — фланец муфты;

16 — подшипник выключения сцепления;

17 — направляющая втулка муфты;

18 — роликовый подшипник вторичного вала;

19 — вторичный вал;

20 — ось сателлитов;

21 — ведущая шестерня привода спидометра;

22 — шестерня полуоси;

23 — коробка дифференциала;

24 — сателлит;

25 — картер сцепления;

26 — пробка для слива масла;

27 — ведомая шестерня главной передачи;

28 — регулировочное кольцо;

29 — роликовый конический подшипник дифференциала;

30 — сальник полуоси;

31 — ведомая шестерня I передачи вторичного вала;

32 — синхронизатор I и II передач;

33 — ведомая шестерня II передачи вторичного вала;

34 — стопорное кольцо;

35 — упорное полукольцо;

36 — ведомая шестерня III передачи вторичного вала;

37 — синхронизатор III и IV передач;

38 — ведомая шестерня IV передачи вторичного вала;

39 — шариковый подшипник вторичного вала;

40 — ведомая шестерня V передачи вторичного вала;

41 — синхронизатор V передачи;

42 — игольчатый подшипник;

43 — вилка переключения передач

Конструкция двухвальной пятиступенчатой коробки передач при переднем приводе и продольном расположении двигателя:

1 — фланец полуоси;

2 — подшипник дифференциала;

3 — ведущая шестерня редуктора привода спидометра;

4 — коробка дифференциала;

5 — ведомая шестерня главной передачи;

6 — манжета (сальник);

7 — подшипник выключения сцепления;

8 — картер сцепления;

9 — первичный вал;

10 — сателлит;

11 — полуосевые шестерни;

12 — ось промежуточной шестерни заднего хода;

13 — промежуточная шестерня заднего хода;

14 — шестерня передачи заднего хода первичного вала;

15 — шестерня I передачи первичного вала;

16 — синхронизатор I и II передач;

17 — шестерня II передачи первичного вала;

18 — ведущая шестерня III передачи;

19 — синхронизатор III и IV передач;

20 — ведущая шестерня IV передачи;

21 — ведущая шестерня V передачи;

22 — синхронизатор V передачи;

23 — выключатель света заднего хода;

24 — вал переключателя передач;

25 — переключатель передач;

26 — шток вилок переключения V передачи и заднего хода;

27 — шток вилок переключения III и IV передач;

28 — шток вилок включения I и II передач;

29 — плунжер;

30— ведомая шестерня V передачи;

31 — ведомая шестерня IV передачи;

32 — ведомая шестерня III передачи;

33 — ведомая шестерня II передачи;

34 — ведомая шестерня I передачи;

35 — ведомая шестерня заднего хода;

36 — ведущая шестерня главной передачи;

37 — картер главной передачи;

38 — пробка маслосливного отверстия;

а — отверстие-сапун

Трехвальные коробки передач

Трехвальные коробки передач характеризуются наличием прямой передачи. При этом на прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем двухвальная, так как в этом случае уменьшаются потери на трение. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время, как у двухвальной — одна.

Многие легковые автомобили с мощными двигателями сейчас комплектуются шестиступенчатыми коробками передач. Для повышения жесткости картера коробки передач широко применяют оребрение. Применение новых технологий и материалов дает возможность уменьшить массу коробок передач, а создание новых синхронизаторов обеспечивает улучшение легкости включения передач.

Трехвальная коробка передач:

1 — первичный вал;

2 — крышка подшипника;

3 — выключатель света заднего хода;

4 — манжета первичного вала;

5 — задний подшипник первичного вала;

6 — шестерня привода промежуточного вала;

7 — сапун;

8 — шестерня III передачи;

9 — передний картер;

10 — шестерня I передачи;

11 — шестерня заднего хода;

12 — штоки переключения передач;

13 — шарик-фиксатор;

14 — пружина;

15 — рычаг переключения;

16 — защитный уплотнитель;

17 — колпак рычага;

18 — корпус рычага переключения;

19 — задний картер;

20 — вторичный вал;

21 — манжеты удлинителя заднего картера;

22 — сталебаббитовая втулка;

23 — шестерня привода спидометра;

24 — привод спидометра;

25 — задний подшипник промежуточного вала;

26 — шестерня V передачи;

27 — болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода;

28 — промежуточная шестерня заднего хода;

29 — промежуточный вал;

30 — маслозаливная пробка

Гидромеханические коробки передач.

Гидромеханическая коробка передач или Автоматическая коробка передач - АКП, механизм изменения передаточного отношения трансмиссии, работающий без непосредственного участия водителя. Автомобиль, оснащенный АКП, имеет сокращенное количество устройств управления, вместо трех педалей («газа», тормоза и сцепления) в нем установлено две педали («газа» и тормоза, педаль выключения сцепления отсутствует). При этом педаль «газа» служит не для увеличения-уменьшения оборотов двигателя, как в автомобиле с механической КП, а для изменения скорости движения автомобиля. В отличие от механической коробки передач АКП оснащается не рычагом переключения, а селектором выбора режима работы.

По устройству АКП разделяются на:

обычные двух и трехвальные МКП, дополненные гидротрансформатором (вместо сухого сцепления) и системой автоматического переключения (с электронным, электромеханическим или электропневматическим управлением)

планетарные, в которых планетарный редуктор работает в паре с гидротрансформатором. Наиболее типичные - планетарные АКП с гидротрансформатором.

Планетарная АКП состоит из гидротрансформатора, планетарной КП (планетарных редукторов), барабанов, фрикционных и обгонной муфт, соединительных валов. Барабаны АКП оснащаются ленточными тормозами для их остановки и включения нужной передачи планетарного редуктора.

Гидротрансформатор в автоматической трансмиссии выполняет функции сцепления и устанавливается между коленчатым валом двигателя и КП. Гидротрансформатор состоит из ведущей и ведомой турбин и неподвижно закрепленного относительно двигателя статора (иногда статор выполняется вращающимся, в этом случае он оснащается ленточным тормозом - применение подвижного статора добавляет гидротрансформатору гибкости на малых оборотах двигателя и улучшает его характеристики). Ведущая турбина вращается, как и ведущий диск сцепления, с той же частотой, что и коленчатый вал двигателя. Ведомая турбина вращается за счет гидродинамических сил, возникающих из-за вязкости заполняющей внутреннюю полость гидротрансформатора жидкости. Основное назначение гидротрансформатора - передача вращения коленчатого вала на шестерни планетарной КП с проскальзыванием, что обеспечивает плавное переключение передач и начало движения автомобиля. При больших оборотах двигателя ведомая турбина блокируется и гидротрансформатор выключается, передавая крутящий момент с коленчатого вала на шестерни АКП напрямую (соответственно, потерь).

Планетарная КП или планетарный редуктор - комплекс из большой коронной шестерни (эпицикла), малой солнечной шестерни и связывающих их шестерен-сателлитов, закрепленных на водиле. В разных режимах работы редуктора вращаются разные шестерни, а один из блоков (эпицикл, солнечная шестерня или водило с сателлитами) закреплен неподвижно.

Схема АКП:

1 - турбинное колесо;

2 - насосное колесо;

3 - колесо реактора;

4 - вал реактора;

5 - первичный вал планетарного редуктора;

6 - главный масляный насос;

7 - фрикцион II и III передач:

8 - тормоз I и II передач;

9 - фрикцион III передачи и передачи заднего хода;

10 - муфта свободного хода I передачи;

11 - тормоз заднего хода;

12 - первый промежуточный вал;

13 - второй промежуточный вал;

14 - барабан с зубчатым венцом;

15- центробежный регулятор;

16 - вторичный вал;

17 - механизм переключения передач;

18 - дроссельный клапан;

19 - кулачок

Фрикционные муфты предназначены для переключения передач введением в зацепление (или, наоборот, выведением из зацепления) шестерен планетарного редуктора АКП. Муфта состоит из ступицы (хаба) и барабана. На внешней поверхности ступицы и внутренней барабана расположены прямоугольные зубья (на ступице) и такие же шлицы (внутри барабана), которые по форме соответствуют друг другу, но не зацеплены. Между ступицей и барабаном располагается набор (пакет) кольцеобразных фрикционных дисков. Половина дисков выполнена из металла и оснащена выступами, входящими в шлицы внутренней поверхности барабана. Вторая половина дисков - из пластмассы и имеет вырезы, в которые входят зубья ступицы. Таким образом, механическое сцепление ступицы и барабана происходит через трение металлических и пластмассовых дисков пакета фрикционной муфты.

Сообщение и разобщение ступицы и барабана фрикционной муфты происходит после сжатия пакета дисков кольцеобразным поршнем, установленным внутри ступицы. Поршень имеет гидравлический привод. Жидкость в цилиндр привода подается под давлением через кольцевые канавки в барабане, валах и картере АКП.

Обгонная муфта используется для уменьшения ударных нагрузок на фрикционные муфты при переключении передач и для отключения двигателя при движении автомобиля накатом (при некоторых режимах работы АКП). Обгоная муфта устроена таким образом, что свободно проскальзывает при вращении в одном направлении и заклинивает при обратном (передавая деталям АКП вращающий момент). Она состоит из двух колец - внешнего и внутреннего - и расположенных между ними набора роликов, разделенных сепаратором. После увеличения оборотов двигателя и переключения передачи АКП один из блоков планетарного ряда стремится вращаться в обратную сторону - обгонная муфта заклинивает этот блок, предотвращая обратное вращение.

Принцип работы АКП

Рассмотрим работу четырехступенчатой АКП, оснащенной двумя планетарными редукторами.

Первая передача. Солнечная шестерня первого планетарного ряда не подключена к двигателю, первый ряд не участвует в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда соединена с коленчатым валом двигателя (добавим - через гидротрансформатор). Водило с сателлитами второго планетарного ряда соединено с выходным валом КП. Эпицикл (самая большая коронная шестерня) второго ряда при низких оборотах двигателя прокручивается через обгонную муфту, крутящий момент на механизмы трансмиссии не передается. Как только обороты двигателя повышаются, обгонная муфта блокирует коронную шестерню - начинается передача крутящего момента через сателлиты и водило. Автомобиль трогается с места и начинает движение.

Вторая передача. Солнечная шестерня первого ряда заблокирована и неподвижна. Водило с сателлитами первого ряда входит в зацепление с эпициклом второго ряда через обгонную муфту. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое соединено с выходным валом КП. Крутящий момент от двигателя передается через солнечную шестерню второго ряда. В этом режиме работают оба планетарных ряда КП.

Третья передача. Шестерни первого ряда не принимают участия в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда и эпицикл второго ряда соединены со входным валом, крутящий момент передается водилом на выходной вал. Преобразования крутящего момента не происходит - АКП работает в режиме прямой передачи.

В режимах первой, второй и третьей передач водитель не может тормозить двигателем. Для обеспечения возможности торможения двигателем предусмотрена блокировка обгонной муфты фрикционной муфтой. Тогда при отпускании педали «газа» шестерни коробки не будут разобщать механизмы трансмиссии с двигателем.

Четвертая передача. Это режим ускоряющей передачи, когда передаточное число трансмиссии больше единицы. Солнечная шестерня первого ряда остановлена. Крутящий момент передается на водило с сателлитами первого планетарного ряда. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, передает крутящий момент на механизмы трансмиссии. Солнечная шестерня и эпицикл второго ряда в передаче крутящего момента не участвуют.

Задний ход. Солнечная шестерня первого ряда соединена с коленчатым валом двигателя. Водило второго ряда заблокировано фрикционной муфтой. Эпицикл первого ряда входит в зацеплении с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, соединено с выходным валом. Выходной вал вращается в обратную сторону.

Системы управления АКП

Система управления режимами работы АКП выполнена в виде гидравлических приводов, передающих давление масла от гидронасоса к поршням исполнительных механизмов фрикционных муфт и тормозных лент барабанов. Поток масла в маслопроводах перераспределяют золотники, которые управляются либо вручную положением селектора АКП, либо автоматически. Блок автоматического управления АКП может быть гидравлическим или электронным.

«Классическая» АКП управляется гидравлическим механизмом, который состоит из центробежного регулятора давления жидкости, установленного на выходном валу двигателя и датчика давления гидравлического привода педали «газа». Золотники перемещаются под давлением обеих гидроцепей, что позволяет АКП переключать передачи в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя и положения педали «газа».

В электронной системе автоматического управления вместо гидравлического привода золотников используется электромеханический - золотники перемещаются соленоидами. Команды на перемещения золотников дает блок электронного управления, в современных автомобилях - центральный бортовой компьютер автомобиля. Этот же компьютер обычно управляет и системой зажигания, и впрыском топлива. Команды на перемещение золотников блок электронного управления получает от датчика частоты вращения выходного вала двигателя и положения педали «газа». Переключать передачи можно и в ручном режиме, перемещая селектор в нужное положение.

В большинстве современных АКП предусмотрено ручное управление коробкой даже после полного выхода из строя электронной системы управления. При этом в любом случае вручную можно включить прямую (третью по описанной выше четырехступенчатой схеме) передачу, а если не повреждена электромеханическая часть системы управления - все передачи ручным переводом селектора.

Селектор АКП

В 50-е годы прошлого века общепринятым стандартом системы управления АКП стал селектор «PRNDL» - по перечислению очередности включения режимов автоматической КП. Именно эта последовательность была признана наиболее безопасной и рациональной с точки зрения конструкции АКП.

Режимы работы АКП - положения селектора переключения.

P - парковочный режим. Двигатель отсоединен от трансмиссии. АКП блокирована внутренним механизмом и соединена с трансмиссией, что обеспечивает блокировку всех механизмов трансмиссии. При этом АКП никак не связана со стояночным тормозом и не отменяет необходимость его использования на стоянках.

R - режим заднего хода. Во всех современных АКП селектор в этом положении дополнен блокировочным механизмом, предотвращающим случайное включение заднего хода при движении автомобиля вперед.

N - нейтральный режим АКП. Задействуется при остановках, движении накатом, буксировке.

D - основной режим работы АКП («Драйв»). Задействованы все ступени АКП (обычно и повышающая передача, которая в противном случае может включаться дополнительным положением рукоятки селектора с обозначением «2» или «D2»).

L - режим пониженной передачи, который используется для движения по бездорожью и на крутых подъемах.

Этот порядок переключения селектора АКП был закреплен в США законодательно в 1964 году. Отступление от этого стандарта считается недопустимым с точки зрения безопасности автомобиля.

Гидротрансформатор

Схема гидротрансформатора:

1 — блокировочная муфта;

2 — турбинное колесо;

3 — насосное колесо;

4 — реакторное колесо;

5 — механизм свободного хода

Гидротрансформатор был изобретен немецким профессором Феттингером в 1905 г. Прежде чем найти применение на автомобилях, гидротрансформатор использовался на судах и тепловозах.

Простейший гидротрансформатор, выполнен в виде камеры тороидальной формы и включает в себя три лопастных колеса: насосное, вал которого соединен с коленчатым валом двигателя; турбинное, соединенное с трансмиссией, и реактор, установленный в корпусе гидротрансформатора.

Гидротрансформатор заполняется специальной жидкостью. Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеканию жидкости препятствует специальное уплотнение.

При вращении коленчатого вала двигателя вращается насосное колесо, которое перемещает жидкость, находящуюся между его лопастями. Жидкость не только вращается относительно оси гидротрансформатора, но и за счет воздействия на нее центробежных сил перемещается вдоль лопастей насосного колеса по направлению от входа к выходу, что сопровождается увеличением кинетической энергии потока. На выходе из насосного колеса поток жидкости попадает на турбинное колесо, оказывая силовое воздействие на его лопасти. Затем поток попадает в реактор, пройдя который, возвращается к входу в насосное колесо. Таким образом, жидкость постоянно перемещается по замкнутому кругу циркуляции, образованному проточными частями всех трех лопастных колес, и находится с ними в силовом взаимодействии. При этом насос передает энергию двигателя потоку, а тот, в свою очередь, — турбине.

Если бы между насосным и турбинным колесами отсутствовал реактор, то такая конструкция (гидромуфта) осуществляла бы перенос энергии от двигателя к трансмиссии гидравлическим способом, без возможности изменения крутящего момента. Расположенный между колесами гидротрансформатора неподвижный реактор, имеет лопасти специального профиля, которые изменяют направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса и направляют его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент.

Любой гидротрансформатор характеризуется определенным КПД, передаточным отношением, которое показывает соотношение угловых скоростей его колес, и коэффициентом трансформации, показывающим, во сколько раз увеличивается значение крутящего момента. Максимальный коэффициент трансформации зависит от конструкции гидротрансформатора и может составлять до 2,4 (при неподвижном турбинном колесе). При увеличении частоты вращения вала двигателя увеличивается угловая скорость насосного и турбинного колес, а увеличение крутящего момента в гидротрансформаторе плавно уменьшается. Когда угловая скорость турбинного колеса приближается к угловой скорости насосного, поток жидкости, поступающей на лопасти реактора, изменяет свое направление на противоположное.

Для того чтобы реактор на этом режиме не создавал помех потоку жидкости, его устанавливают на муфте свободного хода, и он начинает свободно вращаться (гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты), что позволяет, в свою очередь, снизить потери. Такие гидротрансформаторы называют комплексными.

КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значение КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. В комплексном гидротрансформаторе на режиме гидромуфты можно получить максимальное значение КПД — 0,97.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

Детали гидротрансформатора:

1 — насосное колесо;

2 — турбинное колесо;

3 — крышки муфты свободного хода;

4 — часть корпуса гидротрансформатора;

5 — остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей;

6 — колесо реактора;

7 — муфта свободного хода реактора;

8 — упорная шайба турбинного колеса;

9 — упорный подшипник реактора;

10 — поршень блокировки гидротрансформатора

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидротрансформатором устанавливают специальную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки. Такая гидромеханическая передача является бесступенчатой и позволяет получить любое передаточное число в заданном диапазоне.

В гидромеханических передачах в основном применяются механические планетарные коробки передач, которые легко поддаются автоматизации, но иногда используют и обычные ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.

Первые американские ГМП легковых автомобилей имели двухступенчатую передачу, причем низшая передача включалась вручную. Однако впоследствии одной автоматической передачи оказалось явно недостаточно и появились ГМП с двумя и тремя автоматическими передачами. Для повышения топливной экономичности, гидротрансформаторы стали делать блокирующимися — после разгона на высшей передаче насосное и турбинное колеса жестко соединялись фрикционной муфтой. Затем в конце 1980-х гг. блокировку гидротрансформатора стали применять на всех передачах, кроме первой.

Современная четырехступенчатая ГМП автомобиля классической компоновки

Вариатор

Вариатор - вид бесступенчатой автоматической трансмиссии, в которой изменение частоты оборотов и крутящего момента двигателя, передаваемых на ведущие колеса автомобиля, изменяется плавно. Отличается простотой принципиальной схемы и технологичностью производства. Наибольшее распространение В получил на маломощных транспортных средствах с двигателем мощностью менее 200 л.с.

Разновидности

По типу способа передачи крутящего момента вариаторы подразделяются на фрикционные и вариаторы зацепления. К фрикционным вариаторам относят конусные ременные и роликовые, шаровые, многодисковые, торовые, лобовые, волновые и клиноременные механизмы. К вариаторам зацепления - цепные. Наибольшее распространение в маломощной транспортной технике (легковых автомобилях, мотоциклах, скутерах, снегоходах и так далее) получили клиноременные вариаторы, в трансмиссиях легковых автомобилей с мощными двигателями (ДВС и в гибридных системах) цепные вариаторы. Другие разновидности механического вариатора используются в специальной технике и в металлообрабатывающих станках.

Устройство клиноременного вариатора

Самым распространенным типом бесступенчатой трансмиссии является клиноременный вариатор. Он состоит из ведущего и ведомого шкива с конусными раздвижными боковинами. Крутящий момент с ведущего на ведомый шкив передается армированным зубчатым клиновидным ремнем, который может выполняться из резины или в виде собранной из металлических звеньев металлической ленты. В цепных вариаторах функцию ремня выполняет цепь.

Для автоматической регулировки диаметра ведущего шкива применяется встроенный в ступицу центробежный регулятор. При раскручивании шкива ведущим валом двигателя грузики, увлекаемые центробежной силой, стремятся к периферии шкива, оказывая давления на подвижную боковину. Боковины шкива сближаются, диаметр внутренней поверхности увеличивается. В этот момент ремень оказывает давление на боковины ведомого шкива (поскольку длина ремня остается неизменной), преодолевает сопротивление стягивающей боковины пружины - боковины ведомого шкива раздвигаются, диаметр внутренней поверхности уменьшается. В результате бесступенчато, плавно изменяется передаточное отношение вариатора. При уменьшении частоты вращения ведущего вала двигателя преобразование крутящего момента происходит в обратном порядке - боковины ведущего шкива вариатора расходятся, ведомого, наоборот, сближаются.

В режиме остановки при работающем двигателе ремень лежит на поверхности ступицы ведущего шкива, которая не связана с валом двигателя механически. В этот момент ведущий шкив медленно вращается, ремень относительно боковин шкива проскальзывает, крутящий момент не передается. При увеличении скорости вращения шкива боковины сближаются и ремень за счет сил трения приходит в движение, приводя во вращение ведомый шкив.

Особенности вариаторной трансмиссии

Вариаторы обладают относительно небольшим диапазоном изменения крутящего момента. Передаточное отношение наиболее распространенных клиноременных вариаторов колеблется в диапазоне от 1:3, до 1:6, у автомобильных вариаторов передаточное отношение может достигать 1:10.

Наиболее долговечными являются цепные вариаторы - цепь работает в маслянной ванне, поэтому не подвержена интенсивному износу. Клиноременные вариаторы относятся к устройствам сухого типа. Армированный стальной проволокой (для предотвращения растягивания) зубчатый ремень изнашивается достаточно интенсивно, срок его службы обычно не превышает 50 тыс.км.

На скутерах и автомобилях с простым вариатором невозможно торможение двигателем. Для реализации заднего хода необходимо применение дополнительного редуктора, поэтому в современных автомобилях с бесступенчатой трансмиссией чаще используют сблокированную с вариатором планетарную коробку передач.

К достоинствам вариаторной трансмиссии относят простоту конструкции и системы управления. На скутерах, оборудованных вариатором, отсутствует рукоятка сцепления и рычаг переключения передач. Управление осуществляется при помощи одной вращающейся рукоятки «газа» и двумя рукоятками тормозов - переднего и заднего. При легком нажатии на любую из тормозных рукояток вариатор переводится в состояние холостого хода, передача крутящего момента прекращается. При отпускании тормозных рукояток и проворачивании рукоятки «газа» в сторону увеличения оборотов двигателя, вариатор переводится в рабочее состояние, скутер трогается с места

Рекомендации по изучению темы:

1. Ознакомиться с учебным материалом.

2. Составить конспект в тетради.

3. Ответить на контрольные вопросы:

1. Назовите назначение гидротрансформатора?

2. Назовите область применения двухвальной коробки?

3. Назовите разновидности вариатора?

4. Какую функцию выполняет вилка?