Автомобиль малого класса, с разработкой коробки передач

Блок цилиндров насоса, в котором  имеются цилиндрические отверстия  для плунжеров, изготовлен из бронзы и вращается на валике, соединенном  со стальной головкой. К распределительной  поверхности головки он прижимается  пружиной и давлением масла. При  увеличении рабочего давления блок прижимается с большей силой и утечки масла через неплотности невелики.

Распределение рабочей жидкости в  устройстве золотниковое, с помощью  углублений в распределительной  поверхности головки. Подвод масла  открывается, когда плунжер полностью войдет в цилиндр, а слив масла открывается, когда плунжер максимально выйдет из цилиндра. Угол наклона плиты к оси блока цилиндров определяет ход плунжеров. В рассматриваемом случае этот угол равен 25°. Вращение блока цилиндров осуществляется с помощью штоков-шатунов. Масло, просочившееся через неплотности, смазывает шарикоподшипники выходного вала, скапливается в картере и отводится из него по трубопроводу снова в масляный бак.

Конструкции гидромотора и насоса аналогичны и их функционирование может быть обратным. В насосах с регулируемой производительностью угол наклона плиты можно изменять до 0.

В этом положении рабочий объем  насоса равен нулю и масло в  систему не подается. При наклоне  плиты в другую сторону направление  потока жидкости изменяется, что в сочетании с нерегулируемым гидромотором обеспечивает включение обратного хода. Объемная эффективность описанного насоса может превышать 95%. а Bce^ гидростатической трансмиссии — 90%.

Для гидростатической трансмиссии  используют четыре основные схемы соединения насоса и двигателя:

1. Рабочие объемы насоса и  гидромотора постоянны. Такая  схема называется «гидравлическим  валом», передаточное отношение  трансмиссии постоянно. Насос  и двигатель соединены масляным трубопроводом и передаточное отношение определяется отношением рабочих объемов насоса и гидромотора. Для автомобиля такой вид трансмиссии не пригоден.

2. Рабочий объем насоса можно  изменять, тогда как рабочий объем  гидромотора постоянен. Такой  способ регулирования передаточного отношения трансмиссии наиболее удобен для автомобиля, поскольку передаточное отношение может изменяться в широком диапазоне при сравнительно простом конструктивном исполнении. При нулевой производительности насоса автомобиль стоит, а при максимальной — скорость автомобиля максимальная. Передаточное отношение и в этом случае определяется отношением рабочих объемов насоса и гидромотора при выбранном рабочем режиме.

3. Рабочий объем насоса постоянный, гидромотора — регулируемый. Такой вариант для автомобиля не пригоден, потому что выходную частоту вращения невозможно довести до нуля (автомобиль будет разгоняться).

4. И насос и гидромотор имеют  переменные рабочие объемы. Такой  вариант трансмиссии отличается  особо большим диапазоном регулировки передаточного отношения, однако он наиболее конструктивно сложен и поэтому применяется редко.

 
Рис. 4. Схема гидростатической трансмиссии по патенту Бадалини:а - входной вал; б - шайба гидронасоса; в - поршни гидронасоса; г - поршни гидромотора;д - шайба гидромотора; е - выходной вал. 

Гидродинамический привод

Гидромуфта

Гидромуфта — самый простой элемент гидропривода. Ее отличительная особенность заключается в том, что крутящий момент на ведущем валу гидромуфты всегда равен моменту на выходном валу. Конструкция гидромуфты очень проста. Она состоит из насосного и турбинного колес примерно одинаковой конструкции, находящихся в заполненном маслом картере.

При вращении насосного колеса масло  под воздействием центробежной силы начинает двигаться по направляющим лопаткам к периферии, приобретая при этом кинетическую энергию. Из насосного колеса оно попадает в турбинное колесо, где при соприкосновении с лопатками турбины отдает ему часть своей энергии, приводя его, тем самым, во вращение.

При быстром вращении насосного колеса масло совершает сложное движение, состоящее из переносного и относительного движений. Первое возникает за счет вращения масла вместе с насосным колесом. Второе определяется перемещением масла вдоль насосного колеса к периферии. Относительное движение вызвано действием центробежных сил, возникающих в масле в результате вращения вместе с насосным колесом.

В результате на выходе из насосного  колеса абсолютная скорость потока масла  определяется векторной суммой скоростей  переносного и относительного движений.

Часть энергии потока масла, определяемая его переносной скоростью отдается через лопатки турбинному колесу.

Гидротрансформатор.

Принцип действия гидротрансформатора (трансформатора) такой же, как и  гидромуфты. Те же самые относительное и переносное движения масла. Но для увеличения крутящего момента на выходном валу трансформатора введен дополнительный элемент — реакторное колесо (реактор, иногда статор). Реактор устанавливается между выходом из турбины и входом в насосное колесо, и предназначен для направления потока масла, выходящего из турбинного колеса, таким образом, чтобы его скорость совпадала с направлением вращения насосного колеса. В этом случае неизрасходованная в турбинном колесе энергия масла используется для дополнительного увеличения частоты вращения насосного колеса, что соответствующем образом увеличивает кинетическую энергию масла. Следствием этого является увеличение крутящего момента на валу турбинного колеса, по сравнению с моментом, подводимым к насосному колесу от двигателя. Следует отметить, что соотношение моментов на насосном и турбинном колесах определяется отношением угловых скоростей этих элементов. Максимальное увеличение крутящего момента происходит при полностью остановленной турбине. Такой режим работы трансформатора называется стоповым. Современные трансформаторы имеют коэффициент трансформации момента на стоповом режиме 2,0-2,5. Под термином «коэффициент трансформации» понимается отношение момента, развиваемого турбинным колесом, к моменту на насосном колесе.

Затем, в процессе увеличения частоты  вращения турбинного колеса, происходит снижение эффективности работы реактора, и крутящий момент на валу турбинного колеса уменьшается. Это вполне объяснимо, поскольку, чем выше частота вращения турбинного колеса, тем меньше влияние переносной скорости потока масла на лопатки этого колеса. В момент, когда частота вращения турбины составит приблизительно 85% частоты вращения насосного колеса, реакторное колесо, благодаря муфте свободного хода, теряет связь с картером трансмиссии и начинает свободно вращается вместе с потоком, не воздействуя на него. В результате этого трансформатор переходит в режим работы гидромуфты, коэффициент трансформации которой равен 1.

Трансформатор обладает несколькими  благоприятными свойствами. Его установка приводит к плавному изменению крутящего момента, нагружающего трансмиссию, что увеличивает долговечность агрегатов трансмиссии и снижает затраты на ее ремонт. Плавное изменение крутящего момента самым благоприятным образом сказывается при движении по слабонесущим грунтам и скользкой дороге (лед, снег), поскольку в этом случае снижается вероятность срыва грунта и буксования ведущих колес. Кроме того, трансформатор является превосходным демпфером крутильных колебаний двигателя, которые гасятся маслом и не пропускаются в механическую часть трансмиссии.

Природа любой гидродинамической  передачи такова, что в нем всегда имеет место скольжение, т.е. угловая  скорость турбинного колеса никогда  не равна угловой скорости насосного  колеса. Естественно, что это приводит к снижению топливной экономичности автомобиля. Поэтому для улучшения топливно-экономичных характеристик автомобиля в автоматических трансмиссиях предусматривается блокировка трансформатора.

Методы блокировки трансформатора. Блокировочная муфта позволяет обойти гидротрансформатор и напрямую соединить двигатель с входным валом коробки передач. Таким образом, устраняется скольжение между насосным и турбинным колесом, что приводит к повышению топливной экономичности автомобиля.

Ступица нажимного диска шлицами соединяется со ступицей турбинного колеса. Между нажимным диском и ступицей расположены пружины, выполняющие роль демпфера крутильных колебаний. В процессе блокировки поршень совершает колебания относительно ступицы, деформируя пружины, которые поглощают крутильные колебания, возбуждаемые двигателем. Механическая энергия проходит через пружинный демпфер и попадает на выходной вал трансформатора.

Для улучшения работы блокировочной  муфты к внутренней поверхности  кожуха трансформатора или нажимного диска прикрепляется фрикционная накладка.

Блокировочные муфты всех трансформаторов  имеют однотипные конструкции нажимного  диска, и для их управления обычно используются одинаковые гидравлические схемы.

В выключенном состоянии масло  подается между картером и нажимным диском. Это предохраняет муфту от самопроизвольного включения. Масло, перед тем, как попасть в трансформатор, проходит между диском и кожухом, и далее из трансформатора поступает в систему охлаждения.

Для блокировки трансформатора клапан управления переключает контур, и давление подается к поршню с другой стороны. Масло, находящееся ранее между поршнем и кожухом трансформатора сливается через вал турбины, что обеспечивает плавность включения муфты. Турбинное колесо теперь соединено с валом двигателя и трансформатор заблокирован.

Иногда управление блокировкой  трансформатора осуществляет через  коробку передач. Четырехскоростная  автоматическая коробка передач AOD (Ford) имеет вспомогательный входной  вал, который напрямую, через пружинный  демпфер, связан с двигателем.

На третьей и четвертой передачах  этот вал через блокировочную  муфту включения повышающей передачи соединяется с планетарной коробкой передач. На третьей передаче 60% мощности двигателя передается механически  и 40% через трансформатор. На четвертой передаче все 100% мощности двигателя передаются механически через этот вал. На первой, второй и передаче заднего хода весь поток мощности проходит через гидротрансформатор.

Что может выйти из строя в  трансформаторе? В первую очередь  муфта свободного хода реактора. Здесь возможны два варианта: ролики муфты из-за износа начинают проскальзывать, и муфта не может в этом случае полностью передавать на картер момент, воспринимаемый реактором; ролики могут заклиниться, и в муфте будет отсутствовать режим свободного хода, что не позволит трансформатору переходить на режим работы гидромуфты.

Иногда выходит из строя блокировочная  муфта. Чаще всего это происходит из-за значительного износа фрикционной  накладки. Во всех отмеченных выше случаях  ремонт трансформатора возможен только в специализированных сервисных центрах. Редко, но бывает, в трансформаторе оказываются поврежденными лопатки насосного, турбинного или реакторного колес. В этом случае замена трансформатора неизбежна.  
Рис. 5. Гидротрансформатор: а — схема; б — развертка лопаток

6.Комбинированные коробки передач.

Автоматическая коробка переключения передач использует комбинированный  принцип действия. Обычно АКПП состоит  из гидротрансформатора, заменяющего сцепления, механической коробки передач (обычно планетарный редуктор). Как и вариаторы, автоматы имеют системы имитации механической коробки, это такие системы, как: типтроник, стептроник. Есть системы, подстраивающиеся под стиль вождения водителя.

7.Двухвальные коробки передач

Двухвальная коробка передач проста по конструкции, имеет небольшую массу и высокий КПД. Конструктивно коробка объединена в одном блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.

Конструкция двухвальной коробки  передач во многом зависит от того, какое расположение на автомобиле имеют двигатель и коробка передач – продольное или поперечное. При поперечном расположении коробки передач применяют цилиндрическую главную передачу и дистанционный привод переключения передач, при продольном расположении – коническую или гипоидную главную передачу и непосредственный привод переключения передач.

В двухвальной коробке передач  на любой передаче, кроме заднего  хода, крутящий момент двигателя передается двумя шестернями непосредственно  с первичного вала на вторичный вал, который соединен с ведущими колесами автомобиля. Движение автомобиля задним ходом обеспечивается промежуточной шестерней, которая вводится в зацепление между шестернями.

Двухвальная коробка  передач переднеприводного легкового  автомобиля ВАЗ – механическая, четырехступенчатая, трехходовая, с постоянным зацеплением шестерен, синхронизаторами и ручным управлением.

Картер коробки передач, отлитый  из алюминиевого сплава, соединен шпильками  с картером сцепления и образует с ним единый корпус, в котором  размещены первичный и вторичный валы с шестернями и синхронизаторами, главная передача и межколесный дифференциал. Главная передача – одинарная, цилиндрическая, косозубая; дифференциал – конический, двухсателлитный, симметричный, малого трения. Картер коробки передач сзади закрыт крышкой, в которой установлен сапун для связи внутренней полости коробки передач с атмосферой. Первичный вал представляет собой блок ведущих шестерен I—IV передач и передачи заднего хода. Вал вращается в двух подшипниках, один из которых установлен в картере коробки передач, а другой – в картере сцепления. Вторичный вал изготовлен вместе с ведущей шестерней главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картере сцепления и картере коробки передач. На вторичном валу свободно вращаются ведомые шестерни соответствующие I, II, III, IV передачам. Эти шестерни находятся в постоянном зацеплении с ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу жестко закреплены ступицы синхронизаторов. На скользящей муфте синхронизатора имеется зубчатый венец для включения передачи заднего хода. Промежуточная шестерня передачи заднего хода свободно установлена на оси, закрепленной в картерах коробки передач и сцепления. При включении I или II передачи синхронизатор соединяет соответственно шестерню с вторичным валом коробки передач, а при включении III или IV передачи синхронизатор соединяет с вторичным валом соответственно шестерню. Передача заднего хода включается вилкой введением в зацепление шестерни с шестерней и зубчатым венцом.