Устройство и принцип работы гидромеханической коробки передач

Что это такое в машине?

Что такое трансмиссия автомобиля простыми словами? Скажу кратко — это определённые сборочные механизмы, которые соединены в единое целое для того, чтобы осуществить передачу «потока» энергии от его источника к колёсам автомобиля. Если бы не было этой конструкции, то было бы невозможна мгновенное срабатывание тормозной системы, езда задним ходом и управление в потоке машин.

Где находится эта конструкция? Под днищем автомобиля, он берёт начало от коробки передач, а заканчивается в области задних колёс.

Фото ттрансмиссии

Каким требованиям должна соответствовать трансмиссия?

• Надёжность и безопасность.
• Лёгкость рулевого управления, особенно при прохождении поворотов.
• Максимально возможный показатель передачи мощности.
• Минимальный вес всех составных деталей.
• Низкий уровень шума во время работы.
• Высокий КПД.

Чем правильней и эффективней будут работать составные части трансмиссии, тем выше безопасность водителя, меньше расход топлива и износ трущихся деталей. Разумеется, это непосредственно влияет на те характеристики, которые указаны в техническом паспорте и гарантированы производителем.

Ещё существует такое понятие, как коэффициент полезного действия трансмиссии (КПД). Он рассчитывается как произведение КПД механизмов, включённых в её состав. Это эффективная характеристика, обозначающая отношение полезной энергии к затраченной. Проще говоря, если КПД будет низким, то это значит, что сил затрачено много, а результата нет. КПД трансмиссии современных автомобилей варьируется от 0,82 до 0,94.

Этот параметр трансмиссии непостоянен в течение всего срока работы машины. При эксплуатации нового автомобиля механизмы притираются друг к другу и КПД повышается. Затем это значение держится на протяжении долгого периода времени, а когда движущиеся детали изнашиваются, то показатель падает. После капитального ремонта КПД возрастает, но уже никогда не достигает максимального значения.

Гидромеханическая трансмиссия

Гидромеханическая трансмиссия значительно упрощает управление автомобилем, так как скорость его движения регулируется только, педалью открытия дроссельной заслонки и педалью тормоза, а переключение передач на ходу происходит автоматически. Ручным переключением передач в основном приходится пользоваться только при трогании с места.  

Гидромеханическая трансмиссия с гидротрансформатором позволяет устранить этот недостаток.  

Гидромеханическая трансмиссия в процессе черпания материала или резания грунта дает возможность автоматически регулировать рабочие скорости погрузчика.  

Гидромеханическая трансмиссия отличается от механической тем, что вместо муфты сцепления установлен гидротрансформатор.  

Гидромеханические трансмиссии облегчают условия труда машиниста, повышают тяговые свойства и проходимость автогрейдера. Все это обусловливает повышение производительности машины при выполнении земляных работ. Кроме того, использование гидротрансформатора смягчает резкие нагрузки на трансмиссию, повышая тем самым ее надежность.  

Гидромеханическая трансмиссия требует тщательного выполнения требований технического обслуживания.  

Гидромеханическая трансмиссия состоит из гидродинамического трансформатора крутящего момента ( ГТКМ) и фрикционно-зуб-чатой малоступенчатой коробки перемены передач.  

Гидромеханическая трансмиссия состоит из жидкостного преобразователя крутящего момента — гидротрансформатора, который является ее основным агрегатом, и механического ( планетарного) редуктора. Применение механического редуктора вызвано тем, что гидротрансформатор позволяет автоматически регулировать крутящий момент в ограниченных пределах.  

Гидромеханическая трансмиссия автомобиля содержит гидромуфту или гидротрансформатор.  

Рассматриваемая гидромеханическая трансмиссия — бесступенчатая, автоматическая, так как число оборотов ведомого вала 8 зависит от нагрузки на колеса. Такая гидромеханическая передача про — ста в управлении и надежна в работе. Рассматривая устройство и работу гидромеханической трансмиссии автомобиля, заключаем, что она сама автоматически учитывает изменение профиля дороги и может плавно переходить на другую скорость движения независимо от водителя автомобиля.  

Схемы гидромеханических трансмиссий предусматривают объединение в едином блоке двигателя и гидромеханической коробки передач, крутящий момент от которой передается ведущим колесам через карданный вал и механизмы заднего моста как в обычной механической трансмиссии.  

Двухступенчатая гидромеханическая коробка передач

В качестве примера гидромеханических передач рассмотрим двухступенчатую гидромеханическую коробку передач. Она состоит из гидротрансформатора 1, механической планетарной коробки передач с многодисковым фрикционом 3 и двумя ленточными тормозными механизмами 2 и 4 и гидравлической системы управлениях кнопочным переключением передач. Кнопки соответственно означают нейтральное положение, задний ход, первую передачу и движение с автоматическим переключением передач. В двухступенчатой механической коробке передач имеются два одинаковых планетарных механизма 5 и 6.

В нейтральном положении фрикцион 3, а также тормозные механизмы 2 и 4 выключены. Трогание автомобиля с места происходит при включенной первой передаче. В этом случае масло под давлением поступает в цилиндр тормозного механизма 2, лента которого затягивается, и солнечная шестерня планетарного механизма 6 останавливается.

Если включена кнопка «Движение», то при разгоне автомобиля происходит автоматическое переключение на вторую передачу, что обеспечивается одновременным выключением тормозного механизма 2 и включением фрикциона 3. В этом случае планетарные механизмы 5 и 6 блокируются и вращаются как одно целое.

Для движения автомобиля задним ходом включается только тормозной механизм 4.

В настоящее время автоматические коробки передач имеют электронное управление, что позво­ляет гораздо точнее выдерживать заданные моменты переключения (с точностью до 1 % вместо прежних 6…8 %). Появились дополнительные возможности: по характеру изменения скорости при данной нагрузке на дви­гатель компьютер может вычислить массу автомобиля и ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения. Электронное управление предоставило неограниченные возможности для само­диагностики, что позволило корректиро­вать процессы управления в зависимости от многих параметров (от температуры и вязкости жидкости до степени износа фрикционных элементов).

Система автоматического управления обычно состоит из следующих подсистем:

• функционирования (гидравлические насосы, регуляторы давления)
• измерительная, собирающая информацию о параметрах управления
• управляющая, вырабатывающая управляющие сигналы
• исполнительная, осуществляющая управление переключением передач, работой двигателя
• подсистема ручного управления
• подсистема автоматических защит, предотвращающая возникновение опасных ситуаций

Основными элементами электронной системы управления являются электронный блок и рычаг управления.

Что представляет собой гидротрансформатор АКПП

На сленге автовладельцев и опытных механиков это устройство называют бубликом. Прозвище появилось из-за схожести гидротрансформатора с хлебным изделием по внешнему виду. Чтобы понять на сколько важен этот аппарат в АКПП, нужно разобрать принцип работы гидротрансформатора и посмотреть на его устройство изнутри.

Некоторые автовладельцы называют его гидромуфтой. Это название ближе к нему и лежит в области механики. Происходит из-за того, что ГДТ соединяет двигатель и АКПП, выполняя роль сцепления.

Только две автоматические коробки поддерживают наличие гидротрансформатора. Это:

• автоматический тип или стандартный автомат;
• вариаторный тип коробки передач или CVT.

Устройство ГДТ

Гидротрансформатор представляет собой сложное устройство. Неисправности в любом из его комплектующих могут привести к тому, что автомобиль либо вообще не тронется с места, либо не сможет разогнаться.

Он меняет и передает крутящий момент на двигатель транспортного средства. Состоит из следующих элементов:

• насосное колесо, которое создает поток смазки. Масло течет и создает давление, заставляя вращаться следующие элементы;
• турбина вращается за счет потока масла, созданного насосным колесом;
• реакторное колесо, принцип работы идентичен турбине;
• муфта свободного хода или обгонная;
• блокировочная муфта.

ГДТ размещается между мотором и трансмиссией в отсеке полностью заполненным трансмиссионной жидкостью. Масло выполняет роль не только смазывающего средства, но становится «мокрым» сцеплением.

Неисправности ГДТ отрицательно влияют на следующие комплектующие АКПП:

• маслонасос;
• гидроблок;
• уменьшают жизненный ресурс всей коробки передач.

Важную роль в работе гидротрансформатора играет блокировочная муфта. Блокировка повышает экономичность расхода топлива автомобиля.

Блокировка

Когда будет происходить блокировка определяет электронный блок управления АКПП. А принцип ее функционирования состоит в торможении автомобиля и уменьшении скорости вращения гидротрансформатора. Таким образом крутящий момент передается напрямую от двигателя коробке. Происходит это до тех пор, пока снова не поменяется передача.

Блокировочная муфта состоит из:

• поршня с уплотнительными кольцами;
• крышки;
• ступицы, которая соединена с колесом и валом;
• двух ведущих дисков из стали;
• три ведомых дисков из металлокерамики.

Диски соединены в одном корпусе, которые находятся в тандеме с насосным колесом с одной стороны, а с другой с крышкой.

У блокировочной муфты гидротрансформатора имеются недостатки:

• когда происходит блокирование гидротрансформатора, водитель может почувствовать эти удары или толчки (на примере недоработанных особенностей коробки DP0 от французского концерна «Пежо-Ситроен»);
• снижается плавность хода;
• быстро изнашивается фрикционный диск, смазка загрязняется и теряет свои свойства.

Положительные стороны блокировки – снижается количество потребляемого топлива транспортным средством.

Принцип работы

Гидротрансформатор может работать в трех режимах.

Дополнительные функции гидротрансформатора:

• бережет АКПП от появления неисправностей во время набора скорости и при резком торможении. Эту роль выполняет ATF и демпфер;
• увеличивает вращение. Во время разгона увеличивается крутящий момент в два раза, уменьшается скорость на выходном валу.

Плюсы и минусы гидромеханики

Резюмируя сказанное, можно сделать вывод: гидромеханическая АКПП – это узел, состоящий из гидротрансформатора, модуля механической коробки передач (в большинстве случаев планетарной), оснащенной пакетом фрикционов, системы гидравлического управления и контролирующего электронного блока.

Из плюсов такой связки:

удобство водителя: не нужно менять скорости вручную;
передача мощности от двигателя идет без «просадок» и рывков, что особенно важно при трогании.

Но есть и очевидные недостатки. Один из них – относительно малый, по сравнению с механикой, КПД, что обусловлено наличием гидротрансформатора.

Кроме того, есть и другие минусы:

• высокая сложность узла, обилие компонентов, как следствие – относительно меньшая надежность (хотя гидромеханические КПП могут при должном уходе «ходить» десятилетиями, что успешно показывают японские, корейские и немецкие авто);
• более высокая стоимость коробки, удорожающая и оснащенный ею автомобиль;
• расход топлива в автомобиле с такой коробкой несколько выше;
• малая ремонтопригодность, в сравнении с «механикой»; для успешного ремонта необходимо иметь сложное оборудование и обладать специальными знаниями.

Но плюсы гидромеханического переключения передачи все же перевешивают его недостатки, особенно для начинающих водителей, не обладающих достаточным опытом. Кроме того, в городском ритме движения, с постоянными пробками, гидромеханическая АКПП экономит и силы, и нервы водителя, которому не приходится производить бесконечные манипуляции «сцепление-передача» и двигаться на 1 скорости с полувыжатым сцеплением.

Система управления переключением передач

Малый диапазон возможного изменения момента и скорости вращения вынудил проектировщиков дополнить гидротрансформатор механической коробкой переключения передач. В гидромеханической коробке-автомате для легкового транспорта используют несколько редукторов планетарной передачи, включаемых в работу с помощью фрикционных муфт. Включение фрикциона осуществляется сжатием пакета фрикционных накладок с помощью гидравлического поршня особой конструкции.

Насос, запитывающий гидравлику привода, обычно устанавливается в непосредственной близости от гидротрансформатора. Для управления гидравлическими клапанами и золотниками системы в современных авто применяют электромагнитные соленоиды, управляемые электроникой. Для компенсации ударных контактных нагрузок применяют обгонные муфты, что добавляет плавности при вхождении в зацепление шестерен коробки.

К сведению! В большинстве современных гидромеханических коробок-автоматов реализована функция автоматического выключения гидротрансформатора при движении на скорости более 20-25 км/ч. Это позволяет значительно уменьшить потери, связанные с передачей момента, особенно при высоких оборотах вращения, когда гидравлические потери растут быстрее механических.

Как работает вальная КПП

Вальные «автоматы» довольно широко применяются в производстве автобусов, большегрузных ТС. Слово «вальная» относится к механической коробке в составе АКПП. «Механический» узел бывает в данном случае:

• многовальным;
• двухвальным;
• трехвальным.

Для смены передач задействуются погруженные в специальное масло многодисковые муфты, а задний ход, первая ступень трансмиссии в некоторых случаях включаются зубчатой муфтой. Устройство таких АКПП позволяет переключать скорости фрикционами за счет работы коленвала, при этом не происходит потерь мощности и просадки момента вращения.

Классическая схема – двухвальная, с первичным (ведущим), вторичным (ведомым) валами, несущими шестеренки. В трехвальной схеме имеется также вал промежуточный, где расположена соединенная с главной передачей шестерня.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Вальные модели нашли ограниченное применение в легковых авто: в частности, ими оснащены многие автомобили Honda и ряд моделей концерна Mercedes. Использование подобных КПП связано с определенными техническими затруднениями: на задне приводных машинах к коробке передач применяется требование соосности, и вальная АКПП должна иметь на шестернях не менее двух зацеплений на передачу. А это снижает КПД.

Еще один недостаток – высокие дисковые потери, если число передач у транспортного средства больше трех. В вальной коробке в таком случае много выключенных сцеплений, что ведет к указанным потерям. Кроме того, валы достаточно велики по длине, что делает коробку габаритной и уменьшает свободное пространство в салоне, а также увеличивает шумность и снижает надежность. Частично это решено внедрением трехвальных коробок, с более короткими, жесткими и надежными валами.

Гидромеханическая коробка передач: принцип работы

Молодые автомобилисты часто встречают в сети интернет информацию о гидромеханической коробке передач автомобиля. Однако они до конца не понимают принцип ее работы. В этой статье мы расскажем, как работает гидромеханическая коробка передач, и почему она удобнее обычной механической коробки передач.

Конструкция гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач имеют немаловажную особенность – она обеспечивает автоматическое сцепление. Водителю не нужно постоянно нажимать педаль сцепления. Несмотря на отсутствие педали сцепления, Гидромеханика все-таки состоит из механической коробки передач и гидротрансформатора. Механическая КПП при этом может иметь разный принцип работы:— двухвальный;— трехвальный;— многовальный;— планетарный.Вальный принцип работы гидромеханической коробки передач чаще всего применяется в крупном автомобильном транспорте: автобусах и грузовиках. Вальная гидромеханика работает на основе фрикционов – многодисковых муфт, которые работают в масле. Такой принцип работы позволяет избежать разрыва мощности и крутящего момента при переключении передач.Также гидромеханическая коробка передач включает в себя ведущий, промежуточный и ведомый валы, многодисковое фрикционное сцепление (фрикцион) и зубчатую муфту. Управляет всеми этими подвижными механизмами передний и задний гидронасос. С помощью центробежного регулятора будет происходить автоматическое переключение передач.

Принцип работы гидромеханической коробки передач

Принцип работы гидромеханической коробки передач описан в таблице ниже.

СоставляющиеОписание

Колеса с лопаткамиГидравлический механизм такой КПП состоит из трех колес: турбинного колеса, насосного колеса и колеса реактора.

Колесо насосаКолесо насоса. работает с той же скоростью вращения, что и маховик двигателя

Турбинное колесоПри работе колеса насоса масло поступает на его наружную часть и под действие центробежной силы заставляет вращаться лопатки турбинного колеса.

Колеса реактораПосле турбинного колеса масло поступает на колесо реактора, которое безударно и плавно транспортирует масло снова в насосное колесо. Благодаря циркуляции масла и перемещается крутящий момент от двигателя к колесам.

Планетарная механическая коробка передач

Является разновидностью гидромеханической коробки передач. Она состоит из планетарных механизмов. Главная солнечная шестерня закреплена на ведущем вале. Солнечная шестерня сцеплена с шестернями-сателлитами, которые свободно располагаются на своих осях. Сателлиты уже соединяются с ведомым валом через водило.Крутящий момент передается от ведущего к ведомому валу с помощью ленточного тормоза и коронной шестерни. При вращении шестерни сателлиты вращаются вокруг своих собственных осей.

Сателлиты перекатываются по ней беспрепятственно, при этом ведомый вал остается неподвижным.[youtube url=»https://www.youtube.com/watch?v=HMXujdQX688″ width=»560″ height=»315″]

Про гидротрансформатор

Основой гидромеханического автомата является гидротрансформатор. Фактически в гидромеханической АКПП он выполняет роль, аналогичную сцеплению в обычном автомобиле – передает момент от двигателя к коробке.

Рекомендуем: Cистема питания двигателя внутреннего сгорания

Как видно из рисунка, устройство гидротрансформатора довольно простое и включает в себя три колеса специальной формы:

• насосное, осуществляющее связь между двигателем и гидротрансформатором;
• турбинное, выполняющее связь с валом (первичным) коробки передач;
• реакторное, предназначенное для усиления крутящего момента.

Все эти турбины закрыты специальным корпусом и на три четверти погружены в масло, заполняющее внутренний объем. Гидромеханический привод работает таким образом – насосное колесо, на которое поступает вращающий момент от двигателя, вращаясь, направляет на турбинное колесо поток масла, которое им раскручивается и предает усилие на вал коробки передач.

Происходит циркуляция масла по сложной траектории – с внешней части насосного кольца на внешнюю часть турбинного, а затем через центр устройства обратно к насосному. Следствием такого движения является гидромеханическая передача момента к коробке передач от мотора.

Такой гидромеханический привод обладает особенностью – из-за присутствия третьего, реакторного колеса, возможно усиление передаваемого момента. Происходит это благодаря его расположению в центре гидротрансформатора.

Когда осуществляется гидромеханическая передача момента, поток масла от турбинного колеса направляется к центру устройства и затем возвращается обратно к насосному. Однако на его пути расположено реакторное колесо, и поток, оказывая на него давление, вызывает с его стороны ответную реакцию, которая, воздействуя на турбину, усиливает момент, переданный от насосного колеса.

Такое дополнительное воздействие, возникающее, когда происходит гидромеханическая передача мощности от мотора, приводит к тому, что она увеличивается. Величина усиления зависит от разности скоростей межу колесами гидротрансформатора, чем она больше, тем более значительным оно будет. Это особенно полезно при начале движения, когда выполняется гидромеханическая передача мощности от двигателя, работающего на холостом ходу, к неподвижной трансмиссии.

Очень полезным фактом являет то, что гидравлический привод автоматически устанавливает нужное передаточное число между колесами и двигателем, благодаря изменению величины напора жидкости при ее передаче между напорным и турбинным дисками.

Однако диапазон такого изменения достаточно небольшой, и при этом отсутствует возможность, используя гидромеханический привод, разорвать связь между трансмиссией и мотором, поэтому гидротрансформатор работает последовательно с планетарной коробкой, позволяющей устранить отмеченные недостатки.

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.

Гидротрансформатор