Планетарная коробка передач подробно. Гибридная коробка передач

Планетарная коробка передач подробно — Энциклопедия журнала "За рулем"

Планетарная механическая коробка передач (МКП) - разновидность коробки передач, в которой используются планетарные механизмы. Была распространена в начале ХХ столетия (автомобиль Ford T), в наше время получила достаточно широкое распространение в гусеничной технике - военной и гражданской, а также на велосипедах и в автомобилях с гибридной трансмиссией.

Устройство и принцип работы

В планетарной МКП используется система шестерен-сателлитов, вращающихся вокруг центральной солнечной шестерни. Чаще всего сателлиты размещены внутри большой коронной шестерни (эпицикла), с которой находятся в постоянном зацеплении. В свою очередь сателлиты закреплены на водиле.Изменение передаточного отношения планетарной МКП зависит от того, какой из трех основных элементов - солнечная шестерня, сателлиты с водилом и коронная шестерня - закреплен неподвижно, на какой подается крутящий момент и с какого элемента снимается трансмиссией. В любом случае один из трех основных элементов планетарной коробки (а сателлиты рассматриваются как одно целое с водилом) будет неподвижен, два других будут вращаться. Для остановки и блокировки одного из элементов КП используется система ленточных тормозов и блокировочных муфт. Но есть планетарные механизмы, в которых тормоза и муфты отсутствуют - речь идет о дифференциалах, которые тоже относятся к планетарным механизмам, построенным с применением конических шестерен.Вариантов планетарных систем, применяемых в МКП, достаточно много. Описание принципа работы касается простейшей системы с тремя сателлитами, закрепленными на водиле под углом в 120 градусов.Понижающая передача. Первый вариант. Если остановить эпицикл, крутящий момент от двигателя подавать на вал солнечной шестерни, а снимать крутящий момент с водила, то в результате частота вращения вала водила будет меньше, чем частота вращения солнечной шестерни. Второй вариант. Если подать вращающий момент вала двигателя на эпицикл, заблокировать солнечную шестерню, а крутящий момент снимать с водила, получится тот же эффект (но с передаточным числом близким к единице). Повышающая передача. Первый вариант. Эпицикл заблокирован, крутящий момент подается на водило с сателлитами, а снимается с центральной солнечной шестерни. В результате КП работает в качестве повышающего редуктора.Второй вариант. Солнечная шестерня блокирована, крутящий момент подается на водило, снимается с большой коронной шестерни. Эффект получается такой же, КП работает в режиме повышающей передачи.Задний ход. Первый вариант. Крутящий момент подается на солнечную шестерню, снимается с эпицикла, водило закреплено неподвижно. С этом случае КП работает в качестве редуктора с отрицательным передаточным отношением, то есть включен режим реверса крутящего момента.Второй вариант. Крутящий момент подается на эпицикл, снимается с вала солнечной шестерни, водило, опять же, закреплено неподвижно. КП работает в реверсивном режиме с отрицательным передаточным отношением.

Применение планетарных МКП

В автомобильном транспорте МКП с ручным (а точнее, с ножным) управлением вышли из употребления еще в 1928 году - с прекращением выпуска легендарного автомобиля марки Ford T. В этой машине применялась планетарная механическая двухступенчатая коробка передач. При этом переключение передач производилось педалями, которые включали ленточные тормоза коробки. Первая передача включалась нажатием на правую педаль, вторая - на среднюю и задний ход - на левую педаль (всего было три педали, вместо педали "газа" использовался подрулевой рычаг).В 30-е и последующие годы МКП была вытеснена полуавтоматическими и автоматическими планетарными КП. В полуавтоматах вместо сцепления использовались гидромуфты, в автоматах - гидротрансформаторы.

Сегодня планетарные МКП широко используются в гусеничной технике, в том числе и военной - в танках, тягачах, транспортерах. В авиационных турбинах, в металлорежущих станках - в качестве редукторов.

Очень популярны планетарные механический коробки передач, встроенные в заднюю втулку велосипедного колеса. Эти коробки легки, долговечны, эффективны и просты в эксплуатации, поскольку не требуют какого-либо обслуживания. В то же время они повышают стоимость велосипедов и не применяются в спортивных моделях - из-за большой массы (порядка 1,5-2 кг) и меньшей ремонтопригодности по сравнению с открытыми устройствами перевода цепи параллелограммного типа.

Достоинства и недостатки планетарных КП

К достоинствам планетарных коробок следует отнести компактность. Все детали планетарной КП вращаются вокруг одной оси. В них нет валов, ползунов и последовательно расположенных шестерен. В результате такая коробка занимает примерно столько же места, сколько одно-двухдисковое сцепление. В то же время планетарные коробки способны передавать очень большой крутящий момент, что обуславливает их применение в тяжелой (в частности, танковой) технике. Эта особенность объясняется тем, что крутящий момент равномерно распределяется на сателлиты (которых может быть больше трех), зубья которых испытывают меньшие по сравнению с двух-трехвальными КП механические нагрузки. Планетарные коробки отличаются повышенным ресурсом и простотой обслуживания.Конструкция планетарных коробок позволяет легко организовать систему управления - оснастить элементы КП ленточными тормозами и блокировочными муфтами (поясним: первые нужны для плавной остановки вращения шестерен, вторые - для окончательной блокировки и, соответственно, переключения передачи).Наконец, правильно спроектированная планетарная КП с верно подобранным передаточным отношением шестерен имеет более высокий коэффициент полезного действия, чем двух-трехвальные механические КП.Но вместе с тем есть у планетарных коробок и недостатки. Главный из них - сложность с проектирования и производства многоступенчатых КП. В автоматических коробках для получения трех и более ступеней переключения приходится прибегать к каскадным планетарным системами. Это усложняет КП и, соответственно, снижает ее КПД и надежность. В наши дни наработки в области планетарных автомобильных коробок передач используются в производстве автоматических планетарных коробок, которые полностью вытеснили механические КП этого типа. Вместе с полуавтоматическими и бесступенчатыми трансмиссиями (прежде всего, с вариаторными системами) АКП широко используются в легковых автомобилях среднего и высокого класса. Благодаря эксплуатационным удобствам АКП пользуются повышенной популярностью и постепенно вытесняют механические КП с ручным управлением из автомобилей бюджетного класса.

wiki.zr.ru

Трансмиссия — Энциклопедия журнала "За рулем"

Трансмиссия автомобиля выполняет две функции: она передает крутящий момент от двигателя ведущим колесам автомобиля, а также изменяет его величину и направление. При передаче крутящего момента трансмиссия, кроме того, перераспределяет его между отдельными колесами.

Назначение трансмиссии

Двигатели внутреннего сгорания, являющиеся на сегодняшний день основным источником энергии для автомобилей, имеют максимальные значения крутящего момента и мощности при разных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для того чтобы использовать соответствующие обороты двигателя при различных скоростях движения автомобиля, необходимо иметь возможность изменять передаточное число трансмиссии. Общее передаточное число трансмиссии в любой момент времени можно определить отношением частоты вращения коленчатого вала двигателя к частоте вращения ведущих колес.Крутящий момент, передающийся на ведущее колесо, определяет тяговое усилие, действующее в контакте колеса с дорогой. Это усилие определяется делением величины крутящего момента на радиус колеса. Для движения автомобиля необходимо, чтобы тяговое усилие было больше суммы сил сопротивления движению (силы сопротивления качению, силы сопротивления подъему, силы инерции, аэродинамического сопротивления). Сумма сил сопротивления движению изменяется в широких пределах в зависимости от условий движения, поэтому трансмиссия автомобиля должна обеспечивать возможность изменения тягового усилия путем изменения в широком диапазоне крутящего момента. Максимальное тяговое усилие ограничивается не возможностями двигателя и трансмиссии, а сцеплением колес с дорогой. Это усилие не должно превышать силу сцепления, иначе ведущие колеса будут проскальзывать и автомобиль не сможет двигаться. Силу сцепления можно определить, умножив часть массы автомобиля, приходящегося на одно колесо, на коэффициент сцепления — ϕ. Коэффициент сцепления зависит от состояния дорожного покрытия, качества и состояния шин и находится в пределах от 0,1 до 0,9.Наибольшее суммарное тяговое усилие может быть реализовано, если все колеса автомобиля будут ведущими. Тем не менее для движения автомобиля по дорогам с твердым покрытием достаточно двух ведущих колес на одной оси. Увеличение числа ведущих колес приводит к усложнению трансмиссии и увеличению механических потерь, поэтому конструкторам автомобилей приходится применять компромиссные решения в зависимости от назначения автомобиля.

Механические трансмиссии

Выбор типа привода ведущих колес и компоновки автомобиля определяют возможность в наибольшей степени реализовать те или иные его свойства. Особенности привода оказывают влияние на топливную экономичность, безопасность, массу и компактность автомобиля, а также на показатели устойчивости, управляемости и тормозной динамики.

Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки: 1 — двигатель;2 — коробка передач;3 — главная передача и дифференциал;4 — карданная передача

У автомобилей классической компоновки с колесной формулой 4×2 крутящий момент от двигателя передается через сцепление к коробке передач. В коробке передач крутящий момент может ступенчато изменяться в соответствии с включенной передачей. Двигатель, сцепление и коробка передач обычно объединяются в один блок, образуя силовой агрегат. От коробки передач крутящий момент передается через карданную передачу к главной передаче, где увеличивается, и далее через дифференциал и полуоси подводится к ведущим колесам. Главная передача, дифференциал и полуоси с колесами образуют ведущий мост.

Схема трансмиссии переднеприводного автомобиля:1 — двигатель;2 — главная передача и дифференциал;3 — коробка передач

Если силовой агрегат располагается в непосредственной близости от ведущего моста (переднеприводные автомобили и автомобили заднемоторной компоновки с задними ведущими колесами), в трансмиссии можно обойтись без карданной передачи между коробкой передач и главной передачей. При такой компоновке главная передача и дифференциал обычно объединяются в один агрегат, а для привода ведущих колес используются полуоси с шарнирами.

Трансмиссии полноприводных автомобилей рассмотрены в отдельной главе.

wiki.zr.ru

ZF: Автоматические коробки передач ближайшего будущего

Постоянное и неуклонное ужесточение экологических норм вынуждает производителя модернизировать не только двигателя, но и трансмиссии. В  результате чего автомобиль становится все сложнее..

Каких-то 80-90 лет назад люди более всего ценили комфорт. Им пришелся по вкусу телефон и, конечно, автомобиль. Следуя моде, автомобили тех лет строили максимально комфортабельным, с мягкой подвеской и легким рулем. Для удобства, конструкторы уменьшили количество передач в КП до трех, а то и до двух. Например, у Бугатти 28, тип 30, КП была трехступенчатая, причем для трогания с места и вообще езды использовалась вторая, прямая передача. На ней же Бугатти разгонялась до 150 км/ч. Первую передачу пускали в ход только при трогании в горку, а на третьей, скоростной, машину можно было разогнать до 200 км/ч. У Гитлера был Хорьх с двумя передачами, причем ездили (и трогались) на второй.В последние годы тенденция изменилась в корне, сейчас в почете управляемость и экология. Подвески стали жестче, руль — острее, мотор — живее и быстроходнее. Количество же передач в коробках неуклонно растет, есть КП для легковых автомобилей с семью, восемью и даже девятью ступенями. Понятно, что жесткие подвески и острый руль дают автомобилю лучшую управляемость, из-за чего скорость движения по той же дороге увеличивается. Быстроходный оборотистый мотор наделяет автомобиль хорошей динамикой. А зачем нужна многоступенчатая коробка, какой в ней толк?Дело в том, что коробка передач строится под конкретный двигатель. На старых моторах они были совсем не такими, как на современных — крутящий момент достигал максимума чуть ли не на оборотах холостого хода. За что расплачивались никудышной литровой мощностью, невероятными размерами и весом, вялой динамикой и — зверским аппетитом. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют куда меньшие рабочие объемы, и как следствие — меньший крутящий момент. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям, а нормы экологии только подстегивают процесс.  В качестве примера приведу две новые коробки, сконструированные одним из мировых лидеров по производству КП — немецким концерном ZF.

Автоматическая 9-ступенчатая коробка 9НР

9НР в разрезе

Именно ZF Friedrichshafen AG разработала первую в мире 9-ступенчатую автоматическую коробку (9НР). Это АКП для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Две модели коробки перекрывают крутящий момент от 200 до 480 Н*м (9НР28 и 9 НР48 соответственно). Интересно, что в коробке предусмотрен апгрейд до гибридной трансмиссии или реализации функции «старт-стоп».  Реализуется это просто — достаточно заменить гидротрансформатор стандартным стартер-генератором.

Стоит ли игра свеч, ведь девять передач — не шутка, агрегат получается сложным, и, значит, дорогостоящим? По всей видимости — стоит. По утверждению ZF, по сравнению с обычным 6-ступенчым «автоматом», экономия топлива у автомобиля с новой коробкой доходит аж до 16%. Такая эффективность достигается, прежде всего, благодаря весьма высокому общему передаточному числу коробки — 9,84. То есть большое количество ступеней АКП позволяют очень точно выбрать нужное передаточное отношение, ведь различие между соседними передачами маленькое, а чем меньше это различие — тем точнее можно выбрать передачу для заданного режима работы двигателя. Эта особенность положительно влияет на комфорт при езде и заодно позволяет двигателю работать в более экономичном режиме. Так, при движении на девятой передаче при скорости 120 км/ч  частота вращения двигателя 2170 об/мин , а с 6-ступенчатой АКП — 2890  об/мин.

Обороты двигателя при движении 120 км/ч

Раcход топлива, кроме того, минимизируется блокированием гидротрансформатора на довольно низких оборотах, уменьшая тем самым гидравлические потери. При этом не только уменьшается расход топлива, но и растет динамика, поскольку момент от двигателя передается напрямую. Кроме того, этот новый алгоритм работы гасителя крутильных колебаний усиливает чувство слияния с автомобилем —  скорость работы элементов системы управления и переключения ниже порога восприятия водителя.Возможность быстрого переключения передач, в свою очередь, придает новой коробке спортивный характер. Интересно, что настраивать точки и динамику переключения передач, задавая разные режимы, от комфортного и экономного до спортивного, может не только производитель автомобилей, но и водитель, то есть система управления режимами движения коробки весьма гибкая. Система автоматического управления трансмиссией ATSYS включает в себя все устройства управления сцеплением, функцию адаптации, функции защиты коробки передач. Кроме того, система ASIS (алгоритм переключения передач) незаметно для водителя выбирает оптимальную передачу в зависимости от дорожной ситуации.

Алгоритм переключения передач

Соотношение передаваемого момента и веса различных АКП

Одно из важнейших преимуществ новой коробки — модульный принцип, по которому она создана. Например, для привода на все колеса может быть установлена дополнительная раздаточная коробка. Для этого разработан автоматически подключаемый полный привод (по терминологии ZF — AWD Disconnect). Эта система включает привод на задние колеса только при необходимости и экономит до 5% топлива по сравнению с постоянным полным приводом. Кроме того, коробка уже в серийном исполнении приспособлена к работе в режиме «стоп-старт» без вспомогательного масляного насоса. Так как при повторном старте блокируется только фрикционный механизм переключения, время реакции оказывается весьма незначительным. Важно, что коробка совместима и с гибридной версией: в параллельной архитектуре гибридного привода гидротрансформатор заменяется электромотором.Большое число передач коробка реализует с помощью четырех комплектов шестерен и шести переключающих устройств. Очень сложной задачей была компоновка всех этих узлов в корпусе коробки, так как в легковом автомобиле с поперечным  расположением  двигателя пространство весьма и весьма ограничено. Выход был найден оригинальный: коробка состоит из двух планетарок с общей солнечной шестерней, а механизм  переключения использовали кулачковый, с гидроприводом. У такого механизма высокий КПД и, и он мало влияет на монтажную длину коробки. Если у многодискового механизма переключения в разомкнутом положении действуют моменты инерции, вызывающие потери мощности, то у кулачкового потери очень малы. Это важно именно для коробки с большим числом передач: благодаря точному подбору передач здесь нет таких потерь при передаче потока мощности от двигателя, как в других трансмиссиях.

Основные особенности коробок 9НР

.

.

8-ступенчатая АКП 8НР

В отличие от 9-ступенчатой,  новая 8-ступенчатая коробка (8НР), предназначена для автомобилей с продольным расположением двигателя. Два модельных ряда этой коробки покрывают очень широкий диапазон крутящих моментов — от 300 до 1000 Нм. 8HP — это первый автомат, позволяющий реализовать функцию «старт — стоп» без вспомогательного насоса. Уже сейчас коробка 8HP устанавливается серийно на некоторые модели Alpina, Audi, Bentley, Chrysler, BMW, Jaguar, Lancia, Land Rover, Range Rover и Rolls-Royce.Широкий охват уровня входного крутящего момента позволяет применять коробку передач в самых разных классах автомобилей и с самыми разными типами двигателей. Это 8-супенчатая коробка снижает расход топлива автомобиля даже по сравнению с 6-ступенчатым автоматом второго поколения, который еще совсем недавно был образцом топливной экономичности.

Устройство коробки 8НР

Техническое решение основывается на концепции  с четырьмя планетарными рядами шестерен и пятью элементами переключения. Поскольку на каждой передаче только два элемента переключения находятся в разомкнутом положении, потери тягового усилия из-за моментов инерции внутри коробки существенно снижаются. Кроме того, более высокое общее передаточное число (7,05 по сравнению с 6,04  у предшествующей модели) обеспечивает работу двигателя на более низких оборотах, что снижает расход топлива. Экономит топливо и уровень выбросов CO2 и системы гашения крутильных колебаний в гидротрансформаторе, в частности, быстрой его блокировкой при старте. Как и 9-ступенчатая коробка, новый 8-ступенчатый автомат отличается высокой скоростью переключения — ниже порога восприятия.

Зависимость веса и передаваемого крутящего момента для разных АКП

Гидроаккумулятор (система HIS)

8НР — первая модель ступенчатой трансмиссии, в которой можно реализовать функцию «старт — стоп». Дело в том, что при выключенном ДВС в коробке не будет давления масла, поэтому она не может функционировать. Однако в ней есть особое устройство — гидроаккумулятор, которое создает давление в коробке, и автомобиль может немедленно тронуться. Благодаря этому гидроаккумулятору импульсного действия автомобиль может повторно тронуться с места спустя всего 350 миллисекунд после отключения двигателя. Пружинный поршневой аккумулятор в доли секунды нагнетает гидравлическое масло, необходимое для старта, во внутренние узлы коробки. Режим «старт — стоп» позволяет снизить расход топлива с этой коробкой в общей сложности до 11% по сравнению с прежней 6-ступенчатой.

Экономия топлива с разными модификациями 8НР

Новая коробка может работать и в гибридной и полугибридной (со стартер-генератором)  версиях, причем для этого не требуется никаких изменений, простой заменой гидротрансформатора на электромашину. Полугибрид позволяет сэкономить до 15% топлива, а полный гибрид — до 25%.Коробка может быть дополнена полноприводной версией и другими разными элементами трансмиссии. Например, гидродинамическое сцепление с охлаждением (hydrodynamically cooled clutch — HCC) обеспечивает плавный старт и быстрое переключение передач. При этом в картере сцепления вместо гидротрансформатора устанавливается «мокрая» многодисковая муфта. У такой муфты момент инерции массы меньше, чем у гидротрансформатора, а это позволяет передавать больший крутящий момент, что и делает его привлекательным для спортивных автомобилей.  Версий полного привода несколько. Во первых, это классический вариант с «навешиванием» дополнительной раздаточной коробки, как это обычно делается во внедорожниках. Во вторых — интеграция раздаточной коробки с включением привода на переднюю ось, так конструкция получается компактнее, легче, и с лучшим КПД. И в третьих — интегрированная полноприводная версия, в которой кроме раздаточной коробки в  корпус автоматической коробки передач встроен еще и дифференциал.

Возможные пусковые элементы для коробки 8НР

Итог прост. Количество передач в коробках неуклонно растет и будет расти, а коробки будут все сложнее и сложнее. И главная причина тому — экологические требования. По всей видимости, и девять ступеней — не предел.

arkan.people.zr.ru

ZF завоевывает приз "Automotive Innovations Award"

Гибридная коробка передач компании ZF завоевывает приз "Automotive Innovations Award"

• Компания ZF признана самым инновационным поставщиком автомобильных комплектующих в категории "Электрификация трансмиссии"
• Разрабатываемая компанией ZF гибридная технология повышает эффективность и расширяет возможности

Франкфурт / Фридрихсхафен. Конценр ZF содействует постепенному переходу от традиционной автомобильной трансмиссии к использованию электротранспорта: применяя электрификацию трансмиссии, технологическая концерн достигает более высокой эффективности и значительно снижает выбросы. Благодаря разработанной 8-ступенчатой гибридной коробке передач, ZF был признан самым инновационным поставщиком автомобильных комплектующих в категории "Электрификация трансмиссии". Во Франкфурте-на-Майне представители независимой организации Центр управления автомобильным бизнесом (Center of Automotive Management, CAM) и аудиторской компании "Прайсуотерхаус Куперс" (Pricewaterhouse Coopers, PwC) вручили представителям концерна присужденную награду.

Еще на самом раннем этапе компания ZF поставила перед собой задачу перейти к использованию электромобилей и гибридной технологии путем внедрения перспективных концепций. "Эффективность является одной из ключевых задач в развитии ZF, а электрификация трансмиссии – будь то в виде гибридного или полностью электрического привода – является одним из основных рычагов компании для достижения этой цели", – говорит Майкл Хенкель (Michael Hankel), член Правления, ответственный за производство. – С нашей новой 8-ступенчатой гибридной коробкой передач мы сделали новаторский шаг в этом направлении. Присуждение известного "Приза за новаторское решение в автомобилестроении" (Automotive Innovations Award) в очередной раз подчеркивает нашу инновационную мощь".

В зависимости от емкости установленной батареи, транспортные средства, оснащенные подключаемой к электросети гибридной коробкой передач ZF, могут двигаться на электротяге, т.е. не создавая локальных выбросов, на сравнительно больших расстояниях – до 50 км и со скоростью до 120 км/ч.

Основу новой подключаемой к электросети гибридной коробки передач, впервые изготовленной в виде модели BMW X5 xDrive40e, составляет современная 8-ступенчатая автоматическая коробка передач (8HP). Вариатор в ее корпусе заменен электродвигателем, развивающим пиковую мощность до 90 кВт и номинальную – 45 кВт, практически не занимая при этом дополнительного места. Высокоинтегрированный, компактный узел произвел впечатление на членов жюри высокого класса, возглавляемого г-ном Ульрихом Бец (Ulrich Bez), бывшим генеральным директором компании Aston Martin, при рассмотрении вопроса о присуждении награды "Automotive Innovations Award". Предоставляя награду, жюри констатировало: "Это новшество отличается удобством в производстве и легкосъемностью. В этом контексте легкосъемность означает, что, несмотря на наличие интегрированного электрического двигателя, для установки коробки передач не требуется никакое дополнительное место и, следовательно, ее можно очень легко устанавливать в существующие транспортные средства".

Электрификация трансмиссии является твердой стратегической позицией концерна ZF. Серьезность намерений, касающихся постепенного перехода от традиционной технологии автомобильной трансмиссии к использованию электромобилей, находит также свое отражение в структуре Группы. В начале 2016 года ZF сконцентрировал свою деятельность по электрификации в новом отделе "E-Mobility".

Приз "Automotive Innovations Award 2016"

Приз самому инновационному поставщику автомобильных комплектующих в категории "Электрификация трансмиссии": Майкл Хенкель (Michael Hankel) (второй справа), член совета директоров компании ZF Friedrichshafen AG, получает приз "Automotive Innovations Award 2016" от профессора д-ра Стефана Братцеля (Stefan Bratzel), директора Центра управления автомобильным бизнесом (слева), председатель Барбара Хальвег (Barbara Hahlweg) (вторая слева) и Феликс Кунерт (Felix Kuhnert), партнер компании "PwC Automotive Leader Europe" (справа).

Подключаемая к электросети гибридная КП 8P75PH от концерна ZF

Подключаемая к электросети 8-ступенчатая гибридная коробка передач 8P75PH: электродвигатель, муфта(ы) сцепления, гасители крутильных колебаний и элементы гидросистемы эффективно и компактно объединены в коробке передач.

www.olmosdon.com

Виды автоматических коробок передач автомобиля, гидравлическая и другие

Если вы найдете ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо.

В удобстве управления автомобилями, оснащенными автоматическими коробками передач, сомневаться не приходится.

В условиях городского движения, с его постоянными пробками, светофорами и пешеходными переходами, использование АКПП абсолютно гармонично и дает уверенность даже молодым водителям.

Сегодня мы поговорим о том, какие разновидности автоматических трансмиссий существуют, а также дадим оценку каждому из них.

Гидравлическая автоматика

Гидравлические АКПП - это классический вариант подобных коробок. Их особенность в отсутствии связи между колесами и мотором.

Крутящие усилия в такой системе передаются через специальную гидравлическую жидкость с помощью использования двух турбин.

Эволюция коробок гидравлического типа привела к тому, что оперативное управление ими полностью отдано специальной электронике.

Это способствовало появлению различных режимов работы коробки автомат, таких как спортивный, экономичный, зимний и т.п.

Помимо этого, водители получили возможность ручного выбора нужной передачи.

По сравнению с механикой, гидравлические трансмиссии более «прожорливые» и менее динамичные.

Вместе с этим отметим, что современные гидрокоробки научились адаптироваться под стиль езды водителя, чем практически полностью нивелировали свою «задумчивость».

Роботизированные трансмиссии

Роботизированные трансмиссии - это гибридный вариант механической трансмиссии и автомата.

По своему устройству роботизированные коробки имеют неимоверное сходство с механикой, однако работа и управление переключениями осуществляется полностью автоматически.

Такой тип коробок позволил решить проблемы, связанные с излишними топливными затратами «автоматов».

Потери динамики тоже сократились, но в процессе эксплуатации выяснилась одна неприятная закономерность: чем молниеноснее разгон, тем отчетливее чувствуются переходы с одной ступени на другую.

Это явление можно было сравнить с подергиванием некачественно работающих автоматических коробок.

Автопроизводители не могли мириться с существующей проблемой.

Доработки не заставили себя долго ждать. Немецкий концерн «Volkswagen» изготовил роботизированную трансмиссию, получившую два сцепления.

Она была названа «DSG». Водители наверняка слышали эту аббревиатуру. Коробка получила пару дисков сцепления, управляющих разными передачами. Один «заведовал» четными ступенями, второй – нечетными.

Переключение скоростей благодаря этому стало практически незаметным.

К сожалению, если первые серии «роботов» можно было назвать дешевыми, то в отношении «DSG» это определение никак не подходит.

Основной «минус» современных роботизированных коробок – высокая цена.

Вариатор

Вариаторный тип трансмиссии является бесступенчатым. Эти коробки имеют возможность осуществлять плавное изменение крутящего момента.

По сути, вариатор является бесступенчатым «автоматом», у которого отсутствует постоянное значение передаточного числа.

Даже новая гидротрансформаторная коробка работает таким образом, что её циклы можно отследить по величине оборотов и рабочему звуку.

Вариаторные трансмиссии функционируют чрезвычайно размеренно, сохраняя баланс скорости и вовремя «подхватывая» момент смены передачи.

Чтобы несколько снизить монотонность, вариаторы получили виртуальные ступени, которые стали проводить имитацию переключения.

Данный факт позволил водителям ощущать максимальную схожесть с работой обыкновенных гидравлических АКПП.

Визуальное сходство работы никак не повлияла на то, что вариаторы гораздо ограниченнее потребляют горючее и имеют значительно больший КПД работы силового агрегата.

Отрицательными качествами вариаторов являются серьезная ограниченность рабочего ресурса, редко превышающая отметку двухсот тысяч километров, а также дороговизна обслуживания.

Перспективы развития

Оценивая перспективы развития различных типов трансмиссий, можно однозначно заявить, что будущее за «роботами».

Да, роботизированные коробки достаточно сложно устроены и пока весьма дорогие для внедрения.

Все предпосылки будущей массовости они имеют, а значит, эти недостатки вскоре будут доработаны.

Вариаторы тоже не будем спешить списывать со счетов. Они очень популярны в Америке и Азии, а эти рынки весьма крупные.

Единственным типом коробок, которые явно «отходят», являются гидротрансформаторные АКПП.

В условиях ограниченности ресурсов излишняя «прожорливость» делает их нерентабельными.

Если учесть, что и технически гидрокоробки явно проигрывают своим конкурентам, то предполагать можно только их постепенный сход с рынка.

Автогиганты будут серьезно сокращать количество таких трансмиссий, полностью отказываясь от их использования.

И не исключено, что перечень видов автоматических коробок передач будет только расширяться.

Если в статье есть видео и оно не проигрывается, выделите любое слово мышью, нажмите Ctrl+Enter, в появившееся окно введите любое слово и нажмите "ОТПРАВИТЬ". Спасибо.

ЭТО МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛЕЗНЫМ:

ПОДЕЛИТЬСЯ НОВОСТЬЮ С ДРУЗЬЯМИ:

autotopik.ru

Планетарная коробка передач | Трансмиссия

Планетарной называется коробка передач с подвижными осями. Любая планетарная коробка передач (ПКП) состоит из нескольких планетарных рядов, каждый из которых в отдельности или в сочетании с соседними обеспечивает требуемое передаточное число.

Наиболее широкое распространение получили планетарные передачи с внутренним и внешним зацеплениями зубьев. Чтобы разобраться в устройстве и работе сложной планетарной коробки передач, необходимо хорошо знать свойства элементарного планетарного ряда.

Для обеспечения работы планетарного ряда необходимо наличие в нем ведущего, ведомого и тормозного элементов. Любой из трех элементов (солнечная шестерня, водило, эпициклическая шестерня) может выполнять роль ведущего, ведомого или тормозного элемента.

В планетарных передачах бывает планетарный ряд с двумя ведущими и одним ведомым элементами (двухпоточные механизмы) или с одним ведущим и двумя ведомыми элементами (дифференциалы). Тормозные элементы в таких случаях отсутствуют.

Планетарные передачи находят широкое применение в трансмиссиях ТС: в коробках передач, раздаточных коробках, дифференциалах, механизмах поворота и колесных (бортовых) передачах.

На рисунке представлена схема планетарной коробки передач, используемой в трансмиссии некоторых четырехосных полноприводных колесных машин совместно с комплексной гидропередачей (КГП), вал турбинного колеса которой является ведущим для планетарной коробки передач. Планетарная коробка передач включает в себя два взаимно связанных планетарных ряда с внешним и внутренним зацеплениями, три тормоза Т1 Т2, Тзх и фрикцион Ф3. Указанные элементы позволяют получить три передачи для движения вперед и одну передачу для ЗХ. На валу турбинного колеса Т комплексной гидропередачи установлена шестерня 1

Рис. Схемы планетарной коробки передач в гидромеханической трансмиссии четырехосной полноприводной колесной машины (а) и зацепления шестерен (б):1 — солнечная шестерня; 2 — водило; 3, 7 — сателлиты; 4 — эпициклическая шестерня первого ряда; 5 — эпициклическая шестерня второго ряда; 6 — солнечная шестерня второго ряда; Аь Ап — реакторы; Н, Т — насосное и турбинное колеса; Т1, Т2 — тормоза I и II передач; Тзх — тормоз ЗХ; Вм — ведомый вал гидромеханической трансмиссии; Ф3 — фрикцион III передачи; Фг — фрикцион комплексной гидропередачи; n1, n2 — частота вращения солнечных шестерен, n’1, n’2 — частота вращения эпициклических шестерен; nв1, nв2 — частота вращения сателлитов; Wвщ — угловая скорость ведущего вала первого планетарного ряда

Сателлиты 3 (длинные) находятся в постоянном зацеплении с солнечной шестерней 7, эпициклической шестерней первого ряда 4 и сателлитами 7 (короткими) второго планетарного ряда, которые в свою очередь находятся в постоянном зацеплении с солнечной 6 и эпициклической 5 шестернями второго планетарного ряда. Водило 2 у обоих планетарных рядов общее. В нем закреплены оси сателлитов 3 и 7(длинных и коротких). Водило соединено с ведомым валом Вм гидромеханической трансмиссии.

Включение той или иной передачи осуществляется блокировкой одного из четырех фрикционных узлов, три из которых неподвижные (тормоза), а четвертый вращающийся (фрикцион Ф3).

Движение на I передаче обеспечивается включением тормоза Ть который затормаживает эпициклическую шестерню 4 первого планетарного ряда, в результате чего длинные сателлиты 3 обкатываются по этой шестерне, и водило, скрепленное с ведомым валом гидромеханической трансмиссии, вращается в несколько раз медленнее вала турбинного колеса комплексной гидропередачи.

При включении II передачи блокируется тормоз Т2, затормаживающий солнечную шестерню 6 второго планетарного ряда. Получая вращение от солнечной шестерни 1 через длинные сателлиты 3, короткие сателлиты 7 обкатывают неподвижную солнечную шестерню 6 и заставляют водило 2 вращаться с определенной частотой, большей, чем на I передаче.

Включение III передачи осуществляется блокировкой фрикциона Ф3, соединяющего в одно целое солнечную б и эпициклическую 5 шестерни второго планетарного ряда. Короткие сателлиты 7 заклиниваются между этими шестернями, и вся планетарная передача вращается как единое целое с частотой турбинного вала комплексной гидропередачи — получаем так называемую прямую передачу с передаточным числом, равным единице.

При включении передачи ЗХ блокируется тормоз Тзх, затормаживающий эпициклическую шестерню 5 второго планетарного ряда. В этом случае короткие сателлиты 7, обкатываясь по неподвижной шестерне 5, заставляют водило 2 вращаться с определенной частотой в направлении, противоположном вращению турбинного вала комплексной гидропередачи.

Рис. Конструкция планетарной коробки передач в гидромеханической трансмиссии четырехосной полноприводной колесной машины:1 — вал привода насосного колеса КГП; 2 — корпус фрикциона блокировки КГП; 3 — поршень фрикциона блокировки КГП; 4 — ведомый диск фрикциона блокировки КГП; 5 — турбинное колесо; 6 — кожух КГП; 7 — насосное колесо; 8 — реакторы КГП; 9 — муфты свободного хода реакторов; 10 — кожух КГП; II — вал турбинного колеса; 12 — поршень тормоза II передачи; 13 — поршень тормоза передачи ЗХ; 14 — поршень фрикциона III передачи; 15 — ось короткого сателлита; 16 — эпициклическая шестерня второго планетарного ряда; 17 — короткий сателлит; 18 — солнечная шестерня второго планетарного ряда; 19 — длинный сателлит; 20 — солнечная шестерня первого планетарного ряда; 21 — пружина; 22 — толкатель; 23 — эпициклическая шестерня первого планетарного ряда; 24 — водило; 25 — шестерня привода заднего насоса; 26 — ведомый вал ПКП; 27 — шестерни заднего насоса; 28 — поршень тормоза I передачи; 29 — картер ПКП; 30 — корпус маслозаборника; 31 — ось длинного сателлита; 32 — промежуточный картер; 33 — шестерня переднего насоса; 34 — шестерня привода насосов; Т1, Т2, Тзх — тормоза I, II передач и передачи ЗХ; Ф3 — фрикцион третьей (прямой) передачи

При размыкании всех фрикционных узлов водило не вращается, т.е. обеспечивается нейтральное положение в коробке передач.

Для управления гидромеханической трансмиссией применяется гидравлическая система, обеспечивающая дистанционное переключение передач, а также блокировку фрикциона Фг комплексной гидропередачи.

Планетарные коробки передач обладают следующими достоинствами:

• простота и легкость управления
• приспособленность ддя применения автоматических систем переключения передач
• безударность, бесшумность и плавность переключения передач
• высокая надежность
• разгруженность валов от изгибающих моментов
• возможность обеспечения больших передаточных чисел при малых размерах
• высокий КПД

К недостаткам планетарной коробки передач следует отнести сложность конструкции и высокую стоимость. Конструкция такой планетарной коробки передач показана на рисунке.

На некоторых многоосных полноприводных колесных машинах в составе гидромеханической трансмиссии применяется модернизированная коробка передач, которая имеет четыре передачи переднего и две передачи заднего хода. В отличие от рассмотренной планетарной коробки передач модернизированная планетарная коробка передач включает в себя три планетарных ряда и пять фрикционных элементов, работающих в масле. Левый и средний планетарные ряды имеют общее водило, на шлицах которого установлена солнечная шестерня третьего (правого) планетарного ряда. Эпициклическая шестерня этого ряда является одновременно ступицей тормоза, а солнечная шестерня и водило могут соединяться между собой фрикционом. В среднем планетарном ряду отсутствует эпициклическая шестерня и связанный с ней тормоз. Остальные элементы аналогичны рассмотренным. Модернизированная планетарная коробка передач является механизмом с тремя степенями свободы и для получения каждой передачи нужно одновременно включить два фрикционных элемента. Выходным валом в этой коробке передач является вал водила правого (третьего) планетарного ряда.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Механическая коробка передач — Энциклопедия журнала "За рулем"

Механическая коробка передач (МКП) - механизм изменения крутящего момента, передаваемого с вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. От прочих типов отличается тем, что в МКП передачи переключаются вручную или полуавтоматически (при использовании сервоприводов сцепления или гидромуфты). Наиболее распространенный тип. Отличается долговечностью, простотой обслуживания и наибольшим КПД.

Принцип действия и назначение

Необходимость применения обусловлена разницей частоты вращения вала двигателя и ведущих колес автомобиля, не позволяющей соединять ведущие колеса напрямую с коленвалом. Двигатели внутреннего сгорания имеют определенный диапазон частоты вращения коленвала - от 500, до 9000 об/мин, а частота вращения ведущих колес автомобиля колеблется от 0 до 1800 об/мин. Служит для повышения или понижения частоты вращения валов механизмов трансмиссии, а также для обеспечения оптимального крутящего момента ведущих колес. Наибольший крутящий момент ДВС выдают при средних и высоких оборотах - от 3000 до 7000 об/мин. Позволяет наилучшим образом использовать возможности двигателя, сообразуя их со скоростью передвижения автомобиля.Изменение частоты вращения и крутящего момента в происходит посредством ступенчатого изменения передаточного отношения пар шестерен. При начале движения водитель включает первую передачу. При этом выбирается пара шестерен с наибольшим передаточным отношением - ведущие колеса крутятся с намного меньшей частотой, чем коленчатый вал двигателя, в то же время крутящий момент на первой передаче будет достаточно высоким, чтобы обеспечить трогание с места, движение в гору или в тяжелых дорожных условиях. При разгоне автомобиля водитель последовательно включает высшие ступени, повышая частоту вращения ведущих колес. На высокой скорости водитель включает прямую передачу, при которой частота вращения колес определяется передаточным отношением главной передачи ведущего моста. В некоторых автомобилях оснащается повышающей передачей, при которой частота вращения колес будет еще больше (но в любом случае ниже, чем частота вращения коленчатого вала ДВС) при понижении тягового усилия двигателя (в этом режиме движения используются силы инерции).Помимо этого назначение состоит еще в возможности плавного понижения скорости движения - выбором низших передач, и в длительном разъединении работающего двигателя от механизмов трансмиссии при кратковременных стоянках автомобиля.

Устройство

МКП является частью трансмиссии автомобиля и работает в паре со сцеплением, которого в коробках передач другого типа (автоматических) может и не быть. В прошлом в легковых автомобилях высокого класса вместо сцепления использовалась гидромуфта, но в наши дни этот тип полуавтоматической трансмиссии не применяется из-за высоких потерь мощности двигателя и низкого КПД гидромуфты. В настоящий момент механические коробки передач без сцепления применяются только в металлообрабатывающих станках.Сцепление необходимо для выравнивания частоты вращения пар шестерен. Без применения сцепления переключение передач МКП невозможно. Так же сцепление используется для плавного начала движения автомобиля и кратковременного отсоединения двигателя от механизмов трансмиссии при остановках.Основные узлы МКП: картер, набор параллельных вращающихся валов, насаженные на валы шестерни, синхронизатор. На сегодняшний момент наибольшее распространение получили МКП двух типов - трехвальные (большинство заднеприводных автомобилей классической компоновки и, частично, переднеприводные автомобили) и двухвальные (значительная часть переднеприводных автомобилей).В трехвальной коробке установлены три вала - первичный, промежуточный и вторичный. Передний вал через сцепление соединен с коленчатым валом (маховиком) двигателя. Вторичный - с карданным валом, передающим вращающий момент на главную передачу, либо с самой главной передачей (в заднеприводных автомобилях и в машинах с разнесенной трансмиссией). Промежуточный вал служит для передачи вращающего момента посредством шестерен с первичного на вторичный вал. Первичный и вторичный валы устанавливают в М соосно - передняя часть вторичного вала входит в паз в задней части первичного вала и вращается в нем на подшипнике. Механически первичный и вторичный валы связаны только шестернями промежуточного вала и вращаются независимо друг от друга. На первичном валу жестко закреплена одна ведущая шестерня, которая входит в зацепление с шестерней промежуточного вала. На вторичном валу располагается свободно вращающийся блок шестерен. Каждая из шестерен вторичного вала находится на строго определенном участке вала, ее продольное (по валу) перемещение исключается. В то же время механизм переключения передач блокирует выбранную шестерню на вторичном валу, передавая ему вращающий момент от первичного вала через шестерню промежуточного - так происходит включение передачи.На промежуточном валу жестко закреплен набор шестерен, которые всегда находятся в постоянном зацеплении. Шестерня первичного вала передает вращение первой (ведомой) шестерне промежуточного вала. Вместе с промежуточным валом вращаются и его шестерни, передавая вращение парам согласованных, постоянно находящихся в зацеплении шестерен вторичного вала. Таким образом при включенном сцеплении и работающем двигателе все шестерни первичного, промежуточного и вторичного вала находятся во вращении вне зависимости от выбранной передачи.Для уменьшения износа и компенсации воздействующих на зубья шестерен сил все шестерни современных МКП выполнены косозубыми.

Муфта переключения

На вторичный вал со свободно вращающимися боками шестерен насажены муфты переключения передач. Поскольку муфты соединены с вторичным валом шлицами, их называют шлицевыми муфтами. В отличие от свободно вращающихся на подшипниках шестерен вторичного вала, муфты способны перемещаться в продольном направлении.На боковых поверхностях шестерен вторичного вала и шлицевых муфт находятся зубчатые венцы. При перемещении по шлицам муфта входит зубчатым венцом в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу. Вращение с промежуточного вала передается на ведомую шестерню вторичного вала, а с нее через зубчатый венец и шлицы муфты на вторичный вал.Продольное перемещение шлицевых муфт по вторичному валу производится вилками переключения передач, которые через ползуны соединены с рычагом. Поскольку муфт две (в четырехступенчатой коробке, в шести- или восьмиступенчатой муфт больше), в предусмотрен механизм блокировки, предотвращающий возможность одновременного включения двух передач.При соединении зубчатых венцов муфты и определенной выбором передачи шестерни вторичного вала крутящий момент передается через карданный вал и главную передачу на ведущие колеса. Автомобиль движется. Если ни одна муфта с шестерней вторичного вала не соединена, коробка передач стоит на «нейтрали», двигатель отключен от механизмов трансмиссии, автомобиль стоит на месте или движется только силами инерции.

Синхронизированные МКП

При переключении передач на ходу наибольшую нагрузку принимают на себя поверхности зубьев шестерен, находящихся в зацеплении, и боковые зубчатые венцы шлицевых муфт и шестерен вторичного вала. Это происходит из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов относительно друг друга. В результате передачи включаются со скрежетом, венцы и зубья шестерен испытывают разрушительные ударные нагрузки. При большом несовпадении частоты вращения включение передачи вообще невозможно.Для преодоления этого эффекта в тридцатые годы ХХ века были изобретены синхронизаторы - фрикционные конические муфты, располагающиеся по бокам шлицевых муфт. Приближаясь к зубьям венца шестерни вторичного вала, бронзовый конус синхронизатора, установленный в муфте, входит в конусный паз на шестерне, за короткое время за счет сил трения выравнивает скорость вращения муфты и шестерни. В этот момент синхронизатор блокирует перемещение муфты. Когда скорости вращения выравниваются, перемещение разблокируется, зубчатый венец муфты входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни вторичного вала - переключение передачи происходит бесшумно и плавно. Синхронизаторы увеличивают время переключения передач, но это увеличение столь несущественно, что его трудно заметить. Вместе с тем синхронизированные МКП намного долговечней и комфортней в работе, чем не синхронизированные.В недорогих массовых автомобилях применяются частично синхронизированные МКП, в которых синхронизаторы не устанавливаются в муфту включения заднего хода (пример - автомобили ВАЗ «классической» серии). В прошлом синхронизаторы устанавливались только в муфту включения высших передач (пример - автомобиль «Газ 21», в котором синхронизированы были только 2-я и 3-я передачи 3-ступенчатой МКП).

«Задний ход»

Для реализации возможности движения автомобиля задним ходом в двухвальные и трехвальные МКП устанавливают еще один промежуточный вал и пару шестерен промежуточного и вторичного вала, которая не находится в постоянном зацеплении. При этом шестерня заднего хода на вторичном валу единственная, которая жестко насажена на вал (через шлицевое соединение).Включение передачи заднего хода происходит без применения муфты - поэтому эта передача, как правило, оказывается не синхронизированной (синхронизаторы заднего хода устанавливаются в двухвальные М). Перемещая рычаг переключения передач, водитель воздействует на соответствующий ползун, который перемещает вал заднего хода и вводит в зацепление с шестернями промежуточного вала и вторичного вала специальную шестерню. Образуется сочленение нечетного количества шестерен - трех. В результате вторичный вал начинает вращаться в обратную сторону.Суммарное передаточное отношение шестерен заднего хода обычно больше, чем пары шестерен первой передачи, поэтому задний ход самый тихоходный, но и самый «тяговитый» режим движения автомобиля.

Прямая передача

В трехвальных коробках высшей передачей является прямая передача. Она названа прямой, потому что муфта переключения входит в зацепление с зубчатым венцом не вторичного вала, а с венцом шестерни первичного вала. В результате частота вращения вторичного вала совпадает с частотой вращения маховика двигателя (и, соответственно, коленчатого вала). Частота вращения ведущих колес при этом определяется передаточным соотношением конических шестерен главной передачи.Движение на прямой передаче - наиболее оптимальный режим движения автомобиля с точки зрения эксплуатационных расходов и износа механизмов трансмиссии. В этом режиме двигатель потребляет меньше топлива, работает в оптимальном тепловом режиме, МКП подвержена наименьшему износу из-за отсутствии нагрузки на шестерни.Прямой передачи нет в двухвальных М, в которых отсутствует промежуточный вал, а первичный и вторичный валы установлены параллельно. В отличие от трехвальной, здесь шестерни нагружены всегда. Но при этом КПД двухвальной коробки выше, чем трехвальной, поскольку нет потерь на силы трения в промежуточном валу.

Повышающая передача

Повышающая передача (овердрайв) - это пара шестерен промежуточного и вторичного вала, передаточное отношение которой меньше единицы. В результате использования повышающей передачи вторичный вал имеет большую частоту вращения, чем маховик двигателя. Повышающая передача - 5-я или (и) 6-я в большинстве современных легковых автомобилей - включается муфтой, как и все прочие передачи. Ее использование, как правило, не повышает максимальную скорость (она достигается на прямой передаче), но позволяет двигаться на большой скорости при средних оборотах двигателя - соответственно, при меньшем уровне акустического шума и вибраций. Таким образом, применение повышающей передачи больше маркетинговый ход, чем необходимость.

wiki.zr.ru

• 
  Почему при торможении
• 
  Трансмиссия гибридная
• 
  Что такое всесезонная резина на автомобиль
• 
  Место на даче для машины
• 
  Креативная авто реклама
• 
  Подиум как сделать подиум самому
• 
  Признаки неисправности рхх нива шевроле
• 
  Своими руками подиум акустический
• 
  Видео автомобиля строение
• 
  Дистанция на трассе между машинами
• 
  Можно ли вернуть машину купленную с рук