Начнем с механического редуктора. Он необходим в гидромеханических трансмиссиях для получения заднего хода, а также для дополнительного увеличения крутящего момента, передаваемого к колесам автомобиля.
Автомобильный двигатель имеет широкий диапазон изменения чисел оборотов, а гидротрансформатор, также работающий в этом режиме, передает мощность мотора с высоким КПД только в том случае, если его коэффициент преобразования крутящего момента не превышает 2,5 — 2,8. Этой величины хватает не всегда, вот и приходится за гидротрансформатором устанавливать дополнительную понижающую коробку передач с несколькими передачами (от 2 до 6).
Планетарки: плюсы и минусы
В отличие от механических коробок передач, имеющих неподвижные оси, редукторы ГМП выполнены планетарными. Преимущество плане
тарных коробок заключается в том, что переключение передач в них осуществляется с помощью фрикционов и ленточных тормозов, что дает возможность переходить от одной передачи к другой плавно, без разрыва потока мощности, подводимой к ведущим колесам, и легко автоматизировать управление этим процессом.
Срок службы и бесшумность работы планетарной передачи при одинаковых условиях эксплуатации у них выше, чем у коробок передач с механическими валами, вследствие менее напряженной работы зубчатых колес. Число параллельных ветвей общего потока мощности равно числу сателлитов в плане тарном механизме, что позволяет уменьшить нагрузки на зуб с одновременным сокращением габаритных размеров зубчатой передачи. Таким образом, в планетарных передачах обеспечивается повышенная жесткость конструкции и исключается возможность неполного контакта зубьев. Кроме того, внугреннее зацепление само по себе обладает повышенной прочностью. Вследствие уравновешенности системы большинство подшипников разгружены от радиальных сил, что дает возможность применить малогабаритные подшипники скольжения.
К недостаткам планетарных передач следует отнести общую конструктивную и технологическую сложность узла. Трубчатые соосные валы, сложные в изготовлении многодисковые фрикционы и тормоза, увеличивающие габариты коробки передач, значительно повышают цену всего изделия. Учтем также, что подшипники сателлитов в таких передачах постоянно нагружены значительными центробежными силами вследствие их больших скоростей вращения относительно центральной оси коробки. Потери на трение во фрикционах (в том числе выключенных), а также в ленточных тормозах в многоступенчатых коробках заметно снижают КПД передачи, отражаясь в повышенном расходе топлива автомобиля с «автоматом».
Наибольшее распространение в качестве планетарных механизмов в ГМП получили редукторы типа Simpson и Ravigneaux. Редукторы типа Simpson установлены в 70% современных автоматических трансмиссий, отличаясь высокой долговечностью и надежностью. Планетарный механизм этого редуктора состоит из двух групп шестерен- сателлитов, поэтому его называют также двойным рядом. Обе группы сателлитов, каждая из которых вращается внутри своей коронной шестерни, объединены в единый механизм общей солнечной шестерней. Планетарный ряд такой конструкции обеспечивает три ступени изменения передаточного отношения. Для получения четвертой повышающей передачи, которая обеспечивает экономию топлива при движении по ровному асфальтовому шоссе, последовательно с рядом Simpsona устанавливаю еще один планетарный механизм.
В отличие от описанной схемы планетарный механизм Ravigneaux сразу же дает возможность получить четыре передачи переднего хода. Он имеет парные сателлиты, причем один из них выполнен широким и зацепляется одновременно с гремя зубчатыми колесами.
Бумагу надо беречь!
В качестве узлов управления в гидромеханической трансмиссии применяют работающие в масле фрикционные сцепления и тормозные ленты.
Фрикционные диски сцепления и тормозные ленты изготавливаются из специальной целлюлозно-бумажной композиции, обладающей требуемым коэффициентом трения в условиях смазки трансмиссионным маслом.
Включением и выключением в определенной последовательности сцепления и тормозных лент происходит перераспределение крутящего момента двигателя в планетарном механизме. Это и гарантирует плавность переключения передач.
Кроме сцеплений и лент в ГМП для повышения плавности переключений применяют муфты свободного хода, которые в зависимости от относительного вращения их звеньев могут передавать или не передавать крутящий момент.
При буксировке тяжелого прицепа или при длительном буксовании фрикционные сцепления легко «сжечь». Бумага, содержащаяся во фрикционных накладках, при этом обуглевается и теряет свои свойства, обеспечивающие нужный коэффициент трения между дисками. Ремонт ГМП — дело дорогостоящее. Поэтому владельцам внедорожников нужно помнить о бережном отношении к фрикционным накладкам.
При условии соблюдения требований по применению соответствующих сортов масла и сроков его замены ресурс планетарной коробки передач может превысить 300 тысяч км пробега, т.е. он вполне сравним с продолжительностью жизни самого автомобиля.
Электроника и здесь впереди
В современных автоматических трансмиссиях применяют как гидравлическую систему управления, так и более современную электронно-гидравлическую.
Система гидравлического управления, включающая клапаны, блок управления, а также центробежный и дроссельный регуляторы, в зависимости от скорости автомобиля и нагрузки на двигатель посредством изменения давления в гидросистеме коробки переключает передачи с помощью муфт и тормозов.
Центробежный регулятор изменяет давление жидкости в зависимости от скорости автомобиля, подавая сигналы в блок гидравлического управления. Дроссельный регулятор в этом блоке регулирует давление, создаваемое масляным насосом, пропорционально величине нажатия на педаль «газа». Под воздействием изменяющейся величины давления в системе гидравлические клапаны переключают золотники, а те, в свою очередь, управляют давлением жидкости, воздействующим на муфты и тормоза в планетарной коробке.
Возможно и ручное управление коробкой. Селектор переключения режимов работы соединен с коробкой тросом или рычажной передачей. С его помощью выбирают режимы переднего или заднего направления движения, нейтраль или режим стоянки.
С конца 80-х годов на ГМП начали применять электронные системы управления. Центробежный и дроссельный регуляторы исчезли, однако все силовые исполнительные механизмы остались гидравлическими.
Электроника благодаря своей многофункциональности имеет возможность осуществлять различные программы переключения передач, ориентированные на минимальный расход топлива или на достижение максимальных мощностных показателей. Система устанавливает моменты переключения передач, регулирует давление в гидросистеме, может изменять угол опережения зажигания двигателя для уменьшения величины крутящего момента во время переключения. Плавность процесса при этом повышается. С помощью датчиков регистрируется частота вращения коленчатого вала двигателя, положение педали подачи топлива, режимы холостого хода и «кик-дауна», выбранная программа управления движением, и все эти данные передаются компьютеру. Его сигналы обеспечивают работу исполнительного механизма. Применение электроники позволило избавиться от большого количества управляющих клапанов, пружин, от необходимости применения точно выполненных корпусных деталей, т.е. сделать ГМП проще и дешевле. Вместе с тем более точный выбор моментов переключения передач повысил экономичность автомобиля.
Завершая статью, можно еще раз напомнить, что ГМП являются сложными и дорогостоящими узлами. А потому только правильная эксплуатация и техническое обслуживание смогут обеспечить им высокую эффективность и надежность. Но об этом речь пойдет в следующем материале.
Когда дали волю
Изобретено большое количество дифференциалов, предотвращающих потерю сцепления колес автомобиля с дорогой, когда одно из ведущих колес попадает на скользкий участок. Те из них, которые действуют автоматически, без участия водителя, получили название самоблокирующихся. Одним из хорошо отработанных устройств такого рода является кулачковый дифференциал, уже давно применяемый на полноприводных автомобилях Горьковского автозавода. Умельцы устанавливают его и на внедорожники «УАЗ».
Шесть плунжеров каждого ряда передают крутящий момент, а остальные шесть находятся на нерабочих поверхностях кулачков. Работа одной группы плунжеров данного ряда чередуется с работой плунжеров другого ряда. Таким образом, в обоих рядах в передаче крутящего момента участвуют двенадцать плунжеров. Только в тот момент, когда все двенадцать плунжеров одного ряда находятся в крайних положениях (во впадинах и на вершинах кулачков), вся нагрузка передается шестью плунжерами другого ряда.
Описанный дифференциал существенно повышает проходимость автомобиля. За рубежом устройства такого типа выпускает немецкая компания Zahnrad Friedrichshafen. В течение многих лег ими комплектовались полноприводные грузовики компании Mack (США).