Понятие об автоматических коробках передач

Механические ступенчатые коробки передач, широко применя­емые на современных автомобилях, имеют ряд недостатков. Основ­ное неудобство при использовании таких коробок заключается в том, что водителю для переключения передач постоянно приходится нажимать на педаль сцепления и управлять рычагом переключения передач. Это требует от него немалых физических усилий, особенно в условиях городского движения, а также при управлении авто­мобилем, работающим с частыми остановками.

На отечественных автобусах ЛиАЗ и ЛАЗ, а также на большег­рузных автомобилях БелАЗ применяют гидромеханические пере­дачи, которые выполняют одновременно функции сцепления и коробки передачи с автоматическим или полуавтоматическим переключением.

Гидромеханическая передача (ГМП) состоит из гидротрансформатора и двухступенчатой механической коробки передач с автоматическим управлением (рис.81). Она состоит из двух частей: I - гидротрансформатора, II - механической двухсту­пенчатой коробки передач. Гидротрансформатор представляет собой гидрав­лический механизм, разме­щаемый между двигателем и механической коробкой передач, обеспечивающий автоматическое бесступен­чатое изменение передаточ­ного числа и крутящего момента в соответствии с изменением нагрузки на ве­домом валу.

В гидротрансформаторе имеются три рабочих колеса с лопатками: насосное 3, за­крепленное на маховике двигателя, турбинное 1, сое­диненное с ведущим валом 4 коробки передач, реактор­ное 2, установленное на роликовой муфте свободно­го хода. Насосное колесо снабжено лопатками, имеет коль­цевую форму и образует корпус гидротрансформатора, внутри ко­торого размещены два других рабочих колеса, также имеющие ло­патки. Конструкция рабочих колес гидротрансформатора показана на рис.82. Внутренняя кольцевая полость корпуса гидротрансформа­тора заполнена на 3/4 объема специальным маслом.

Механическая двухступенчатая коробка передач (см. рис.81) имеет ведущий 4, ведомый 10 и промежуточный 17 валы с шестернями, фрикционные многодисковые муфты (фрикционы), 6, 7 и 19, зубчатую муфту 8 с пневматическим цилиндром 9 привода, центробежный регулятор 13.

При работе двигателя насосное колесо 3 вращается совместно с маховиком двигателя и своими лопатками отбрасывает масло от оси вращения к периферии. Струи масла при этом попадают на лопатки турбинного 1 колеса и заставляют его вращаться в том же направлении, что и насосное. Далее масло поступает на лопатки реакторного 2 колеса, изменяющего направление потока масла, и после этого оно вновь попадает в насосное колесо, циркулируя по замкнутому кругу. Изменение направления потока масла в реактор­ном колесе создает дополнительный крутящий момент (реак­тивный), воспринимаемый турбинным колесом. Таким образом гидротрансформатор позволяет получить на ведущем валу 4 коробки передач крутящий момент, отличающийся от момента, передавае­мого двигателем.

Самое большое увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места. В этом случае реакторное колесо заторможено муфтой свободного хода и реактивный момент на нем имеет максимальное значение. По мере разгона автомобиля, т.е. увеличения частоты вращения насосного колеса, частота вращения турбинного колеса также возрастает. Количество масла, поступающего за счет цирку­ляции на лопатки реакторного колеса, уменьшается, и реактивный момент на нем падает. Муфта свободного хода расклинивается, и реакторное колесо постепенно начинает увеличивать частоту своего вращения в общем потоке масла, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент.

При достижении максимальной частоты вращения гидротранс­форматор перестает изменять крутящий момент и переходит в режим гидромуфты. Таким образом происходит плавный разгон автомобиля с бесступенчатым характером изменения крутящего момента.

Диапазон бесступенчатого регулирования передаточного числа гидротрансформатором составляет 3,2 - 1 и изменять его в большее число раз нецелесообразно, так как падает коэффициент полезного действия. Чтобы получить увеличенное значение диапазона регулирования крутящего момента, который требуется для трогания с места и разгона автомобиля, гидротрансформатор соединяют с механической ступенчатой коробкой передач, образуя гидроме­ханическую передачу.

В рассматриваемой ГМП (см. рис.81) совместная работа гидротрансформатора и коробки передач осуществляется благодаря автоматизации управления переключением передач, связанным с приводом дроссельной заслонки карбюратора двигателя. В целом система управления ГМП довольно сложна по конструкции и содержит целый ряд гидравлических, электрических и пнев­матических механизмов. Главным управляющим устройством этой системы является центробежный регулятор 13, установленный на промежуточном валу коробки передач. Он воздействует в зависимости от частоты вращения на блокировку фрикционов 6, 7, 19, обеспечивающих переключение передач.

В нейтральном положении все фрикционы выключены и кру­тящий момент при работающем двигателе на ведомый вал 10 коробки не передается. На первой передаче системой управления автоматически включается фрикцион 6. При этом ведущая шестерня 5, свободно сидящая на ведущем валу, оказывается с ним сблокированной. Крутящий момент начинает передаваться от гидротрансформатора на фрикцион 6, шестерни 5, 18, 16, 15, зубчатую муфту 8, ведомый вал 10. Перед началом движения зубчатая муфта 8 устанавливается вручную с помощью дистанционной системы управления в положение переднего хода.

По мере разгона автомобиля на I передаче, когда гидротранс­форматор автоматически отработает заданный диапазон регулирования, скорость возрастает до значения, определяющего переход на II передачу. Центробежный регулятор 13 дает сигнал на включение фрикциона 7 и отключение фрикциона 6. Автоматичес­кая система управления производит соответствующие переклю­чения гидроэлектрических механизмов и в коробке включается II передача. На II передаче момент от ведущего вала 4 передается через фрикцион 7 на ведомый вал напрямую и скорость автомобиля продолжает возрастать до наибольшего значения, определяемого диапазоном регулирования гидротрансформатора.

Чтобы достичь максимальной скорости движения, в гидротран­сформаторе имеется фрикцион 19, который блокирует насосное и турбинное колеса гидротрансформатора. Тогда передача крутящего момента двигателя на трансмиссию производится без потерь.

Для движения задним ходом зубчатая муфта 8 устанавливается с пульта управления водителем в положение заднего хода. При этом дистанционной системой управления обойма муфты перемещается вправо, шестерня 11 блокируется на ведомом валу 10. Момент от вала 4 при включенном фрикционе 6 передается на промежуточный вал, шестерни 14,12, 11 и на ведомый вал 10. Шестерня 12 изменяет направление вращения ведомого вала коробки на обратное, чем и достигается движение задним ходом.

Раздаточная коробка.

Назначение и типы раздаточных коробок. Раздаточная коробка применяется на автомобилях повышенной проходимости и служит для передачи крутящего момента на ведущие мосты автомобиля. В зависимости от назначения автомобиля раздаточная коробка может выполняться с дополнительной понижающей или без понижающей передачи.

Простейшая раздаточная коробка без понижающей передачи (рис.83, а) состоит из ведущего 1, промежуточного 4 и ведомого 6 валов, вала 8 привода переднего моста, шестерен 2, 3, 5, жестко закрепленных на валах, и зубчатой муфты 7 включения переднего моста. Вал б постоянно соединен с механизмами привода заднего моста, а для включения переднего моста служит зубчатая муфта 7, которая перемещается вперед и жестко соединяет валы 6 и 9. При таком соединении крутящий момент на ведущих колесах переднего и заднего мостов распределяется в соответствии с силами сопротивления на колесах автомобиля.

Однако при движении на повороте передние управляемые ко­леса проходят путь по дуге большего радиуса, чем задние, и должны вращаться быстрее. Если это условие не будет выполняться, то наступит проскальзывание передних колес относительно дороги, увеличатся потери мощности за счет ее циркуляции в трансмиссии, возрастет расход топлива. Чтобы исключить эти нежелательные последствия, передний мост отключают при движении по усовер­шенствованным дорогам и включают только в трудных дорожных условиях. В простейшей раздаточной коробке (рис.83, а) этой цели служит зубчатая муфта 7, в более сложных раздаточных коробках применяют специальный механизм - межосевой диффе­ренциал, который позволяет вращаться валам привода переднего и заднего мостов с разными угловыми скоростями.

Дополнительная понижающая передача в раздаточной коробке применяется на автомобилях, предназначенных для работы в тяжелых дорожных условиях или с прицепами. Понижающая передача позволяет еще больше увеличить силу тяга на ведущих колесах автомобиля. Схема такой раздаточной коробки приведена на рис.83, б. Она отличается от раздаточной коробки без понижающей передачи наличием пары шестерен 3 и 5, повышающих передаточное число, Ведомая шестерня 5 может перемещаться по шлицам вала 6 заднего моста и входить в зацепление с шестерней 3 или с шестерней 10. При перемещении ее вправо включается понижающая передача, а влево - прямая передача. Зубчатая муфта 7 позволяет включать и выключать передний мост.

На автомобиле раздаточную коробку устанавливают рядом с коробкой передач, с которой она соединяется коротким карданным валом.

Устройство раздаточной коробки. На рис.84 показаны устрой­ство (а) и кинематическая схема (б) раздаточной коробки авто­мобиля ГАЗ-66. Она имеет прямую и понижающую передачи и шестерню включения переднего моста. Основными деталями ко­робки являются корпус 8, ведущий 1, ведомый 4, промежуточный 5 валы, вал 9 привода переднего моста. На ведущем валу на шлицах установлена подвижная шестерня 2 включения прямой или понижающей передачи. Ведомый вал выполнен заодно с шестерней 3. На промежуточном валу жестко закреплена шестерня 10 понижающей передачи, и на шлицах может перемещаться шестерня 6 включения переднего моста. На валу привода переднего моста жестко закреплена шестерня 7.

Чтобы включить передний мост, шестерню 6 перемещают вправо до зацепления с шестернями 3 и 7. Для включения прямой передачи шестерня 2 перемещается вправо и ее зубья входят в зацепление с внутренним зубчатым венцом шестерни 3. Понижающая передача включается перемещением шестерни 2 влево до зацепления ее с шестерней 10 промежуточного вала. Из кинематической схемы коробки (рис.84, б) видно, что понижающая передача может быть включена при включении переднего моста. Для этого в механизме переключения раздаточной коробки имеется специальное блокировочное устройство, не позволяющее включить понижающую передачу без включения привода переднего моста. Сам механизм переключения размещается в боковой крышке и состоит из ползунов и вилок, которые имеют привод от двух рычагов, выведенных в кабину водителя. Принцип действия механизма переключения раздаточной коробки аналогичен механизму переключения коробки передач.

Карданная передача.

Ведущие мосты автомобиля устанавливаются на раме или на кузове автомобиля с помощью упругих элементов подвески и во время движения мосты изменяют свое положение относительно мест крепления. Чтобы передать крутящий момент в таких условиях от коробки передач к ведущему мосту, применяют карданные пере­дачи. Их используют и в приводе к передним управляемым и ведущим колесам.

Карданная передача к ведущему мосту состоит из карданного вала, шарниров и промежуточной опоры. Карданные шарниры обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под изменяющимися углами. В трансмиссии автомобилей применяют жесткие карданные шарниры неравных (рис.87) и равных (рис.88) угловых скоростей.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из жестких деталей (рис.85, а): ведущей 1 и ведомой 4 вилок, крестовины 2, на шипы которой надеты игольчатые подшипники 3. Крутящий момент передается от вилки 1 к вилке 4 через крестовину 2. При такой конструкции и равно­мерном вращении вилки ведущего вала угловая скорость ведомой вилки будет изменяться два раза за каждый оборот, увеличиваясь и уменьшаясь. Поэтому такой шарнир называют шарниром неравных угловых скоростей.

Чтобы устранить неравномерность вращения ведомого вала в карданной передаче, применяют обычно два шарнира неравных угловых скоростей, располагаемых на концах карданного вала. Тогда неравномерность вращения, возникающая в первом ведущем шарнире, компенсируется неравномерностью вращения второго шарнира и ведомый вал передачи вращается равномерно с угловой скоростью ведущего вала. Такую карданную передачу называют двойной. Одинарные передачи с одним жестким карданным шарниром практически не применяются.

В приводе передних управляемых и ведущих колес автомобилей повышенной проходимости применяют шарниры равных угловых скоростей двух типов: шариковые и кулачковые.

Шариковый карданный шарнир (рис.85, б) состоит из двух фасонных кулаков 5 с овальными канавками, куда закладывают ведущие шарики 7. Для центрирования вилок исполь­зуют сферические впадины на их внутренних торцах, в которых устанавливается центрирующий шарик 6 (с фиксаторами 8, 9 см. рис.88).

При передаче крутящего момента ведущие шарики располага­ются независимо от угловых перемещений вилок в их овальных канавках в плоскости, делящей угол между осями пополам. В результате обе вилки вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Кулачковый карданный шарнир равных угло­вых скоростей применяют в приводе переднего колеса автомобиля «Урал-375» (рис.85, в). Конструкция шарнира включает наруж­ную полуось 8 колеса, которая входит шлицевым концом в вилку 9 шарнира. Внутренняя полуось выполнена как одно целое с вилкой 9 шарнира, а ее наружный конец стыкуется с шестерней диффе­ренциала шлицевым соединением. В вилки 9 установлены кулаки 10, в пазы которых заложен стальной диск 11. При работе шарнира полуоси вращаются вместе с вилками вокруг кулаков в горизон­тальной плоскости, а вместе с кулаками вокруг диска - в вертикальной плоскости. Таким образом обеспечивается передача крутящего момента на ведущие и управляемые передние колеса. Недостатком рассмотренного шарнира является повышенное трение в местах сопряжения диска и кулаков с вилками, в результате чего снижается коэффициент полезного действия и повышается нагрев и износ шарнира во время работы.

Устройство карданной передачи. Карданная передача авто­мобилей ЗИЛ-130 (рис.86, 89) состоит из промежуточного 1 и основ­ного 6 карданных валов, соединенных друг с другом. Промежуточный вал опирается на промежуточную опору 3, состоящую из шарико­подшипника 11, заключенного в резиновое кольцо 10 с метал­лическим кронштейном 4. На переднем конце промежуточного вала приварена вилка карданного шарнира, а второй конец его выполнен в виде шлицевой втулки 2, в которую вставлен шлицевой конец вилки 9 карданного шарнира основного вала. Благодаря скользящему шлицевому соединению промежуточного и основного карданных валов их общая длина может изменяться при вертикальных перемещениях ведущего моста на неровностях дороги.

Карданные шарниры состоят из двух вилок 9, в проушины которых установлена крестовина 8 с шипами и игольчатыми подшипниками 5. Каждый подшипник состоит из стального стакана с иголками, закрепленного в проушине вилки крышкой, стопорной пластиной и двумя болтами. Смазка игольчатых подшипников производится по каналам в крестовине от пресс-масленки 7. Выте­кание смазки из подшипников предотвращается торцовыми уп­лотнителями и резиновыми самоподвижными сальниками в вилках.

Карданные валы изготовляют из тонкостенных стальных труб, на концах которых запрессованы и приварены хвостовики вилок. После сборки карданные валы балансируют для уменьшения вибраций, возникающих при работе карданной передачи.