Устройство и принцип действия гидротрансформатора

· Автоматическая коробка передач (сокращенное название АКПП, обиходное название – коробка-автомат) является самым распространенным устройством изменения крутящего момента, применяемым в автоматической трансмиссии автомобиля. Традиционно автоматической называют гидромеханическую коробку передач.

· Автоматическая коробка передач состоит из гидротрансформатора, механической коробки передач и системы управления. На коробках-автоматах, устанавливаемых на переднеприводные легковые автомобили, в конструкцию включены главная передача идифференциал.

· Гидротрансформатор предназначен для передачи и изменения крутящего момента от двигателя к механической коробке передач, а также уменьшения вибраций. Конструкция гидротрансформатора включает насосное, турбинное и реакторное колеса, блокировочную муфту, муфту свободного хода. Гидротрансформатор помещен в собственный корпус.

· Насосное колесо соединено с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо связано с механической коробкой передач. Между насосным и турбинным колесами располагается неподвижное реакторное колесо. Все колеса гидротрансформатора оснащены лопастями определенной формы, между которыми предусмотрены каналы для прохода рабочей жидкости.

· Блокировочная муфта служит для блокировки гидротрансформатора в определенных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (другое название - обгонная муфта) обеспечивает вращение жестко закрепленного реакторного колеса в противоположную сторону.

· Все конструктивные элементы гидротрансформатора расположены в корпусе, который заполнен специальной рабочей жидкостью ATF (Automatic Transmissions Fluid).

· Работа гидротрансформатора осуществляется по замкнутому циклу. От насосного колеса поток жидкости передается на турбинное колесо, далее на реакторное колесо. За счет конструкции лопастей реактора скорость потока усиливается. Поток направляется на насосное колесо и заставляет его вращаться быстрее, тем самым увеличивается величина крутящего момента. Максимальную величину крутящего момента гидротрансформатор развивает на минимальной скорости.

· С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, угловые скорости насосного и турбинного колес выравниваются, а поток жидкости меняет свое направление. При этом срабатывает муфта свободного хода и реакторное колесо начинает вращаться. Гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты (передает только крутящий момент).

· C дальнейшим ростом скорости происходит блокировка гидротрансформатора, при которой замыкается блокирующая муфта, и передача крутящего момента от двигателя к механической коробке передач происходит напрямую. Гидротрансформатор блокируется практически на всех передачах.

· В современных автоматических коробках режим с проскальзывающей муфтой блокировки гидротрансформатора, который предшествует полной блокировке. Режим реализуется при определенных условиях (скорость, нагрузка) во время разгона автомобиля и позволяет снизить расход топлива, обеспечить комфорт при переключении передач.

Конструкция главных передач

Главная передача служит для увеличения общего передаточного числа и передачи вращающего момента через дифференциал (или механизм поворота) и конечные передачи к ведущим колесам трактора (автомобиля).

По числу пар зубчатых колес различают одинарные и двойные главные передачи, а по конструкции — конические со спиральными зубьями, гипоидные и цилиндрические.

Главная передача трактора представляет собой одинарную передачу, состоящую из пары конических или цилиндрических шестерен. Главные передачи автомобиля могут быть одинарными и двойными. Одинарные представляют собой конические шестерни с гипоидным зацеплением, позволяющим снизить шум при работе шестерен, габаритные размеры и массу ведущего моста уменьшить. Их применяют на легковых автомобилях малой и средней грузоподъемности.

Рисунок. Типы главных передач тракторов и автомобилей:
а — коническая с прямозубым зацеплением; б — коническая с косозубым зацеплением; в — коническая с гипоидным зацеплением.

Двойные главные передачи состоят из пары конических и пары цилиндрических шестерен. Конические шестерни выполняют со спиральным зубом, а цилиндрические — с прямым, косым или шевронным.

Дифференциал представляет собой планетарный механизм, предназначенный для распределения вращающего момента между ведущими полуосями трактора или автомобиля и обеспечения вращения ведущих колес с различной частотой при движении по кривой или неровностям пути. На повороте, неровном пути ведущие колеса совершают движение по дугам разной длины. Если бы оба колеса были расположены на общем валу, то их движение сопровождалось бы скольжением, износом шин и поломками. Поэтому ведущие колеса устанавливают на отдельных валах — полуосях, соединенных дифференциалом.

Принцип действия дифференциала рассмотрим по схеме, изображенной на рисунке а. Шестерни — сателлит 7 (рисунок а) находится в зацеплении с рейками 6 и 8 (в реальной конструкции это шестерни 6 и 8). К оси 10 шестерни 7 приложена сила Р, стремящаяся переместить эту шестерню вверх.

Если сопротивление реек 6 и 8 перемещению силой Р одинаково, то на их зубья действуют равные силы Р/2 и рейки движутся вверх как единое целое с шестерней 7. Однако когда сопротивление движению одной из реек, например рейки 6, будет большим, чем рейки 8, шестерня 7 начинает вращаться вокруг своей оси и, перекатываясь по рейке 6, двигать рейку 8 вверх быстрее. При этом скорость движения рейки 8 увеличивается настолько, насколько уменьшается скорость движения рейки 6. Если сопротивление движению рейки 6 повысить так, что она остановился, то шестерня 7, перекатываясь по ней, увлечет за собой рейку 8 вверх, причем скорость движения рейки 8 будет в 2 раза больше скорости движения оси 10.

Рисунок. Схема дифференциала и механизма его блокировки: а — схема работы дифференциала; б — схема дифференциала с механизмом блокировки; 1 — корпус; 2 — кулачок на корпусе дифференциала; 3 — вилка включения механизма блокировки дифференциала; 4 — подвижная кулачковая муфта; 5, 9 — полуоси; 6, 8 — шестерни полуосей; 7 — сателлит; 10 — ось сателлита; 11 — ведомая коническая шестерня главной передачи.

Теперь рассмотрим реальную схему дифференциала (рисунок б). В приливах корпуса 1 на оси 10 свободно установлена шестерня сателлит 7. Отверстия боковых приливов корпуса служат опорами полуосей 5 и 9 с укрепленными на них коническими полуосевыми шестернями 6 и 8, находящимися в зацеплении с сателлитом 7. Вращение к корпусу 1 дифференциала передается от ведомой шестерни 11 главной передачи. Если у полуосей 9 и 5 сопротивление вращению одинаково, то сателлит 7, заклиненный шестернями 6 и 8, неподвижен на оси 10 и вся система вращается как единое целое.

Если сопротивление вращению одной полуоси, например полуоси 9, будет больше, чем сопротивление полуоси 5, то сателлит 7, проворачиваясь на своей оси, замедлит вращение шестерни 8 я ускорит вращение шестерни 6, подобно тому как это было в примере с движением шестерни 7 и реек 6 и 8 (см. рисунок а).

Изменение дифференциалом частот вращения полуосей при колебаниях сопротивлений на колесах понижает проходимость трактора на увлажненной или рыхлой почве. В тяжелых почвенных условиях для повышения сцепных качеств колес дифференциал лучше выключить. Для этой цели на тракторах предусмотрены механизмы блокировки дифференциала, весьма разнообразные по конструкции.

Механизмы блокировки дифференциала по способу включения делят на принудительные, автоматические и самоблокирующиеся, а по типу привода — на механические и гидравлические.

Принудительная (механическая) блокировка дифференциала возникает при сцеплении подвижной кулачковой муфты 4 (см. рисунок б), установленной на шлицах полуоси 5 трактора, с кулачками 2 на корпусе 1 дифференциала. В этом случае частоты вращения корпуса 7 дифференциала и полуоси 5 будут одинаковые, т. е. дифференциал будет заблокирован.

Механизм блокировки включают педалью (или рукояткой), а выключается он оттяжной пружиной, когда действие усилия, приложенного водителем, прекращается.

Автоматическая блокировка дифференциала позволяет водителю не затрачивать каких-либо усилий — процесс включения и выключения механизма происходит автоматически. Автоматическая блокировка дифференциала применяется на тракторах МТЗ-80, МТЗ-82, Т-150К и др.

Конечные передачи представляют собой одно — или двухступенчатый редуктор с большим передаточным числом зубчатых передач. Шестерни конечных передач располагаются в корпусе заднего моста трактора (см. рисунок б и в).