12.4. Основные узлы коробки передач

Гидротрансформатор (ГТ) выполняет две основные функции: осуществляет плавную передачу крутящего момента от двигателя к трансмиссии и увеличивает величину крутящего момента при возрастании нагрузки.

ГТ состоит из трех основных узлов: насосного колеса (ведущий элемент), турбинного колеса (ведомый элемент) и реакторного колеса (реактивный элемент). Насосное колесо соединено сваркой с кожухом ГТ. Кольцевое пространство внутри кожуха ГТ заполнено рабочей жидкостью (трансмиссионным маслом). Кожух ГТ с помощью болтов прикреплен к диску с зубчатым венцом, служащим для зацепления с шестерней стартера. Диск установлен непосредственно на коленчатом валу двигателя. Таким образом, насосное колесо ГТ жестко связано с коленчатым валом двигателя и всегда вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал.

При работе двигателя насосное колесо ГТ работает как центробежный насос, заставляя рабочую жидкость (масло) двигаться от центра к периферии колеса между его лопатками. Одновременно рабочая жидкость приобретает окружную скорость, направлен ную по часовой стрелке. На выходе их межлопаточных каналов насосного колеса рабочая жидкость попадает на лопатки турбинного колеса. Благодаря специальной форме лопаток турбины, поток рабочей жидкости изменяет направление своего движения, оказывая силовое воздействие на турбинное колесо и заставляя его вращаться в ту же сторону, что и насосное колесо. При работе двигателя на холостом ходу энергия, передаваемая насосным колесом рабочей жидкости, невелика, и возникающий на турбинном колосе крутящий момент также мал. При включенной передаче и работающем на холостом ходу двигателе величина крутящего момента турбины недостаточна для того, чтобы тронуть автомобиль с места. Увеличение угла открытия дроссельной заслонки приводит к увеличению частоты вращения насосного колеса, кинетической энергии рабочей жидкости, гидродинамических сил на лопатках турбинного колеса и, соответственно, крутящего момента на входном валу трансмиссии.

Рабочая жидкость, передавая энергию турбинному колесу, движется в межлопаточ ных каналах турбины по направлению от периферии к центру и на выходе из турбинного колеса приобретает окружную скорость, направленную против часовой стрелки.

Крутящий момент, передаваемый двигате лем турбинному колесу, возникает благода ря изменению направления движения рабочей жидкости при прохождении межлопаточных каналов турбины. Величина момента зависит от изменения момента количества движения рабочей жидкости на входе и выходе из турбинного колеса. Для раскрутки потока рабочей жидкости, выходящего из турбинного колеса, и придания ему вращения по часовой стрелки используется реактор, установленный между выходом турбинного и входом насосного колес. Реактор обеспечивает безударный вход рабочей жидкости на лопатки насосного колеса и высокий КПД насоса.

Функцией реактора является изменение направления окружной скорости рабочей жидкости, циркулирующей в ГТ. Окружная скорость жидкости на входе в реактор направленa против часовой стрелки. На выходе из реактора рабочая жидкость приобретает окружную скорость, направленную по часовой стрелке и совпадающую с направлением вращения насосного колеса. Благодаря действию реактора, кинетическая энергия рабочей жидкости на выходе из насосного колеса и крутящий момент на турбинном колесе возрастают. Крутящий момент турбины превышает крутящий момент двигателя.

Поток рабочей жидкости, протекающий через межлопаточные каналы реактора, воздействует на колесо реактора в направлении против часовой стрелки и заклинивает МСХ реактора, которая обеспечивает неподвижность реактора в режиме трансформации крутящего момента.

При полном нажатии на педаль акселерато ра и неподвижном автомобиле крутящий момент на турбине ГТ будет иметь максимальное значение, превышающее крутящий момент двигателя.

По мере увеличения частоты вращения турбины ГТ и разгона автомобиля направление потока рабочей жидкости, выходящего из каналов турбинного колеса, будет изменяться. При определенном соотношении скоростей вращения насосного и турбинного колес направление крутящего момента, действующего на лопатки реактора со стороны потока жидкости, изменится на обратное и МСХ разблокирует реактор. Реактор будет свободно вращаться, не оказывая влияние на поток рабочей жидкости, циркулирующей в ГТ. При этом ГТ работает в режиме гидромуфты без трансформации крутящего момента двигателя. Скорости вращения насосного и турбинного колес в этом режиме работы ГТ отличаются незначительно.

Планетарная передача

Планетарная передача служит для увеличения крутящего момента двигателя. Название "планетарная" связано с особенностями конструкции передачи, для которой характерно переносное движение шестерен. Все шестерни планетарной передачи находятся в постоянном зацеплении, что исключает ударное включение передач, возможное при введении шестерен в зацепление друг с другом. На каждой ступени планетарной передачи в зацеплении одновременно находятся несколько шестерен, которые распределяют между собой нагрузку. Это способствует большей прочности и меньшей массе планетарной передачи. Благодаря соосному расположению входного и выходного валов планетарная передача очень компактна.

Планетарный ряд состоит из солнечной шестерни, эпицикла с внутренними зубьями, водила и сателлитов, которые совершают относительное и переносное движение. Планетарная передача может увеличивать крутящий момент или скорость вращения выходного вала, изменять направление вращения выходного вала на обратное и жестко соединять между собой (напрямую) входной и выходной валы. Если передача работает в режиме увеличения крутящего момента, говорят, что включена понижающая ступень передачи, поскольку угловая скорость выходного вала уменьшается по сравнению со скоростью входного вала. При постоянной скорости вращения входного вала крутящий момент и угловая скорость выходного вала изменяются в обратной пропорции.

Понижающая ступень

Понижающая ступень получается при остановленной солнечной шестерне и ведущем эпицикле. При вращении эпицикла сателлиты, обкатывая неподвижное солнечное колесо, приводят во вращение водило (ведомое звено планетарного ряда) с замедленной скоростью. Водило вращается в ту же сторону, что и эпицикл.

Прямая передача

Прямая передача получается при жестком соединении между собой любых двух звеньев планетарного ряда. При этом все звенья вращаются с одинаковой скоростью. Сателлиты остаются неподвижными относительно водила, блокируя между собой солнечную шестерню и эпицикл.

Ускоряющая ступень

Ускоряющая ступень (сверху) и передача заднего хода (снизу).

Ускоряющая ступень получается при остановленной солнечной шестерне и ведущем водило. Водило вращается вместе с сателлитами, которые обкатывают неподвижную солнечную шестерню и приводят во вращение эпицикл с большей скоростью, чем скорость водила.

Передача заднего хода

Изменение направления вращения ведущего звена получается при остановленном водило. Ведущим звеном может быть как солнечная шестерня, так и эпицикл. Соответственно ведомым звеном будет эпицикл или солнечная шестерня. В этом случае сателлиты вращаются относительно неподвижных осей и работают, как промежуточные шестерни. Независимо от того, какое звено является ведущим (солнечное колесо или эпицикл), ведомое звено планетарной передачи будет вращаться в обратном направлении относительно ведущего звена.

Фрикцион блокировки гидротрансформатора
Схема работы фрикциона блокировки


При включении фрикциона блокировки ГТ, диск фрикциона соединяется с кожухом ГТ и мощность двигателя передается непосредственно на вал турбинного колеса. Блокировка исключает скольжение ГТ. В ступицу диска блокировочного фрикциона встроен пружинный демпфер, снижающий динамические нагрузки в трансмиссии при блокировке ГТ. Демпфер имеет возможность осевых перемещений и относительного поворота на 45 градусов.

Многодисковые фрикционы

Схема работы многодискового фрикциона


Многодисковые фрикционы включаются гидравлически с помощью кольцевых цилиндров управления (сервоцилиндров).

Кулачковые муфты свободного хода

Кулачки и сепаратор МСХ


Схема кулачковой МСХ


Муфта свободного хода (МСХ) позволяет установленной на ней детали вращаться только в одном направлении.

МСХ состоит из внутреннего кольца, обоймы и кулачков с сепаратором.

Кулачок имеет специальный симметричный профиль. Один из размеров поперечного сечения кулачка выполнен больше, а другой – меньше, чем зазор А между внутренним кольцом и обоймой. При перекатывании кулачки блокируют друг с другом или освобождают внутреннее кольцо и обойму. Благодаря этому, возможно относительное вращение деталей только в одном направлении.