5. Ступенчатые коробки передач

Ступенчатая коробка передач представляет собой зубчатый (шестеренный) механизм, в котором изменение передаточного числа происходит ступенчато. Передаточные числа ступенчатой КПП на всех передачах, кроме высшей, больше единицы (u_к > 1). При включении этих передач уменьшается скорость вращения ведомого (вторичного) вала коробки передач и почти во столько же раз увеличивается передаваемый крутящий момент двигателя.

Высшая передача в ступенчатых КПП может быть прямой (u_к = 1) или повышающей (u_к < 1). При работе повышающей передачи снижается скорость вращения коленчатого вала двигателя, повышается долговечность деталей коробки передач и уменьшается расход топлива при движении с той же скоростью, что и на прямой передаче.

Двухвальные КПП устанавливаются на переднеприводных автомобилях с передним и заднеприводных автомобилях с задним расположением двигателя. Позволяют объединить в одном картере (корпусе) сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал.

Трехвальные КПП устанавливаются на заднеприводных легковых автомобилях с передним расположением двигателя и грузовых малой и средней грузоподъёмности.

Многовальные КПП применяются на грузовых автомобилях большой грузоподъёмности, автомобилях-тягачах, работающих с прицепами и полуприцепами, с целью увеличения числа передач – от 8 до 24. Чем больше число передач в КПП, тем лучше используется мощность двигателя и выше тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобиля. Они представляют собой четырех- , пяти- или шестиступенчатые трехвальные КПП со встроенными или совмещенными дополнительными коробками передач (редукторами). При этом дополнительная коробка передач может быть повышающей или понижающей.

Повышающая КПП называется делителем или мультипликатором. Устанавливается перед основной КПП и увеличивает число передач в два раза. Не увеличивает передаточные числа КПП, а только уменьшает разрыв между передаточными числами соседних передач, увеличивая на 20… 25% их диапазон.

Понижающая КПП называется демультипликатором. Устанавливается за основной КПП. Имеет две или три передачи: прямую и понижающую (понижающие).

Передаточное число ( ) находится как отношение числа зубьев колеса ( ) к числу зубьев шестерни ( ) в зубчатой передаче, числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка в червячной передаче, числа зубьев большой звёздочки к числу зубьев малой в цепной передаче, а также диаметра большого шкива (или катка) к диаметру меньшего в ремённой или фрикционной передаче. Передаточное число используется при расчётах геометрических параметров зубчатых передач

U=Z₁/Z₂

6. Гидромеханическая акпп

Основными агрегатами АКПП являются гидротрансформатор и механическая планетарная КПП.

 Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса, центростремительной турбины и расположенного между ними направляющего аппарата-реактора. Насос и турбина предельно сближены, а их лопастям придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, а турбинное — с валом коробки передач. Передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается лопатками насосного колеса на лопасти турбинного колеса. Жесткая связь при этом между двигателем и трансмиссией отсутствует.

По такой схеме работает гидромуфта, которая просто передает крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это также колесо с лопатками, однако оно жестко прикреплено к корпусу и не вращается (до определенного времени). Реактор расположен на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос. Лопатки реактора имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость выбрасывается из реактора в сторону вращения насосного колеса, как бы подталкивая и подгоняя его. Отсюда - два следствия:

I — благодаря увеличению скорости циркуляции масла внутри гидротрансформатора при неизменном режиме работы насоса крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора увеличивается.

II — при неизменном режиме работы насоса режим работы турбины изменяется автоматически и бесступенчато в зависимости от приложенного к валу турбины (т.е. колесам автомобиля) сопротивления.

При увеличении нагрузки на ведущие колеса автомобиль начинает терять скорость. Это приводит к уменьшению частоты вращения турбины. В свою очередь, уменьшается противодействие движению рабочей жидкости по кругу циркуляции внутри гидротрансформатора. В результате скорость циркуляции возрастает, что автоматически приводит к увеличению крутящего момента на валу турбинного колеса (аналогично переходу на низшую передачу в механических КПП) до тех пор, пока не наступит равновесие между ним и моментом сопротивления движению. По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места.

Когда автомобиль припаркован, турбинное колесо находится в неподвижном состоянии, однако внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе не мешает двигателю работать на холостом ходу. В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, практически жестко связывающее ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор может освободиться и вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Особенность гидротрансформатора такова, что он не может изменять крутящий момент, а также скорость вращения выходного вала в широких пределах. Поэтому возникает необходимость в механизме, который смог бы изменять момент и частоту вращения в заданных пределах, обеспечивать движение задним ходом. Для этого служит коробка передач.

Принцип работы и устройство АКПП аналогичны работе механических коробок с шестернями постоянного зацепления. Около каждой шестерни стоит фрикционный пакет, состоящий из нескольких фрикционных элементов. Этот фрикционный пакет фиксирует шестерню на валу с помощью сил трения. Только в АКПП вместо косозубых пар шестерен, как правило, применяются планетарные передачи.

Рабочая температура АКПП может быть сопоставима с температурой двигателя, а иногда даже превышать ее. Поэтому автомобили с АКПП имеют специальную систему охлаждения, радиатор которой либо встроен в радиатор системы охлаждения двигателя, либо установлен отдельно и охлаждается воздушным потоком.

За выбор передачи отвечает гидравлический и электронный блоки управления АКПП. Водитель, кроме нажатия на акселератор, может влиять на процесс смены передач установив селектор КПП в специальное положение, которое не позволяет автоматике переключаться выше определенной передачи.