ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ 5-СТУПЕНЧАТАЯ
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Методические указания
Омск 2015
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Автомобили, конструкционные материалы и технологии»
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ 5-СТУПЕНЧАТАЯ
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Методические указания
Составитель А.С. Байда
Омск
СибАДИ
2015
1
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке неподлежит.
УДК 629.3.02 ББК 38.33-04 Г464
Рецензент канд. техн. наук, доц. И.В. Хамов (СибАДИ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методических указаний.
Г464 Гидромеханическая 5-ступенчатая коробка передач : методические указания / сост. А.С. Байда. – Омск : СибАДИ, 2015. – 28 с.
ISBN 978-5-93204-833-7
Рассмотрена конструкция автоматической гидромеханической пятиступенчатой коробки передач японского производителя Jatco, устанавливаемой на автомобили японского, европейского и американского производства.
Приведено устройство и принцип действия планетарных рядов, фрикционов и ленточных тормозных устройств. Описан процесс включения передач и механизм переключения между ступенями. Приведены схемы передачи крутящего момента на всех ступенях вперед и при движении задним ходом.
Адресованы для студентов, изучающих дисциплины «Конструкция, эксплуатационные свойства и расчет автомобиля», «Конструкция и теория ТТМ. Конструкция автомобиля», «Конструкция и теория ТТМ. Автоматические системы автомобиля», «Конструкция наземных ТТМ. Автомобили».
УДК 629.3.02 ББК 38.33-04
ISBN 978-5-93204-833-7 |
© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2015 |
2
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания разработаны для студентов, изучающих устройство автомобилей, тракторов и дорожных машин. В методических указаниях рассмотрено устройство отдельных узлов, которые являются составными элементами автоматической коробки передач.
Современная гидромеханическая коробка передач представляет собой агрегат, состоящий из нескольких планетарных рядов с автоматическим управлением, работающих в паре с гидротрансформатором.
Использование планетарных механизмов, а именно из них состоят планетарные ряды, позволяет управлять передаточными числами и направлением вращения ведомого вала за счет торможения или соединения отдельных частей планетарных передач, что осуществляется с помощью фрикционов или ленточных тормозных механизмов.
Гидротрансформатор или конвертер крутящего момента непосредственно в переключении передач не участвует. Основная роль гидротрансформатора – передача и преобразование крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к автоматизированным планетарным рядам. Позволяет бесступенчато изменять передаваемый крутящий момент и частоту вращения ведомого вала. Отсутствие жесткой кинематической связи позволяет исключить ударные нагрузки на трансмиссию и осуществлять плавное трогание с места за счет «проскальзывания» ведомого лопастного колеса относительно ведущего
[4].
Широкое применение гидромеханических коробок передач связано в основном с их высокой надежностью и долговечностью. Весомым недостатком является сравнительно низкий механический КПД
[2].
3
1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ АКП
Гидромеханическая 5-ступенчатая автоматическая коробка передач (АКП), производимая компанией Jatco, была разработана в 1999 году [1]. С 2001 года с маркировкой RE5F01A устанавливалась на автомобили Nissan, JA5A-EL – на автомобили Mazda, 09А – на ав-
томобили Audi и Volkswagen, JF506E – на автомобили Jaguar и Land Rover. Кроме этого, с обозначением 5F31J устанавливалась на амери-
канские Ford Mondeo и Galaxy (прил. 1).
АКП проектировалась как «люксовая» 5- ступенчатая для дорогих автомобилей на фоне стандартных 4- ступенчатых. В то же время при проектировании предполагалось, что она будет устанавливаться на «бюджетные» автомобили. Такое несоответствие было продиктовано жесткой конкурентной борьбой с компаниями Aisin и ZF.
АКП была ориентирована на переднеприводные автомобили с двигателем объемом до 3,8 литра [6].
АКП имеет следующие отличительные черты:
автоматическое переключение пяти ступеней с помощью адаптирующихся к стилю вождения и дорожной обстановке программ переключения на основе нечеткой логики (техно-
логия Fuzzy-Logic);
программа переключения передач, адаптирующаяся к степени сопротивления движению: распознает движение в подъем, движение на спуске, движение с прицепом;
наличие режима «Tiptronic»;
устройство блокировки ключа в замке зажигания;
режим холостого хода на неподвижном автомобиле и нажатой педали тормоза;
не требуется замена масла ATF в процессе эксплуатации.
4
2. УСТРОЙСТВО КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
Проектирование 5-ступенчатой АКП для автомобилей с поперечным расположением двигателя предусматривало уменьшение габаритных размеров и привело к необходимости размещения трёх планетарных рядов на двух уровнях (рис. 1).
Непосредственно на валу турбинного колеса размещены планетарные ряды I и II (рис. 2). Под ними на отдельном валу расположен планетарный ряд III. Планетарные ряды, распложенные на разных уровнях, соединены цилиндрическими зубчатыми колесами.
Рис. 1. Поперечный разрез АКП
Крутящий момент от зубчатого колеса А передается на зубчатое колесо В, затем с шестерни выходного вала на дифференциал, а от дифференциала к приводным валам ведущих колес.
Жидкостный насос (насос ATF) приводится в действие от насосного колеса гидротрансформатора (см. рис. 2). Насос ATF предназначен для нагнетания давления масла в гидравлический блок управления.
5
Планетарный ряд I
Планетарный ряд II
Планетарный ряд III
Цилиндрическое зубчатое колесо A
Насос ATF
Вход крутящего момента вала турбинного колеса
Цилиндрическое зубчатое колесо B
Шестерня выходного вала
Дифференциал
Рис. 2. Размещение планетарных рядов в АКП
6
Гидротрансформатор оборудован муфтой блокировки (рис. 3), которая при высокой частоте вращения передает крутящий момент двигателя непосредственно на входной вал коробки передач.
Управляет муфтой блокировки блок управления.
Рис. 3. Общий вид муфты блокировки гидротрансформатора
Блок управления АКП в зависимости от частоты вращения двигателя и величины крутящего момента подает сигнал управления на электромагнитный клапан N91.
Электромагнитный клапан перемещает золотник вправо, который соединяет масляную полость перед муфтой блокировки гидротрансформатора со сливной магистралью (рис. 4, а). Вследствие чего давление в масляной полости за муфтой становится выше, чем перед муфтой, муфта замыкается (блокируется).
При отключении электромагнитного клапана (рис. 4, б) под действием пружины золотник клапана возвращается в первоначальное положение (крайнее левое), что приводит к отсоединению полости перед муфтой со сливной магистралью и соединению с нагнетающей магистралью. Давление в передней и тыльной полостях муфты выравнивается, муфта размыкается.
7
а) |
б) |
Рис. 4. Рабочие положения муфты блокировки
В конструкцию коробки передач входят три планетарных ряда, обеспечивающих возможность включения пяти передач для движения вперед и одной передачи заднего хода.
Рис. 5. Первый и второй планетарные ряды
8
Планетарные ряды связаны друг с другом цилиндрическими шестернями А и В (см. рис. 2).
Первый и второй планетарные ряды (рис. 5) соединены с валом турбинного колеса гидротрансформатора. Коронная шестерня первого планетарного ряда жестко связана с водилом второго планетарного ряда. В то же время водило второго планетарного ряда жестко связано с цилиндрической шестерней А.
Цилиндрическое зубчатое колесо B
Коронная шестерня
Водило
Ведомая шестерня
К дифференциалу
Рис. 6. Третий планетарный ряд
Третий планетарный ряд (рис. 6) расположен на отдельном валу, являющимся выходным валом коробки передач. Коронная шестерня третьего планетарного ряда жестко связана с цилиндрической шестерней В, а водило с выходным валом.
9
Муфта свободного хода
Муфта свободного хода
Рис. 7. Расположение фрикционов и тормозов
Переключение передач осуществляется при блокировании и разблокировании фрикционов, многодисковых и ленточных тормозов, а также с помощью муфт свободного хода.
10
При поступлении рабочей жидкости (ATF) под давлением фрикцион блокируется, за счет чего изменяется путь передаваемого крутящего момента в коробке передач и, как следствие, изменяется передаточное число или направление передаваемого крутящего момента.
Водило планетарного ряда I
Коронная шестерня планетарного ряда II
Рис. 8. Фрикцион К1
Фрикцион К1 (рис. 8) в заблокированном состоянии обеспечивает соединение коронной шестерни второго планетарного ряда с водилом первого планетарного ряда. Фрикцион заблокирован при движении автомобиля на первой, второй и третьей передачах.
Фрикцион К2 (рис. 9) в заблокированном состоянии обеспечивает соединение ведущего вала с солнечной шестерней первого планетарного ряда. Фрикцион заблокирован при движении на второй передаче.
Фрикцион К3 (рис. 10, а) в заблокированном состоянии обеспечивает соединение ведущего вала с водилом первого планетарного ряда. Фрикцион блокируется при движении на третьей, четвертой и пятой передачах. Одной из функций фрикциона является компенсация центробежных сил.
11
Солнечная шестерня
Рис. 9. Фрикцион К2
а) |
б) |
Рис. 10. Фрикционы К3 и К4
12
Фрикцион К4 (рис. 10, б) обеспечивает соединение солнечной шестерни и водила в третьем планетарном ряду. Передаточное число планетарного ряда в этом случае равно 1. Фрикцион блокируется при движении на пятой передаче.
а) |
б) |
Рис. 11. Рабочие положения многодискового фрикционного тормоза
Многодисковый фрикционный тормоз представляет собой фрикционную муфту, состоящую из двух пакетов дисков, которые сжимаются с помощью гидравлического привода. Основной функцией многодискового тормоза является обеспечение удержания соединенных с ним элементов в неподвижном состоянии.
Многодисковый тормоз В1 (рис. 12) предназначен для удержания в неподвижном положении водила первого планетарного ряда. Один пакет фрикционных дисков соединен с картером коробки передач, второй с водилом первого планетарного ряда. Тормоз задействуется при включении передачи заднего хода и торможении двигателем в режиме «Tiptronic» на первой передаче.
Многодисковый тормоз В2 (см. рис. 12) предназначен для удержания в неподвижном положении солнечной шестерни первого планетарного ряда. Тормоз задействуется при движении на второй, четвертой и пятой передачах.
Ленточный тормоз В3 предназначен для удержания в неподвижном положении солнечной шестерни третьего планетарного ряда. Удержание осуществляется за счет затягивания тормозной ленты (рис. 13). Тормоз задействуется на всех передачах, кроме пятой.
13
Рис. 12. Многодисковые тормоза В1 и В2
Рис. 13. Ленточный тормоз В3 14
В гидравлических контурах фрикционов К1, К3 и К4, а также многодискового тормоза В2 встроены аккумуляторы давления, по одному в каждом контуре. Два дополнительных аккумулятора давления установлены в гидравлическом блоке управления и два в картере коробки передач. Аккумуляторы давления предназначены для обеспечения плавной блокировки фрикционов и тормозных устройств.
Аккумуляторы давления включены в гидравлический контур параллельно управляемому фрикциону или тормозному устройству
(рис. 14, а).
а) б) Рис. 14. Рабочие положения аккумулятора давления
При необходимости блокировки фрикциона или тормозного устройства масло ATF поступает под давлением из гидравлического блока в аккумулятор и в блокируемое устройство (рис. 14, б). Давление масла преодолевает сопротивление подпружиненного поршня аккумулятора, на который воздействует регулируемое давление масла, и перемещает поршень влево. Перемещение поршня приводит к плавному нарастанию давления в гидравлическом приводе, следовательно, блокировка фрикциона или тормозного устройства производится постепенно [5].
Фрикцион полностью заблокируется только после того, как поршень остановится, заняв крайнее левое положение. Давление масла в блокируемом устройстве достигнет максимального значения.
Гидравлический блок (Valve body) предназначен для управления процессом автоматического переключения передач (рис. 15). Представляет собой распределительное устройство рабочей жидкости
ATF.
15
Гидравлический блок управления состоит из блока переключающих клапанов, двух аккумуляторов давления, электромагнитных клапанов – соленоидов и золотникового клапана с ручным управлением.
Блок клапанов регулирует давление рабочей жидкости, подаваемой от насоса, формирует управляющее давление жидкости и распределяет её между узлами АКП, в соответствии с текущим режимом работы.
Электромагнитные клапана позволяют изменять управляющее давление рабочей жидкости и подавать её под давлением к фрикционам и тормозным устройствам. Управляет электромагнитными клапанами электронный блок управления АКП.
Золотниковый клапан с ручным управлением приводится в действие от рычага селектора выбора режима работы АКП. Принудительное включение четвертой передачи и передачи заднего хода осуществляется клапаном напрямую, без участия гидравлического блока управления.
При выходе из строя электронного блока управления АКП переходит в «аварийный режим». Во всех положениях рычага селектора, кроме «4» (принудительная четвертая передача) и «R» (передача заднего хода), движение автомобиля невозможно.
Рис. 15. Гидравлический блок управления
16