2813.Планетарные передачи в автомобилестроении
..pdf–двухстепенными;
–трехстепенными;
–четырехстепенными и т.д.
Для включения передачи в случае двухстепенной коробки передач необходимо воздействовать на один элемент управления, причем если это будет блокировочная муфта, то коробка полностью заблокируется, что соответствует прямой передаче. Если коробка передач обладает тремя степенями свободы, то для включения передачи необходимо воздействовать на два элемента управления. При этом одновременное включение двух блокировочных муфт приведет к блокировке коробки передач, т.е. ее передаточное отношение будет равно 1. В случае четырехстепенной коробки передач для включения передачи необходимо воздействие на три элемента управления и т.д.
Определить количество степеней свободы любой планетарной коробки передач достаточно просто. Для этого можно воспользоваться формулой Чебышева:
W = n – kмех,
где W – число степеней свободы; n – число звеньев, включая ведущее и ведомое; kмех – число планетарных рядов, входящих в состав планетарной коробки передач.
Например, коробка передач автомобиля ФОРД-Т (см. рис. 7.14) обладает двумя степенями свободы:
W = 4 – 2 = 2,
а коробка передач, кинематическая схема которой представлена на рис. 7.15, обладает тремя степенями свободы:
W = 5 – 2 = 3.
В настоящее время в АКПП используются планетарные механизмы с тремя и четырьмя степенями свободы.
Долгое время легковые автомобили оснащались трехскоростными автоматическими коробками передач. Как правило, они строились по одной из двух кинематических схем:
–схеме Симпсона;
–схеме, в которой используется планетарный ряд со сцепленными сателлитами.
Схема Симпсона – схема, которая состоит из двух последовательно расположенных планетарных рядов (рис. 7.16). Оба ряда относятся ко второму классу планетарных механизмов, т.е. их внутренние передаточные отношения при остановленном водиле имеют отрицательные значения. Для управления
141
используются две блокировочные муфты, два ленточных тормоза и муфта свободного хода. Особенностью является объединенные в одно звено малые центральные колеса (МЦК) этих двух планетарных рядов. Большое центральное колесо (БЦК) первого планетарного ряда и общие МЦК могут через две блокировочные муфты жестко соединяться с ведущим валом (О). Водило второго планетарного ряда оборудовано тормозом. Ведомое звено (Х) входит в оба планетарных ряда – в первый в качестве водила, а во второй в качестве БЦК. Схема Симпсона позволяет реализовать следующие режимы:
–нейтральный;
–две понижающие передач;
–прямую передачу;
–задний ход.
В схеме со сцепленными сателлитами (рис. 7.17) два планетарных ряда, также относящихся ко второму классу планетарных рядов, имеют общее водило с тремя парами сцепленных сателлитов. Каждая такая пара состоит из одного короткого и одного длинного сателлита. Каждое из двух независимых малых центральных колес имеет зацепление с одним из двух сцепленных сателлитов. Кроме того, имеется одно БЦК, которое входит в зацепление с длинными сателлитами. Для управления используются две блокировочные муфты, два тормоза и одна обгонная муфта. Схема позволяет реализовать следующие режимы:
–нейтральный;
–две понижающие передач;
–прямую передачу;
–задний ход.
Рис. 7.16. Схема коробки |
Рис. 7.17. Схема АКПП |
передач Симпсона |
со сцепленными сателлитами |
142
Необходимость повышения топливной экономичности транспортных средств привела к требованию дополнения трехскоростных АКПП четвертой, повышающей, передачей. Здесь разработчики пошли двумя путями:
–стали искать новые кинематические схемы с целью получения четвертой передачи;
–дополнили уже существующие трехскоростные схемы так называемым повышающим планетарным рядом.
Повышающий планетарный ряд устанавливается как перед основной коробкой передач (рис. 7.18), так и после нее (рис. 7.19).
Рис. 7.18. Пример повышающего планетарного ряда, установленного перед основной коробкой передач
Рис. 7.19. Пример повышающего планетарного ряда, установленного после основной коробки передач
Вповышающем планетарном ряду ведущим звеном является водило,
аведомым – большое центральное колесо. Этот ряд, как правило, оборудован блокировочной муфтой, муфтой свободного хода, дублирующей блоки-
143
ровочную муфту, и тормозом малого центрального колеса. На первых трех передачах переключения происходят в основной трехступенчатой коробке передач, а повышающий планетарный ряд заблокирован с помощью муфты свободного хода или блокировочной муфты (см. рис. 7.18, 7.19). Для получения повышающей передачи в основной коробке включается третья (прямая) передача, а повышающий планетарный ряд разблокируется, и в нем включается тормоз малого центрального колеса, что соответствует формированию повышающей передачи.
Использование повышающего планетарного ряда приводит к тому, что коробка передач становится четырехстепенной:
W = n – kмех = 7 – 3 = 4,
поэтому для получения жесткой кинематической связи между ведущим
иведомым звеньями необходимо включить три элемента управления.
Внастоящее время практически все фирмы, занимающиеся разработкой автоматических коробок передач, выпускают четырехступенчатые коробки, построенные с помощью двух планетарных рядов. Эти коробки передач обладают тремя степенями свободы, что несколько упрощает их систему управления. Ниже представлены кинематические схемы четырехскоростных коробок передач основных фирм, занимающихся производством автоматических коробок передач.
Под термином трансмиссия понимают все механизмы, установленные между маховиком двигателя и ведущими колесами. Эти механизмы должны обеспечивать запуск двигателя, равномерное движение транспортного средства. Обычно трансмиссия с автоматической коробкой передач включает в себя: гидротрансформатор, коробку передач, шрусы, или карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. В настоящее время используются переднеприводные и заднеприводные схемы компоновки трансмиссии (см. рис. 7.10 и 7.11). В переднеприводных схемах используют поперечное или продольное расположение двигателя (см. рис. 7.20 и 7.22). В заднеприводных схемах главная передача и дифференциал расположены, как правило, отдельно (рис. 7.21).
Каждое из двух независимых МЦК имеют зацепление с одним из двух сцепленных сателлитов. Кроме того, имеется одно БЦК. Коробка передач в этом случае обладает тремя степенями свободы. Ведущими звеньями могут быть либо БЦК, либо водило (рис. 7.24).
Принцип работы повышающего планетарного ряда во всех схемах одинаков. Водило всегда должно быть ведущим звеном, БЦК ведомым, а МЦК остановлено. Кинематическая схема повышающего планетарного ряда показана на (рис. 7.25).
144
Рис. 7.20. Переднеприводная схема
Рис. 7.21. Заднеприводная схема
145
Рис. 7.22. Продольное расположение двигателя
На рис. 7.23 представлен общий вид планетарной коробки передач, выполненной по схеме Симпсона.
Рис. 7.23. Планетарный механизм, построенный по схеме Симпсона: 1 – входной вал; 2 – муфта заднего хода; 3 – тормоз второй передачи; 4 – муфта переднего хода; 5 – тормоз первой передачи и передачи заднего хода; 6 – картер; 7 – муфта свободного хода; 8 – выходной вал
Для управления планетарным рядом повышающей передачи используется, как правило, три элемента управления: муфта свободного хода, блокирующая солнечную шестерню и водило (см. рис. 7.24) или водило и большое центральное колесо (см. рис. 7.25); блокировочная дисковая муфта, установленная между солнечной шестерней и водилом, она используется при движении по инерции или под уклон для обеспечения режима торможения двигателем, когда муфта свободного хода не эффективна; дисковый или ленточный тормоз солнечной шестерни, включающий повышенную передачу.
146
Рис. 7.24. Планетарный ряд с коротким и длинным сателлитом
Рис. 7.25. Кинематическая схема повышающего планетарного ряда: 1 – БЦК; 2 – муфта свободного хода; 3 – вал турбинного колеса; 4 – блокировочная муфта; 5 – тормоз МЦК; 6 – картер; 7 – поршень; 8 – водило; 9 – МЦК; 10 – входной вал основнойкоробки передач
147
Рис. 7.26. Планетарный рад с ведущим колесом внутреннего зацепления:
1 – блокировочная муфта; 2 – вал турбинного колеса; 3 – тормоз МЦК; 4 – картер; 5 – входной вал основной части коробки передач; 6 – муфта свободного хода
Эти две трансмиссии построены по одной и той же схеме и используются в транспортных средствах с приводом на передние колеса компании Chrysler (рис. 7.27). Только 41ТЕ предназначена для использования с поперечно расположенным двигателем, а 42LE – для продольно расположенного двигателя. В состав кинематической схемы входят два планетарных ряда, три блокировочные муфты и два тормоза (рис. 7.26). Они позволяют реализовать четыре передачи переднего и одну передачу заднего хода. Отличительной особенностью этих трансмиссий является то, что в них совсем не используются ленточные тормоза и обгонные муфты.
GMC-4L60-E
Кинематическая схема этой трансмиссии состоит из двух планетарных рядов, трех блокировочных муфт, двух тормозов, один из которых ленточный, и двух муфт свободного хода (рис. 7.28). Для обеспечения режима торможения двигателем на второй и третьей передачах используется дополнительная блокировочная муфта, установленная параллельно одной из муфт свободного хода.
148
Рис. 7.27. Кинематическая схема и планы угловых скоростей трансмиссий Chrysler 41TE (A604) и 42LE (A606)
Ford-AXOD-E (AX4S)
Эта схема также построена с использованием двух планетарных рядов (рис. 7.29). Для управления коробкой передач применяются две блокировочные муфты, три тормоза, два из которых ленточных, и две муфты свободного хода. Муфта включения первой передачи и передачи заднего хода 7 разделена на две части, которые соединяются со звеном 2 через муфты свободного хода, имеющие противоположные направления действия. Одна часть этой муфты предназначена для передачи момента двигателя с ведущего звена 0 на звено 2. Другая же ее часть используется для обеспечения режима торможения двигателем, когда момент передается со звена 2 на ведущее звено 0.
149
Рис. 7.28. Кинематическая схема и планы угловых скоростей трансмиссий GMC 4L60E
Volkswagen (096, 097)
Эти две трансмиссии построены по одной и той же схеме и используются в транспортных средствах с приводом на передние колеса. Трансмиссия 096 предназначена для автомобилей с поперечно расположенным двигателем, а 097 – для продольно расположенного двигателя. Здесь использовано два планетарных ряда, один из которых построен по схеме со сцепленными сателлитами (рис. 7.30). Управление коробкой передач осуществляется с помощью трех блокировочных муфт, двух дисковых тормозов и одной муфты свободного хода. Одна из блокировочных муфт позволяет соединять коробку передач непосредственно с коленчатым валом двигателя, минуя трансформатор, и несколько упростить систему управления трансмиссией.
150