Коробка передач

Устройство и принцип работы

Многие пользователи не понимают до конца принцип работы роботизированной коробки, считая её сложным механизмом. Конструктивно 5 АМТ коробка «Лада» является не чем иным, как 5-ти ступенчатой механической коробкой передач, управление которой взяла на себя электроника.

Итак, 5 АМТ что это, рассмотрим подробно. Детальное рассмотрение коробки, выпускаемой ПАО «АвтоВАЗ» говорит о том, что используется стандартная схема автоматизированной трансмиссии механического типа с применением одного диска в конструкции фрикционного сцепления.

Компоновка выглядит следующим образом:

Сцепление коробки;
Коробка переменных передач, механического типа;
Приводы передач коробки и привод сцепления;
Управляющий модуль коробки.

За управление передачами отвечает специальное устройство, мехатроник. Поскольку он представляет собой набор управляющих элементов, в виде датчиков и электроники, то механических связей для переключения передач конструкцией не предусмотрено.

В его состав входит:

Датчик оборотов коробки переменных передач на первичном валу;
Селектор управления режимами коробки передач;
Актуатор, управляющий переключением передач и выключением сцепления коробки;
Контролер коробки передач.

Коробка передач работает в одном из двух режимов: автоматическом и полуавтоматическом. Получая информацию с датчиков, в автоматическом режиме коробка переключает передачи без участия водителя. Передачи переключаются посредством программного обеспечения и сигналов, поступающих от модуля управления. В ручном режиме, передачи переключаются водителем с применением рычага переключения. Движение вперед, повышает передачу, движение назад, понижает.

Переключение скоростей на фуре

На классической ручной КПП скорости переключаются следующим образом:

Заводят грузовик и убеждаются, что кнопка переключения между высокими и низкими передачами и включатель распределителя находятся внизу.
Выжимают педаль сцепления (крайняя левая).
Правой рукой переводят селектор трансмиссии в максимально нижнюю позицию.
Медленно отпускают сцепление и нажимают на педаль газа.
Повторно выжимают сцепление при достижении на тахометре значений первой передачи.
Переводят селектор трансмиссии в нейтральную позицию и отпускают педаль сцепления.
Выжимают сцепление и устанавливают селектор в положение первой скорости.

Подобным образом работает переход на все другие ступени. Если же вы достигли предела низких скоростей, переключите селектор на высокие (переведите кнопку в верхнее положение) и по той же схеме работайте.

Если есть необходимость разделить пополам какое-то из значений трансмиссии, используйте для этого распределитель (демультипликатор или делитель)

Особенно актуальна эта функция при езде по холмистой местности, перевозке очень тяжелых грузов, когда важно контролировать уровень оборотов мотора в нужном диапазоне. Для разделения передачи переводят кнопку распределителя вперед, бросают газ, выжимают и отпускают сцепление

Видео переключения передач фуры Scania прямо на ходу можно посмотреть тут:

https://youtube.com/watch?v=LZiyPce2LPA

Расчет на прочность планетарных передач

Прочностной расчёт планетарных передач проводят как для цилиндрических зубчатых передач. Вычисляют каждое зацепление:

внешнее — между солнцем и планетными колёсами;
внутреннее — между планетами и короной.

Если колёса изготовлены из одного материала, а силы в зацеплении равны, рассчитывают наименее прочное соединение — внешнее.

Алгоритм расчёта следующий:

Выбирают схему редуктора.
Определяют исходные данные: передаточное число i, крутящий момент Твых и частоту вращения выходного вала Uвых.
Подбирают число зубьев с проверкой условий сборки и соседства планетных шестерней.
Рассчитывают угловые скорости колёс.
Вычисляют КПД и моменты выходных валов.
Рассчитывают прочность зацепления.

В расчёте момента учитывают количество планетных колёс и неравномерное нагружение их зубьев. Вводят поправочный коэффициент η =1,5…2, если меры выравнивания отсутствуют:

повышенная точность изготовления;
радиальная подвижность солнца, короны или водила;
применение упругих элементов.

Расчёт зубчатых передач выполняют по двум критериям:

контактная прочность, т.е. выносливость рабочих поверхностей зубьев под нагрузкой;
напряжение на изгиб, усталостный излом.

Расчёт контактной прочности сводится к проверке условия, что напряжение σн не превышает допустимого значения. Вычисления проводят по формуле Герца для цилиндрических поверхностей, добавляя уточняющие коэффициенты. В результате получают значение межосевого расстояния — главную геометрическую характеристику зубчатой передачи:

d=K×η×∛ (T×Kн(i±1))/(Ψ×i×^2),

где K — вспомогательный коэффициент для прямозубых колёс, МПа;

η — коэффициент неравномерности;

Т — вращающий момент, Н×мм;

Kн — коэффициент нагрузки;

Читать

Технические характеристики АКПП, виды и их отличие друг от друга

Ψ — коэффициент ширины колеса равный 0,75;

i — передаточное число;

— допускаемое контактное напряжение, МПа. Определяется коэффициентом долговечности и пределом выносливости.

При расчёте на изгиб принимают условие, что вся нагрузка передаётся одной паре зубьев и приложена к его вершине. Расчётное напряжение не должно превышать допускаемое:

σf= (M/W) — (F/(b×s) ≤ ,

где М — изгибающий момент;

W — осевой момент сопротивления;

F — сила сжатия;

b, s — размеры зуба в сечении;

— допускаемое напряжение изгиба. Зависит от предела выносливости, шероховатости, погрешности изготовления зубьев.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда АКПП применяют различные типы зубчатых передач. Выделяют три основные наиболее распространенные: цилиндрические, конические и волновые.

Цилиндрические

Зубчатые механизмы передают момент между параллельными валами. В конструкцию цилиндрической передачи входит две и более пар колёс. Форма зубьев шестерней может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрическая схема простая в производстве и действии. Применяется в коробках передач, бортовых редукторах, приводах. Передаточное число ограничено размерами механизма: для одной колёсной пары достигает 12. КПД — 95%.

Читать

Как правильно дрифтовать на автомате

Конические

Колёса в конической схеме преобразуют и передают вращение между валами, расположенными под углом от 90 до 170 градусов. Зубья нагружены неравномерно, что снижает их предельный момент и прочность. Присутствие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавности соединения и большей выносливости применяют круговую форму зубьев.

Производство конических передач требует высокой точности, поэтому обходится дорого. Угловые конструкции применяются в редукторах, затворах, фрезерных станках. Передаточное отношение конических механизмов для техники средней грузоподъёмности не превышает 7. КПД — 98%.

Волновые

Во волновой передаче отсутствуют солнечная и планетные шестерни. Внутри коронного колеса установлено гибкое зубчатое колесо в форме овала. Водило выступает в качестве генератора волн, и выглядит в виде овального кулачка на специальном подшипнике.

Гибкое стальное или пластмассовое колесо под действием водила деформируется. По большой геометрической оси зубья сцепляются с короной на всю рабочую высоту, по малой оси зацепление отсутствует. Движение передаётся волной, создаваемой гибким зубчатым колесом.

Во волновых механизмах КПД растёт вместе с передаточным числом, превышающим 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой ниже 20. Редуктор выдает 85% КПД, мультипликатор — 65%. Конструкция применяется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Особенности коробки передач танка «Тигр»

И на обычном «Тигре», и на «Королевском Тигре» применялась коробка передач, изготовленная по лицензии фирмой Maybach. Это был полуавтоматической агрегат с 8 передними и 4 передачами заднего хода. Коробка переключения передач «Ольфар» 401216В отличалась преселекторным управлением. Оператору достаточно было перевести селектор КПП в нужное положение, после чего боевая машина начинала движение.

Агрегат на «Тигре» по внешнему виду и габаритам отличался от КПП на «Королевском Тигре»: на «усовершенствованной» боевой машине применялась коробка с радиатором и резервуаром с водой без циркуляции охлаждающей жидкости. Она менялась ручным способом. На «Тигре» агрегат довольно быстро перегревался, что приводило к поломкам трансмиссии и обездвиживанию танка прямо на поле боя. За этот конструктивный недостаток «супертанк» Гитлера довольно часто критиковали даже немецкие солдаты.

Особенность КПП «Тигра» заключалась в том, что в ней не было общих валов для нескольких шестерен, то есть, каждая шестерня устанавливалась на отдельных подшипниках. Также агрегат получил автоматический гидравлический сервопривод. Оператору не нужно было выжимать педаль главного фрикциона, достаточно было всего лишь перевести рычаг.

Дальше сервопривод без участия оператора отключал главный фрикцион и включенную в этот момент передачу, после чего синхронизировал угловые скорости зубчатых муфт, обеспечивал включение следующей скорости, а дальше уже и главного фрикциона. Если гидравлический сервопривод выходил из строя, у водителя оставалась возможность в ручном режиме производить переключение скоростей полуавтоматической коробки передач. Шестерни КПП смазывались струйным способом, в место зацепление обеспечивалась подача смазочного материала.

Назначение

Все детали, которые влияют на передачу крутящего момента от маховика мотора к ведущим колёсам, входят в состав трансмиссии. Автомобиль без особых усилий трогается с места и движется с нужной скоростью.

Для чего необходима эта система механизмов?

Главной функцией трансмиссии является передача, распределение и изменение крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам автомобиля. Для чего служит трансмиссия? Это посредник между двигателем и ведущими колёсами, без которого было бы невозможно начать движение автомобиля.

На что ещё влияет трансмиссия?

Обеспечение нужного показателя тяги и скорости автомобиля при движении и поворотах.
Простота управления автомобилем. Благодаря этому снижается усталость и напряжение шофёра при длительных поездках.
Увеличение безопасности и надёжности транспортного средства.
Продление «жизни» двигателя, снятие с него лишней нагрузки.

Без трансмиссии бы не получилось бы входить в поворотыТакже некоторых интересует вопрос, какую функцию не выполняет трансмиссия? Вот верный ответ: она не обеспечивает движение транспортного средства в заданном направлении.

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор представляет собой гидравлический механизм, который размещен между двигателем и механической коробкой передач. Он состоит из трех колес с лопатками:

насосного (ведущего);
турбинного (ведомого);
реактора.

Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри которого размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичным валом 5 коробки передач и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.

Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеснению жидкости препятствуют специальные уплотнения.

При работающем двигателе насосное, колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной части насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу и обеспечивается передача крутящего момента в гидротрансформаторе.

Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при его передаче от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места, при этом коэффициент трансформации может составлять до 2,4. В этом случае реактор неподвижен так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличивается скорость вращения насосного и турбинного колес. При этом муфта свободного хода расклинивается и реактор начинает вращаться с увеличивающейся скоростью, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной скорости вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом, происходит плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.

Гидротрансформатор автоматически устанавливает необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и к ведущими колесами автомобиля, Это обеспечивается следующим образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при возрастании сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.

КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значение КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. В комплексном гидротрансформаторе на режиме гидромуфты можно получить максимальное значение КПД до 0,97.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидротрансформатором устанавливают специальную планетарную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки.

На какие автомобили устанавливается

Первый автомобиль под маркой «Lada Приора» в комплектации с АМТ, был выпущен в 2014 году, устанавливаемая коробка имела модификацию АМТ-2182. После обкатки и доработки механизмов и элементов программы, автоматическими механическими трансмиссиями стали укомплектовывать «Ладу Гранта», случилось это в марте 2015 года, и «Lada Веста», в 2021 году. Такой же коробкой передач укомплектовали автомобили «Lada Калина» и «Lada Xray».

Поздние модификации коробок, конструктивно похожи на первую коробку передач, выпущенную компанией. Разница заключается в усовершенствованной программе последней версии, которую разрабатывала немецкая компания ZF Friedrichshafen AG. В основе принципа положено использование нового алгоритма переключения трансмиссии и усовершенствованная функциональная логика. АМТ имеет ряд особенностей при эксплуатации, характеризуется как простой, надежный, экономичный агрегат.

Полезные советы

Перед ездой рекомендуется максимально подробно изучить схему переключения передач. Сделать это можно, стоя на месте, нужно постоянно смотреть на коробку. Как правило, на селекторе обозначена специальная диаграмма относительно позиции каждой скорости. У низких передач один цвет, у высоких – другой. Отдельно выделены скорости, отвечающие за заднее движение (буква R). Запоминайте, сколько передач есть на селекторе, а также позиции всех переключателей, и за что они отвечают.

Итак, важно обращать внимание на характеристики трансмиссии на грузовике. Чем более продвинутая коробка, тем проще управлять автомобилем. Наличие демультипликатора и делителя позволяет легче ездить по горам и экономить топливо

А использование коробки-автомат и вовсе упрощает передвижение на грузовике

Наличие демультипликатора и делителя позволяет легче ездить по горам и экономить топливо. А использование коробки-автомат и вовсе упрощает передвижение на грузовике.

АКПП и ее основные узлы

Абревиатура АКПП означает автоматическая коробка переключение передач. Иногда ее называют классическая гидротрансформаторная коробка передач, так как в последнее время автоматическими коробками стали называть системы на основе вариатора и роботизированной коробки передач.

Кроме гидротрансформатора к основным узлам можно отнести планетарный механизм, систему масляного управления и систему фрикционов.

Но перед тем как разбираться с устройством считаю необходимым пояснить для чего же нужна коробка передач. А необходимость ее вызвана работой двигателя в довольно узком режиме оборотов. Холостой ход это около 700 оборотов в минуту а максимальные обороты близки к 7000, то есть разница всего в 10 раз. К примеру, если при минимальных оборотах будет скорость 5 км/ч тогда максимальная скорость не превысит 50 км/ч, согласитесь это несерьезно.

Итак, вернемся к нашей теме и разберемся сначала с гидротрансформатором. Он состоит из следующих компонентов:

насосное колесо;
турбинное колесо;
статорное колесо.

В данной системе двигатель создает вращательное движение которое передается на насосное колесо что находится в корпусе заполненном специальным маслом.

В корпусе размещается и турбинное колесо, оно ловит масло от насосного и начинает передавать крутящий момент на планетарный механизм возвращая масло через статорное колесо обратно на насос.

Само же статорное колесо при большой разнице оборотов между насосом и турбиной стоит неподвижно разгоняя масло увеличивая давление в системе повышает крутящий момент в несколько раз.

При выравнивании оборотов, статорное колесо разблокируется и вращается вместе с насосным и турбинным колесом уменьшая сопротивление маслу что повышает эффективность системы.

Но это не устраняет проскальзывания масла между насосом и турбиной. Поэтому на высоких скоростях автомобиля блокируется работа гидротрансформатора, двигатель при помощи специальной муфты соединяется с планетарной коробкой передач напрямую.

Планетарная коробка передач состоит из планетарных редукторов, ленточных и фрикционных механизмов, а также блока управления.

Планетарный редуктор можно представить как большую шестерню (кольцевая) в которой как планеты размещены меньшие шестерни (сателлиты) связанные водилом и в самом центре находиться еще одна шестерня (солнечная).

Передаточное отношение меняется в зависимости от того какие шестерни в данный момент вращаються. Подтормаживанием шестерен заведуют ленточные и фрикционные механизмы. А блок управления руководит всей этой системой через масляные каналы получая информацию от всевозможные датчиков (скорости, нагрузки, режима селектора и т.д.)

Принцип работы

Давайте подробнее рассмотрим, как устроена трансмиссия и какой у неё принцип действия. Каким образом энергия, появившаяся в двигателе, передаётся на колёса и благодаря этому автомобиль может двигаться?

Строение трансмиссии

Пошаговый принцип работы:

В результате срабатывания системы зажигания создаётся высокое напряжения для формирования искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. После сгорания топлива коленвал двигателя начинает своё вращение. Эта деталь соединена с маховиком, а он – со сцеплением. При обычном режиме работы сцепление всегда соединено с маховиком, и в результате этого коробка передач тоже всегда находится во «включённом» состоянии. Перед тем как переключить передачу, сцепление разъединяет постоянную связь между валом КПП и маховиком. А когда переключение выполнено – сцепление восстанавливает эту связь обратно.
Коробка передач может выбирать оптимальное передаточное число при помощи разного набора шестерён. Каждая пара шестерён имеет разное передаточное число, что позволяет менять значение крутящего момента и скорости вала. Отмечу, что одновременно может происходить сцепка только одной пары шестерён при выборе определённой передачи. Другие шестерни будут просто работать вхолостую. Двигатель, сцепление и коробка передач находятся в одном корпусе и называется это трио — силовой агрегат.
Затем крутящий момент передаётся на главную передачу (напрямую или через карданный вал). Главная передача уменьшает высокую скорость вращения (она слишком большая для колёс) и передаёт вращение на дифференциал.
Дифференциал распределяет крутящий момент на полуоси ведущих колёс. Полуоси получают ту долгожданную энергию, которая будет передана ведущим колёсам. ШРУСы помогают сохранять нужную скорость при езде по неровной дороге. Автомобиль начинает своё движение.
В заднеприводную трансмиссию добавлен карданный вал, который передаёт вращение от заднего моста к переднему. А в полноприводный автомобиль добавлена раздаточная коробка, которая обеспечивает «превращение» всех колёс в ведущие.