Понятие о гидродинамических передачах Трансмиссия

Зона действия гидротрансформатора

Максимальный крутящий момент (примерно в два раза выше, чем крутящий момент колен­чатого вала двигателя), передается от турбин­ного колеса через первичный вал на подклю­ченную механическую планетарную передачу, если автомобиль и, соответственно, турбинное колесо стоят неподвижно, в то время как дви­гатель с полной мощностью вращает насосное колесо.

При этом двигатель замедляется до опреде­ленной частоты вращения коленчатого вала. Эта частота вращения обозначается как частота вра­щения при торможении до полной остановки (англ.: stall speed).

Когда автомобиль трогается с места, часто­та вращения турбинного колеса начинает уве­личиваться в той же пропорции, что и скорость движения, и постепенно приближается к частоте вращения коленчатого вала двигателя, которая увеличивается в меньшей степени. По мере уве­личения частоты вращения турбинного колеса уменьшается крутящий момент.

Наконец, когда частота вращения турбинного колеса достигает прим. 85% от частоты вращения насосного колеса, крутящий момент перестает увеличиваться. Действие направляющего колеса прекращается. Поток масла проходит через на­правляющее колесо, не опираясь на его лопасти: Момент перехода на режим гидромуфты достигнут.

Зона перехода на режим гидромуфты

При дальнейшем увеличении скорости движе­ния гидротрансформатор работает как обычная гидродинамическая муфта, так как направляю­щее колесо уже не оказывает свое воздействие на поток масла. В момент перехода на режим гидромуфты угол, под которым поток трансмис­сионного масла выходит из турбинного и входит в направляющее колесо, изменяется настолько, что масло попадает на лопасти направляющего колеса с задней стороны, то есть в направлении вращения коленчатого вала двигателя. В резуль­тате муфта свободного хода освобождает от бло­кировки направляющее колесо, которое вращает­ся в потоке масла между насосным и турбинным колесами.

Разница частоты вращения насосного и тур­бинного колес продолжает уменьшается и после прохождения момента перехода на режим гидро­муфты — но при такой же передаче крутящего мо­мента — пока не будет достигнут КПД примерно 96 %.

Для поддержания нормального течения мас­ла всегда должно происходить небольшое про­скальзывание.

Зона торможения

Когда турбинное колесо вращается быстрее, чем насосное, например, при сбрасывании газа в режиме принудительного холостого хода, направ­ление действия гидротрансформатора изменяется на противоположное: турбинное колесо приводит в движение насосное колесо и, тем самым, проис­ходит торможение двигателем. При этом направляющее колесо не оказывает никакого действия.

Гидродинамический трансформатор крутящего момента

Гидродинамический трансформатор крутящего момента, основанный на системе Trilok, включает в себя три лопастных колеса:

• Насосное колесо, жестко соединенное с кор­пусом;
• Турбинное колесо, жестко соединенное с пер­вичным валом коробки передач;
• Направляющее колесо, называемое также ре­актором, с муфтой свободного хода.

Принцип действия и конструкция гидродина­мического трансформатора крутящего момента (трансформатор Trilok) в основном идентичны гидродинамической муфте (рис. 3 «Гидротрансформатор крутящего момента, состоящий из насоса, направляющего колеса и турбины«).

В гидродинамической муфте вытекающее из турбины масло движется против направления вращения насоса. В гидротрансформаторе TriTok направление те­чения изменяется с помощью направляющего ко­леса, установленного между насосом и турбиной и способного во время работы изменять частоту своего вращения от максимальных значений до полной остановки.

Направляющее колесо оснащено муфтой сво­бодного хода, основная задача которой состоит в том, чтобы жестко блокировать до полной оста­новки вращение направляющего колеса до тех пор, пока поток масла, проходящий через направ­ляющее колесо, не отклонится.

В результате отклонения потока масла на направляющем колесе возникает крутящий момент, который воздействует также на тур­бинное колесо. Это означает, что в зоне преоб­разования крутящий момент насосного колеса и крутящий момент направляющего колеса суммируются и преобразуются в крутящий мо­мент отбора мощности на турбинном колесе. Соответственно, развиваемый двигателем кру­тящий момент, передающийся на трансмиссию, увеличивается.

Максимальное увеличение крутящего момен­та достигается при трогании автомобиля с места, когда насосное колесо вращается, а турбинное стоит неподвижно. Поток масла отклоняется мак­симально (рис. 4).

При увеличении частоты вращения турбинного колеса угол отклонения потока масла становится менее выраженным. Крутящий момент реактора уменьшается, а вместе с ним и крутящий момент, отданный турбинным колесом на трансмиссию (рис. 5).

При соотношении частоты вращения прим. 1:0,88 между насосным и турбинным коле­сами поток масла перестает отклоняться на­правляющим колесом. Масло попадает только на заднюю сторону лопастей направляющего колеса.

Начиная с этого момента (так называемый момент перехода на режим гидромуфты) направ­ляющее колесо вращается вместе с насосным и турбинным колесами. Увеличение крутящего мо­мента равно 0. Гидротрансформатор крутящего момента работает, как обычная гидродинамиче­ская муфта (рис. 6).

В зависимости от нагрузки на двигатель и ско­рости движения различаются три рабочих диапа­зона (зоны действия) гидротрансформатора:

• Зона действия гидротрансформатора, в ко­торой происходит увеличение крутящего мо­мента. Она начинается с момента трогания автомобиля с места и заканчивается в момент перехода на режим гидромуфты;
• Зона перехода на режим гидромуфты, в ко­торой гидротрансформатор работает без на­правляющего колеса как обычная гидродина­мическая муфта;
• Зона торможения.

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.

Рекомендуем: Как работает непосредственный (прямой) впрыск топлива и чем он лучше?

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.

Муфта блокировки гидротрансформатора крутящего момента с регулировкой проскальзывания

На рисунках 8 «Муфта блокировки гидротрансформатора разъединена» и 9 «Муфта блокировки гидротрансформатора соединена» изображена муфта блокировки гидротрансформатора крутящего момента с регулировкой проскальзывания. В этом режиме муфта блокировки соединена не до полного геометрического замыкания, поэтому между сторонами привода и отбора мощности (насосным и турбинным колеса­ми) всегда имеет место определенное про­скальзывание. Благодаря этому крутильные колебания не передаются в полном объеме от двигателя на коробку передач и, тем са­мым, на всю трансмиссию.

Так как крутиль­ные колебания зависят от типа двигателя, для каждого рабочего состояния предусмотрен набор характеристик, который используется электронным блоком   управления коробкой передач для регулировки асинхронной часто­ты вращения путем управления давлением масла. Высокая эффективность этой системы выражается в том, что те ступени коробки пе­редач, которые прежде в целях обеспечения комфорта требовали разъединения муфты блокировки, теперь допускают движение со значительно меньшим механическим про­скальзыванием. Ступени,  на которых прежде была возможна полная блокировка, сохраня­ются.

На сегодняшний день все гидротрансформа­торы крутящего момента легковых автомобилей оснащены муфтами блокировки. При этом муф­ты блокировки могут быть однодисковыми или многодисковыми в зависимости от величины крутящего момента.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Полностью автоматические коробки передач

Полностью автоматические коробки передач — далее называемые просто автоматическими ко­робками передач — могут иметь до девяти передач переднего хода и одну передачу заднего хода. Ниже описываются только принцип действия, а также конструктивные признаки, типичные для всех со­временных автоматических коробок передач.

Автоматические коробки передач в основном разделяются на три основные группы:

• С гидравлической передачей усилия (гидро­динамический трансформатор крутящего момен­та);
• С механической планетарной передачей и разным количеством ступеней;
• С автоматикой переключения передач и ги­дравлической — частично также электронной — си­стемой управления коробкой передач.

Особенности гидромеханического агрегата

В автомобилях по всему миру большое количество лет использовалась механическая трансмиссия. Для того чтобы ею пользоваться, водителям постоянно приходилось выполнять следующие действия:

• отключение ДВС транспортного средства на момент переключения;
• перемещение рычага КПП в нужное положение;
• возвращение связи ДВС с колесами.

Со временем ситуация немного изменилась, так как инженеры разработали систему гидромеханической трансмиссии. Она существенно облегчает процесс управления автомобилем, так как не требуется от водителя переключения передач самостоятельно. Вместо него это делают специальные автоматические устройства.

Гидромеханическая трансмиссия требует от автомобилиста пользоваться лишь тремя элементами, такими как:

• педаль газа;
• педаль тормоза;
• селектор коробки передач.

Для того чтобы тронуться с места, человеку за рулем необходимо выжать педаль тормоза, переместить селектор в положение D (Drive), отпустить педаль тормоза и начать движение. В дальнейшем между передачами АКПП самостоятельно будет осуществлять регулировку посредством анализа скорости ТС, положении педали газа, оборотов ДВС и многих других факторов.

Таким образом, конструкция гидромеханической трансмиссии имеет определенные изменения. В данный механизм входят такие элементы, как:

1. Гидротрансформатор. Он работает таким же образом, как и муфта сцепления – передает вращение от работающего силового агрегата на АКПП.
2. ЭБУ, то есть электронный блок управления. Он принимает информацию от контрольных датчиков, анализирует ее и принимает решение о необходимости изменения передачи в автоматическом режиме.
3. Фрикционные элементы. Они применяются для того чтобы осуществлять переключение передачи в нужный момент. Отличительной особенностью этих дисков является то, что они постоянно находятся в масляной пропитке. Вследствие этого данные элементы обладают длительным сроком эксплуатации, почти не изнашиваясь во время работы.
4. Насос. Его основное предназначение заключается в создании давления масла.
5. Пружины и каналы. Они используются в гидромеханической системе для взаимодействия всех остальных конструктивных деталей в ней.
6. Механическая коробка. Как и в стандартной КПП, данный механизм обязательно присутствует В АКПП, являясь ее основой.

Таким образом, в настоящее время вследствие большей удобности гидромеханической трансмиссии, она обретает все большую популярность по всему миру.

Планетарный механизм

В большинстве современных АКПП гидротрансформатор действует в паре с планетарной системой. Она занимается передачей крутящего момента к фрикционным муфтам. В самом простом варианте усилие направляется на центральную шестерню (солнечную). Два дополнительных сателлита (вспомогательные шестерни) находятся в постоянной сцепке с центральной шестерней благодаря нанесенным на эти элементы зубчикам. Сателлиты не фиксируются, а свободно вращаются вокруг своих осей. Механизм шестеренок находится внутри коронного колеса, которое в зависимости от включенной передачи фиксируется или приходит в движение. В момент фиксации коронной шестерни начинает двигаться ведомый вал (на него передается усилие). В противном случае сателлиты передают момент на коронную шестерню, оставляя ведомый вал в неподвижном состоянии. Для переключения передач в планетарные АКПП устанавливаются фрикционные муфты. Каждая из них выглядит как несколько дисков, представляющих собой тонкие пластины из гладкого металла. Каждая пластинка покрыта специальным фрикционным составом, предотвращающим ее износ. На части их можно найти шлицы. Между муфтами расположены прокладки. Прижимаются друг к другу они при помощи гидравлического поршня, функционирующего при подаче рабочей жидкости. При возрастании в нем давления фрикционы плотно смыкаются, становясь почти единым целым. После падения давления жидкости в гидравлическом поршне фрикционные диски возвращаются на место с помощью пружины. Работа фрикционов тесно связана с функционированием тормозных и планетарных механизмов. На эти моменты передаются команды системы управления КПП и крутящий момент двигателя. Без их участия не производится торможение двигателем и запуск на буксире. Механический узел действует слаженно и четко.

Важно! В нейтральном положении выключаются фрикционы и тормозные механизмы. При разгоне и переключении передач фрикционы начинают действовать, а планетарные системы вращаются синхронно

ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ

4.1. При випробуваннях температура робочої рідини повинна відповідати зазначеній в технічній документації, температура еталонної рідини повинна підтримуватися дорівнює 90±3 °С.

4.2. Крутний момент холостого ходу вимірюють при заповненій гідродинамічної передачі без навантаження на вихідному валу.
Для гідромуфт без зовнішніх опор крутний момент вимірюють при незаповненою муфті і загальмованому вихідному валі. При цьому підшипники і вали під ущільненнями повинні бути змащені. Вимірювання проводять не менше трьох разів для всіх категорій випробувань, крім приймально-здавальних.

4.3. Міцність і герметичність перевіряють при передавальному відношенні 0 і максимальному для даної гідродинамічної передачі крутному моменті.
Температура робочої рідини не повинна перевищувати 110 °С.

4.4. Для визначення статичних характеристик вимірюють частоту обертання (кількість оборотів) вхідного та вихідного валів ; моменти і ; температуру робочої рідини на вході і виході передачі та тиск на вході робочої рідини для проточних гідродинамічних передач.
Вимірювання проводять при обертанні вхідного вала з постійною частотою або при постійному крутильний момент на вхідному валу згідно з технічною документацією.
Величини і , усталені до початку вимірювань не повинні відрізнятися від заданих більш ніж на ±2%, а коливання цих величин у процесі вимірів не повинні перевищувати ±1% від усталених.
Кількість виміряних точок при випробуваннях повинна бути достатньою для виявлення форми кривої функціональної залежності з усіма особливостями (наприклад, зламів при відключенні реактора) у всьому діапазоні вимірювань передавального відношення.

4.5. Динамічні характеристики гідромуфт визначають шляхом запису параметрів на осциллограмму з відмітками часу. Величини параметрів перед початком перехідного процесу вимірюють відповідними приладами.
При визначенні характеристик запобіжних гідромуфт привід здійснюється від електродвигуна подвійної потужності.
Виробляють ряд гальмувань вихідного валу до повної його зупинки з різною тривалістю періоду гальмування, яку рекомендується приймати: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 с. При цьому осциллографируют частоту обертання і крутні моменти вхідного і вихідного валів.
Випробування проводять не менше двох разів для кожного періоду гальмування.
При визначенні характеристик пускотормозных гідромуфт створюють інерційним навантаженням шляхом розгону і гальмування маховика, здійснюваних включенням і реверсуванням приводного короткозамкненого електродвигуна.
Параметри двигуна і маховика повинні бути близькими відповідним параметрам робочої машини, для якої призначена ця гідромуфта.
В процесі випробувань записуються на осцилограми частоти обертання, крутні моменти вхідного і вихідного валів і сила струму, споживаного електродвигуном. Для проточних муфт осциллографируют температуру робочої рідини.
Випробування повторюють не менше двох разів.
 

ДОДАТОК 5 до ГОСТ 17069-71 (рекомендований). ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ГІДРОДИНАМІЧНИХ ПЕРЕДАЧ

ДОДАТОК 5 до ГОСТ 17069-71
Рекомендоване