Принцип работы АКПП

Содержание

Одним из величайших изобретений человечества, кардинально изменивших нашу жизнь, является автомобиль. Средство передвижения уже давно перестало быть предметом роскоши и является неотъемлемой частью повседневной жизни человека. Поэтому очень важно знать устройство и принцип работы этого чуда техники. Эта статья поведает вам об устройстве и принципе работы одного из важнейших узлов транспортного средства, а именно об автоматической коробке передач. Пристегните ремни, мы отправляемся в путешествие внутрь автомобиля.

История возникновения

Автоматическая коробка передач, или сокращенно АККП, — это одна из видов трансмиссии, осуществляющая автоматическое переключение скоростей исходя из условий движения транспортного средства.

Современные АККП, установленные в большинство автомобилей, появились не сразу. Их изобретение происходило в три этапа, по мере появления независимых инженерных разработок, впоследствии объединенных в одном устройство.

Прародителем автоматической коробки передач считается американская автомобильная компания Ford, разработавшая планетарную механическую трансмиссию, ставшую первым шагом в современном автомобилестроении. Инновационная разработка того времени позволила добиться более плавного переключения скоростей, осуществлявшегося при помощи двух педалей: первая отвечала за включение низшей и высшей скоростей, а вторая — за заднюю передачу.

В 30-х годах ушедшего столетия компания General Motors представила миру первый прототип полуавтоматической коробки передач, ставшей аналогом всех современных АККП. В основе этой трансмиссии лежала гидравлика, работающая совместно со сцеплением.

Дальнейшие разработки принадлежат компании Chrysler, реализовавшей в коробке передач гидромуфту и технологию овердрайва, пришедшей на смену двухступенчатым КПП. Несмотря на механический тип, компания позиционировала свои коробки передач как полуавтомат.

Устройство автоматических коробок передач

Независимо от производителя, все современные АКПП устроены одинаково. Это обусловлено одинаковыми технологиями, применяемыми в производстве устройств.

Автоматическая коробка передач состоит из следующих узлов:
Гидромуфта — отвечает за взаимную работу КП и двигателя. Передает крутящий момент при старте транспортного средства.
Планетарные редукторы — опосредованная передача крутящего момента.
Фрикционные муфты — отвечают за переключение скоростей, посредством сообщения или разобщения элементов АКПП.
Обгонная муфта — выполняют функцию смягчения ударов во фрикционных муфтах и препятствующих торможению двигателя.
Соединительные валы и барабаны.

Работа автоматических коробок передач основана на взаимодействии золотников, управляющих потоками масла, подаваемого к тормозным лентам и фрикционным муфтам. При этом управление золотниками осуществляется либо механическим способом при помощи рукоятки селектора, либо автоматически.

Гидравлическая система использует давление масла, создаваемого центробежным регулятором, соединенным с выходным валом коробки передач. Помимо этого гидравлика использует давление масла, возникающего при нажатии водителе на педаль газа. Переключение положения золотников осуществляется автоматом, реагирующим на силу нажатия на педаль газа.

В электронной автоматике положение золотников задается соленоидами, кабели которых соединены с блоком управления автоматической трансмиссии. Электроника блока управления переключает скорости на основании информации о силе нажатия на педаль газа, скорости движения транспортного средства и положении рукоятки селектора.

Правила эксплуатации автоматической коробки передач

На сегодняшний день управление автомобилями на АКПП является наиболее удобным. Однако не все водители по достоинству оценили этот тип трансмиссии, по старинке предпочитая им механику. Ведь для того, чтобы сполна ощутить динамику автомобиля переключать скорости лучше вручную.

Тем не менее если водитель выбрал автомобиль на АКПП необходимо понять, как правильно использовать автоматическую коробку передач, поскольку ее использование значительно отличается от устаревшей механики, а соблюдение некоторых правил позволит существенно увеличить срок ее эксплуатации.

При управлении транспортным средством, стабильная работа АКПП зависит от того, как водитель переключает рукоять селектора. Для запуска двигателя необходимо выбрать положение рукояти P или N и нажать на тормоз. Чтобы переключить одно положение в другое, необходимо отпустить педаль газа, нажать на тормоз и заблокировать селектор при помощи специальной кнопки. Стоит помнить, что нажимать на газ категорически запрещено.

При остановке автомобиля, перед переводом селектора в соответствующий режим, сперва необходимо поставить транспортное средство на ручной тормоз. Все дело в том, что если переключить селектор в режим стоянки при наклоне незначительном движении автомобиля, приведет к блокировке паковочного колеса коробки передач. В этом случае могут возникнуть проблемы с запуском автомобиля. Поэтому лучше подстраховаться и сперва поставить автомобиль на ручник.

При буксировке автомобиля, в случае застревания в снегу или грязи, не стоит использовать, привычный для всех, метод раскачки. Переключение первой скорости и заднего хода необходимо осуществлять только тогда. Когда автомобиль неподвижен. Несоблюдение этого простого правила может просто убить свою коробку передач, а ремонт АКПП — удовольствие не из дешевых.

Особенно аккуратным необходимо быть при управлении автомобилем в зимний период времени, когда на трассе гололед или укатанный снег. Когда машина движется по льду, АКПП воспринимает это как снижение нагрузки, в результате чего происходит повышение передачи, что может послужить причиной для заклинивания дифференциала. Чтобы этого не случилось, разработчики предусмотрели в автоматической коробке передач несколько режимов селектора: W, 1, 2 и 3. При движении по скользкой трассе необходимо использовать режимы W, 2 и 3, а также хорошую зимнюю резину или протектор.

При управлении транспортным средством с прицепом необходимо ознакомиться с технической документацией автомобиля, в которой указано, что селектор должен быть в третьем положении, а скорость движения не должна превышать 80 км/ч.

При буксировке на автоматической коробке передач, ее предварительно необходимо залить маслом и придерживаться рекомендуемой скорости, которая у каждого автомобиля разная. Например, автомобили марки Мерседес вовсе не предназначены для буксировки, а у большинства других моделей эта скорость составляет 50 км/ч.

Любителям экстремального вождения лучше воздержаться от высоких нагрузок на двигатель и трансмиссию при старте автомобиля или при выполнении экстремальных маневров. Все дело в том, что при одновременном нажатии на газ и тормоз, на трансмиссию создается слишком большая нагрузка, что может привести к закипанию масла и АКПП просто сгорит.

Материалы: http://autobrains.ru/others/printsip-rabotyi-akpp/

2 ≫

Двигатель

Механическая коробка передач передает вращение (крутящий момент) от двигателя к колесам (трансмиссии), а также управляет скоростью и направлением вращения. Исторически необходимость в КПП возникла потому, что автомобильные двигатели внутреннего сгорания, как правило, эффективны в довольно узком диапазоне оборотов, нижняя граница которого достаточно высока, и вращают вал только в одну сторону. Скорость же вращения колес (движения автомобиля) меняется от нуля при остановке до предела скорости машины (который часто ограничен не аэродинамикой или мощностью двигателя, а возможностями коробки, как скажем на Largus), и направление вращения может быть как вперед, так и назад.

Сильными сторонами ручной коробки передач являются полный теоретически достижимый контроль водителя над поведением автомобиля и максимальный КПД (минимальный уровень потерь).
Слабой стороной является необходимость все время «шурудить кочергой», принципиальная невозможность «ползучих» режимов без ущерба для сцепления, высокие нагрузки на сцепление при интенсивном или затрудненном трогании с места.

В основе работы ручной коробки передач лежит принцип рычага, а конкретнее, изменение скорости вращения валов и передаваемого ими крутящего момента за счет разных размеров шестеренок. Соотношение размеров шестеренок называется передаточным числом (применяется как для конкретной пары шестеренок, так и для коробки/трансмиссии в целом).

Пусть у нас есть две шестерни, на одной из которых 20 (А) зубьев, а на второй — 40 (Б). Значит, при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2):

Теперь возьмем две пары шестеренок, добавив к нашим А и Б шестеренки В и Г, которые также имеют 20 и 40 зубьев соответственно. Первичный вал коробки передач и шестерня «А» вращаются со скоростью, допустим 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, то есть она имеет 1000 об/мин, а так как шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее — 500 об/мин:

От двигателя на первичный вал коробки передач приходит — 2000 об/мин, а выходит — 500 об/мин. На промежуточном валу коробки передач в это время — 1000 об/мин. В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже двум, а общее передаточное число этой схемы 2х2=4.

Обратите внимание, что если вывести из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал коробки вращаться не будет. При этом прекращается передача крутящего момента и на ведущие колеса автомобиля, что соответствует нейтральной передаче («нейтралке»).

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала коробки передач в другую сторону, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, только тогда крутящий момент поменяет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал передачи заднего хода; 5 — вторичный вал.

Переключение передач происходит взаимным перемещением шестеренок (валов, на которых они закреплены). При этом, во избежание поломок, происходит выжимание сцепления для временного отключения двигателя от коробки. Все современные коробки снабжены т.н. «синхронизаторами», устройствами, выравнивающими скорости вращения шестерен при их переключении. Принцип действия синхронизатора основан на использовании сил трения при выравнивании скоростей (см. ниже).

На рисунке показана наглядная анимированная работы (переключений) четырехступенчатой коробки передач.

Разберем работу КПП статично в случае пяти ступеней. На рисунке ниже шестерни стоят в нейтральном положении, на нейтральной передаче:

1. Первичный вал (от двигателя через сцепление на вход коробки передач). Он постоянно находится в зацеплении с промежуточным валом.

2. Вторичный вал (от коробки передач к колесам). На нем установлены «плавающие» шестерни передач.

3. Шестерня 1-ой передачи.

4. Шестерня 2-ой передачи.

5. Шестерня 3-й передачи.

6. Шестерня 4-ой передачи.

7. Шестерня 5той передачи.

8. Шестерня заднего хода (R).

В процессе переключения шестерни перемещаются (принимают рабочие положения) следующим образом:

В настоящее время схема переключения передач на ручных коробках в целом устоялась: нечетные передачи «от себя», четные «к себе», повышение слева направо. Заднюю передачу каждый производитель засовывает, куда Бог на душу положит (и как правило обеспечивает её предохранительным механизмом от случайного включения — надо потянуть за кольцо, особым образом нажать на рычаг, переместить его в весьма необычное положение и т.д.):

Однако так было не всегда и не везде. Например, на «Запорожцах» частично использовалась т.н. «зеркальная» схема, в которой четные передачи были «от себя», а нечетные «к себе». На машинах, предназначенных для тяжелого бездорожья, заднюю передачу располагают прямо напротив первой для упрощения движения «враскачку».

Принцип действия синхронизатора

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение передач в механической коробке путем синхронизации скоростей вращения переключаемых шестеренок за счет силы трения между валами. В основном синхронизатор вступает в игру при переключениях «сверху вниз», когда разница скоростей валов максимальна. Может быть установлен как на все, так и только на низшие передачи, в зависимости от года выпуска и класса автомобиля.

На старых автомобилях синхронизаторы отсутствуют вовсе, что приводит к необходимости переключаться «вниз» с использованием т.н. «двойной перегазовки» (выжим сцепления, переключение в нейтраль, отпуск сцепления, перегазовка на нейтрали для раскрутки первичного вала до примерной фактической скорости вторичного вала, быстрый выжим сцепления и включение нужной передачи, отпуск сцепления).

Поскольку в коробке передач автомобиля имеется большой набор шестерен, то, вводя в зацепление различные их пары, мы имеем возможность менять и общее передаточное отношение коробки. Давайте посмотрим на передаточные числа коробок передач:

Дробные числа получаются в результате деления количества зубьев одной шестерни на число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то это означает, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, что и первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов максимально уравнена, обычно называют прямой. Как правило, это предпоследняя передача в коробке (последняя, если передач всего четыре).

Первая и задняя передачи — самые «сильные» (передают наибольший момент), но самые медленные. Высшие передачи (четвертая, пятая, шестая) самые быстрые, но передают наименьший момент, и двигателю может не хватить сил, скажем, втащить машину на крутой подъем. В этих случаях приходится переключаться «вниз», на более «моментные» и более медленные передачи.

Ниже — расчетный график преодолеваемых углов подъема, в зависимости от скорости и включенной передачи, для некоторого «сферического автомобиля в вакууме»:

Динамика разгона на примере VW Polo sedan (передаточные числа I — 3,46 , II — 1,96 , III — 1,28, IV — 0,88, V — 0,67, ЗХ — 3,18, главная пара — 4,55):

Здесь n max — максимальные обороты двигателя, N max — обороты максимальной мощности, M max — обороты максимального крутящего момента. Синий график — реальная скорость автомобиля при данных оборотах двигателя. Фиолетовый — теоретически возможный график разгона.

Механическая коробка передач состоит из:

картера;
первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
дополнительного вала и шестерни заднего хода;
синхронизаторов;
механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
рычага переключения.

Схема работы механической коробки передач: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения передач; 3 — механизм переключения передач; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер коробки передач.

Картер содержит основные узлы и детали коробки передач. Он крепится к картеру сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. Т.к. шестерни коробки передач испытывают в работе большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому половина объема картера заполнена трансмиссионным маслом.
Валы коробки передач вращаются в подшипниках, установленных в картере, и имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.
Синхронизаторы необходимы для плавного, бесшумного и безударного переключения передач путем уравнивания скоростей вращающихся шестерен.
Механизм переключения передач служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает передачи от самопроизвольного выключения.

Устройство синхронизатора

Синхронизатор состоит из ступицы с сухарями, муфты включения, блокирующего кольца и шестерни с фрикционным конусом. В конструкции коробки передач один синхронизатор обслуживает две передачи (шестерни). На примере конструкции одноконусного синхронизатора коробки передач:

Элементы: 1 — блокирующее кольцо, 2 — ступица, 3 — сухарь, 4 — кольцевая пружина, 5 — фрикционный конус шестерни, 6 — шестерня, 7 — блокирующее кольцо, 8 — муфта синхронизатора, 9 — сухарь, 10 — шестерня.

Конструктивной основой синхронизатора является ступица. Она имеет внутренние и наружные шлицы. С помощью внутренних шлицев ступица соединяется с вторичным валом коробки передач и имеет возможность осевого перемещения по нему в разные стороны. Наружные шлицы соединяют ступицу с муфтой включения.

По окружности ступицы под углом 120 градусов выполнены три паза, в которые установлены подпружиненные сухари, которые нажимают на блокирующее кольцо при включении передачи и способствуют блокировке муфты на этапе синхронизации.

Муфта включения (другое название – муфта синхронизатора) обеспечивает жесткое соединение вала и шестерни. Муфта насажена на ступицу и имеет внутренние шлицы. На шлицах выполнена кольцевая проточка, в которой размещаются выступы сухарей. Снаружи муфта синхронизатора соединяется с вилкой коробки передач.

Блокирующее кольцо обеспечивает синхронизацию и препятствует замыканию муфты до момента выравнивания скоростей вала и шестерни. С внутренней стороны блокирующее кольцо имеет коническую поверхность, которая взаимодействует с фрикционным конусом шестерни. Снаружи блокирующее кольцо имеет шлицы, с помощью которых производится блокировка муфты включения.

На торцевой поверхности блокирующего кольца со стороны ступицы выполнено три паза, в которые входят сухари ступицы. Пазы препятствуют прокручиванию кольца при соприкосновении с фрикционным конусом (в них упираются сухари). Размер пазов в 1,5 раза превышает размер сухарей. В некоторых конструкциях синхронизаторов, наоборот, на блокирующем кольце выполнены выступы, а пазы — в ступице.

Для увеличения поверхности соприкосновения, снижения усилия при переключении передач применяются многоконусные синхронизаторы: двухконусный, трехконусный. Например, в трехконусном синхронизаторе помимо блокирующего (наружного) кольца устанавливается еще внутреннее и промежуточное кольца. Для предотвращения проворачивания на кольцах выполнены выступы, которые фиксируются в пазах шестерни и блокирующего кольца.

Таким образом, в трехконусном синхронизаторе созданы три поверхности трения: между конусом шестерни и внутренним кольцом, между внутренним и промежуточным кольцом, между промежуточным и блокирующим кольцом. В зависимости от конструкции в одной коробке передач могут устанавливаться синхронизаторы с различным числом конусов.

На картинках ниже: 1 — сухарь, 2 — включаемая шестерня, 3 — блокирующее кольцо, 4 — муфта синхронизатора, 5 — ступица, 6 — торец шлица муфты синхронизатора, 7 — торец шлица блокирующей муфты, 8 — паз в ступице, 9 — выступ блокирующего кольца, 10 — зубчатый венец шестерни.

В нейтральном положении рычага коробки передач муфты синхронизаторов находятся в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются свободно, поток мощности не передается (исходное положение синхронизатора):

При включении передачи вилка перемещает муфту синхронизатора из среднего положения в направлении шестерни. Вместе с муфтой сдвигаются сухари, которые воздействуют на блокирующее кольцо. Кольцо прижимается к конусу шестерни. На поверхности возникает сила трения, которая поворачивает кольцо до упора сухарей в пазах кольца (кольцо стопорится от проворачивания). В этом положении блокирующее кольцо препятствует дальнейшему продвижению муфты синхронизатора по оси вала, так как торцы шлицев блокирующего кольца располагаются напротив торцов шлицев муфты:

Далее под действием сил трения происходит синхронизация скоростей шестерни и ведомого вала. Когда скорости выравнены, под нажимом шлицев муфты блокирующее кольцо поворачивается в противоположную сторону, блокировка муфты снимается, шлицы муфты свободно проходят для зацепления с венцом шестерни. Происходит жесткое соединение вторичного вала коробки передач и шестерни:

Несмотря на множество операций, весь процесс синхронизации и включения передачи занимает доли секунды.

Материалы: http://carguts.ru/articles/mkpp/

3 ≫

Сегодня на автомобильном рынке существует огромное количество моделей, каждая из которых имеет свою, уникальную конструкцию, как следствие решений тех или иных технических задач. Одним из важных критериев каждого автомобиля является скорость и время разгона. Не последнее значение в данных направления играет коробка передач, так как именно она отвечает за передачу мощности мотора и его работы. При наличии плохой коробки передач, управление автомобилем становится самые жуткие формы. Сегодня существует три основных вида коробок передач:

Механическая коробка передач;
Автоматическая;
Полуавтоматическая.

Механическая коробка передач

Наиболее популярными являются первые два типа. Дело в том, то именно они применяются чаще всего, хотя в последнее время, все больше машин имеют автоматическую коробку передач. Если говорить о сторонниках того или иного вида и аргументов, на которые они опираются, то можно сказать следующее: первые две имеют таковых, в то время как полуавтоматическая коробка передач не имеет ярко выраженных сторонников. В чем же дело? Опять же в популярности. Так как автоматическая и механическая применяются чаще, то о их строении, плюсах и минусах знает большее количество людей, в то время, как принцип работы полуавтомата знаком не многим, а следовательно нет возможности простому человеку выделить явные положительные моменты и недостатки. Итак, как же работает полуавтоматическая коробка передач?

Стоит сразу отметить тот факт, что рассматриваемая система имеет более сложное строение, чем вышеупомянутые типы коробок. Итак, при работе полуавтоматической коробки передач функционирует сразу два механизма для переключения. Именно в этом кардинальное различие. Суть принципа работы заключается в том, что за каждым из механизмов закрепляются определенный набор передач, за переключение которых он отвечает. Например, наиболее популярной является следующая система распределения: первый механизм производит переключение на первую, третью и пятую передачу, а второй на вторую, четвертую и шестую. Стоит сказать, что данный принцип используется коробка передач, которая имеет шесть ступеней. Чего хотели добиться конструкторы, создавая данный механизм? Прежде всего, данная конструкция позволяет осуществлять более быстрое переключение, повысить плавность при процесс, а также, что немало важно, это значительное увеличение отдачи от двигателя, это позволяет достичь даже на не очень мощных двигателях довольно высоких результатов, которые ранее не достигались.

Автоматическая коробка передач

Если продолжить тему конструкционных моментов, то явной особенностью будет отсутствие педали сцепления. Это стало возможно благодаря тому, что производить разделения двигателя с, непосредственно, деталями трансмиссии уже не нужно, а, следовательно, и надобность в дополнительной педали отпадает. Таким образом, автомобиль с рассматриваемым типом имеет тоже две педали, как и с автоматической коробкой.

Возникает новый вопрос: Каким образом осуществляется процесс переключения передач?. Дело в том, что переключение происходит, прежде всего, за счет работы электронных систем, которые проводят общий анализ всех систем автомобиля и в зависимости от их состояния производят переключения, но также стоит отметить, что в отличие от автоматической коробки передач, вы можете воспользоваться и ручной регулировкой, которая позволит вам самостоятельно регулировать то, на какой именно передаче работает ваш автомобиль. Это может пригодиться в целом ряде случаев, например, для оптимального прохода какого-либо перекрестка вам нужно использовать определенную передачу и так далее.

Так как полуавтомат имеет радикальное новое строение, то можно говорить о его плюсах и недостатках по сравнению с другими типами. Ниже представлены основные положительные моменты:

Плавный разгон. Это достигается за счет плавного переключения передач, которое позволяет достичь минимального времени, 8 миллисекунд;
Только при использовании рассматриваемой модели коробки вы можете полностью использовать все возможности двигателя, начиная с самых низких оборотов и достигая максимальных. Это, бесспорно, положительно отображается на общей динамике автомобиля;
Экономичность. Благодаря более полному использованию работы двигателя, коробка позволяет экономить топливо. Если говорить о численном значении, то экономия достигает 10, а иногда даже 20 процентов;
Комфорт водителя. Все вышеперечисленные факторы позволяют достичь более комфортного вождения.

К сожалению, как и любой иной тип коробки, полуавтоматическая имеет свои и недостатки, которые опять же вытекают из особенностей конструкции.

Полуавтоматическая коробка пердачь на Alfa Romeo

Сложность конструкции. Этот факт увлечет за собой довольно большое количество последствий. Во-первых, трудность ремонта, которая возникает из-за большого количества нюансов. Во-вторых, дороговизна;
Отсутствие возможности быстро реагировать. Из-за особенностей конструкции, которая разработана инженерами, данная модель коробки очень плохо реагирует на резкоменяющиеся условия. Таким образом, при возникновении необходимости какого-либо резкого маневра, она может отработать не совсем отлично, что приведет к плохим последствиям. Пожалуй, это самый серьезный недостаток данного механизма.

Несмотря на наличие недостатков, некоторые из которых особенно серьезны, данная коробка продолжает выпускаться и имеет свою определенную область автомобилей, на которые она устанавливается. Сегодня многие автомобили уже имеют бесступенчатые варианты, а коробка с полуавтоматом способна с ними конкурировать, а это самый хороший показатель ее функциональности. Ее доля на рынке имеет не самую большую область, по оценкам различных специалистов, она составляет около четверти всего автомобильного рынка на сегодняшний день. Возможен небольшой рост в будущем.

Принцип работы АКПП

≪

Содержание

История возникновения

Устройство автоматических коробок передач