Обзор автоматических коробок передач, выбор и установка АКПП на автомобиль ВАЗ 2112

Однако, уже в начале пятидесятых  годов появляются трёхступенчатые  автоматические трансмиссии с гидротрансформатором разработки фирмы Borg-Warner. Они и их производные использовались на автомобилях  фирм American Motors, Ford, Studebaker и других, как  в США, так и за их пределами, например International Harvester, Studebaker, Volvo и Jaguar. В СССР многие из заложенных в её конструкцию  идей были использованы при проектировании автоматических трансмиссий Горьковского автозавода, устанавливавшихся на автомобилях  «Волга» и «Чайка».

В 1953 году свою двухступенчатую  автоматическую трансмиссию PowerFlite представил и Chrysler. С 1956 года в дополнение к ней стала доступна трёхступенчатая TorqueFlite. Из всех ранних разработок автоматических трансмиссий, модели фирмы Chrysler нередко называют наиболее удачными и совершенными.

В середине шестидесятых годов  окончательно утвердилась и (в США) была законодательно зафиксирована  современная схема переключения автоматических трансмиссий — P-R-N-D-L. В прошлое ушли кнопочные переключатели  диапазонов и старые образцы трансмиссий  без парковочной блокировки.

К середине — концу шестидесятых годов ранние образцы двух- и четырёхступенчатых автоматических трансмиссий в США  уже практически повсеместно  вышли из употребления, уступая место  трёхступенчатым с гидротрансформатором. Совершенствовалась и жидкость для  автоматических трансмиссий — например, примерно с конца шестидесятых годов  из её состава была исключена дефицитная китовая ворвань, заменённая синтетическими материалами.

В восьмидесятые годы повышение  требований к экономичности автомобилей  привело к появлению (точнее, возвращению) четырёхступенчатых трансмиссий, четвертая  передача в которых имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Кроме того, получают распространение  блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, позволяющие  ощутимо повысить КПД трансмиссии  за счёт снижения потерь, возникающих  в её гидравлическом элементе.

В конце восьмидесятых  — девяностые годы происходит компьютеризация  систем управления двигателем. Эти  же системы, либо аналогичные им, стали  применяться и для управления автоматическими трансмиссиями. Если прежние системы управления использовали лишь гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости управляют  соленоиды, контролируемые компьютером. Это позволило как сделать  переключения более плавными и комфортными, так и улучшить экономичность  за счёт повышения эффективности  работы трансмиссии. Кроме того, на некоторых автомобилях появляются «спортивные» режимы работы трансмиссии, или возможность вручную управлять  коробкой передач («Типтроник» и аналогичные системы). Появляются первые пятиступенчатые автоматические трансмиссии. Совершенствование расходных материалов позволяет на многих АКП устранить процедуру замены масла, так как ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравним с ресурсом самой коробки передач.

В 2002 году на BMW седьмой серии  появляется шестиступенчатая АКП разработки ZF (ZF 6HP26).

В 2003 году Mercedes-Benz создаёт  первую семиступенчатую трансмиссию 7G-Tronic.

В 2007 году Toyota представила Lexus LS460 с восьмиступенчатой АКП.

 

 

 

 

3. Основные требования,  предъявляемые к автоматическим коробкам передач.

АКП должна обеспечивать:

• Оптимальные тягово-скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля;
• Бесшумность при работе и переключении передач;
• Легкость и удобство управления;
• Высокий КПД;
• Возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования.

Необходимые тягово-скоростные свойства и топливная экономичность  автомобиля, оптимальные для заданных условий эксплуатации, достигаются  путем правильного выбора в коробке  передач числа передач, диапазона  передаточных чисел и соотношения (плотности ряда) передаточных чисел  промежуточных передач.

Число передач в коробках передач составляет 4…5 для легковых автомобилей и автобусов малой  вместимости, грузовых автомобилей  малой и средней грузоподъемности и 6…16 для грузовых автомобилей большой  грузоподъемности и высокой проходимости.

У автомобилей-тягачей, работающих с прицепами и полуприцепами, используются многоступенчатые коробки  передач, число которых может  составлять 8…24.

Уровень шума, создаваемого коробкой передач при работе, зависит  от качества, точности изготовления и  типа зацепления шестерен. Большую  часть шестерен выполняют косозубыми.

Косозубые шестерни создают  меньший уровень шума. Эти шестерни обладают большой прочностью и долговечнее, чем прямозубые шестерни. Однако косозубые  шестерни более сложные в изготовлении и при их работе возникают осевые силы, дополнительно нагружающие  подшипники валов коробки передач.

При работе коробки передач  осевая сила стремится создать момент, вызывающий перекос шестерен при недостаточной жесткости валов и увеличенных зазорах, что приводит к кромочному контакту зубьев шестерен и их поломке. Кроме того, при нарушении зацепления шестерен возникает шум при работе коробки передач.

Повышение уровня шума вызывает также недостаточная жесткость  картера коробки передач. При  недостаточной жесткости картер начинает резонировать, увеличивая шумность работы коробки передач. Поэтому картеры коробок передач делаются литыми из чугуна или алюминиевого сплава и выполняются с ребрами, которые обеспечивают необходимую жесткость и улучшают охлаждение коробки передач.

Легкое и удобное управление зависит от ее конструкции, способа  переключения передач и конструкции  привода управления, который может  быть механическим, электрическим, пневматическим.

Легкость управления коробкой передач характеризуют усилие, прилагаемое  к рычагу переключения передач, и  сложность выполнения переключения передач.

Переключение передач  должно быть простым и не требовать затраты физических усилий.

На значение КПД ступенчатой  коробки передач существенно  влияет правильный выбор кинематической схемы коробки передач. От кинематической схемы зависит число пар шестерен, находящихся в зацеплении при  передаче крутящего момента, скорость вращения, передаваемая мощность, эффективность  смазывания, точность изготовления шестерен, других деталей и картера коробки  передач.

Величина КПД также  зависит от потерь мощности на трение в коробке передач. Эти потери могут быть механическими и гидравлическими.

Механические – потери на трение между зубьями шестерен, в подшипниках и манжетах, а  гидравлические – потери на перемешивание  масла в коробке передач. Первые зависят главным образом от качества обработки поверхностей сопрягаемых  деталей, а вторые – от вязкости и уровня масла в коробке передач, а также от скорости вращения шестерен.

В конструкциях коробок передач  должна быть предусмотрена возможность  отбора мощности для привода дополнительного  оборудования ( лебедки, насосы, подъемные  механизмы и др.) на автомобилях  высокой проходимости, специализированных (самосвалы, цистерны, рефрижераторы, самопогрузчики) и специальных автомобилях ( коммунальные, пожарные, автокраны и др.).

 

 

 

 

5. Результаты патентных  исследований

Патентные исследования показали, что наиболее перспективными автоматическими коробками передач являются:

1. Преселективная коробка передач.

2. Вариаторная коробка передач.

 

 

 

 

6.Анализ рассмотренных вариантов конструкций АКП.

Преселективные  коробки передач: Валы КПП с двойным сцеплением

Многие знают, что существует два основных типа коробок передач: механическая ( переключение передачи с помощью нажатия педали сцепления  и перемещения рычага переключения передач) и автоматические ( режим  выбирается автоматически, задействованы  муфта сцепления, конвертор и  набор планетарной передачи).

Трансмиссия DSG

Но появилось нечто  среднее, вобравшее в себя только самое лучшее двух коробок- КПП с  двойным сцеплением или полу-автоматическая коробка (механическая коробка передач  без сцепления и автоматизированная механическая коробка передач). В  мире гоночных автомобилей полуавтоматы, такие как секвентальные механические коробки, используются уже многие годы.

Но в мире серийных автомобилей  то, что называют КПП с двойным  сцеплением или КПП прямого переключения можно считать новинкой. Эта статья посвящена принципам работы КПП  с двойным сцеплением. Также мы попытаемся сравнить ее с другими  видами коробок и выясним почему же некоторые считают ее трансмиссией будущего.

Принципы работы традиционной механической КПП

КПП с двойным сцеплением вобрала в себя достоинства двух механических коробок. Чтобы понять, что это означает, мы рассмотрим принципы работы обычной механической КПП. Прежде чем переключить передачу с помощью рычага переключения передач, водитель нажимает педаль сцепления. Которая  отсоединяет двигатель от коробки  передач и прекращает подачу силового потока к коробке. Когда водитель выбирает нужную передачу с помощью рычага, зубчатая муфта перемещается от одной шестерни к другой (шестерни разного размера).

Синхронизаторы выравнивают  скорость вращения муфты, после чего передача безударно включается. После  того, как шестерня пришла в движение, водитель отпускает педаль сцепления, происходит повторное соединение двигателя  с трансмиссией и посылает крутящий момент на колеса. Таким образом, в  обычной механической коробке передач, непрерывный поток мощности не передается от двигателя к колесам. Вместо этого  подача мощности изменяется от включенного  до выключенного состояния во время  переключения передач, вызывая "толчок переключения передачи" или "прерывание крутящего момента".

Если у водителя мало опыта, то каждое такое переключение передач  может стать привести к тому, что  пассажиров начнет "кидать" вперед и назад. КПП с двойным сцеплением, напротив, использует два сцепления, но педаль сцепления отсутствует. Сложная  электроника и гидравлика контролируют сцепления ( как в стандартной  автоматической коробке передач). В  КПП с двойным сцеплением сцепления  функционируют автономно. Одно сцепление  контролирует нечетные передачи (первую, третью, пятую), а другое - четные (вторую, четвертую и шестую). Благодаря  такому распределению, передачи можно  менять без прерывания потока мощности от двигателя к трансмиссии.

Принцип работы: Валы КПП с двойным сцеплением

Двойной вал - сердце КПП  с двойным сцеплением. В отличие  от обычной механической коробки, у  которой все шестерни находятся  на одном входном валу, в КПП  с двойным сцеплением четные и  нечетные передачи располагаются на разных валах. Как такое возможно, спросите вы? А дело все в том, что внешний вал сделан полым, что позволяет расположить в  нем внутренний вал. Внешний полый  вал питает вторую и четвертую  передачи, в то время как внутренний вал - первую, третью и пятую.

Диаграмма ниже показывает устройство обычной пятиступенчатой  КПП с двойным сцеплением.

Обратите внимание, что  одно сцепление контролирует вторую и четвертую передачи, а другое независимое сцепление - первую, третью и пятую, что позволяет молниеносно  переключить передачу и поддерживать постоянный поток мощности. Стандартная  механическая коробка передач не может этого, поскольку один вал  рассчитан как для четных, так  и для нечетных передач.

Многодисковые сцепления

Поскольку КПП с двойным  сцеплением похожа на автоматическую, вы можете подумать, что ей требуется  конвертер, который как и в  автоматической коробке переносит  крутящий момент от двигателя к трансмиссии. На самом деле, он ей не нужен, поскольку  вместо него используется многодисковые  сцепления. Для уменьшения трения и  ограничения выделяющегося тепла, детали сцепления погружены в  смазочно-охлаждающие жидкости, такой  вид сцепления называют "мокрым". Некоторые производители при  разработке КПП с двойным сцеплением используют сухие сцепления, как  на механической трансмиссии, хотя на всех современных автомобилях установлено  мокрое.

Как и конвертер, многодисковые  сцепления используют гидравлическое давление для включения. Когда сцепление  включено, гидравлическое давление внутри поршня разжимает пружины, что приводит прижиманию набора дисков сцепления  к фиксированной пластине давления. Фрикционные диски имеют зубцы, такого же размера и такой же формы, что и пазы барабана сцепления.

В свою очередь барабан  соединен с набором шестерней, которые  получают крутящий момент. КПП с  двойным сцеплением Audi использует как  малые витые пружины, так и  большие диафрагмовые пружины в  многодисковых сцеплениях. При разъединении сцепления, давление жидкости внутри поршня снижается. Это заставляет пружины  поршня сжиматься, давление набора дисков и пластины давления ослабевают

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Разработка кинематической схемы АКП легкового автомобиля     малого класса с оценкой существующей кинематической схемы.

Из всех рассмотренных  выше конструкций для данного  прототипа более всего подходят по своим габаритам, конструкционным  особенностям, следующие варианты конструкций  преселективных коробок передач от автомобилей: Volkswagen Polo, Fiat Linea. Данные коробки передач используются для поперечно расположенных двигателей, и имеют схожие габаритные размеры с МКПП автомобиля-прототипа ВАЗ-2112. Данные коробки передач обеспечивают переключение передач без потери мощности, и повышают топливную экономичность автомобиля.